吸入一氧化氮對兔缺血-再灌注肺血流動(dòng)力學(xué)和氣體交換影響的實(shí)驗(yàn)研究

關(guān)鍵詞：一氧化氮；再灌注；肺；血流動(dòng)力學(xué)

中國病理生理雜志000315

[摘要]目的：評價(jià)吸入一氧化氮(NO)對缺血-再灌注兔肺血流動(dòng)力學(xué)和氣體交換的影響。方法：40只健康新西蘭大白兔隨機(jī)分成4組，每組10只。Ⅰ假手術(shù)組；Ⅱ假手術(shù)+吸入NO；Ⅲ缺血-再灌注組；Ⅳ缺血-再灌注+吸入NO組。Ⅱ、Ⅳ組吸入NO50×10-6。再灌注240min連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察肺動(dòng)脈壓(PA)、肺血管阻力(PVR)、氧分壓(PaO2)、二氧化碳分壓(PaCO2)、肺泡動(dòng)脈血氧差(A-aDO2)、肺內(nèi)動(dòng)靜脈分流(Qs/Qt)、外周白細(xì)胞數(shù)、CD18的表達(dá)、高鐵血紅蛋白。結(jié)果：(1)吸入NO不影響正常兔肺血流動(dòng)力學(xué)和氣體交換功能。(2)肺再灌注時(shí)早期吸入NO后PaO2上升，PA、PVR、PaCO2、A-aDO2、Qs/Qt下降，CD18的表達(dá)及外周白細(xì)胞數(shù)無明顯變化。(3)吸入NO對高鐵血紅蛋白的升高無明顯影響。結(jié)論：吸入NO能明顯改善再灌注肺早期血流動(dòng)力學(xué)和氣體交換功能。

[中分類號]R322.3+5[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1000-4718(2000)03-0247-05

Effectofinhalednitricoxideonthegasexchangeandhemodynamicofischemia-reperfusionlunginrabbitmodel

CAOHua,LIAOChong-xian,CHENDao-zhong

DeptofCardiovascularSurgery,UnionHospital,FujianMedicalUniversity,Fuzhou350001,China)

[Abstract]AIM:Toevaluatetheeffectofpulmonarygasexchangandhemodynamicbyinhalednitricoxideonischemia-reperfusion(I/R)lunginrabbitmodel.METHODS:FortyNewzealandrabbitsweredividedintofourgroups:groupⅠ,sham-operated;groupⅡ,sham-operatedwithinhalednitricoxide(NO);groupⅢ,I/R;groupⅣ,I/RwithInhaledNO.Pulmonaryarterypressure(PA),pulmonaryvascularresistance(PVR),arterialoxygentension(PaO2),arterialcarbondioxidetension(PaCO2),alveolar-arterialgradient(A-aDO2),Shuntfraction(Qs/Qt)expressionofCD18,peripheralleukocyte,methemoglobinwerecontinuetlyquantitated.RESULTS:AtthestartofreperfusioninhaledNOsignificantlyimprovedPaO2anddecreasedPA,PVR,PaCO2,A-aDO2,Qs/Qt.CONCLUSION:InhaledNOamelioratedsignificantlytheearlygasexchangeandhemodynamicofreperfusionlung.

[MeSH]Nitricoxide;Reperfusion;Lung;Hemodynamics

在心胸外科領(lǐng)域，肺移植、心肺聯(lián)合移植、體外循環(huán)及主動(dòng)脈手術(shù)后常出現(xiàn)難以預(yù)測的早期肺功能不全，甚至呼吸窘迫綜合征等并發(fā)癥。其主要原因與肺再灌注損傷有關(guān)。肺再灌注早期內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，氧自由基的產(chǎn)生，一氧化氮(nitricoxide,NO)的合成和分泌減少及粘附分子、特別是CD18的表達(dá)增強(qiáng)，大量的白細(xì)胞在肺內(nèi)“扣押”等一系列病理生理反應(yīng)，導(dǎo)致了肺功能不全。但吸入NO對肺再灌注損傷的研究剛剛起步，爭議較多，國內(nèi)尚未見報(bào)道。本研究旨在觀察兔缺血-再灌注早期吸入50×10-6NO對肺血流動(dòng)力學(xué)和氣體交換的影響。

