持续肾脏替代治疗串联低流量膜肺治疗重症急性呼吸窘迫综合征的实验研究

张 凯，翁志强，尹辉明，苑小历

0 引 言

急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）救治难度大，机械通气是主要的器械性治疗手段。但重症患者单用机械通气时往往不能有效改善氧合和清除血中过多的CO2。近年来，部分患者应用体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）改善了氧合、降低血中过多的CO2［1-3］。临床所采用的传统的全模块的整机型的离心泵驱动ECMO，价格昂贵，限制了其在基层医疗单位的使用。去除其他模块，并用滚轴泵驱动，则可明显降低费用。炎症是ARDS发病与恶化的核心环节，既往的研究发现连续性肾脏替代治疗（continuous renal replacement therapy，CRRT）可有效地清除炎性介质。目前临床上有CRRT+ECMO救治重症ARDS的患者报道，但一般都是采用将CRRT、ECMO分别各自建立血液转流管路。这一做法能确保疗效，但增加了经血管穿刺处感染的机会，增加了护理工作量和患者的经济负担。如能将二者串联，无疑能明显减少上述感染的可能性和控制患者的花费［4-6］。鉴于此，本研究通过在ARDS合并高碳酸血症的犬模型上，同时串联CRRT、低流量阻力ECMO，探讨这一方法能否安全、有效地清除炎症介质，降低高碳酸血症，改善氧合，为临床应用提供理论基础和新思路。

1 材料与方法

1.1实验材料与仪器设备油酸（美国Sigma公司）；IL-6、TNF-α ELISA试剂盒（南京医科大学免疫教研室）；低阻力膜式氧合器（德国Nova Breath 0.5）；动静脉血氧饱和度和红细胞压积监测仪（美国 Medtronic公司）；Servoi有创呼吸机（德国MAQUET公司）；Diapact床旁血滤机（德国B.BRAUN公司）；AN69 ST CRRT滤器（瑞典GAMBRO公司）；PICCO容量监护仪（德国PULSION公司）。

1.2动物分组收集健康雄性杂种犬30只，体重（21.5±1.2）kg，实验动物合格证号：（SYXK（苏）2016-0015，由南京医科大学医药实验实验动物中心提供。饲养环境：温度：（22±2）℃，湿度：（50±5）%，12h昼/夜光照，自由饮食、饮水。术前禁食12h后，采用随机数字表法分组方法分为3组：假手术组、ECMO组以及联合实验组。3组皆接有创呼吸机行呼吸支持，后予以油酸制造成ARDS合并高碳酸血症模型［7］。 假手术组不予CRRT及ECMO治疗；ECMO组给予低阻力膜式氧合器治疗；联合实验组串联VV型CRRT及低阻力膜式氧合器，ECMO组和联合实验组采用低流量滚轴泵驱动引血并建立循环［7］。ECMO组、联合实验组治疗9h后分别撤除各自的ECMO、CRRT+膜肺，继续观察3h。3组均于成模后12h撤除呼吸机。

1.3动物准备予3组犬静脉推注戊巴比妥钠30mg/kg，后以1～2mg/（kg·h）速度持续泵入戊巴比妥钠，以1mg/h速度持续泵入哌库溴铵，使其达到浅镇静状态。经口气管插管，以PCV模式行机械通气，初始吸入氧浓度（FiO2）为60%，保证潮气量为4～6mL/kg，通气频率（f）为8～12pm。3组犬皆消毒双侧颈部、股部，于右颈内静脉、右股动脉分别置入中心静脉导管、动脉热稀释导管，连接PiCCO，测定有创股动脉压、心排量、中心静脉压、肺动脉楔压；ECMO组和联合实验组右股静脉、左颈内静脉分别置入肝素预涂抹的14F中心静脉导管，末端分别达下腔静脉、右心房，分别作为管路的引血端、回血端。

1.4监测指标将ARDS模型的建立时记为T0，血路开始运转第 1、3、6、9小时时记为T1、T3、T6、T9，血路停止运转 3h 后记为 T12。测定 T0、T1、T3、T6、T9时点的心率、平均动脉压（mean arterial pressure，MAP）、CO、血TNF-α、IL-6浓度；另外测定 T0、T3、T6、T9、T12时点的 PaO2、FiO2、PaCO2、体温，计算并记录氧合指数（oxygenation index，OI）。公式如下：

1.5统计学分析采用SPSS 13.0软件进行统计分析，正态分布计量资料以均数±标准差（xˉ±s）表示，各组各时间点的比较采用两因素重复测量方差分析进行检验，同组不同时间点前后采用配对t检验。各时间点两组间比较采用LSD-t检验，多重比较采用Bonferroni法校正P值，以P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1一般情况油酸静注后，30只犬在6～8h内出现ARDS合并高碳酸血症。实验过程中未出现血凝块堵塞管路、穿刺插管部位渗血血肿、器官出血等情况；实验犬未使用升压药物，无犬死亡。

