缺血预处理对体外循环犬肺损伤的保护作用

陈 松 ,游 露 ,李姗姗 , 王 勇 ,窦雪娇 ,张 红

(1.遵义医学院 研究生学院，贵州 遵义 563099;2.遵义医学院附属医院 麻醉科,贵州 遵义 563099)

缺血预处理对体外循环犬肺损伤的保护作用

陈 松1,游 露1,李姗姗1, 王 勇1,窦雪娇2,张 红2

(1.遵义医学院 研究生学院，贵州 遵义 563099;2.遵义医学院附属医院 麻醉科,贵州 遵义 563099)

目的探讨缺血预处理(IP)对体外循环(CPB)犬肺损伤的保护作用。方法健康杂种犬N=12，随机均分为两组，对照组(C组)和IP组(Y组)，麻醉后行双腔气管插管，开胸建立CPB肺缺血再灌注损伤模型。C组在左肺行缺血再灌注，Y组在阻断左肺动脉前进行IP。于CPB前(T1)、阻断左肺动脉前(T2)、停机时(T3)、停机后2h(T4)取肺组织称湿、干重及行光镜学检查。在T1、T3、T4时点取动脉血行血气分析计算呼吸指数(RI)和氧合指数(OI)。结果①湿、干重比：组内随着时间的延长逐渐升高(P<0.05)；组间Y组T3、T4时点明显低于C组(P<0.05)；②病理学变化及评分：组内T3、T4时点病理评分明显高于T1时点(P<0.05)。组间Y组T3、T4时点评分明显低于C组(P<0.05)；③RI和OI的变化：组内随时间推移 RI逐渐升高，OI则降低(P<0.05)；组间Y组T3、T4时点RI明显低于C组，OI则相反(P<0.05)。结论IP可降低CPB犬RI，提高其OI，改善犬的肺功能，对犬CPB肺损伤有一定的保护作用。

缺血预处理； 体外循环； 肺损伤；犬

CPB是一个非生理的过程，其术后的肺损伤发生率很高，其中肺缺血/再灌注是 导致肺损伤的主要原因之一。严重者可表现为急性肺损伤(acute lung injury, ALI)或呼吸窘迫综合征(acute respiratorydistress syndrome, ARDS)乃至急性呼吸功能衰竭，病死率可高达50%～70%[1]。IP是一次或多次对组织器官的短暂缺血再灌注，启动机体内源性保护机制，能提高机体组织器官对此后发生较长时间缺血的耐受性，达到保护缺血再灌注器官的作用[2]。本实验目的是观察IP对CPB犬肺功能的影响，探讨IP对肺的保护作用。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组 健康成年杂种犬，体重10～15 kg，雌雄不拘，随机分为CPB左肺缺血再灌注组(C组)和缺血预处理组(Y组)。C组开胸仅建立体外循环左肺缺血再灌注损伤模型[3]。Y组在阻断左肺动脉前进行肺缺血预处理。

1.2 实验方法 两组动物均采用腹腔内注射2.5%戊巴比妥25 mg/kg，麻醉生效后固定，行双腔气管插管，监测生命体征等，开胸时接麻醉机行机械通气，维持潮气量12～15 mL/kg，呼吸频率16次 /min，I∶E=1∶2，FiO2=99%。胸骨正中切口开胸，右心房内注入肝素3 mg/kg，肝素化后分别行升主动脉和右心房插管，连接人工心肺机(WEL-1000HA人工心肺机，天津汇康)及CPB管道，建立犬常规CPB[4]。待ACT大于480 s后开始CPB转流，并循10 min后阻闭左肺动脉，右侧单肺通气，并行循环60 min后开放左肺动脉恢复左肺机械通气，继续并行循环30 min后停CPB，停机时用鱼精蛋白(1∶1.5)中和肝素，充分止血，拔出CPB管道，机血回收后回输入犬体内，维持循环稳定2 h后实验结束。两组犬均采用浅低温CPB维持平均动脉压在50～80 mmHg，灌注流量控制在100～120 mL/kg/min，通过动脉血气分析来调整酸碱及电解质平衡。Y组于开胸后建立CPB，左阻断肺动脉前即刻实施缺血预处理灌注5 min，停灌5 min[5]，循环2次，余步骤同C组。

1.3 标本采集及指标检测 两组动物均分别于CPB前(T1)、阻断左肺动脉前(T2)、停机时(T3)、停机后2 h(T4)取肺组织，一部分用于测量湿、干重，另一部分用10%福尔马林固定，然后HE染色，石蜡切片(5 μm)，光镜下观察病理变化并进行病理切片评分。同时在T1、 T3、T4点取股动脉血3 mL，行动脉血气分析(i-stat血气分析仪America)，利用公式分别计算呼吸指数(RI)、氧合指数(OI)。其公式为：RI=P(A-a)O2/ PaO2， OI= PaO2/ FiO2。

