亚低温治疗急性呼吸窘迫综合征的实验研究

余方宇 徐颖鹤 林荣海 蒋永泼 郑贞苍

亚低温治疗急性呼吸窘迫综合征的实验研究

余方宇 徐颖鹤 林荣海 蒋永泼 郑贞苍

目的 通过观察早期亚低温治疗对急性呼吸窘迫综合征（ARDS）模型猪呼吸力学、血流动力学、炎症因子和肺病理组织学的影响，探讨早期亚低温对ARDS的治疗作用。方法 将12只健康雄性乳猪随机分为常温观察组和亚低温治疗组，各6只，两组均予常规镇痛、镇静，经口气管插管后接呼吸机机械通气，颈内静脉及股动脉置管接PiCCO监护仪，使用内毒素静脉注射20μg/kg负荷剂量制作ARDS动物模型，按血气分析及胸部CT检查来确定模型成功。造模成功后，常温观察组继续常规镇痛、镇静，控制血温在40℃；亚低温治疗组使用氯丙嗪加异丙嗪亚低温治疗，控温毯控制血温在34℃。观察两组动物表现，记录0、1、2、3、4h呼吸力学、血气分析参数、血流动力学参数等变化，并抽取血标本进行IL-6、IL-10、TNF-α相关早期炎症指标检查。4h后，两组乳猪均使用10%氯化钾针注射处死，取肺组织行大体及光镜检查。结果 常温观察组乳猪表现血压偏高，心率快，部分乳猪有颤抖表现，存在自主呼吸，呼吸频率比设定值（25次/min）高；亚低温治疗组乳猪表现平静，血压较常温观察组低，自主呼吸不明显。在呼吸力学上，两组乳猪呼吸频率和气道平台压比较差异有统计学意义（P＜0.05），亚低温治疗组表现为自主呼吸不明显，气道平台压低，常温观察组表现自主呼吸强烈，呼吸频率快，气道平台压高；血气分析指标比较，两组乳猪氧合指数（PaO2/FiO2）在2、3、4h时点比较差异均有统计学意义，亚低温治疗组高于常温观察组；氧供指数（DO2I）、氧耗指数（VO2I）在1、2、3、4h时点的差异均有统计学意义，亚低温治疗组低于常温观察组；两组乳猪乳酸基本在正常范围内，差异无统计学意义。血流动力学方面，两组乳猪心指数（CI）及每搏量（SV）在1、2、3、4h时点比较差异均有统计学意义，亚低温保护组低于常温观察组，而两组间PVPI、EVLWI无统计学差异；炎症指标上：两组乳猪IL-6在2、3、4h时点的比较差异均有统计学意义，亚低温治疗组低于常温观察组；而IL-10在3h时两组间的差异有统计学意义，亚低温治疗组低于常温观察组；而两组间TNF-α在4个时点的差异均无统计学意义。ARDS乳猪的肺病理组织学检查表现不同，大体观察及光镜下均提示亚低温治疗组损伤轻。常温观察组：肺泡隔增宽、见纤维增生，终末细支气管壁及纤维间质中淋巴细胞、浆细胞浸润，部分间质见出血，小血管内皮损伤；亚低温治疗组：肺泡隔略增宽，少量淋巴细胞浸润。结论 亚低温在早期ARDS猪模型中有治疗作用。

