麻醉机致肺损伤大鼠模型的建立与评价

曹启旺，吴礼平，易　依，李　超

湖南省人民医院疼痛科(湖南 长沙 410016)



·论著·

麻醉机致肺损伤大鼠模型的建立与评价

曹启旺，吴礼平*，易依，李超

湖南省人民医院疼痛科(湖南 长沙 410016)

目的建立麻醉机所致肺损伤大鼠模型并进行评价。方法60只SD大鼠随机分为3组，每组20只，A组常规潮气量(10 mL/kg)、B组过度通气小潮气量(20 mL/kg)、C组过度通气大潮气量(40 mL/kg)；3组组内再分为2 h和4 h机械通气两个亚组，监测通气过程中的肺机械力学和血流动力学变化；观察各组肺病理学改变、肺损伤评分、测定肺湿/干(W/D)比、计数肺泡灌洗液(BALF)中白细胞(WBC)总数。结果A组大鼠的平均动脉血压(MAP)及心率(HR)较为稳定，B组和C组大鼠的MAP及HR呈不同程度地下降(P<0.05)，且C组下降更为显著(P<0.05)；与A组比较，B、C两组BALF中WBC计数、肺组织W/D比值及肺损伤评分均明显增高(P<0.05)；且C2亚组上述指标增高最明显。结论使用潮气量40 mL/kg通气4 h能够复制出理想的麻醉机所致肺损伤大鼠模型。

肺损伤；机械通气；动物模型；大鼠

麻醉机是行全身麻醉的必备仪器之一，随着全身麻醉数量的增加，麻醉机相关性肺损伤的发生量也相应增加[1]。由于肺损伤是导致肺部感染、急性呼吸窘迫综合征及全身炎症反应综合征乃至死亡的重要因素[2]，因此对麻醉机所致肺损伤的研究具有重要的理论和临床价值，为此，本研究构建麻醉机所致肺损伤大鼠模型，并对其进行评价，现报道如下。

1　材料与方法

1.1实验动物健康清洁级成年雄性Sprague Dawley (SD)大鼠60只，体质量260～350 g，长沙湘辰生物公司提供，动物许可证号SCXK(湘)2014-0011。

1.2主要设备与试剂BW-AM503小动物麻醉机(上海软隆科技发展有限公司)；多导生理监测仪(成都仪器厂)；干燥箱(上海实验仪器厂)；超速低温离心机(湖南沪康离心机有限责任公司)；微量注射泵；维库溴铵 (浙江仙琚制药，国药准字Z20054565)；吸入性七氟烷(齐鲁制药，产品批号65151001)。

1.3方法

1.3.1动物准备健康SD大鼠手术前夜禁食，自由饮水，经电子秤称重后，10%水合氯醛0.3 mL/kg腹腔注射麻醉，将大鼠取仰卧位固定在动物固定台上，消毒后剪开颈部皮肤，暴露气管，剪一倒“T”字型切口，用自制气管套管进行气管内插管，并用手术线固定，而后用呼吸管道连接小动物麻醉机控制呼吸；同时行右颈内动脉置管插入动脉导管连接生理监护仪，持续监测平均动脉血压(MAP)、心率(HR)。经尾静脉穿刺建立静脉通道，微量泵持续输注维库溴铵0.06～0.12 mg/(kg·h)，以抑制自主呼吸、维持肌松，同时吸入1%～2.0%七氟烷维持麻醉深度。

1.3.2实验分组大鼠生命体征稳定15 min后记录各项基础参数，时间点记录为0 h,并将动物随机分为3组，每组各20只，予以不同潮气量和通气时间：A组常规潮气量(10 mL/kg)、B组过度通气小潮气量 (20 mL/kg)、C组过度通气大潮气量 (40 mL/kg)，每组内再分为2 h(A1、B1、C1组)和4 h(A2、B2、C2组)通气两个亚组，每组各10只。麻醉机采用容量控制(CMV)通气方式，FiO2= 40%，I∶E= 1∶2，呼气末正压(PEEP)0 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)，呼吸频率80次/min。

