外源性一氧化氮及氦-氧混合气对重症哮喘作用的实验研究
作者：马迎民 刘又宁 解立新 朴哲龙
单位：解放军总医院呼吸科，北京 100853
关键词：支气管哮喘；一氧化氮；氦-氧混合气
军医进修学院学报000217 【摘要】目的：本研究的目的即通过动物实验，观察一氧化氮作为支气管扩张剂解除气道痉挛的作用及对肺内气体交换的影响，以及同时吸入一氧化氮和氦-氧混合气对哮喘的作用。方法：选取12只雄性杂种犬采用交叉设计、自身对照的方法进行实验，采用向气管内注入乙酰甲胆碱的方法使气道平滑肌痉挛。气道激发后观察吸入100×10-6的一氧化氮以及同时吸入一氧化氮和氦-氧混合气对吸气阻力、肺动脉压和肺内气体交换的影响。结果：气道激发后吸气阻力、肺动脉压显著增高，呼吸系有效顺应性和动脉血氧分压明显下降，动-静脉分流增加伴随二氧化碳潴留。吸入100×10-6一氧化氮能够降低气道阻力及肺动脉压，但对有效肺顺应性、动-静脉分流、动脉血氧分压、二氧化碳分压的影响不大。然而将一氧化氮与氦-氧混合气混合同时吸入，与单纯吸入一氧化氮比较，气道阻力进一步下降，有效肺顺应性、动脉血氧分压明显增加，动-静脉分流和动脉血二氧化碳分压显著下降。结论：吸入较高浓度的一氧化氮能够对抗由乙酰甲胆碱引起的气道痉挛以及由缺氧引起的肺动脉压增高，但不能明显改善肺内气体交换。同时吸入氦-氧混合气后不但能进一步的降低气道阻力，而且对呼吸系有效顺应性、动-静脉分流以及动脉血氧分压、二氧化碳分压有明显的改善作用。
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中图号：R562.25 文献标识码：A
文章编号：1005-1139(2000)02-0131-04
The experimental research on inhaled nitric oxide and helium-oxygen mixture in the asthma-tic dog
MA Ying-min,LIU You-ning,XIE Li-xin,PIAO Zhe-long
(Department of Respiratory Medicine,PLA General Hospital,Beijing 100853,China)
【Abstract】Objective:To investigate the effect of Nitric Oxide (NO) as a bronchodilator on releasing bronchoconstriction and improving pulmonary gas exchange through the experimental research,and investigate the effect of inhaling NO and Helium-Oxygen mixture (Heliox) simultaneously on asthmatic dogs.Methods:12 male mangles were included in this study.The bronchoconstriction was induced by intratracheal infusion of methacholine.Then the inspiratory resistance (Ri),the pulmonary artery pressure (Ppa),the effective respiratory system compliance (Ceff) and pulmonary gas exchange were monitored during inhaling 100 ppm NO or inhaling Heliox and NO simultaneously.Results:The RI and Ppa increased significantly after bronchospasm,whereas Ceff and PaO2 decreased.At the same time the pulmonary shunt (Qs/Qt) and PaCO2 were increased.Inhaling 100 ppm NO decreased Ri and Ppa,but did not improved Ceff,PaO2,PaCO2 and Qs/Qt.However inhaling NO and Heliox simultaneously decreased more Ri and Ppa,and improved more pulmonary gas exchange compared with inhaling NO.Conclusion:Inhalation of high concentration of NO can inverse partly the bronchospasm induced by methacholine in the dog,but not improve the gas exchange.However,inhaling Heliox not only decreases the resistance of airways,but also improves the gas exchange in the lung.