2.2血流动力学指标和血炎性因子指标与假手术组T6、T9比较，ECMO组、联合实验组同时间点HR均下降（P＜0.05）。与ECMO组、联合实验组T0比较，组内T6、T9时点HR均降低（P＜0.05）。与ECMO组比较，联合实验组对应T6、T9时点HR均降低（P＜0.05）。3组HR、MAP和CO在T0时差异无统计学意义（P＞0.05）。与联合实验组T0比较，组内T3、T6、T9时点IL-6、TNF-α均降低（P＜0.05）。与ECMO组T3、T6、T93个时点比较，联合实验组同一时点IL-6、TNF-α均下降（P＜0.05）。与假手术组T3、T6、T9比较，联合实验组同时间点IL-6、TNF-α均降低（P＜0.05）。见表1。

表1 实验犬实验中血流动力学指标、炎症性因子指标随时间点的变化（）Table 1 Changes of hemodynamic and inflammation indicators of 3 groups over time（xˉ±s）

表1 实验犬实验中血流动力学指标、炎症性因子指标随时间点的变化（）Table 1 Changes of hemodynamic and inflammation indicators of 3 groups over time（xˉ±s）

与同时间节点的假手术组比较，*P＜0.05；与同组的T0时比较，#P＜0.05；与同时间节点的ECMO组比较，△P＜0.05

假手术组(n=10)ECMO组(n=10)联合实验组(n=10)组别HR（次/min）T0 T1 T3 T6 T9 176.20±15.30 171.30±10.20 172.60±9.80 168.70±8.90 166.50±16.10 174.69±15.36 168.38±12.47 165.25±10.29 134.45±14.69*#125.14±12.47*#174.00±11.40 175.80±11.50 166.30±12.30 106.50±13.40*#△103.70±7.80*#△MAP T0 T1 T3 T6 T9 104.20±5.40 103.80±6.10 104.10±6.50 90.90±4.80 87.70±7.70 104.38±6.25 103.48±5.36 104.75±6.31 98.36±4.18 95.48±8.69 106.10±4.90 102.70±7.30 103.10±8.10 100.20±3.90 99.20±8.50 CO T0 T1 T3 T6 T9 3.30±0.96 3.32±1.07 3.29±0.89 3.31±0.79 3.28±1.02 3.31±0.65 3.32±0.48 3.32±0.58 3.32±0.87 3.29±0.63 3.34±0.77 3.35±0.69 3.33±0.76 3.32±1.06 3.29±0.59 IL-6(ng/L)T1 T3 T6 T9 336.71±30.25 343.76±21.97 345.91±19.89 340.34±22.17 340.52±23.47 352.67±19.24 360.24±23.58 362.21±25.24 330.07±16.56 276.13±8.32*#△262.04±7.15*#△259.33±7.31*#△TNF-α T0 T1 T3 T6 T9 64.07±3.02 61.24±2.66 50.14±1.75*#△50.45±1.81*#△48.03±1.24*#△63.34±2.85 66.48±3.17 68.10±2.96 67.31±3.01 70.34±3.35 63.78±3.25 66.25±2.96 70.25±3.02 72.45±3.25 76.69±2.18

2.3动脉血气指标与假手术组T9、T12比较，联合实验组对应时点OI值均降低（P＜0.05）；与假手术组T3、T6、T9比较，ECMO 组、联合实验组对应时点PaCO2值均减低（P＜0.05）。与联合实验组组T6比较，组内T9、T12对应时点OI值均降低（P＜0.05）。与ECMO组、联合实验组T0比较，组内T3、T6、T9时点PaCO2值均降低（P＜0.05）。见表2。

表2 实验犬实验中动脉血气指标随时间点的变化（xˉ±s）Table 2 Changes of indicators of arterial blood gases of 3 groups over time（xˉ±s）

3 讨 论

健康成年犬与人体有相近的心肺功能，其基础体质能保证其能坚持较长时间的实验性治疗，与人体有较好的比拟性［7］。前期研究已发现［8］：在ARDS合并高碳酸血症的实验犬中建立V-V模式的低流量的滚轴泵驱动的ECMO，可以清除体内过多的CO2，有效治疗高碳酸血症，疗效不劣于A-V模式及经典的离心泵驱动的V-V模式的ECMO。其原因在于虽然流量较离心泵驱动的ECMO低，但350～400mL/min的体外血流量，约占CO的10%左右，即可有效清除 25% 左右的 CO2，Terragni等［9］也有类似发现。另外，该疗效的取得也与Nova Breath 0.5的低阻力膜式氧合器的阻力小、压降小、气体交换面积大、使用时间长等工艺特点有关［8］。本研究在前期研究基础上，设立单纯使用PCV模式的有创呼吸机的对照组假手术组，可以发现假手术组随着时间推移，其动脉血CO2略下降，但无明显差异。原因可能是：ARDS合并高碳酸血症时，肺泡等呼吸性终末单位的水肿已达高峰，部分终末气道闭塞，限制了机械通气改善肺部通气的作用。而保护性“小潮气量”的机械通气策略，也使得肺泡换气受限，影响了对CO2的清除。能安全、有效、经济地治疗ARDS合并的高碳酸血症，是使用滚轴泵驱动的低流量ECMO的意义之一。

