体外膜肺氧合对急性肺损伤犬血浆粘附分子的影响
作者：周成斌，张镜芳，章晓华，庄建，祁周措，姚丽明
【摘要】 目的 探讨经皮穿刺静脉-静脉体外膜肺氧合（ECMO）对急性肺损伤犬血浆粘附分子的影响。方法 10头雄性犬利用油酸建立急性肺损伤模型，随机分为机械通气组（MV组，n=5）和ECMO组（n=5），观察肺损伤4 h。经皮穿刺右颈内静脉和右股静脉建立ECMO转流，灌注流量35～40 ml/（kg·min）。记录肺损伤形成时、肺损伤2h、肺损伤4 h动脉血气值、肺动态顺应性的变化，用ELISA方法检测血浆细胞间粘附分子1（ICAM-1）和P选择素。结果 两组各时间点血气值总体差异没有统计学意义。在肺损伤2 h、4 h两组肺动态顺应性总体差异有统计学意义（F=5.84，P=0.042），ECMO组低于MV组。ECMO组在肺损伤2 h、4 h血浆 ICAM-1和P-选择素显著增高（P＜0.05），两组总体差异有统计学意义（ICAM-1的F=8.716，P=0.018；P-Selection的F=20.373，P=0.002）。结论 经皮穿刺静脉-静脉ECMO有效促进急性肺损伤犬的血液氧合和二氧化碳排出，但增加血浆粘附分子水平，影响肺动态顺应性。
【关键词】 急性肺损伤；体外膜肺氧合；粘附分子
Abstract: OBJECTIVE To investigate the effects of percutaneous venous-venous extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) on plasma adhesion molecule in canines with acute lung injury (ALI). METHODS Ten canines with ALI caused by the injection of oleic acid were divided into a control (mechanical ventilation, MV) group and an ECMO group, and performed experience for 4 hours. The device of V-V ECMO connected with a cannular percutaneously inserted through right jugular vein and a cannular percutaneously inserted through right femoral vein. The perfusion flow from 35 to 40 ml/(kg·min). The arterial blood gas and lung dynamic compliance were recorded at the beginning of ALI, ALI 2 hours, ALI 4 hours. Plasma intercellular adhesion molecular-1(ICAM-1) and P-Selectin were detected by ELISA. RESULTS There was no difference between two groups in the arterial blood gas. The lung dynamic compliance of ECMO group were lower than that of MV group(F=5.84，P=0.042). There was noticeable increase in Plasma ICAM-1 and P-Selectin of ECMO group compared with MV group(ICAM-1, F=8.716，P=0.018; P-Selection, F=20.373，P=0.002). CONCLUSION Percutaneous venous-venous ECMO can efficiently take in blood oxygen and take off blood carbon dioxide in canines with ALI, increase the plasma ICAM-1 and P-Selectin, and decrease the lung dynamic compliance.
Key words： Acute lung injury;Extracorporeal membrane oxygenation;Adhesion molecule