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Key words:asthma;nitric oxide;helium-oxygen mixture
吸入一氧化氮(NO)已成功地应用于肺动脉高压及呼吸窘迫综合征的治疗。大量的临床研究及动
物实验表明其机制在于NO选择性的作用于肺血管，有效的降低了肺动脉压，改善了肺循环。近年的研究又显示NO对正常人及哮喘者的气道均有调控作用，但是受临床观察条件的限制，NO对重症哮喘患者呼吸及循环功能的影响尚未见详尽的报道。氦-氧混合气是由氦气取代氮气与氧气组成的低密度气体。由于它在缓解气道阻塞方面作用突出，近年来又重新引起了人们的重视，被实验性的用于重症哮喘的治疗。本研究采用气管内滴注乙酰甲胆碱的方法制备犬的重症哮喘模型，观察吸入 100×10-6 的NO和氦-氧混合气对哮喘犬呼吸循环功能的影响。
1 材料和方法
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1.1 动物及手术步骤 选取健康雄性杂种犬 12 只，体重 14～16 kg，采用戊巴比妥钠 30 mg/kg 静脉注射，麻醉后置犬仰卧位，气管内插入经过改造的气管插管，接 900 C 呼吸机(Siemens,Sweden)。采用容量控制通气，潮气量 20 ml/kg，呼吸频率 13/min，吸氧浓度 21%。于一侧腹股沟部分离股动脉及股静脉，向股动脉内插入硅塑料管，将其与Model 54 s 多功能监护仪(HP，USA)相连。向股静脉插入 7F Swan-Ganz导管并与上述监护仪相连，通过观察压力波形的变化判断导管位置，将导管送入肺动脉。手术后按 4 mg/kg 从静脉追加戊巴比妥钠一次。手术操作完毕后静息 30 min，待各项指标稳定后再行实验。实验过程中采用输液泵(Imed,USA)持续静脉滴注生理盐水，滴速为 7 ml/(kg.h)。使用电热毯或颈部放置冰袋的方法使犬体温维持在 36～38 ℃。在不中断机械通气的情况下持续气管内滴入乙酰甲胆碱(和光株式会社，日本)。于实验当日配置 2% 乙酰甲胆碱溶液，通过输液泵(Ameda Switzerland)以 1 mg.kg-1.min-1 的速度向气管滴入，当 940 呼吸力学测定仪(Siemens,Sweden)显露吸气阻力达到基础值的 300% 时停止给药，记录给药时间，计算给药剂量。
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1.2 实验方法 采用交叉设计自身对照的方法进行实验。每只犬均接受如下三次实验：①制备动物模型后吸入空气观察 20 min，作为空气组。②气道激发后吸入 100×10-6 的NO 20 min，作为NO组。③气道激发后给犬同时吸入 100×10-6 的NO和氦-氧混合气(氦气∶氧气为 75∶25) 持续 20 min，作为混合气组。三次实验的顺序采用随机方法排列。二次实验之间间隔 72 h，同一只犬不同的实验阶段其麻醉药物剂量、呼吸机参数、静脉输液速度、气管内滴入乙酰甲胆碱的剂量维持不变(以第一次实验数值为准)。
1.3 吸入气体的输送及浓度调控 实验所需的氦-氧混合气及NO均由北京氦普北分气体工业有限公司制备，氮气由北京氧气厂配制。氦-氧混合气中氧气∶氦气为 25∶75；以氮气为底气含 1000×10-6 的NO气体贮存在特制的钢瓶中。NO经释放器在吸气相直接导入呼吸环路吸气枝中，通过调节释放器中的微流量计调整NO的吸入浓度。通过氮氧化物浓度测定仪(Monitor Labs,USA，北京环保设计研究院组装)持续从吸气枝中采集气体标本，检测NO及二氧化氮 (NO2) 浓度。实验中NO的浓度稳定在 (98～102)×10-6 之间；NO2 稳定在 (0.6～1.1)×10-6 之间。呼吸机空氧混合器的氧气入口与氦-氧混合气相连，空气入口与氮气相连。在呼吸环路的吸气枝放置一氧浓度测定仪(浙江梅城电化分析仪器厂，中国)，通过调节空氧混合器使吸氧浓度维持在 20.5%～21.6% 之间。
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1.4 检测指标 分别监测吸气阻力(Ri)、呼吸系有效顺应性(Ceff)和肺动脉压(Ppa)，上述指标连续记录三次，取平均值。分别从动脉导管和Swan-Ganz导管抽取动脉血及混合静脉血，测定氧分压、二氧化碳分压和血氧含量，应用公式计算动-静脉分流(Qs/Qt)。上述指标均在气道激发前及气道激发后即刻、 5 min、 10 min、 20 min 记录。
1.5 实验数据处理 应用SAS计算机统计分析系统(SAS In,USA)进行t、F检验及q检验，结果用
±s的形式表示。
2 结 果
气道激发后三组犬吸气阻力均显著增加。同时吸入NO和氦-氧混合气后，吸气阻力明显降低，除与空气组比较差异有显著意义外，与NO组比较差异也有显著性意义。表明吸入 100×10-6 的NO能部分对抗乙酰甲胆碱引起的气道收缩，加入氦-氧混合气后此作用得到进一步增强。此外气道激发后空气组肺动脉压显著增加并维持在较高水平，与空气组比较NO组和混合气组在 5～20 min 间肺动脉压显著降低，此两组间比较差异不显著。表明 100×10-6 的NO对肺循环有强烈的扩张作用，加入氦-氧混合气后此作用没有得到进一步的增强(表 1)。
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混合气组的顺应性虽有下降，但与空气组和NO组比差异有显著性意义。而且动-静脉分流上升程度也低于前二者。表明吸入NO时加入氦-氧混合气能改善呼吸系顺应性及动-静脉分流(表 2)。