急性呼吸窘迫综合征 猪 早期 亚低温治疗

1 材料和方法

1.1 实验动物及模型建立[1]健康乳猪12只[泰州泰和生物科技有限公司提供，动物合格证号：SCKK（苏）2011-0002]，雄性，体重11.4～13.7kg。在实验前12h禁食，咪达唑仑针3mg/kg肌肉注射初始镇静，待动物入睡后，行肺部CT检查。检查后将动物仰卧位置固定于操作台，建立耳缘静脉开放外周静脉通路，予芬太尼针（0.2mg加入0.9%氯化钠溶液中至50ml，速度10ml/h）联合丙泊酚针（50ml，速度10ml/h）微泵维持控制，实验过程充分镇痛、镇静，保证实验顺利进行和动物无痛苦。行纤维支气管镜引导下气管插管，以小儿呼吸机连接管路连接呼吸机（美国纽邦公司，纽邦E-360呼吸机），呼吸模式为容量控制，初始吸氧浓度为25%，通气频率25次/min，调整潮气量12～15ml/kg，加用呼气末正压（5cmH2O），监测二氧化碳水平。体表接心电监护，行右侧颈内静脉切开穿刺放置双腔深静脉导管（上海前茂企业代理ARROW，批号：71F14C0856），右或左股动脉切开穿刺置动脉测压管，接PiCCO（脉波指示剂连续心排些量监测）仪（德国飞利浦公司，MP50）监测，并用于输液及抽取各时间点血标本，实验过程按PiCCO规范操作。B超（深圳市维尔德B超机9618C）引导下膀胱穿刺留置导尿。所有乳猪均在外科操作后稳定30min，待血流动力学稳定后，使用内毒素[西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司，批号：8016137768]静脉注射20μg/kg负荷剂量制作ARDS动物模型，按感染性休克指南[2]规定液体复苏等治疗。

1.2 造模成功标准 根据柏林定义[3]，监测血气分析氧合指标下降至200以下，再行肺部CT检查提示有双侧肺部可见弥漫性浸润影及肺不张表现（图1）。

图1 肺部CT检查（A：造模前；B：造模成功）

1.3 动物分组和处理 造模成功后，随机分成常温观察组和亚低温治疗组，各6只。常温观察组：继续镇痛、镇静治疗，使用电子加热马甲（深圳市千积水电子材料有限公司生产）维持血温40℃；亚低温治疗组：在镇痛、镇静治疗基础上，加用氯丙嗪针10mg/h和异丙嗪针10mg/h微泵维持，并使用控温毯（北京大维同创医疗设备公司，DWK），控制血温在34℃。两组除温度控制不同外，其余药物及液体治疗按ARDS指南（2006）推荐方案，呼吸机模式采用SIMV+PSV模式，设定潮气量6ml/ kg，呼气末正压通气（PEEP）为10cmH2O，呼吸频率为25次/min，氧浓度按氧饱和度调节，控制氧饱和度在95%以上。

1.4 观察指标 观察两组乳猪表现，每小时记录1次，共观察4h，收集以下数据：呼吸频率、平台压；动脉及中心静脉血气各数值：计算氧合指数（PaO2/FiO2）、氧供指数（DO2I）和氧耗指数（VO2I），DO2I[ml/（min·m2）]=CI× 1.38×Hb×SaO2×10，VO2I[ml/（min·m2）]=CI×13.8×Hb×（SaO2-SvO2）（CI：心指数；Hb：血红蛋白）；记录动脉血乳酸（Lac）变化；PiCCO监护仪监测血流动力学指标，如CI、每搏量（stroke volume，SV）、肺毛细血管通透指数（pulmonary vascular permeability index，PVPI）、血管外肺水指数（extravascular lung water index，EVLWI）；抽取血标本进行IL-6、IL-10、TNF-α相关早期炎症指标检查。4h后，两组乳猪均行10%氯化钾针40ml快速颈内静脉注射处死，取肺部组织大体观并送病理室进行固定、切片，光镜检查。

1.5 统计学处理 应用SPSS19.0统计软件。计量资料以表示，不同时点间的比较采用单因素方差分析，组间比较采用t检验。

2 结果

2.1 两组乳猪表现 常温观察组乳猪表现为血压偏高，心率快，部分乳猪有颤抖表现，自主呼吸存在，心率快，呼吸频率比设定值高；亚低温治疗组乳猪表现平静，血压较常温观察组低，自主呼吸不明显。

2.2 两组乳猪机械通气情况的比较 两组乳猪呼吸频率和气道平台压比较差异有统计学意义（P＜0.05），亚低温治疗组表现为自主呼吸不明显，气道平台压低，常温观察组表现自主呼吸强烈，呼吸频率快，气道平台压高，详见图1-2。

