肺复张策略对急性呼吸窘迫综合征模型犬压力－容积曲线和肺组织病理的影响*

熊旭明， 温德良， 温艺超， 江子欣， 刘卫江

(广州医学院第二附属医院重症医学科，广东 广州 510260)

肺内源性急性呼吸窘迫综合征(pulmonary acute respiratory distress syndrome，ARDSp)与肺外源性ARDS(extrapulmonary acute respiratory distress syndrome，ARDSexp)由于病因不同，对肺复张策略(lung recruitment maneuver，LRM)治疗的反应也有较大的差异[1]。我们的研究发现对于不同原因ARDS，RM均具有增加肺氧合，改善肺顺应性和肺组织通气的作用，对ARDSexp的治疗效果明显优于ARDSp[2-3]。肺静态压力 - 容量(pressure-volume，P-V)曲线能够反映呼吸系统力学特征，对于指导ARDS机械通气治疗有重要的意义[4]。从理论上分析，LRM可以使塌陷的肺泡复张，扩大肺容积，P-V曲线的低位转折点(low inflection point，LIP)和高位转折点(upper inflection point，UIP)可能也会发生相应改变[5]，对于不同病因的 ARDS，LRM 后 LIP 和UIP的变化如何，目前未见报道。本研究通过复制犬ARDSexp和ARDSp模型，观察LRM对其P-V曲线、肺复张容积和肺病理学的影响。

材料和方法

1 动物

普通级健康犬24只，体重(17.6 ±3.1)kg，雌性10只，雄性14只，由广州医学院实验动物中心提供(动物合格证号:粤SCXK2009-009)。

2 动物准备和模型制备

麻醉成功后行气管插管，机械通气。ARDSexp模型:20 mL生理盐水和油酸(0.1 mL/kg)经涡旋混合器振荡30 s充分混合后，中心静脉导管缓慢注入，20 min钟注完。ARDSp模型:pH 1.0 HCl 2 mL/kg气管内注入。90 min后进行动脉血气分析，氧合指数 (oxygenation index，OI)＜200 mmHg并稳定30 min，说明ARDS模型复制成功。

3 准静态P－V曲线的描绘

静脉注射阿曲库铵，待动物完全肌松，采用低流速法，容量控制通气(volume-controlled ventilation，VCV)，恒流，潮气量(tidal volume，VT)20 mL/kg，呼吸频率(respiratory rate，RR)5 min-1，吸气时间(inspiratory time，Ti)10 s，吸氧浓度(fractional inspired oxygen concentration，FiO2)100%，由呼吸功能监护仪记录准静态P-V曲线，将数据导出，Origin 8.0软件分析数据，采用双向直线回归法计算曲线的LIP 和 UIP 水平[6]。

4 动物分组

随机分为ARDSexp和ARDSp组，每组12只，每组再随机各分肺保护通气策略(lung protective ventilation strategy，LPVS)组和 LPVS+LRM 组，每组 6只。LPVS 按 VT8 mL/kg、RR 30 min-1、FiO2100%、呼气末正压(positive end-expiratory pressure，PEEP)为LIP+2 cmH2O进行呼吸机通气，LPVS+LRM组先实施LRM。

5 LRM实施

压力控制通气(pressure-controlled ventilation，PCV)，压力上限为UIP，PEEP为LIP+2 cmH2O，维持时间60 s。LRM后继续原方案通气4 h。

6 肺复张容积测定

将呼吸频率减为5 min-1，呼气时间为9 s，吸气末时将PEEP调为0 cmH2O(ZEEP)，测定此次呼气量，与吸气潮气量相减即为PEEP所增加的功能残气量(ΔFRC)。用低流速法描记静态P-V曲线，描记过程中PEEP维持不变，将此静态P-V曲线沿容积轴上移ΔFRC。同法描记ZEEP时静态P-V曲线，分别记录2条曲线压力在20 cmH2O时的容积(V20)，两者之差即为肺复张容积。肺复张容积=V20(PEEP)+ ΔFRC-V20(ZEEP)[7]。