表 3 显示动脉血氧分压(PaO2)及二氧化碳分压(PaCO2)的变化。与空气组和NO组比较，混合气组的PaO2 在 5 min、10 min，PaCO2 在 10 min、 20 min 时差异有显著意义(P<0.05)。提示同时吸入NO时加入氦-氧混合气能够增加血氧含量、减少二化碳潴留；单独吸入NO未产生上述作用(表 3)。
表1 吸气阻力(kPa.L-1.s-1)的变化和肺动脉压(kPa)的变化(±s)
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肺动脉压
吸气阻力
气道激发后(min)
气道激发后(min)
基础值
即刻
5
10
20
基础值
即刻
5
10
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20
空气组
1.14±
0.16
2.48±
0.17*
2.33±
0.15*
2.36±
0.15*
2.29±
0.18*
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0.77±
0.05
2.29±
0.12*
4.88±
0.66*
4.55±
0.55*
3.56±
0.35*
NO组
1.02±
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0.11
2.51±
0.17*
1.59±
0.16+
1.59±
0.19+
1.56±
0.17+
0.85±
0.04
2.27±
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0.13*
3.73±
0.48*+
3.28±
0.39*+
2.42±
0.22*+
混合气组
1.20±
0.15
2.54±
0.15*
, 百拇医药
1.61±
0.17+
1.57±
0.17+
1.43±
0.14+
0.83±
0.06
2.34±
0.18*
2.42±
0.86*+△
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1.88±
0.14*+△
1.59±
0.15*+△
组内比较，*与基础值比，P<0.05；组间比较，+与空气组比较，P<0.05；△与NO组比较，P<0.05表2 呼吸系有效顺应性(Ceff,kPa/L)和动静脉分流(Qs/Qt,%)的变化(±s)
有效顺应性
动静脉分流
, 百拇医药 气道激发后(min)
气道激发后(min)
基础值
即刻
5
10
20
基础值
5
10
20
空气组
3.86±
, 百拇医药
0.23
1.57±
0.12*
1.38±
0.08*
1.64±
0.15*
1.79±
0.17*
7.09±
3.20
44.98±
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5.89*
46.88±
5.27*
43.33±
4.01*
NO组
4.07±
0.20
1.62±
0.13*
1.60±
0.14*
, 百拇医药
1.77±
0.12*
1.96±
0.15*
7.63±
3.05
56.47±
9.57*
50.70±
6.66*
42.48±
5.89*
, 百拇医药
混合气组
3.89±
0.22
1.60±
0.15*
2.09±
0.17*+△
2.28±
0.17*+△
2.48±
0.20*+△
10.73±
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5.36
32.58±
6.04*
29.97±
4.90*+△
31.14±
4.68*+△
组内比较，*与基础值比，P<0.05；组间比较，+与空气组比较，P<0.05；△与NO组比较，P<0.05表3 动脉血氧分压和二氧化碳分压( kPa)的变化(±s)
, 百拇医药
动脉血氧分压
动脉血二氧化碳分压
气道激发后(min)
气道激发后(min)
基础值
5
10
20
基础值
5
10
20
空气组
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15.79±0.68
7.45±0.29*
7.12±0.33*
7.71±0.35*
5.33±0.15
5.29±0.24
5.79±0.34
6.17±0.34*
NO组
15.89±0.49
7.47±0.41*
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7.30±0.40*
7.69±0.42*
4.85±0.11
5.20±0.21
5.50±0.28
5.64±0.30
混合气组
15.57±0.50
8.72±0.28*+△
8.38±0.28*+△
8.87±0.52*
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4.66±0.24
4.56±0.26
4.58±0.28+△
4.90±0.23+△
组内比较，*与基础值比，P<0.05；组间比较，+与空气组比较，P<0.05；△与NO组比较，P<0.05
3 讨 论
