监控跨肺压的肺保护通气策略对犬ARDS模型肺损伤的影响
温德良1 肖 锐2 熊旭明1
1.广州医科大学附属第二医院重症医学科，广州 510260；2.广州市番禺区中心医院呼吸内科，广州 511400
1.广州医科大学附属第二医院重症医学科，广州 510260；2.广州市番禺区中心医院呼吸内科，广州 511400
［摘要］目的 比较监控跨肺压（PL）的肺保护通气策略（控制PL）和传统肺保护通气策略（控制Pplat）分别在机控通气和保留自主呼吸模式下对犬ARDS模型肺损伤的影响。方法18只比格犬采用静注油酸复制ARDS模型，随机分为A组、B组、C组。肺保护通气4 h后通过全肺CT扫描，根据三组的CT值判断过度通气区、正常通气区、通气不足区和闭合区，计算各充气区的容积以及其占总肺容积的比例；胸活检取肺组织，HE染色进行病理学评分。结果C组的过度充气区所占比例显著高于A组和B组，肺损伤总分高于A组和B组，差异有统计学意义 （P＜0.05）。C组的中性白细胞浸润和间质水肿评分高于A组和B组，肺不张评分低于A组和B组，差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 监控PL无论在自主呼吸还是机控呼吸状态下，均能够有效调控肺容量，减轻VILI。在保留自主呼吸时，单纯监控Pplat不能有效调控肺容量，可导致肺组织过度充气，加重肺损伤。
［关键词］急性呼吸窘迫综合征；肺保护通气策略；平台压；病理学；呼吸机相关性肺损伤
随着呼吸机模式的不断改进，仅有不到20%的急性呼吸窘迫综合征 （acute respiratory distress syndrome，ARDS）患者直接死于不可逆性的缺氧，ARDS的主要死因为呼吸机相关性肺损伤 （ventilation-induced lung injury，VILI）及其导致的多脏器功能障碍综合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS），因此如何减轻VILI是临床急需解决的问题［1］。传统的肺保护通气策略 （lung protective ventilation strategy，LPVS）通过控制吸气末平台压力（Pplat）来调控吸气末肺容积，以减轻VILI，但在保留自主呼吸的情况下，单纯监控Pplat并不能够调控吸气末肺容量，因此必须寻找一种新的肺保护通气手段。从呼吸力学角度看，跨肺压（PL）是最终决定肺容量的压力因素，无论是在完全机控呼吸还是保留自主呼吸情况下，调控PL均可以控制吸气末肺容量。理论上通过监控PL来控制吸气末容积更为合理［2］，研究也证实，根据PL指导呼吸机通气和肺复张，可改善肺氧合功能和肺顺应性［3-4］，但能否有效减轻VILI，未见相关报道。本研究主要复制犬ARDS动物模型，通过监控PL指导呼吸机通气（分别根据吸气末PL和呼气末PL设定潮气量和呼气末正压），从病理和影像学角度比较传统LPVS和监控PL的LPVS在机控呼吸和保留自主呼吸条件下对ARDS模型VILI的影响。
1 材料与方法
1.1材料
普通级比格犬18只，体重（18.6±3.5）kg，均为雄性，普通喂养，由广州医科大学实验动物中心提供（动物合格证号：粤Scxk2009-009）。
1.2动物准备和模型制备
麻醉成功后行气管插管，机械通气。右股静脉置入中心静脉导管，20 ml生理盐水和油酸 （0.1 ml/kg）经充分混合后，由中心静脉导管缓慢注入，20 min注完。90 min后查动脉血气，如PaO2/FiO2＜200 mmHg并稳定30 min，说明ARDS模型复制成功。
1.3呼吸力学监测
经口在食道引导管引导下依次插入胃和食道囊管，囊管充气后将压力传感器连接于PCLAB生物信号放大器和PowerLab 16导生理记录仪。根据计算机实时监测波形调整囊管位置。插入的食道电极根据肌电图的幅度进行定位，两端肌电信号最大时固定电极。所有信号在Chart 5.2.1软件支持下进行数据采集，信号采样频率为2000 Hz。实时监测气道压（Pao），食道压（Peso），PL=Pao-Peso（图1）。
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图1 机控呼吸状况下呼吸力学曲线
1.4实验分组
根据呼吸力学原理，在呼吸机控制通气时，完全肌肉松弛的条件下，吸气末平台压Pplat能较好地反映吸气末PL［5］。预实验也证实，PL与Pplat高度相关，通过相关回归分析可得到以下方程，Pplat=1.0108 PL+9.8619。根据目前LPVS的推荐，控制吸气末Pplat≤30 cmH2O，即相当于控制吸气末PL≤20 cmH2O。18只比格犬分为3组，每组6只。A组（镇静组）：呼吸机控制通气，应用镇静药和肌松药，使动物达到完全肌松状态，控制Pplat=30 cmH2O（相当于吸气末PL=20 cmH2O）；B组（控制PL组）：保留自主呼吸，控制吸气末PL=20 cmH2O；C组（控制Pplat组）：保留自主呼吸，控制Pplat=30 cmH2O。呼吸机参数设置：使用Drager Savina呼吸机进行机械通气，采用BIPAP模式，根据上述分组要求来设置高水平压力（Phigh）、低压水平（Plow，相当于PEEP），设定为保持呼气末PL≥0 cmH2O，高压持续时间为0.6 s，呼吸频率（RR）为30次/min。