7 肺湿干重比值测定

取犬右中肺，称重后置80℃烘箱内，烘烤48 h至恒重，计算湿重/干重(W/D)值。

8 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[8]，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=0分;病变范围＜25%=1分;病变范围占25% ～50%=2分;病变范围占50% ～75%=3分;病变满视野=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。

9 统计学处理

结 果

1 一般情况

24只犬均达到ARDS模型标准，成模后各组动脉氧分压(arterial partial pressure of oxygen，PaO2)、动脉二氧化碳分压(arterial partial pressure of carbon dioxide，PaCO2)以及LRM前LIP、UIP差异无统计学意义(P ＞0.05)，见表1。

表1 ARDSp组和ARDSexp组成模时氧合指标、LIP和UIP的比较Table1.Comparison of PaO2，PaCO2，LIP and UIP in ARDSexp and ARDSp groups before treatment(.n=6)

表1 ARDSp组和ARDSexp组成模时氧合指标、LIP和UIP的比较Table1.Comparison of PaO2，PaCO2，LIP and UIP in ARDSexp and ARDSp groups before treatment(.n=6)

Parameter ARDSexp ARDSp LPVS LPVS+LRM LPVS LPVS+LRM PaO2(mmHg) 113.2 ±22.5 118.5 ±31.7 120.6 ±26.8 115.1 ±19.8 PaCO2(mmHg) 44.2 ±10.3 42.5 ±8.9 42.8 ±8.4 40.7 ±9.5 LIP(cmH2O) 9.9 ±3.2 10.3 ±2.7 10.2 ±2.1 10.6 ±2.1 UIP(cmH2O)32.3 ±8.5 31.9 ±8.1 32.4 ±7.4 33.1 ±9.2

2 LRM对P－V曲线LIP和UIP的影响

LPVS组LIP和UIP无明显改变;LRM实施后，ARDSp组和 ARDSexp组 LIP分别为(8.2±2.3)cmH2O 和(6.4 ±2.1)cmH2O，较 LRM 前均有下降(P＜0.05)，且ARDSexp组LIP下降更为显著(P＜0.05);ARDSexp组4例UIP消失，其余2例UIP无明显变化;ARDSp组6例UIP均无明显改变。

3 LRM对肺复张容积的的影响

LPVS组中ARDSexp复张容积(57.9 ±10.1)mL显著高于 ARDSp 的(45.6 ±8.9)mL(P ＜0.05);LRM组中 ARDSexp复张容积(112.9±16.6)mL显著高于 ARDSp 的(77.3 ±14.1)mL(P ＜0.01)。LRM组中ARDSexp和ARDSp肺复张容积分别高于LPVS组中 ARDSexp和 ARDSp，差异显著(P＜0.01)。

4 LRM对肺组织W/D的影响

肺组织W/D比值基本亦符合ARDS病理改变。LRM 组中 ARDSexp组 W/D 值(5.23±0.79)显著低于ARDSp组(7.39 ±0.93)(P ＜0.01);LPVS组中ARDSexp和ARDSp组W/D值分别为(9.12±1.34)和(9.38±1.43)，两组相比无显著差异(P ＞0.05);LPVS组中ARDSexp和ARDSp组的W/D值分别高于LRM组中ARDSexp和 ARDSp，差异显著(P＜0.01)。

5 LRM对肺组织病理评分的影响

LRM实施后，与LPVS组相比，LPVS+LRM组肺泡和间质炎症、出血、水肿和肺不张的程度均较轻，肺损伤评分显著降低(P＜0.01);与ARDSp组相比，LRM实施后，ARDSexp组肺损伤评分改善程度大于 ARDSp组(P ＜0.05)，见图1、表2。