重症哮喘的一个突出特征就是低氧血症，这是导致此类患者出现血流动力学改变的重要原因。缺氧使肺血管广泛收缩，肺动脉压升高。Lee[1]的实验研究也表明，随着支气管阻塞程度的增加，PaO2 迅速下降，同时伴有肺动脉压的上升。本研究结果显示犬气道激发后PaO2 迅速下降，肺动脉压急剧上升，吸入NO或者吸入含有NO的氦-氧混合气均可使实验动物的肺动脉压显著下降。NO具有较高的亲脂性，因此人们推测它不仅可以进入肺泡进而弥散入肺血管发挥扩血管作用，同样也可透过气管黏膜屏障进入平滑肌，而起舒张气道的作用。Dupuy[2]的动物实验证实吸入NO能够对抗由乙酰甲胆碱引起的气道收缩。本研究以犬作动物模型，NO组与空气组比较吸气阻力明显下降，表明NO能够抑制气道的痉挛。
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虽然早期Barach[3]就成功的将氦-氧混合气用于临床，然而随着各种支气管扩张药物的出现，这种治疗手段未被重视。近年来由于重症哮喘治疗手段的贫乏，人们又开始尝试将氦-氧混合气用于临床[4]。氦-氧混合气既无抗炎作用，又不具备扩张支气管的能力，其降低气道阻力的根本原因在于本身的低密度。气道阻力的大小主要与管径、气道内壁的光洁度、气流速度、气流形式和气体的物理性质等因素有关。不同的气体在同一气道内流动时，低密度气体所产生的气道阻力也低。哮喘发作时气管、支气管平滑肌痉挛、气道黏膜水肿、分泌物增加和黏液栓形成使气道弥漫性狭窄[5]。应用乙酰甲胆碱制备的动物模型虽然与哮喘不完全相同，但同样出现广泛的气道痉挛及气道分泌物的增加[6]。以上原因使气道口径缩小，气道内壁光洁度下降，直接增加了气道阻力。吸入氦-氧混合气能降低气道阻力的根本原因在于气体的低密度，当氦、氧比达到 80∶20 时，混合气的密度仅有空气的 1/3。因此在其他条件不变的情况下低密度的氦-氧混合气可以显著的降低气道阻力。Mink[7]采用离体人肺组织进行的研究证实了上述理论。本研究将NO导入氦-氧混合气中组成新的混合气，结果显示，实验动物在气道激发后，同时吸入NO和氦-氧混合气与单纯吸入NO比气道阻力有明显的下降。提示NO能部分的对抗乙酰甲胆碱引起的气道收缩，而氦-氧混合气可以在此基础上依赖其物理特性进一步的降低气道阻力。
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由于临床条件的限制，有关NO和氦-氧混合气对重症哮喘患者肺顺应性和肺内气体交换的影响未见报道，而动物实验的结果不相一致。Dupuy[2]的动物实验显示，吸入 100×10-6 的NO可以使哮喘动物的肺顺应性显著增加；Hogman[8]经过动物实验认为，吸入高浓度的NO虽然可以降低气道阻力，但并不能明显的改善肺顺应性。并认为哮喘发作时影响肺顺应性的主要因素为，小气道广泛狭窄、闭塞造成的肺内气体陷闭，肺组织变“硬”，而NO可能对小气道的作用不大。我们虽然未直接观察小气道的变化，但也观察到吸入 100×10-6 的NO与呼吸空气比较有效呼吸顺应性并未出现明显变化，这与Hogman的结果相似。然而吸入NO的同时加入氦-氧混合气则使有效呼吸顺应性显著增加。低密度的氦-氧混合气可减少大、小气道的气道阻力，增加呼气流量，促进肺内陷闭的气体排出，从而改善顺应性。这也见接的证明哮喘发作时小气道的功能对肺顺应性起着重要作用，而NO对小气道的作用可能不及氦-氧混合气。
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已有研究表明[9]，哮喘发作时存在着低通气造成的通气血流比例失调。本研究虽然未直接检测通气血流比值，但血气分析显示气道激发后 PaO2 显著下降，PaCO2 上升伴随着 Qs/Qt的增加。虽然有研究表明[10]，吸入NO可以改善哮喘动物的PaO2 和Qs/Qt。然而本研究显示，单独吸入较高浓度的NO并不能提高PaO2、改善 Qs/Qt，也不能抑制PaCO2 增加的趋势。我们认为，在本实验中NO的作用部位主要在大气道，它未能缓解由乙酰甲胆碱引起的小气道痉挛，因此所造成的气体陷闭和肺泡通气不足依然存在，这些使肺内通气血流比例难以改善。本研究还显示，吸入NO的同时加入氦-氧混合气 5 min 就可提高PaO2， 10 min 就出现明显降低Qs/Qt和PaCO2 的作用。此结果一方面源于氦-氧混合气改善了小气道的功能，另一方面还在于其加快了肺内气体的交换。已有研究证实[4，11]，二氧化碳在氦-氧混合气中的弥散速度为在空气中的 4～5 倍，此外氦-氧混合气还能降低侧枝通气阻力，使肺泡间的气体转运得以增强。
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综上所述，吸入 100×10-6 的NO可以降低哮喘犬的气道阻力，但不能改善已恶化的肺内气体交换。而氦-氧混合气可以增强NO的作用，又能改善动静脉分流，提高血氧含量减少二氧化碳潴留，因此它的临床应用具备更好的前景。
作者简介：马迎民，男，1963-07-16生，河北易县人，汉族，1997年军医进修学院博士毕业，解放军总医院呼吸科主治医师；发表论文10篇。电话：(010)937090
参考文献
1，Lee LN,Ueno O,Wagner PD et al.Pulmonary gas exchange after multiple airway cclusion by beads in the dog[J].Am Rev Respir Dis,1989,140:1216-1222.
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3，Barach AL.The use of helium in the treatment of asthma and obstructive lesion in the larynx and trachea[J].Ann Intern Med,1935,9:739-743.