2.3 两组乳猪血气分析结果的比较 见表1。

图1 两组动物机械通气呼吸频率比较

表1 两组乳猪血气分析结果的比较

由表1可见，两组乳猪PaO2/FiO2在2、3、4h时点比较差异均有统计学意义（均P＜0.05），且亚低温治疗组高于常温观察组；DO2I、VO2I在1、2、3、4h时点的差异均有统计学意义（均P＜0.05），亚低温治疗组低与常温观察组；两组乳猪乳酸基本在正常范围内，差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.4 两组乳猪血流动力学指标的比较 见表2。

由表2可见，两组乳猪CI、SV在1、2、3、4h时点比较差异均有统计学意义（均P＜0.05），且亚低温保护组低常温观察组，而两组间PVPI、EVLWI的差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.5 两组乳猪炎症指标的比较 见表3。

由表3可见，两组乳猪IL-6在2、3、4h时点比较差异均有统计学意义（均P＜0.05），且亚低温治疗组低与常温观察组；两组间IL-10在3h时的差异有统计学意义（P＜0.05），亚低温治疗组低与常温观察组；而两组间TNF-α在4个时点的差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

表2 两组乳猪血流动力学指标的比较

表3 两组乳猪炎症指标的比较

2.6 两组乳猪肺的形态学观察

2.6.1 大体观察 常温观察组：可见肺组织明显肿胀，呈暗红色改变，与健康肺组织部分呈樱红色显著不同，表面可见点状出血及片状出血，以下肺最为明显，切面明显充血、水肿，有血性液体渗出。亚低温治疗组：肺组织损伤较常温对照组轻，暗红色及片状出血面积相对少，局部相对正常肺组织呈樱红色，无充血水肿，无出血点，见图3。

2.6.2 光镜观察 取两组肺组织左下肺段取组织行HE染色光镜下检查。常温观察组：肺泡隔增宽、见纤维增生，终末细支气管壁及纤维间质中淋巴细胞、浆细胞浸润，部分间质见出血；小血管内皮损伤，腔内见少量淋巴细胞、浆细胞及中性粒细胞（图中央偏左下为终末细支气管，偏右为损伤血管）；亚低温治疗组：可见肺泡、小血管及终末细支气管结构未见明显异常，肺泡隔略增宽，少量淋巴细胞浸润，见图4。

图3 两组乳猪肺组织的大体观察（A：常温观察组；B：亚低温治疗组）

图4 两组乳猪肺组织的光镜检查（A：常温观察组；B：亚低温治疗组；HE染色，10×20）

3 讨论

ARDS是指非心源性的各种内外致病因素如严重感染、创伤、休克、吸入有害气体、中毒等导致的急性、进行性、缺氧性呼吸功能不全或衰竭。失控的炎症反应导致弥漫性肺实质损伤和呼吸功能障碍是ARDS主要病理特征[4]。因此在ARDS的早期治疗中如何控制炎症爆发，减少对肺组织及肺血管功能的损伤是治疗的重要内容。国外在心脏手术及颅脑损伤等相关研究中认为，亚低温可以明显控制炎症发生及进一步进展[5]，且对损伤血管有保护作用，可以减少血管外渗出[6]；在小鼠感染性休克模型中也发现亚低温相对常温可使炎症反应及氧化反应下降[7]。国内对亚低温在脏器保护的应用中，喻敏等[8]认为亚低温治疗急性脑卒中可以降低患者病死率，同时不增加肺炎的发生率；王学敏等[9]在2002年发表文章认为亚低温能增强机体对缺氧的耐受性，抑制过度的炎症反应，并在ARDS的治疗中有很大的应用前景。万丽春等[10-11]在大鼠实验研究中，发现亚低温可改善内毒素性ARDS大鼠肺组织病理形态，减轻内毒素性ARDS大鼠肺组织炎症反应，亚低温可减轻内毒素性ARDS大鼠肺组织过氧化反应,降低肺通透性。陆战超等[12]在类似的实验中亦有相同的结果。