材料和方法

一、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和分組

健康新西蘭大白兔40只(福建省藥物檢驗(yàn)所動(dòng)物中心提供)，隨機(jī)分為4組，每組10只。體重1.8～2.3kg。Ⅰ假手術(shù)組；Ⅱ假手術(shù)+吸入NO組；Ⅲ缺血-再灌注組；Ⅳ缺血-再灌注+吸入NO組。

二、實(shí)驗(yàn)程序

(一)麻醉與監(jiān)測動(dòng)物麻醉：靜脈注射安定1～2mg/kg，氯胺酮15～20mg/kg，卡肌寧1mg/kg，視情況小劑量追加氯氨酮維持麻醉。氣管切開，插入5F氣管導(dǎo)管，連結(jié)定容型呼吸機(jī)(浙江醫(yī)療儀器廠)輔助呼吸，呼吸模式為間歇正壓通氣，吸入氧濃度21%，潮氣量10～13mL/kg，呼吸頻率30～34次/min，吸呼比例為1∶1.2。維持動(dòng)脈血PaO2和PaCO2在正常范圍內(nèi)。分離頸動(dòng)脈，置22G動(dòng)脈穿刺針，連接血壓表進(jìn)行血壓監(jiān)測，實(shí)驗(yàn)過程中平均動(dòng)脈壓均9.3kPa(70mmHg)以上。胸正中線開胸，在肺動(dòng)脈、左心耳分別置入22G動(dòng)脈穿刺針，通過壓力換能器連接多道壓力監(jiān)測儀(美國MennenMedical公司)，監(jiān)測肺動(dòng)脈壓、左房壓。超聲心排出量測定儀(上海醫(yī)療儀器廠)探頭放置肺動(dòng)脈，測量心排出量。

(二)建立肺缺血-再灌注模型與吸入NO右心房注射肝素200U/kg。分離左肺門、剝除可見的淋巴，結(jié)扎神經(jīng)及支氣管動(dòng)脈。左、右肺門置阻斷繩。在左肺半膨脹狀態(tài)時(shí)，通過阻斷繩阻斷左肺動(dòng)脈、肺靜脈及支氣管，同時(shí)潮氣量減少50%，避免右肺過度膨脹。左肺缺血60min后，松解左側(cè)阻斷繩，用右側(cè)阻斷繩阻斷右肺門，使左肺單側(cè)再灌注240min[1]。Ⅰ和Ⅱ組同樣等待60min后，再阻斷右肺門。Ⅱ、Ⅳ組在阻斷右肺門前5min至實(shí)驗(yàn)結(jié)束(以阻斷右肺門為0min)吸入50×10-6NO(NO標(biāo)準(zhǔn)氣體由北京普萊克期氣體有限公司提供。由英國MicroMedical一氧化氮監(jiān)測儀監(jiān)測吸入NO和NO2濃度)。

三、觀察指標(biāo)及測定方法

(一)氣血分析各組在阻斷右肺門后0、30、60、120、240min等時(shí)點(diǎn)分別在右心房、頸動(dòng)脈抽取血樣標(biāo)本0.5mL。用NOVA血?dú)夥治鰞x(美國NOVA公司)測定氧分壓(PaO2)、二氧化碳分壓(PaCO2)、肺泡動(dòng)脈血氧差(A-aDO2)、動(dòng)脈血氧含量(CaO2)、靜脈血氧含量(CvO2)。計(jì)算肺內(nèi)動(dòng)靜脈分流(Qs/Qt)，其公式為：

Qs/Qt＝100×[0.0031×A-aDO2/(0.0031×A-aDO2+CaO2-CvO2)]