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10，Putensen C,Rasanen J,Lopez FA.Improvement in VA/VQ distribution during inhalation of nitric oxide in pigs with methacholine-induced bronchoconstriction[J].Am J Respir Crit Care Med,1995,151:116-172.
11，Christopherson SK,Hlastala MD.Pulmonary gas exchange during acute experimental asthma[J].J Appl Physiol,1982,52:221-227.
收稿日期：1999-10-08
修回日期：1999-11-19, 百拇医药
单位：解放军总医院呼吸科，北京 100853
关键词：支气管哮喘；一氧化氮；氦-氧混合气
军医进修学院学报000217 【摘要】目的：本研究的目的即通过动物实验，观察一氧化氮作为支气管扩张剂解除气道痉挛的作用及对肺内气体交换的影响，以及同时吸入一氧化氮和氦-氧混合气对哮喘的作用。方法：选取12只雄性杂种犬采用交叉设计、自身对照的方法进行实验，采用向气管内注入乙酰甲胆碱的方法使气道平滑肌痉挛。气道激发后观察吸入100×10-6的一氧化氮以及同时吸入一氧化氮和氦-氧混合气对吸气阻力、肺动脉压和肺内气体交换的影响。结果：气道激发后吸气阻力、肺动脉压显著增高，呼吸系有效顺应性和动脉血氧分压明显下降，动-静脉分流增加伴随二氧化碳潴留。吸入100×10-6一氧化氮能够降低气道阻力及肺动脉压，但对有效肺顺应性、动-静脉分流、动脉血氧分压、二氧化碳分压的影响不大。然而将一氧化氮与氦-氧混合气混合同时吸入，与单纯吸入一氧化氮比较，气道阻力进一步下降，有效肺顺应性、动脉血氧分压明显增加，动-静脉分流和动脉血二氧化碳分压显著下降。结论：吸入较高浓度的一氧化氮能够对抗由乙酰甲胆碱引起的气道痉挛以及由缺氧引起的肺动脉压增高，但不能明显改善肺内气体交换。同时吸入氦-氧混合气后不但能进一步的降低气道阻力，而且对呼吸系有效顺应性、动-静脉分流以及动脉血氧分压、二氧化碳分压有明显的改善作用。
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中图号：R562.25 文献标识码：A
文章编号：1005-1139(2000)02-0131-04
The experimental research on inhaled nitric oxide and helium-oxygen mixture in the asthma-tic dog
MA Ying-min,LIU You-ning,XIE Li-xin,PIAO Zhe-long
(Department of Respiratory Medicine,PLA General Hospital,Beijing 100853,China)
【Abstract】Objective:To investigate the effect of Nitric Oxide (NO) as a bronchodilator on releasing bronchoconstriction and improving pulmonary gas exchange through the experimental research,and investigate the effect of inhaling NO and Helium-Oxygen mixture (Heliox) simultaneously on asthmatic dogs.Methods:12 male mangles were included in this study.The bronchoconstriction was induced by intratracheal infusion of methacholine.Then the inspiratory resistance (Ri),the pulmonary artery pressure (Ppa),the effective respiratory system compliance (Ceff) and pulmonary gas exchange were monitored during inhaling 100 ppm NO or inhaling Heliox and NO simultaneously.Results:The RI and Ppa increased significantly after bronchospasm,whereas Ceff and PaO2 decreased.At the same time the pulmonary shunt (Qs/Qt) and PaCO2 were increased.Inhaling 100 ppm NO decreased Ri and Ppa,but did not improved Ceff,PaO2,PaCO2 and Qs/Qt.However inhaling NO and Heliox simultaneously decreased more Ri and Ppa,and improved more pulmonary gas exchange compared with inhaling NO.Conclusion:Inhalation of high concentration of NO can inverse partly the bronchospasm induced by methacholine in the dog,but not improve the gas exchange.However,inhaling Heliox not only decreases the resistance of airways,but also improves the gas exchange in the lung.