1.5 CT扫描
呼吸机通气4 h，将实验犬转运至CT室，继续原方案通气。CT扫描参数：20 kV，230 mA，每层螺旋扫描时间为0.05 s，床速20 mm/s；层厚3 mm，由肺底至肺尖进行全肺扫描。使用国际通用的ImageJ软件进行影像学分析［6］，并根据像素Hu值大小进行全肺充气状况分区，CT值≤-900 Hu为过度充气区；-900 Hu＜CT值≤-500 Hu为正常充气区；-500 Hu＜CT值≤-100 Hu为充气不足区；CT值＞-100 Hu为闭合区［6］。计算各充气区的容积以及其占总肺容积的比例。
1.6肺组织病理学
实验结束后将动物处死，从右上、中和下肺取肺组织放入10%甲醛溶液中固定，行病理学检查，观察肺损伤程度。采用Smith积分法［7］，对肺水肿、肺泡及间质炎症、肺泡及间质出血、肺不张和透明膜形成进行半定量分析评分，无损伤记为0分，病变范围＜25%记为1分，病变范围为25%～50%记为2分，病变范围为50%～75%记为3分，变满视野记为4分。总肺损伤评分为上述各项之和。每只动物观察10个高倍视野，取其平均值。
1.7统计学处理
采用SPSS 18.0软件对数据进行统计分析，计量资料以.jpg)
表示，采用t检验，计数资料采用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。
表示，采用t检验，计数资料采用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。2 结果
2.1肺HRCT和病理表现分析
2.1.1肺CT表现 肺部病变由三类病变组成，正常或接近正常的肺野位于仰卧位的腹侧，磨玻璃阴影位于中间，实变影位于卧位的背侧。斑片影、磨玻璃影及均匀一致的实变影这三类征象可在不同部位同时出现，病变范围也不相同。各组实验犬的CT均显示病变具有不均一性的特点，病变在肺的上部较轻，肺底部重，腹侧较轻，背部较重，呈重力依赖性。C组实验犬肺CT实变影略多于其余两组，A组和B组的CT表现无显著差异（图2）。
2.1.2肺组织病理改变 肺组织呈现不同程度的肺泡和肺间质水肿，少量肺泡腔内可见水肿液、血管周围水肿、肺泡血，肺间质可见散在的红细胞、巨噬细胞、淋巴细胞等浸润和透明膜形成，以肺间质水肿、中性粒细浸润和肺不张尤为明显，可见肺泡间隔和肺小叶间隔增宽，肺泡壁结构尚完整，肺泡腔内可见水肿液充填，受重力影响，肺区域肺泡不张、萎陷。C组实验犬肺组织间质水肿较重，中性粒细胞浸润更明显，A组和B组的肺组织病理表现无显著差异（图3）。
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图2 不同肺保护通气策略后犬肺CT改变
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图3 不同肺保护通气策略后犬肺组织病理改变
2.2各组肺不同充气区所占比例的比较
C组的过度充气区所占比例显著高于A组和B组，差异有统计学意义（P＜0.05）；闭合区所占比例有下降趋势，但差异无统计学意义（P＞0.05）；C组的正常充气区和充气不足区所占比例与A、B两组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；A、B两组各充气区所占比例比较，差异无统计学意义（P＞0.05），提示同其他两组比较，保留自主呼吸控制Pplat组更容易导致肺过度通气区增加（表1）。
表1 各组肺不同充气区所占比例的比较（%）
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与C组比较，*P＜0.05
2.3各组肺损伤组织病理评分的比较
C组的肺损伤总分高于A组和B组，差异有统计学意义（P＜0.05）；C组的中性粒细胞浸润评分高于A组和B组，间质水肿评分高于A组，肺不张评分低于A组和B组，差异有统计学意义（P＜0.05）；A组和B组的肺损伤总分和分类评分比较，差异无统计学意义（P＞0.05），提示同其他两组相比，保留自主呼吸控制Pplat组可加重肺损伤评分（表2）。
表2 各组肺损伤组织病理评分的比较（分，.jpg)
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与C组比较，*P＜0.05
3 讨论