(二)肺血流動(dòng)力學(xué)分析

1.肺動(dòng)脈壓(pulmonaryarterypressure,PA)。

2.肺血管阻力(pulmonaryvascularresistance,PVR)＝肺動(dòng)脈平均壓-左房壓/肺血流量。

(三)外周白細(xì)胞數(shù)和中性粒細(xì)胞CD18的表達(dá)各組在阻斷右肺門后0、30、60、120、240min時(shí)點(diǎn)在頸動(dòng)脈內(nèi)抽血0.5mL。庫爾特細(xì)胞測定儀(美國BECKMAN公司)測量外周白細(xì)胞數(shù)。流式細(xì)胞儀(美國BECTONDICKINSON公司)測定CD18在中性粒細(xì)胞上的表達(dá)。

(四)血漿NO-2/NO-3含量檢測阻斷右肺門后0、30、60、120、240min時(shí)間點(diǎn)在右心房抽血1mL。還原Griess反應(yīng)測定血漿NO-2/NO-3含量，作為檢測NO水平的指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)采用一氧化氮檢測盒(南京弘揚(yáng)生物有限公司)。

(五)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，分取左肺組織測定肺組織含水量及丙二醛含量(硫代巴比妥法)。取左肺下葉組織，蘇木素伊紅染色，光鏡下觀察肺組織形態(tài)學(xué)變化。并測定吸入NO前以及實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，用自動(dòng)血紅蛋白分析儀(丹麥COSMRODIOMETER公司)血漿高鐵血紅蛋白含量。

四、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，組間差異顯著性用t檢驗(yàn)法判定。

結(jié)果

一、吸入NO對再灌注肺血流動(dòng)力學(xué)和氣體交換的影響

Ⅳ組PaO2高于Ⅲ組，30min后，PA、PVR、PaO2、PaCO2、A-aDO2、Qs/Qt不同程度的低于Ⅲ組，以240min差別最顯著(P<0.05)。見表1、2。

二、吸入NO對外周白細(xì)胞數(shù)及CD18的表達(dá)的影響

Ⅲ組和Ⅳ組相比外周白細(xì)胞的減少和CD18表達(dá)增強(qiáng)(P<0.05)，見表3。

三、動(dòng)脈血漿NO-2/NO-3含量變化

Ⅲ組在30、60min時(shí)，血漿NO-2/NO-3含量明顯低于Ⅰ組(P<0.05)，但在120、240min時(shí)，差別無顯著意義(P>0.05)，見表4。

四、肺組織光鏡檢查

Ⅰ、Ⅱ組為正常組織；Ⅲ組肺組織出血，肺泡腔炎癥細(xì)胞浸潤，內(nèi)皮細(xì)胞腫脹；Ⅳ組肺組織僅輕度水腫，肺泡腔未見明顯炎癥細(xì)胞浸潤，內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整。

五、肺組織含水量和丙二醛含量變化

Ⅲ組肺組織含水量和丙二醛含量高于Ⅳ組。

六、高鐵血紅蛋白含量變化

Ⅱ組、Ⅳ組高鐵血紅蛋白含量低于1.5%。

討論

目前，認(rèn)為NO、氧自由基、過氧化亞硝酸根在肺缺血-再灌注過程中起關(guān)鍵作用，中性粒細(xì)胞扮演主要角色[2]。肺再灌注早期由于NO合成和分泌減少引發(fā)肺氣體交換障礙，乃至呼吸窘迫綜合征。

實(shí)驗(yàn)顯示，Ⅲ組動(dòng)脈血漿NO-2/NO-3水平在30min，60min明顯降低，同時(shí)，PaO2下降，PA、PVR、PaCO2，Qs/Qt、A-aDO2均不同程度上升，CD18表達(dá)增強(qiáng)、外周白細(xì)胞數(shù)明顯減少，肺組織含水量及丙二醛含量增多，肺泡腔白細(xì)胞浸潤。因此，在灌注早期NO水平的下降，可能是導(dǎo)致再灌注早期血流動(dòng)力學(xué)改變和在體交換功能障礙主要原因之一。