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Key words:asthma;nitric oxide;helium-oxygen mixture
吸入一氧化氮(NO)已成功地应用于肺动脉高压及呼吸窘迫综合征的治疗。大量的临床研究及动
物实验表明其机制在于NO选择性的作用于肺血管，有效的降低了肺动脉压，改善了肺循环。近年的研究又显示NO对正常人及哮喘者的气道均有调控作用，但是受临床观察条件的限制，NO对重症哮喘患者呼吸及循环功能的影响尚未见详尽的报道。氦-氧混合气是由氦气取代氮气与氧气组成的低密度气体。由于它在缓解气道阻塞方面作用突出，近年来又重新引起了人们的重视，被实验性的用于重症哮喘的治疗。本研究采用气管内滴注乙酰甲胆碱的方法制备犬的重症哮喘模型，观察吸入 100×10-6 的NO和氦-氧混合气对哮喘犬呼吸循环功能的影响。
1 材料和方法
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1.1 动物及手术步骤 选取健康雄性杂种犬 12 只，体重 14～16 kg，采用戊巴比妥钠 30 mg/kg 静脉注射，麻醉后置犬仰卧位，气管内插入经过改造的气管插管，接 900 C 呼吸机(Siemens,Sweden)。采用容量控制通气，潮气量 20 ml/kg，呼吸频率 13/min，吸氧浓度 21%。于一侧腹股沟部分离股动脉及股静脉，向股动脉内插入硅塑料管，将其与Model 54 s 多功能监护仪(HP，USA)相连。向股静脉插入 7F Swan-Ganz导管并与上述监护仪相连，通过观察压力波形的变化判断导管位置，将导管送入肺动脉。手术后按 4 mg/kg 从静脉追加戊巴比妥钠一次。手术操作完毕后静息 30 min，待各项指标稳定后再行实验。实验过程中采用输液泵(Imed,USA)持续静脉滴注生理盐水，滴速为 7 ml/(kg.h)。使用电热毯或颈部放置冰袋的方法使犬体温维持在 36～38 ℃。在不中断机械通气的情况下持续气管内滴入乙酰甲胆碱(和光株式会社，日本)。于实验当日配置 2% 乙酰甲胆碱溶液，通过输液泵(Ameda Switzerland)以 1 mg.kg-1.min-1 的速度向气管滴入，当 940 呼吸力学测定仪(Siemens,Sweden)显露吸气阻力达到基础值的 300% 时停止给药，记录给药时间，计算给药剂量。
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1.2 实验方法 采用交叉设计自身对照的方法进行实验。每只犬均接受如下三次实验：①制备动物模型后吸入空气观察 20 min，作为空气组。②气道激发后吸入 100×10-6 的NO 20 min，作为NO组。③气道激发后给犬同时吸入 100×10-6 的NO和氦-氧混合气(氦气∶氧气为 75∶25) 持续 20 min，作为混合气组。三次实验的顺序采用随机方法排列。二次实验之间间隔 72 h，同一只犬不同的实验阶段其麻醉药物剂量、呼吸机参数、静脉输液速度、气管内滴入乙酰甲胆碱的剂量维持不变(以第一次实验数值为准)。
1.3 吸入气体的输送及浓度调控 实验所需的氦-氧混合气及NO均由北京氦普北分气体工业有限公司制备，氮气由北京氧气厂配制。氦-氧混合气中氧气∶氦气为 25∶75；以氮气为底气含 1000×10-6 的NO气体贮存在特制的钢瓶中。NO经释放器在吸气相直接导入呼吸环路吸气枝中，通过调节释放器中的微流量计调整NO的吸入浓度。通过氮氧化物浓度测定仪(Monitor Labs,USA，北京环保设计研究院组装)持续从吸气枝中采集气体标本，检测NO及二氧化氮 (NO2) 浓度。实验中NO的浓度稳定在 (98～102)×10-6 之间；NO2 稳定在 (0.6～1.1)×10-6 之间。呼吸机空氧混合器的氧气入口与氦-氧混合气相连，空气入口与氮气相连。在呼吸环路的吸气枝放置一氧浓度测定仪(浙江梅城电化分析仪器厂，中国)，通过调节空氧混合器使吸氧浓度维持在 20.5%～21.6% 之间。
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1.4 检测指标 分别监测吸气阻力(Ri)、呼吸系有效顺应性(Ceff)和肺动脉压(Ppa)，上述指标连续记录三次，取平均值。分别从动脉导管和Swan-Ganz导管抽取动脉血及混合静脉血，测定氧分压、二氧化碳分压和血氧含量，应用公式计算动-静脉分流(Qs/Qt)。上述指标均在气道激发前及气道激发后即刻、 5 min、 10 min、 20 min 记录。
1.5 实验数据处理 应用SAS计算机统计分析系统(SAS In,USA)进行t、F检验及q检验，结果用
±s的形式表示。2 结 果
气道激发后三组犬吸气阻力均显著增加。同时吸入NO和氦-氧混合气后，吸气阻力明显降低，除与空气组比较差异有显著意义外，与NO组比较差异也有显著性意义。表明吸入 100×10-6 的NO能部分对抗乙酰甲胆碱引起的气道收缩，加入氦-氧混合气后此作用得到进一步增强。此外气道激发后空气组肺动脉压显著增加并维持在较高水平，与空气组比较NO组和混合气组在 5～20 min 间肺动脉压显著降低，此两组间比较差异不显著。表明 100×10-6 的NO对肺循环有强烈的扩张作用，加入氦-氧混合气后此作用没有得到进一步的增强(表 1)。