对VILI的深入认识和研究是对ARDS病例实施肺保护性通气策略的基础，早期认为VILI主要是压力的损伤（气压伤，barotraumas），随后认识到肺容量的变化是决定VILI的重要因素，因而提出容积伤（volume-traumas），到近期认为炎性反应是肺损伤的重要途径，故提出生物伤（bio-traumas）［8］。目前认为气压伤实质上为容积性肺损伤，容积伤的形成主要与过大的吸气末肺容积对肺泡上皮和血管内皮的过度牵拉有关，其是导致VILI的重要因素，因此，如何控制吸气末肺容积是预防VILI的关键［9］。
ARDS的病理特征为肺毛细血管通透性增高而导致的肺水肿，在疾病早期表现为肺间质水肿、炎性细胞的浸润、肺泡壁增宽，淤血和透明膜的形成和肺不张。1988年Gattinoni等［10］首次通过CT检查发现ARDS病变具有不均一性的特点，呈重力依赖性，表现为肺上部病变较轻，肺底部重，腹侧较轻，背部较重，将肺分为正常区域、可复张区域和实变区三个区。目前CT值HU大小不一，故将全肺充气状况为过度充气区、正常通气区、通气不足区和实变区四个区。Crotti等［11］的研究发现，在病情严重的ARDS，其肺实变区有可能占据整个肺野的70%～80%，而相对正常的肺泡就只有20%～30%。本研究的预实验也发现，犬ARDS模型通气不足区和闭合区所占比例高达69%。肺保护通气通过控制吸气末肺容积限制肺泡过度通气，复张陷闭肺泡，增加充气不足区的通气功能。只有控制吸气末容积，限制过度充气区肺泡的过度充气，同时改善充气不足区和实变区的通气功能，才能达到防止VILI的目的。
本研究结果显示，三组犬ARDS模型分别采用不同肺保护通气策略通气后，肺正常充气区比例升高，通气不足区和闭合区比例降低，提示肺保护通气能够使萎陷和实变的肺泡复张并维持其复张的状态，改善肺泡通气。本研究也发现，C组过度充气区所占比例为5.4%，虽然低于Luecke的报道［12］，但高于A组和B组。其机制为：在自主保留自主呼吸状态下，吸气时胸腔压为负值，因而吸气末PL增高，吸气末肺容积增大，产生的潮气量大于A组和B组，使部分肺泡过度通气，可加重VILI；而PL反映在相应的肺容量时需要克服肺的阻力，也是产生相应的肺容量变化消耗于肺的驱动压力，是最终决定肺容量的压力因素。无论在完全肌肉松弛情况下，还是在保留自主呼吸状态下，控制PL均能控制吸气末肺容积，改善肺泡过度充气，减轻VILI。Gattinoni等［10］的研究显示，完全肌肉松弛情况下，PL与Pplat呈直线相关，两者均能较为客观地反映肺容积，但在自主呼吸状态下，PL与Pplat无明显相关性，而PL与潮气量有很好的相关性。Chiumello等［13］的研究也证实，与潮气量和Pplat相比，PL更能准确地反映肺牵张和容积变化，所以在保留自主呼吸时，单纯监控Pplat不能有效地调控肺容量，可导致肺组织过度充气和加重肺损伤，无法有效实施肺保护通气。
ARDS的病理学表现为弥漫性肺泡损伤，病程可分为三个阶段：第一阶段病理表现为毛细血管充血，间质水肿、中性粒细胞集聚、内皮细胞肿胀和微小肺不张；第二阶段表现为液体渗出、纤维蛋白沉积、透明膜形成以及微血管栓塞，由于出血和肺透明膜所导致的肺泡实变更广泛，缺氧症状亦更显著；第三阶段，肺泡内的液体大量减少，出现Ⅱ型肺泡细胞增生、微血管破坏、广泛的纤维化和间质气肿［14］。本研究参照ADRS早期肺损伤的病理特点，从出血、间质水肿、中性粒细胞浸润、透明膜形成和肺不张五个方面进行肺损伤病理评分，结果显示，C组的Smith积分高于A组和B组；在肺损伤分类评分中，C组的中性白细胞浸润和间质水肿评分高于A和B组，肺不张评分均低于A和B组。其机制为：自主呼吸条件下，控制Pplat并不能控制吸气末肺容积，肺过度充气区肺泡过度膨胀，肺泡上皮过度牵拉，激发肺的炎性反应，导致肺组织炎性细胞浸润和肺间质水肿，这也可从CT影像学得到证实。过度充气区比例增加，肺不张区域减少，故C组肺不张评分低于其余两组。
综上所述，本研究从CT影像和病理两方面证实，监控PL无论在自主呼吸还是机控呼吸状态下，均能够有效地调控肺容量，减轻VILI。在保留自主呼吸时，单纯监控Pplat不能有效调控肺容量，可导致肺组织过度充气和加重肺损伤。
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Influence of lung protective ventilation strategy guided by transpulmonary pressure on lung injury in a canine model of ARDS
WEN De-liang1XIAO Rui2XIONG Xu-ming1
1.Department of Intensive Care Unit，the Second Hospital Affiliated to Guangzhou Medical University，Guangzhou 510260，China；2.Department of Respiratory Medicine，Central Hospital of Panyu District in Guangzhou City，Guangzhou 511400，China