吸入NO氣僅限作用于肺血管，對體血管無影響，這是NO供體或NO前體無法替代的。有學(xué)者報(bào)道，豬、狗行單肺移植術(shù)后吸入NO能明顯改善肺血流動(dòng)力學(xué)和氣體交換[3]，然而國外研究均采用冷缺血-再灌注模型，且爭議較多。本課題采用本實(shí)驗(yàn)兔肺熱缺血-再灌注模型，結(jié)果顯示吸入NO能明顯升高再灌注肺PaO2，降低PaCO2、Qs/Qt、A-aDO2、PA、PVR，從而改善再灌注肺血流動(dòng)力學(xué)和氣體交換。吸入NO對再灌注肺的影響主要包括：①吸入NO下調(diào)CD18在中性粒細(xì)胞的表達(dá)，從而減少中性粒細(xì)胞在肺內(nèi)“扣押”。CD18與ICAM的結(jié)合是中性粒細(xì)胞粘附、聚集、游離于內(nèi)皮細(xì)胞的關(guān)鍵，且這過程主要由CD18依賴調(diào)節(jié)[4]。②吸入NO能松馳血管平滑肌，降低肺動(dòng)脈壓、肺血管阻力，使血流/通氣比例趨向合理[5]。③吸入NO抑制血小板聚集、粘附，減少血小板活化因子(PAF)產(chǎn)生。AF拮抗劑CM3988提高移植肺功能[6]。另外吸NO能維持肺血管舒縮功能、減輕肺水腫，以及降低肺組織脂質(zhì)氧化反應(yīng)，減少丙二醛含量。

從本研究還可以看出，Ⅲ組NO-2/NO-3水平在240min時(shí)反而上升，目前認(rèn)為可能由于再灌注損傷后期，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶過度表達(dá)的結(jié)果[7]。由此可見，缺血-再灌注早期吸入NO能改善肺血流動(dòng)力學(xué)和氣體交換，但臨床肺移植及體外循環(huán)造成的肺功能不全，影響因素較多，所以吸入NO在臨床應(yīng)用需進(jìn)一步驗(yàn)證。

表1各組PA、PVR的變化

Tab1ChangesofPA，PVR(±s,n=10)Group

Timeofthereperfusion

Omin

30min

60min

120min

240min

PA(kPa)

Ⅰ

1.55±0.20

1.60±0.14

1.52±0.14

1.67±0.18

1.51±0.16

Ⅱ

1.65±0.18

1.57±0.13

1.38±0.13

1.34±0.15

1.38±0.14

Ⅲ

1.67±0.24

2.04±0.23*

2.29±0.27*△

2.44±0.29*△

2.77±0.36*△

Ⅳ

1.58±0.22

1.24±0.18

1.73±0.22

1.73±0.22

1.74±0.18

PVR(kPa.s/L)

Ⅰ

319.60±23.10

311.34±26.44

320.35±27.62

324.62±29.88

332.01±23.44

Ⅱ

312.01±29.42

301.00±28.34

299.39±26.22

321.32±26.22

300.84±26.92

Ⅲ

326.07±23.36

433.86±32.24*

519.47±32.12*△

567.14±43.34*△

610.23±60.30*△

Ⅳ

316.40±23.67

356.80±27.11

357.93±36.71

363.40±39.40

360.49±40.32

*P<0.05，vsⅠ；△P<0.05vsⅣ；Ⅰ：Sham-operated;Ⅱ:Sham-operated+inhaledNO;Ⅲ:Ischemia-reperfusion;Ⅳ:Ischemia-reperfusion+inhaledNO表2各組PaO2、PaCO2、A-aDO2、Qs/Qt的變化

Tab2ChangesofPaO2，PaCO2，A-aDO2，Qs/Qtineachgroup(±s，n=10)Group

Timeofthereperfusion

0min

30min

60min

120min

240min

PaO2(kPa)

Ⅰ

11.20±0.74

11.57±0.75

11.11±0.73

11.36±0.72

10.95±0.70

Ⅱ

11.64±0.78

11.53±0.74

11.91±0.68

11.78±0.69

11.72±0.79

Ⅲ

11.36±0.56

9.32±0.64

7.94±0.60*

6.73±0.62*△

5.82±0.60*△

Ⅳ

11.34±0.67

10.00±0.62

9.82±0.71

9.55±0.63

9.40±0.61

PaCO2(kPa)