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混合气组的顺应性虽有下降，但与空气组和NO组比差异有显著性意义。而且动-静脉分流上升程度也低于前二者。表明吸入NO时加入氦-氧混合气能改善呼吸系顺应性及动-静脉分流(表 2)。
表 3 显示动脉血氧分压(PaO2)及二氧化碳分压(PaCO2)的变化。与空气组和NO组比较，混合气组的PaO2 在 5 min、10 min，PaCO2 在 10 min、 20 min 时差异有显著意义(P<0.05)。提示同时吸入NO时加入氦-氧混合气能够增加血氧含量、减少二化碳潴留；单独吸入NO未产生上述作用(表 3)。
表1 吸气阻力(kPa.L-1.s-1)的变化和肺动脉压(kPa)的变化(
±s), 百拇医药
肺动脉压
吸气阻力
气道激发后(min)
气道激发后(min)
基础值
即刻
5
10
20
基础值
即刻
5
10
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20
空气组
1.14±
0.16
2.48±
0.17*
2.33±
0.15*
2.36±
0.15*
2.29±
0.18*
, 百拇医药
0.77±
0.05
2.29±
0.12*
4.88±
0.66*
4.55±
0.55*
3.56±
0.35*
NO组
1.02±
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0.11
2.51±
0.17*
1.59±
0.16+
1.59±
0.19+
1.56±
0.17+
0.85±
0.04
2.27±
, 百拇医药
0.13*
3.73±
0.48*+
3.28±
0.39*+
2.42±
0.22*+
混合气组
1.20±
0.15
2.54±
0.15*
, 百拇医药
1.61±
0.17+
1.57±
0.17+
1.43±
0.14+
0.83±
0.06
2.34±
0.18*
2.42±
0.86*+△
, 百拇医药
1.88±
0.14*+△
1.59±
0.15*+△
组内比较，*与基础值比，P<0.05；组间比较，+与空气组比较，P<0.05；△与NO组比较，P<0.05表2 呼吸系有效顺应性(Ceff,kPa/L)和动静脉分流(Qs/Qt,%)的变化(
±s)有效顺应性
动静脉分流
, 百拇医药 气道激发后(min)
气道激发后(min)
基础值
即刻
5
10
20
基础值
5
10
20
空气组
3.86±
, 百拇医药
0.23
1.57±
0.12*
1.38±
0.08*
1.64±
0.15*
1.79±
0.17*
7.09±
3.20
44.98±
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5.89*
46.88±
5.27*
43.33±
4.01*
NO组
4.07±
0.20
1.62±
0.13*
1.60±
0.14*
, 百拇医药
1.77±
0.12*
1.96±
0.15*
7.63±
3.05
56.47±
9.57*
50.70±
6.66*
42.48±
5.89*
, 百拇医药
混合气组
3.89±
0.22
1.60±
0.15*
2.09±
0.17*+△
2.28±
0.17*+△
2.48±
0.20*+△
10.73±
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5.36
32.58±
6.04*
29.97±
4.90*+△
31.14±
4.68*+△
组内比较，*与基础值比，P<0.05；组间比较，+与空气组比较，P<0.05；△与NO组比较，P<0.05表3 动脉血氧分压和二氧化碳分压( kPa)的变化(
±s), 百拇医药
动脉血氧分压
动脉血二氧化碳分压
气道激发后(min)
气道激发后(min)
基础值
5
10
20
基础值
5
10
20
空气组
, 百拇医药
15.79±0.68
7.45±0.29*
7.12±0.33*
7.71±0.35*
5.33±0.15
5.29±0.24
5.79±0.34
6.17±0.34*
NO组
15.89±0.49
7.47±0.41*
, 百拇医药
7.30±0.40*
7.69±0.42*
4.85±0.11
5.20±0.21
5.50±0.28
5.64±0.30
混合气组
15.57±0.50
8.72±0.28*+△
8.38±0.28*+△
8.87±0.52*
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4.66±0.24
4.56±0.26
4.58±0.28+△
4.90±0.23+△
组内比较，*与基础值比，P<0.05；组间比较，+与空气组比较，P<0.05；△与NO组比较，P<0.05
3 讨 论