1.Department of Intensive Care Unit，the Second Hospital Affiliated to Guangzhou Medical University，Guangzhou 510260，China；2.Department of Respiratory Medicine，Central Hospital of Panyu District in Guangzhou City，Guangzhou 511400，China
［Abstract］Objective To compare the influence of lung protective ventilation strategy （LPVS）guided by PLand traditional LPVS on lung injury in a canine model of ARDS under the mode of controlled mechanical ventilation and spontaneous breath.Methods 18 beagle dogs were recruited to induct ARDS models by venous injection of oleic acid and were divided into group A，group B and group C.After 4 hours LPVS，CT scanning among the three groups was performed，and the regions of hyperventilation，normal ventilation，hypoventilation and closure were judged according to CT value，then the volume of each aerated region and its proportion to the total LV were calculated.Lung tissues were obtained by thoracotomy，HE staining was performed for pathological score.Results The proportion of hyperventilation region in group C was higher than that in group A and group B，the total score of lung injury in group C was higher than that in group A and group B，with significant difference（P＜0.05）.The score of neutrophil infiltration and interstitial edema in group C was higher than that in group A and group B，the atelectasis score in group C were lower than those in group A and group B，with significant difference （P＜0.05）.Conclusion Monitoring of PLin both autonomous breathing and respiratory control，can effectively control the lung capacity，reduce VILI.In the retention of spontaneous breathing，simply monitoring Pplatcan not effectively control the lung capacity，which can lead to excessive inflation of the lung tissue and increase the lung injury.
［Key words］Acute respiratory distress syndrome；Lung protective ventilation strategy；Plateau pressure；Pathology；Ventilation-induced lung injury
［中图分类号］R-332［文献标识码］A
［文章编号］1674-4721（2016）07（a）-0004-05
［基金项目］广东省自筹经费类科技计划项目；广东省医学科研基金（B2015007）
［作者简介］温德良（1974-），男，医学博士，副主任医师，主要从事危重症临床研究
（收稿日期：2016-05-08本文编辑：祁海文）