Ⅰ

4.75±0.49

4.84±0.40

4.98±0.51

4.57±0.52

4.89±0.54

Ⅱ

4.50±0.50

4.53±0.44

4.23±0.30

4.32±0.40

4.28±0.44

Ⅲ

4.88±0.28

6.47±0.43*

6.93±0.42*△

7.76±0.50*△

9.02±0.54*△

Ⅳ

4.79±0.41

5.05±0.51

5.01±0.45

5.02±0.46

4.97±0.51

A-aDO2(kPa)

Ⅰ

2.47±0.25

2.31±0.21

2.59±0.22

2.44±0.20

2.54±0.27

Ⅱ

2.32±0.23

2.14±0.06

2.13±0.26

2.06±0.26

2.04±0.25

Ⅲ

3.11±0.31

5.42±0.61*

6.73±0.61*△

7.13±0.63*△

8.30±0.69*△

Ⅳ

3.88±0.33

4.34±0.35

4.45±0.41

4.51±0.43

4.59±0.39

Qs/Qt(%)

Ⅰ

5.03±0.93

4.98±0.72

5.20±1.21

5.02±1.01

5.10±0.94

Ⅱ

4.95±0.91

4.86±1.02

4.43±0.83

4.33±0.95

4.77±1.03

Ⅲ

4.85±0.86

10.54±1.44*

12.14±1.76*△

15.86±2.14*△

19.42±2.35*△

Ⅳ

5.99±0.75

7.17±1.04

7.39±1.13

7.53±0.98

7.83±1.56

*P<0.05，vsI;△P<0.05vsⅣ表3各組外周白細(xì)胞數(shù)、CD18變化

Tab3Changesofperipheralleukocyte，expressionofCD18ineachgroup(±s，n=10)Group

Timeofthereperfusion

0min

30min

60min

120min

240min

Peripheralleukocyte(109/L)

Ⅰ

3.21±0.89

3.10±0.81

3.09±0.79

3.10±0.73

3.18±0.64

Ⅱ

3.56±0.86

3.46±0.89

3.34±0.71

3.54±0.79

3.54±0.68

Ⅲ

3.65±0.91

1.98±0.54?

1.47±0.37*△

0.90±0.24*△

0.58±0.13*△

Ⅳ

3.36±0.91

2.99±0.79

2.74±0.85

2.59±0.64

2.50±0.58

CD18(%)

Ⅰ

8.34±1.31

9.01±1.74

10.03±1.62

11.81±1.64

12.03±1.54

Ⅱ

7.55±1.48

8.21±1.31

8.83±1.04

9.21±1.42

9.30±1.51

Ⅲ

8.12±1.34

14.10±2.05

24.03±2.48*△

55.38±5.54*△

68.24±6.23*△

Ⅳ

9.73±1.71

10.63±1.83

13.02±1.93

14.46±2.23

15.33±2.03

*P<0.05，vsI;△P<0.05，vsⅣ表4各組NO-2/NO-3含量的變化

Tab4ChangesofNO-2/NO-3contentineachgroup(μmol/L，±s，n=10)Group(μmol/L)

Timeofthereperfusion

0min

30min

60min

120min

240min

Ⅰ

53.32±5.01

56.30±8.21

58.23±9.21

60.23±10.23

61.33±7.25

Ⅱ

75.64±5.34

134.76±10.24*

186.94±17.54*

199.38±21.88*

214.37±30.38*

Ⅲ

57.83±4.08

30.64±2.86*

32.36±3.56*

51.24±3.38

66.34±4.38*

Ⅳ

80.75±9.65

124.76±17.59*

163.98±23.63*

199.76±26.91*

243.57±32.16

*P<0.05，vsⅠ[參考文獻(xiàn)]

[1]HusamH,BalkgyMyromB,RagmondJ,etal.Comparisonofeurocollinsanduniversityofwisconsinsolutioninsingleflushpreservationoftheischemiareperfusionlung:aninvivorabbitmodel[J].Tranplantation,1995,59:1090～1095.

[2