重症哮喘的一个突出特征就是低氧血症，这是导致此类患者出现血流动力学改变的重要原因。缺氧使肺血管广泛收缩，肺动脉压升高。Lee[1]的实验研究也表明，随着支气管阻塞程度的增加，PaO2 迅速下降，同时伴有肺动脉压的上升。本研究结果显示犬气道激发后PaO2 迅速下降，肺动脉压急剧上升，吸入NO或者吸入含有NO的氦-氧混合气均可使实验动物的肺动脉压显著下降。NO具有较高的亲脂性，因此人们推测它不仅可以进入肺泡进而弥散入肺血管发挥扩血管作用，同样也可透过气管黏膜屏障进入平滑肌，而起舒张气道的作用。Dupuy[2]的动物实验证实吸入NO能够对抗由乙酰甲胆碱引起的气道收缩。本研究以犬作动物模型，NO组与空气组比较吸气阻力明显下降，表明NO能够抑制气道的痉挛。
, 百拇医药
虽然早期Barach[3]就成功的将氦-氧混合气用于临床，然而随着各种支气管扩张药物的出现，这种治疗手段未被重视。近年来由于重症哮喘治疗手段的贫乏，人们又开始尝试将氦-氧混合气用于临床[4]。氦-氧混合气既无抗炎作用，又不具备扩张支气管的能力，其降低气道阻力的根本原因在于本身的低密度。气道阻力的大小主要与管径、气道内壁的光洁度、气流速度、气流形式和气体的物理性质等因素有关。不同的气体在同一气道内流动时，低密度气体所产生的气道阻力也低。哮喘发作时气管、支气管平滑肌痉挛、气道黏膜水肿、分泌物增加和黏液栓形成使气道弥漫性狭窄[5]。应用乙酰甲胆碱制备的动物模型虽然与哮喘不完全相同，但同样出现广泛的气道痉挛及气道分泌物的增加[6]。以上原因使气道口径缩小，气道内壁光洁度下降，直接增加了气道阻力。吸入氦-氧混合气能降低气道阻力的根本原因在于气体的低密度，当氦、氧比达到 80∶20 时，混合气的密度仅有空气的 1/3。因此在其他条件不变的情况下低密度的氦-氧混合气可以显著的降低气道阻力。Mink[7]采用离体人肺组织进行的研究证实了上述理论。本研究将NO导入氦-氧混合气中组成新的混合气，结果显示，实验动物在气道激发后，同时吸入NO和氦-氧混合气与单纯吸入NO比气道阻力有明显的下降。提示NO能部分的对抗乙酰甲胆碱引起的气道收缩，而氦-氧混合气可以在此基础上依赖其物理特性进一步的降低气道阻力。
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由于临床条件的限制，有关NO和氦-氧混合气对重症哮喘患者肺顺应性和肺内气体交换的影响未见报道，而动物实验的结果不相一致。Dupuy[2]的动物实验显示，吸入 100×10-6 的NO可以使哮喘动物的肺顺应性显著增加；Hogman[8]经过动物实验认为，吸入高浓度的NO虽然可以降低气道阻力，但并不能明显的改善肺顺应性。并认为哮喘发作时影响肺顺应性的主要因素为，小气道广泛狭窄、闭塞造成的肺内气体陷闭，肺组织变“硬”，而NO可能对小气道的作用不大。我们虽然未直接观察小气道的变化，但也观察到吸入 100×10-6 的NO与呼吸空气比较有效呼吸顺应性并未出现明显变化，这与Hogman的结果相似。然而吸入NO的同时加入氦-氧混合气则使有效呼吸顺应性显著增加。低密度的氦-氧混合气可减少大、小气道的气道阻力，增加呼气流量，促进肺内陷闭的气体排出，从而改善顺应性。这也见接的证明哮喘发作时小气道的功能对肺顺应性起着重要作用，而NO对小气道的作用可能不及氦-氧混合气。
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已有研究表明[9]，哮喘发作时存在着低通气造成的通气血流比例失调。本研究虽然未直接检测通气血流比值，但血气分析显示气道激发后 PaO2 显著下降，PaCO2 上升伴随着 Qs/Qt的增加。虽然有研究表明[10]，吸入NO可以改善哮喘动物的PaO2 和Qs/Qt。然而本研究显示，单独吸入较高浓度的NO并不能提高PaO2、改善 Qs/Qt，也不能抑制PaCO2 增加的趋势。我们认为，在本实验中NO的作用部位主要在大气道，它未能缓解由乙酰甲胆碱引起的小气道痉挛，因此所造成的气体陷闭和肺泡通气不足依然存在，这些使肺内通气血流比例难以改善。本研究还显示，吸入NO的同时加入氦-氧混合气 5 min 就可提高PaO2， 10 min 就出现明显降低Qs/Qt和PaCO2 的作用。此结果一方面源于氦-氧混合气改善了小气道的功能，另一方面还在于其加快了肺内气体的交换。已有研究证实[4，11]，二氧化碳在氦-氧混合气中的弥散速度为在空气中的 4～5 倍，此外氦-氧混合气还能降低侧枝通气阻力，使肺泡间的气体转运得以增强。
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综上所述，吸入 100×10-6 的NO可以降低哮喘犬的气道阻力，但不能改善已恶化的肺内气体交换。而氦-氧混合气可以增强NO的作用，又能改善动静脉分流，提高血氧含量减少二氧化碳潴留，因此它的临床应用具备更好的前景。
作者简介：马迎民，男，1963-07-16生，河北易县人，汉族，1997年军医进修学院博士毕业，解放军总医院呼吸科主治医师；发表论文10篇。电话：(010)937090
参考文献
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收稿日期：1999-10-08
修回日期：1999-11-19, 百拇医药