本研究模拟临床脓毒症导致ARDS的早期亚低温治疗，使用内毒素血管内注射法模拟脓毒症患者严重感染后释放大量内毒素进入循环系统，导致血管内皮损伤、血管收缩功能障碍和心肌抑制，出现肺水肿、肺实变不张，呼吸循环功能障碍。本研究观察在不同温度控制策略下ARDS模型乳猪在气道顺应性、氧合功能、血流动力学方面及炎症因子的改变。实验中发现，使用亚低温控制策略治疗，可以明显改善ARDS模型乳猪的气道顺应性，气道平台压下降，对呼吸机的拮抗作用减弱，自主呼吸不明显；氧合功能轻度改善，颈内静脉血氧饱和度增高，与氧耗减少有关；血流动力学指标：表现为心率下降，SV下降，CI下降，但血乳酸水平两组无差异，亦提示组织耗氧、需氧减少，随之氧供减少，EVLWI、PVPI改变不明显，考虑可能与实验研究时间较短相关。在早期炎症指标上，采用亚低温治疗后，血IL-6及IL-10、TNF-α相对常规观察组低，提示炎症反应减弱。病理组织检查提示了亚低温治疗组肺组织损伤减轻，瘀血、肺泡塌陷实变减少。

本研究证实，亚低温在ARDS的早期治疗中有改善全身炎症反应，减少炎症损伤的作用。具体分析认为：（1）亚低温是一种治疗策略，并非单用物理降温方法作为亚低温治疗。在达到亚低温条件之前，必须使用足量的镇痛、镇静和减弱肌体对刺激反应的药物，如使用氯丙嗪及异丙嗪控制，这些药物本身就具备镇静、抗炎，减少炎症损伤作用。（2）亚低温是治疗的衡量指标，代表机体代谢水平。机体炎症反应存在，炎症反应过强，代谢亢进，体温常升高。使用亚低温治疗后使炎症反应下降，镇静深度较深，甚至进入麻醉状态，机体对外界温度感受及调节功能下降，组织细胞代谢率降低，产热下降。亚低温状态下，细胞代谢低，氧耗减少，更加能耐受缺血缺氧等环境；而应激下降，对各种炎症应激反应下降，导致炎症的瀑布样反应缓慢或受阻，起到一定的保护作用[13]。亚低温保护适合于乏氧性及应激性强烈的疾病，而感染性休克合并ARDS早期，全身炎症反应明显，出现体温升高，心率加快，呼吸急促、潮气量增高、过度通气，但氧合功能常下降，使用亚低温治疗符合其病理生理特点，减少或逆转了炎症应激过程。

ARDS治疗指南建议使用镇痛、镇静，必要时使用肌松剂治疗，但ARDS的致病机制是炎症失控，细胞氧耗增加，导致呼吸急促，通气量明显增加，使用肌松剂后，患者炎症失控及强代谢尚未纠正，而使用亚低温不失为一种良好的选择。但本研究时间较短，有待进一步延长实验时间，就亚低温保护下ARDS模型乳猪的炎症因子影响及预后、并发症方面做深一步研究。

[1] 林小飞,贲晓明,李娟,等.油酸诱导幼猪急性肺损伤模型的建立[J].实用儿科临床杂志,2011,10(20):1591-1593.

[2] Green J P,Adams J,Panacek E A,et al.The 2012 Surviving SepsisCampaign:Managementof Severe Sepsis and Septic Shock-An Update on the Guidelines for InitialTherapy[J].Current Emergency and HospitalMedicine Reports,2013,1(3):154-171.

[3] ARDS Definition Task Force.Acute respiratory distress syndrome: the Berlin Definition[J].JAMA,2012,307(23):2526-2533.

[4] 钱桂生.急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征研究现状与展望[J].解放军医学杂志,2009,34(4):371-373．

[5] Drapalova J,Kopecky P,Bartlova M,et al.The influence of deep hypothermia on inflammatory status,tissue hypoxia and endocrine function ofadipose tissue during cardiac surgery[J].Cryobiology,2014,68(2):269-275.

[6] Dietrich W D,Bramlett H M.Vascular Actions of Hypothermia in Brain Trauma[M].New York:Vascular Mechanisms in CNS Trauma, 2014:223-235.

[8] 喻敏,邓刚.亚低温治疗急性脑卒中有效性及安全性的Meta分析[J].疑难病杂志,2012,(10):733-735.

[9] 王学敏,徐惠芳.亚低温在急性呼吸窘迫综合征治疗中的应用前景探讨[J].中国危重病急救医学,2002,14(12):761-763.