1.4检测指标[3]①血流动力学:实验中连续监测MAP、HR；②肺组织病理学检查：实验终点放血处死动物，取出右侧肺，置入4%多聚甲醛溶液固定，HE染色光镜下观察病理改变，参照Sinclair等[4]方法进行肺损伤评分；③肺泡灌洗液(BALF)收集及白细胞计数: 动物处死后，立即开胸取出左肺，参照Rich等[5]的方法，以2 mL 4℃生理盐水经左支气管反复灌洗2次,将2次回收的BALF 4 000 r/min离心15 min后收集细胞，PBS液冲洗2次，光镜下计数白细胞(WBC)总数；④肺组织湿/干(W/D)比值测定:在灌洗前称左肺湿重,灌洗后置于80℃烤箱烘烤24 h称干重, 计算湿干比。

2　结果

在实验过程中，A组及B1亚组大鼠未见气管口有粉红色泡沫痰溢出或动物死亡；B2组和C1组大鼠粉红色泡沫痰发生2例和4例，无动物死亡；C2亚组大鼠粉红色泡沫痰发生7例，死亡2例，其中1例通气3 h死亡，另1例通气3.5 h死亡。

2.1血流动力学改变A组大鼠MAP及HR较为稳定，随着麻醉时间的延长，B、C组大鼠MAP及HR呈不同程度地下降(P<0.05)，且C组较B组下降更为显著(P<0.05)，甚至出现休克、死亡，见表1。

表1　各组不同时点血流动力学变化比较±s)

注：与A组比较，▲:P<0.05；与B组比较，#:P<0.05。

2.2肺组织病理改变A组肺组织光镜下各层结构清晰，无明显病理学改变；B组和C组随通气时间延长，可见较为明显肺组织损伤,其中C2亚组的肺损伤评分最高, 镜下主要表现为肺泡结构变形、肺间隔增宽、肺泡腔内炎症细胞大量渗出、肺泡出血及部分肺组织实变，见图1。

2.3肺泡灌洗液中WBC计数、肺组织W/D比值及肺损伤评分与A组比较，B、C 两组BALF中WBC计数、肺组织W/D比值及肺损伤评分均明显增高(P<0.05)；C2亚组上述指标增高最明显,见表2。

3　讨论

麻醉机所致肺损伤本质上属于一种机械通气肺损伤(ventilator-induced lung injury,VILI)。武庆平等[2]研究表明过度通气会导致严重的VILI。大潮气量、长时间过度通气可导致吸气末肺泡上皮及微血管通透性增高、肺表面活性物质损失，并在局部扩张的肺泡和萎陷的肺泡之间产生很强的剪切力引起严重的弥漫性肺泡损伤、肺水肿，同时通气过程中的氧化应激也加重了肺损伤[6]。本研究观察了大鼠不同潮气量和不同时间机械通气时生命体征和肺损伤程度，相对于A组，B组和C组过度通气大鼠肺组织病理改变明显、BALF中WBC的数量增高以及肺组织含水量变化等说明麻醉机所致肺损伤的严重程度与潮气量和麻醉通气时间相关。本实验中C2组大鼠肺损伤组织学改变和其他原因的VILI相似, 均伴有肺泡上皮和血管内皮的广泛性破坏、肺泡-毛细血管膜通透性增加、肺水肿、出血和炎性细胞浸润等病理学改变[7]，提示潮气量40 mL/kg和通气4 h更能可靠制备麻醉机所致肺损伤大鼠模型。

A1、A2组：肺泡组织各层结构清晰，间隔完整，无明显炎性细胞渗出及浸润；B1、B2组：可见较为明显肺组织损伤，肺泡结构变形、肺间隔增宽、肺泡腔内炎症细胞大量渗出；C1、C2组：肺组织严重损伤，肺泡腔有大量炎性细胞渗出、肺泡出血及部分肺组织实变。图1　大鼠肺组织HE染色(×200)