体外膜肺氧合（ECMO）用于心肺功能衰竭的支持，可明显改善低氧血症，但是在急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的治疗中存在争议。一些临床显示ECMO技术在提高ARDS存活率方面并没有明显优势［1］。可能是血液流经ECMO非生理性管道被激活，产生炎性介质，影响肺功能恢复。已有研究显示ECMO过程中血浆细胞因子水平升高［2］，但是有关血浆粘附分子变化的报道较少，本研究用油酸诱发犬急性肺损伤，观察经皮穿刺静脉-静脉ECMO转流对血浆粘附分子的影响。
1 材料与方法
1.1 犬急性肺损伤模型 雄性犬10只，随机分为两组，机械通气组（MV组，n=5），体重（19.7±1.5）kg，ECMO组（n=5），体重（21.1±0.7）kg，体重差异没有统计学意义。禁食24 h，氯胺酮10 mg/kg、阿托品0.5 mg肌注麻醉，使用F8.0气管插管，接西门子900C呼吸机。呼吸机参数：SIMV模式，FiO2 1.0，TV 12-15 ml/kg，RR18次/分。仰卧位，左颈内静脉放置漂浮导管到肺动脉，监测肺动脉压和肺毛细血管锲压。股动、静脉切开，持续监测心率和动脉血压。油酸0.1 ml/kg经漂浮导管30 min注入肺动脉，诱发急性肺损伤。待4～6 h后PaO2/FiO2<300 mmHg，即开始干预。 MV组动物机械通气4 h，参数不变。ECMO组动物停呼吸机，转流4 h。
1.2 ECMO装置的建立 ECMO装置包括滚轴泵（Storket Ⅱ型心肺机）、中空纤维膜式氧合器（东莞科威公司提供，膜面积0.8 m2，最大流量1.5 L/min，预充量80 ml）、变温装置和储血瓶（顺德乐从德润医械化工有限公司）、储血囊及其报警装置（Medtronic）。预充液包括林格液300 ml、犬血300 ml、肝素20 mg、碳酸氢钠30 ml、地塞米松5mg。排气完毕钳夹动、静脉端和储血瓶出口。
给予ECMO组犬肝素20 mg，经皮穿刺右颈内静脉放置引流管（Bio-Medicus静脉插管，17 Fr），接ECMO装置的静脉端；经皮穿刺右股静脉放置灌注管（Bio-Medicus动脉插管，10 Fr），接ECMO装置的动脉端。开放动、静脉端钳夹，通过重力引流颈内静脉的血回到储血囊，经滚轴泵到氧合器，再变温，而后回到股静脉。ECMO流量为35～40 ml/（kg·min），氧气流量1～1.5 L/min，水箱温度设定在40℃恒温。
1.3 数据采集 记录肺损伤形成、肺损伤2 h、肺损伤4 h的心率、平均动脉压、平均肺动脉压、肺毛细血管锲压以及血气值。通过西门子900C型呼吸机的监测仪记录潮气量（Vt）、气道峰压（PIP）及呼气末正压(PEEP)值，肺动态顺应性（C）：C=Vt /（PIP-PEEP）。ECMO组转流中测量数据时，开启呼吸机，参数同机械通气组，平衡5 min后记录数据。采静脉血5 ml，经乙二胺四乙酸（EDTA 1mg/ml）抗凝，3000 r/min离心后，收集血浆，-80℃保存，犬酶联免疫吸附试验（ELISA）试剂盒（RapidBio Lab，USA）检测细胞间粘附分子1（ICAM-1）和P选择素（P-Selectin）。
1.4 统计学方法 计量资料用均数±标准差( ±s )表示，SPSS 9.0统计软件处理数据。肺损伤形成时采用t检验比较两组指标的均衡性；采用方差分析进行组内比较，LSD法做两两比较；用多元重复方差分析进行组间比较， P＜0.05为有显著性差异。
2 结果
2.1 犬血流动力学变化 肺损伤形成时两组心率、平均动脉压、平均肺动脉压、肺毛细血管锲压的数据均衡。组内比较，ECMO组心率、平均肺动脉压、肺毛细血管锲压没有显著性变化，在转流中平均动脉压降低（P＜0.01）。组间比较，转流期间两组平均动脉压的差别有统计学意义（F=12.691，P＜0.01）。见表1。
2.2 犬血气值变化 肺损伤形成时两组pH、PCO2、PO2的数值均衡。组内比较，ECMO组pH 、PO2数值差异没有统计学意义，转流中PCO2数值降低（P＜0.05）。组间比较，两组各时间点pH、PCO2、PO2数值总体差异没有统计学意义。见表2。
2.3 犬肺动态顺应性 肺损伤形成时两组犬的肺动态顺应性数值均衡。组内比较，MV组肺动态顺应性没有显著性变化，ECMO组在肺损伤2 h、4 h肺动态顺应性明显低于肺损伤形成时（P＜0.05）。组间比较，两组在肺损伤2 h、4 h肺动态顺应性总体差异有统计学意义（F=5.84，P=0.042），ECMO组低于MV组。见图1。
图1 肺损伤过程中动态顺应性变化（略）