Figure1.Histopathological changes of lung tissues in ARDS dogs(HE staining，×100).图1 ARDS犬肺组织病理学改变

表2 LRM对ARDSp组和ARDSexp组肺组织病理评分的影响Table2.The changes of lung injury scores in ARDS dogs after LRM

讨 论

ARDS根据病因可分为 ARDSp与 ARDSexp。ARDSp病理变化以肺泡腔内改变为主，引起肺泡腔内水肿，纤维蛋白、胶原蛋白渗出和中性粒细胞聚集，可合并肺泡内出血，导致肺实变;ARDSexp表现为小血管充血和肺间质水肿，而肺泡腔的结构相对正常。研究表明，ARDSexp对 LRM的反应要比ARDSp 好一些[9]。

ARDS患者P-V曲线呈S型，通常由2点3段构成。低位平坦段是开放肺泡随压力变化时容积增大的结果，LIP为陷闭肺泡的同时开放点，其后开放肺泡和开放的陷闭肺泡同时扩张，出现陡直段，肺容量接近肺总量后，压力明显升高导致肺容量增加非常有限，称为高位平坦段，二者交点为UIP，LIP和UIP是肺损伤发生机会多少的分水岭[10-11]。我们的研究发现，LRM后ARDSp组和ARDSexp组LIP均明显降低;与ARDSp组相比，ARDSexp组LIP下降更为显著。这提示应用LRM后大量坍陷肺泡复张，塌陷的肺泡较前明显减少，此时肺泡复张所需的压力降低，导致LIP水平下降。ARDSexp组由于其病理特点，对LRM反应更好，大量肺泡复张，LIP水平下降更为明显。

我们的研究还发现LRM实施后，ARDSexp组4例UIP消失，其余2例UIP无明显变化，而ARDSp组6例UIP均无明显改变。从理论上分析[12]，UIP的存在说明还有肺不张或肺局限水肿，从另一方面也说明肺未达到完全复张。ARDSexp组由于对LRM反应良好，可达到完全肺复张，故可出现P-V曲线UIP的消失。相反，ARDSp组其病理基础为肺部原因导致肺实变，病变相对局限，对LRM反应较差，未达到完全肺复张，故UIP无明显改变。

P-V曲线法是选择PEEP常用的方法。LRM可降低LIP水平，从而使最佳PEEP水平发生了改变。研究认为[13]，ARDS患者的最佳 PEEP为 LIP+2 cmH2O。实施LRM后，塌陷的肺泡复张，并能保持在复张状态，故呼气末所需的 PEEP水平下降。Grasso等[14]的研究表明，应用LRM后，PEEP水平只需维持于P-V曲线呼气支上肺泡闭合压界值即能维持呼气末肺泡复张，而肺泡闭合压明显低于RM前LIP。说明应用LRM后，维持肺泡复张所需PEEP水平降低。为防止PEEP过高导致肺泡过度膨胀，应根据LRM后的静态P-V曲线重新选择最佳PEEP水平。

机械通气治疗ARDS的机制之一是能够使塌陷的肺泡重新开放，参与通气的肺泡数量和肺容积增加，通气/血流比例失调改善，从而改善氧合。肺复张容积的变化能反映肺复张过程，本研究利用P-V曲线测定肺复张容积，观察到LRM使ARDS犬的肺复张容积明显增加，说明LRM能使更多的肺泡重新开放，增加功能残气量和气体交换面积，增加了机械通气对ARDS的治疗效果。

本研究观察了LRM后ARDS肺组织病理学和肺组织W/D值的改变，发现肺组织W/D值明显减轻，肺组织病理肺出血和炎症表现明显改善，肺损伤评分减轻，ARDSexp组肺损伤评分改善程度大于ARDSp组，从病理机制角度说明ARDSexp组的治疗效果明显优于ARDSp。同时也说明以P-V曲线为导向的LRM是一种有效而安全的肺复张方法。我们设定的复张压高压为UIP、低压为LIP+2 cmH2O，这样既能保证肺泡能够充分复张，又能防止肺泡过度膨胀，减轻呼吸机所致肺损伤。其主要机制可能包括:LRM后塌陷肺泡最大限度地复张，降低肺泡毛细血管压力，从而减轻肺泡出血和炎症渗出，防止肺损伤的加重和炎症因子移位避免肺泡及细支气管周期性塌陷-复张所引起的剪切力损伤[14]。