组别WBC/(×104·mL-1)W/D比值肺损伤评分/分A1组0.19±0.024.10±0.090.26±0.13A2组0.19±0.024.22±0.080.28±0.12B1组0.35±0.02▲4.73±0.09▲1.16±0.23▲B2组1.34±0.13▲4.96±0.08▲1.78±0.19▲C1组0.94±0.10▲#5.06±0.09▲#2.17±0.22▲#C2组2.02±0.15▲#5.58±0.07▲#2.51±0.23▲#

注：与A组比较，▲:P<0.05；与B组比较，#:P<0.05。

同时本实验研究发现大潮气量通气组(B组、C组)大鼠MAP及HR随麻醉通气时间的增加呈不同程度地下降，由此可能导致不同程度的肺灌注不足和缺氧，甚至引起直接的肺损伤，这为肺损伤原因评价增添了复杂因素[8]。目前实验和临床观察[9]均证实机械通气能导致肺血管通透性增加、炎性细胞积聚和细胞因子释放。结合本实验，提示要预防麻醉机所致肺损伤、减少麻醉对手术患者造成的二次伤害，需要依据个体差异选择合适的潮气量、尽量缩短麻醉通气时间，采取“保护性通气”策略。

综上所述，本实验制备的肺损伤大鼠模型为深入研究麻醉机所致肺损伤的机制和预防措施提供了稳定、可靠的实验动物平台，但同时也存在一定的局限性和不足，随着麻醉工作者对麻醉机所致肺损伤机制认知的深入、以及实验方法的不断改进，肺损伤动物模型也必将更趋于完善。

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[3]安莉,周美玲,秦雪冰,等.呼吸机所致肺损伤家兔模型的建立与评价[J].中国呼吸与危重监护杂志,2010,9(2):163-164.

[4]Sinclair SE,Altemeier WA,Matute-Bello G,et al.Augmented lung injury due to interaction between hyperoxia and mechanical ventilation[J].Crit Care Med,2004,32(12):2 496-2 501.

[5]Rich PB，Douillet CD，Hurd H，et al.Effect of ventilatory rate on airway cytokine levels and lung injury[J].J Surg Res,2003,113(1):139-145．

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责任编辑：艾茜

Establishment and Evaluation of Rat Model of Lung Injury Induced by Anesthesia Machine

Cao Qiwang,Wu Liping*,Yi Yi,Li Chao

(DepartmentofPainMedicine,thePeople′sHospitalofHunan,Changsha410016,China)

Objective To establish and evaluate the rat model of lung injury induced by anesthesia machine.Methods 60 Sprague-Dawley rats randomly were divided into 3 groups:10 ml/kg routine tidal volume group(Group A，n=20),20 mL/kg excessive ventilation low tidal volume group(Group B,n=20) and 40 mL/kg excessive ventilation large tidal volume group (Group C,n=20).The three groups were further divided into 2 hours and 4 hours ventilation subgroups.The lung mechanical force and hemodynamic parameters were monitored.The pulmonary pathological changes,lung injury scores,lung wet/dry (W/D) ratio,and the total number of white blood cells (WBC) in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) were observed.Results The MAP and HR in Group A were stable, but showed different degrees of decline in Group B and Group C (P<0.05).The Group C decreased significantly (P<0.05).Compared with Group A, the lung injury scores,lung wet/dry ratio and white blood cells in BALF in Group B and Group C were significantly increased(P<0.05).The above indicators in C2 subgroup were obviously increased.Conclusion The use of tidal volume 40mL/kg for ventilation within 4 hours can successfully establish the rat model of lung injury induced by anesthesia machine.

lung injury;mechanical ventilation;animal mode;rat

湖南省科技厅项目(2014TT2021)。

曹启旺(1980- )，男，湖北随州人，硕士，副教授，研究方向：周围神经损伤及功能障碍；*

吴礼平，男，硕士，主任医师，主要从事肺损伤及保护方面的研究。

R563.9

A

1008-8164(2016)03-0001-03

2016-06-16