表1 犬血流动力学变化（略）
注：*与肺损伤形成时比较，P＜0.01；#组间比较，P＜0.01
表2 犬血气值变化（略）
注：*与肺损伤形成时比较，P＜0.05
表3 犬血浆 ICAM-1和P-Selection变化（略）
注：*与肺损伤形成时比较，P＜0.05；#组间比较，P＜0.05
2.4 犬血浆 ICAM-1和P-Selection变化 肺损伤形成时两组血浆 ICAM-1和P-Selection数据均衡。组内比较，MV组血浆 ICAM-1和P-Selection没有显著性变化，ECMO组在肺损伤2 h、4 h血浆 ICAM-1和P-Selection显著增高（P＜0.05）。组间比较，两组在肺损伤2 h、4 h血浆 ICAM-1和P-Selection总体差异有统计学意义（ICAM-1的F=8.716，P=0.018；P-Selection的F=20.373，P=0.002），ECMO组高于MV组。见表3。
3 讨论
急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的重要手段之一是机械通气。由于不恰当机械通气将加重原有肺损伤，因而机械通气参数的调节受到诸多限制。一些重症患者的血液氧合单纯依靠呼吸机支持达不到治疗效果。ECMO技术可以代替病肺功能，氧合血液、排出二氧化碳［3］，缓解机体缺氧状态，为后续治疗创造条件。但是一系列研究发现ECMO并不能显著降低成人ARDS的死亡率，这一方面与ECMO适应证的选择和原发病变的治疗有关，另一方面也与ECMO本身对肺功能的影响有关。
ECMO分为静脉-动脉和静脉-静脉两种转流方式，后者主要用于呼吸衰竭的支持治疗。经皮穿刺插管的方法使ECMO技术的开展更加迅速和简便。本研究结果显示小流量灌注能够有效帮助机体排出二氧化碳，氧合血液。但是，肺动态顺应性显著下降，比依赖机械通气的急性肺损伤肺改变更为明显，表明ECMO影响急性肺损伤中的肺功能。Stillerman等人认为ECMO治疗初始阶段肺动态顺应性降低，可能与原发病变如败血症、肺炎、ARDS等影响肺表面活性物质的分泌及其活性有关［4］。但是张琪等人的研究显示，在没有肺部病变的健康绵羊中开展ECMO 3 h，肺动态顺应性同样明显低于转流前状态，而肺表面活性物质并没有减少，说明ECMO直接影响肺功能［5］。其作用机制还不明确。有报道ECMO初期机体液体总量增加，肺内含水量增多，肺动态顺应性显著下降，在胸部X线检查中显示“白肺”，但随着治疗的延续，肺动态顺应性不断改善，ECMO停止之前达最高水平，这一现象在新生儿、小婴儿表现突出［6］。最近，蒋进军等人报道在犬急性肺损伤中使用ECMO后，血浆中多种细胞因子较非ECMO组显著增高，在改善肺损伤犬的氧供时，不能降低肺动脉压力［7］。
目前认为中性粒细胞（PMNs）与肺血管内皮细胞的粘附是肺损伤过程中的重要环节，粘附分子参与这一过程。本研究在ECMO转流中发现ICAM-1和P-Selectin显著升高，伴随肺动态顺应性的下降，推测粘附分子参与了ECMO对肺功能影响的过程。因为ECMO是一种密闭式体外循环方式，血液成分与体外循环管路中的非生理性界面接触，产生大量炎性介质如补体、血栓素、肿瘤坏死因子a，激活血管内皮细胞和PMNs以及血小板。在静脉-静脉ECMO模式中接触过非生理性界面的血液回到体内，首先流经肺组织，将有可能加重原有肺损伤。血管内皮细胞表达P-Selectin，与PMNs表面的选择素受体特异性结合，使自由移动的PMNs进入滚动状态。血小板激活后，P-Selectin表达升高，促进PMNs与血小板、内皮细胞粘附。而PMNs与内皮细胞的牢固结合还需ICAM-1参与。Dreyer等人报道体外循环后犬肺的ICAM-1转录增强，蛋白表达增多，PMNs在肺内大量聚集［8］。PMNs在毛细血管内聚集，导致肺微循环灌流量减少；在趋化因子如白介素-8的作用下PMNs移行到血管内皮细胞之外。激活的PMNs释放溶酶、活性氧和花生四烯酸代谢产物，造成血管内皮细胞和其他肺组织细胞的广泛损伤。
据临床报道，肺动态顺应性下降主要在ECMO初始阶段。这对于实施ECMO存在两难抉择，一方面严重低氧血症常规治疗无效，需要ECMO支持；另一方面ECMO对肺功能存在一定影响，因此在选择实施ECMO患者应严格掌握适应证和应用时机，同时改进ECMO装置。本研究使用的氧合器和管道为非肝素化材料，ECMO时间远远低于临床实际运用时间。因此，对于使用肝素化管路开展ECMO，其血浆粘附分子和肺动态顺应性的变化还有待进一步研究。
【】
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