[10] 万丽春,陈伟峰,何卫平,等.亚低温对ARDS大鼠肺组织病理形态及炎症反应的影响[J].深圳中西医结合杂志,2009,19(3):129-133.

[11] 万丽春,刘德红,陈伟峰,等.亚低温对ARDS大鼠肺组织过氧化及肺通透性的影响[J].江西医学院学报,2009,49(03):5-8.

[12] 陆战超,汤展宏,胡军涛.亚低温对盐酸致急性肺损伤大鼠肺组织炎症反应的影响[J].广西医科大学学报,2012,29(3):352-354.

[13] Pagowska-Klimek I,Krajewski W.The use of hypothermia in intensive therapy[J].Anestezjologia intensywna terapia,2009,42 (3):167-173.

（本文由浙江省医学会重症医学分会推荐）

Mild hypothermia treatment for acute respiratory distress syndrome in pigs

YU Fangyu,XU Yinghe,LIN Ronghai,et al.
Department of Critical Care Medicine,Taizhou Luqiao Hospiatal of Enze Medical Center,Taizhou 318050,China

【 Abstract】 Objective To evaluate the effect of mild hypothermia on acute respiratory distress syndrome(ARDS)in piglets. Methods Twelve male piglets were randomly divided into normal temperature observation group(control group)and mild hypothermia treatment group(hypothermia group).ARDS was induced by injection of endotoxin 20μg/kg.After the ARDS was induced,the piglets in hypothermia group were treated with chlorpromazine and promethazine;and the blood temperature was kept round 34℃with temperature-control-blanket.The animals in control group received analgesic and sedation and the blood temperature was kept round 40℃.Respiratory mechanics,blood gases,the blood oxygen partial pressure/inhale oxygen volume fraction(PaO2/FiO2),hemodynamics,and plasma IL-6,IL-10,TNF-α were measured at 0,1,2,3,and 4h after the induction of ARDS and lung histology was evaluated after animals were sacrificed. Results After the ARDS was induced,animals in control group presented hypertension and high respiration rate,some even shivered;while the piglets in hypothermia group were calm and spontaneous breath was not obvious.There were significant differences in airway pressure and respiratory frequency between two groups(P＜0.005).It showed oxygenation function improved for hypothermia group,the differences were significant at 2,3,4h after ARDS induced(P＜0.005).Compared to control group the oxygen supply index(DO2I)and oxygen consumption index(VO2I)were significantly lower at 1,2,3,4h after ARDS(P＜0.05).There were no statistically significant differences in plasma lactate levels between two groups.Compared to control group the cardiac index(CI)and stroke volume(SV)in hypothermia groupat 1,2,3,4h was significantly lower(P＜0.05).There was no significant difference in pulmonary capillary permeability index(PVPI), extravascular lung water index (EVLWI)between two groups.Compared to control group the inflammation markers IL-6 at 2,3, 4h and IL-10 levels at 3h in hypothermia group was significantly lower(P＜0.005).There was no significant difference in TNF-α between two groups at all time points.Histopathological examination showed that there were alveolar septum broadening or fiber hyperplasia,terminal bronchiole wall and fibrous stroma with infiltration of lymphocytes,plasma cells,even with interstitial hemorrhage,small vascular endothelial injury in control group,while there was alveolar septum slightly broadening and less lymphocytic infiltrates in hypothermia group. Conclusion The results indicate the therapeutic effect of mild hypothermia for early stage acute respiratory distress syndrome in piglets.

Acute respiratory distress syndrome(ARDS) Piglets Early stage Mild hypothermia protection急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）早期病理生理机制为全身炎症反应明显，导致肺毛细血管渗漏增加，出现肺组织水肿、肺泡塌陷、肺不张，严重影响呼吸氧合功能及循环障碍；而亚低温可降低或抑制炎症反应，降低组织氧耗，从而起到保护重要脏器的作用。笔者在ARDS猪模型中使用亚低温干预，观察亚低温对ARDS模型猪的治疗作用，现将结果报道如下。

2014-10-15）

（本文编辑：严玮雯）

318050 台州恩泽医疗中心路桥医院重症医学科通信作者：徐颖鹤，E-mail：xuyingheicu@163.com