机械通气时，采用“平均气道压×FiO2×100/PaO2”计算OI值，较PaO2/FiO2更准确，其正常值应＜1，数值越大，表明氧合却差。前期研究发现滚轴泵驱动的低流量ECMO对改善ADRS犬的氧合效果欠佳［8］。原因可能是：一方面，ARDS高峰期广泛的肺泡渗出、水肿，肺泡换气功能严重受限，而机械通气主要改善通气，改善肺泡换气的功能有限；另一方面，滚轴泵的低流量使得短期内经过ECMO进行氧合的血量有限，影响了血氧含量的提升。经典的ECMO采用高速离心泵，其主要目的就是可以使单位时间内有充足的血量流经ECMO以利氧合［10］，这是低流量ECMO的不足之处。各种炎性细胞、炎性因子参与下的“瀑布式”炎症反应导致肺泡壁-毛细血管膜受损，引起通透性肺水肿。ECMO本身也可能导致“ECMO相关性炎症”而加剧肺部炎症［11-13］，增大肺毛细血管的通透性［14-15］。如果能抑制肺部及全身的炎症，则可能稳定甚至修复受损的肺泡壁-毛细血管膜，减轻渗出，有利于加强器械治疗在提升氧合等方面的疗效。临床上有时会联合应用CRRT与ECMO，其目的就是在于发挥CRRT良好的祛除炎性因子，减轻ARDS炎症的作用。但一般情况下，CRRT多与ECMO并联（即各自建立引血、回血管路），这使得较多的大血管被插管。长时间应用后，增加感染、出凝血、血管损伤的几率及护理难度。更重要的是，CRRT与高速离心泵ECMO分别各自引血、回血，明显增加体外循环血量，使得低血压、重要脏器低灌注、溶血等并发症出现的几率明显增加，令许多患者无法耐受，从而限制了其使用，并且显著增加了经济花费。

贺玉钦等［16］在犬ARDS的模型上采用CRRT串联ECMO治疗，发现其具有减轻肺部及全身炎症的保护性作用。本研究亦将CRRT与低流量ECMO串接，以期在减少费用、管路数量和感染机会的同时，能减轻肺部炎症，改善氧合和高碳酸血症。约10%的CO的较低的体外循环血流量，也利于机体耐受。实验结果显示：联合实验组在上机3h后，即可明显降低CO2（无论与自身建模时比较，还是与同时间点假手术组比较），并在上机过程中始终如此，停机后又有回升，与前期实验和预判结果一致。更重要的是，该组在上机3h后，即出现血TNF-α、IL-6炎性因子的明显下降（无论与自身建模时比较，还是与同时间点假手术组比较），上机后仍可维持；随着炎性因子的清除，在T9时，该组的OI值明显下降，比同组高峰时点下降约50%，与前期实验相比，氧合明显得到改善。这一疗效产生的原因，很可能是因为CRRT能显著清除循环中的IL、TNF等炎性因子，抑制肺部和全身的炎症反应，减轻肺泡等终末性呼吸单位的渗出、水肿，减少了O2的弥散距离和呼吸机的做功，从而改善了肺内O2的交换。再加上ECMO的O2输入血中，两者的综合疗效使得氧合随着炎症因子的清除、炎症的抑制而得到有效改善［16］。

ARDS是一组复杂的异质性较强的临床综合征。本实验制造的是化学性肺部炎症的ARDS模型，犬在实验过程中体温始终保持在37℃左右，无明显的肺部感染。而因肺部重症感染引起的ARDS患者可出现休克等血流动力学不稳定的严重并发症。对这类患者，使用CRRT串接低阻力ECMO，是否也能在上机10h左右的时间中，保持血流动力学稳定并出现上述疗效，暂时不得而知。

综上所述，我们可以得出结论：在一部分化学性损伤为主的ARDS合并高碳酸血症的实验犬（非重症感染，基础心肺功能良好）中，予以串联V-V型CRRT、低阻力ECMO，可安全、有效地清除TNF-α、IL-6等炎性因子，抑制炎症反应，减轻肺泡水肿，改善氧合和高碳酸血症，有望在临床上开展。