总之，对于不同原因ARDS，LRM具有增加肺容积和减轻肺损伤的作用，ARDSexp组的治疗效果明显优于ARDSp。同时LRM可降低LIP，导致P-V曲线发生改变，故LRM后应重新根据P-V曲线调整呼吸机通气参数。

[1]Thille AW，Richard JC，Maggiore SM，et a1.Alveolar recruitment in pulmonary and extrapulmonary acute respira-tory distress syndrome:comparison using pressure-volume curve or static compliance[J].Anesthesiology，2007，106(2):212-217.

[2]熊旭明，温德良，温艺超，等.肺复张对肺内/外源性急性呼吸窘迫综合征模型犬呼吸生理和肺形态学影响的比较[J].中国危重病急救医学，2011，23(1):36-39.

[3]熊旭明，温德良，温艺超，等.肺复张对肺内、外源性ARDS模型氧代谢和血流动力学的影响[J].中国病理生理杂志，2011，27(4):759-762.

[4]Marini JJ.How best to recruit the injured lung?[J].Crit Care，2008，12(3):159-168.

[5]Pesta～na D，Hernández-Gancedo C，Royo C，et al.Pressure-volume curve variations after a recruitment manoeuvre in acute lung injury/ARDS patients:implications for the understanding of the inflection points of the curve[J].Eur J Anaesthesiol，2005，22(3):175-180.

[6]Sohma A，Brampton WJ，Dunnill MS，et al.Effect of ventilation with positive end-expiratory pressure on the development of lung damage in experimental acid aspiration pneumonia in the rabbit[J].Intensive Care Med，1992，18(2):112-117.

[7]Ranieri VM，Eissa NT，Corbeil C，et al.Effects of positive end expiratory pressure on alveolar recruitment and gas exchange inpatients with the adult respiratory distress syndrome[J].Am Rev Respir Dis，1991，144(3 Pt 1):544-551.

[8]Smith KM，Mrozek JD，Simonton SC，et al.Prolongedpartial liquid ventilation using conventional and high-frequency ventilatory techniques:gas exchange and lung pathology in animal model of respiratory distress syndrome[J].Crit Care Med，1997，25(11):1888-1897.

[9]Luecke T，Meinhardt JP，Herrmann P，et al.Oleic acid vs saline solution lung lavage-induced acute lung injury[J].Chest，2006，130(2):392-401.

[10]Piacentini E，Wysocki M，Blanch L.A new automated method versus continuous positive airway pressure method for measuring pressure-volume curves in patients with acute lung injury[J].Intensive Care Med，2009，35(3):565-570.

[11]Tomicic V，Molina J，Graf J，et al.Mechanical ventilatory parameters guided by the low flow pressure-volume curve in patients with acute lung injury/acute respiratory distress syndrome[J].Rev Med Chil，2007，135(3):307-316.

[12]LaFollette R，Hojnowski K，Norton J，et al.Using pressure-volume curves to set proper PEEP in acute lung injury[J].Nurs Crit Care，2007，12(5):231-241.

[13]Caramez MP，Kacmarek RM，Helmy MA，et al.A comparison of methods to identify open-lung PEEP[J].Intensive Care Med，2009，35(4):740-747.

[14]Grasso S，Stripoli T，Sacchi M，et al.Inhomogeneity of lung parenchyma during the open lung strategy:a computed tomography scan study[J].Am J Respir Crit Care Med，2009，180(5):415-423.