2 结果

2.1 一般资料 两组实验动物体重、体表面积、并循时间、阻断时间、开放后并循时间、CPB时间、灌注液体积、生命体征等差异比较均无统计学意义(P>0.05)。

2.2 湿、干重比例 阻断左肺动脉前T1、T2时点肺湿干比无明显变化(P>0.05)。组内比较：与T1时点比较，两组T3、T4时点随着时间的延长各时点肺湿干比逐渐升高(P<0.05)；组间比较：与C相比，Y组T3、T4时点肺湿干比明显低于C组(P<0.05,见表1)。

组别T1T2T3T4C组3.93±0.444.11±0.656.36±1.25▲7.74±0.96▲#Y组3.96±0.614.00±0.895.23±1.00▲■6.14±0.74▲#■

注：T1比较,▲P<0.05 ; T3比较,#P<0.05;与C组比较,■P<0.05。

2.3光镜结果 T1时点：两组肺组织结构清晰，肺泡壁光滑、完整，肺泡腔及间质基本无出血、渗出，间质无增宽，未见炎性细胞浸润。T2时点： 两组肺组织结构肺泡壁光滑、完整，肺泡腔及间质基本无出血、渗出，间质无增宽，未见红细胞漏出。T3时点：Y组肺组织结构逐渐紊乱，局部肺泡腔塌陷，肺间隔增宽，毛细血管扩增明显，炎性细胞增多，肺泡腔渗出液增多(见图1)；C组较Y组严重，可见部分肺泡壁坏死断裂，少量红细胞漏出(见图2)。T4时点：两组肺组织结构均紊乱，大量炎性细胞浸润，肺泡腔内见水肿液(见图3)；Y组肺组织结构较C组清晰。C组肺泡壁断裂，肺泡腔塌陷和红细胞漏出增多(见图4)。

2.4 病理切片评分 根据Mayer 等[6-7]改良的标准进行病理评分得出：两组犬阻断左肺动脉前T1、T2时间点肺病理评分无明显差异(P>0.05)。组内比较：CPB后T3、T4时点较CPB前评分逐渐升高(P<0.05)，停机后2 h升至最高。组间比较：Y组T3、T4时点评分明显低于C组(P<0.05，见表2)。

2.5 RI与OI的变化 CPB前，呼吸指数(RI)和氧和指数(OI)无明显变化(P>0.05)。组内比较：与T1时点比较，两组T3、T4时点RI逐渐升高，OI则降低(P<0.05)；组间比较：与C组相比，Y组T3、T4时点RI明显低于C组，OI则相反(P<0.05，见表3)。

图1 T3时点Y组HE染色×400

组别T1T2T3T4C组0.29±0.030.30±0.043.06±0.32▲5.14±0.73▲#Y组0.28±0.050.31±0.032.05±0.22▲■2.91±0.26▲#■

注：T1比较,▲P<0.05 ; T3比较,#P<0.05;与C组比较,■P<0.05。

组别T1T3T4C组RI0.56±0.111.65±0.19▲2.83±0.47▲#OI437.03±33.42255.38±31.13▲180.81±23.62▲#Y组RI0.50±0.161.29±0.14▲■1.87±0.35▲#■OI437.38±41.50300.50±20.51▲■243.76±32.01▲#■

注：T1比较,▲P<0.05 ;T3比较,#P<0.05;与C组比较,■P<0.05。

3 讨论

CPB术后均有不同程度肺损伤、肺动脉高压及肺毛细血管通透性增加，使肺泡内炎细胞浸润、水分聚集。肺内分流增加、肺通气/血流比例失调和严重低氧血症等。临床上主要表现为肺功能的改变和肺组织结构的病理改变。肺湿、干重比能初步判定肺组织的水肿程度，本实验结果显示：T3、T4时间点Y组湿、干重比明显低于C组，提示缺血与处理能够降低肺组织的水肿情况。RI是反映肺通气和氧交换功能的指标，RI值越低其肺功能越好；OI的正常值在400～500mmHg，当OI小于300mmHg提示呼吸功能障碍，OI是评价肺氧合和换气功能的指标，能较好的反映机体的缺氧状态。本实验结果显示：两组犬CPB后随着时间的延长各时点RI明显升高，OI明显降低。Y组在实验结束时RI明显低于对照组，OI则相反，说明缺血预处理能改善体外循环犬的肺功能。

CPB开始后，特别当腔静脉完全阻断后，肺动脉的血供停止， 肺组织仅靠支气管动脉和侧支循环的少量灌注。有研究提示常温CPB下的小猪，发现支气管动脉血在CPB开始后降到基础值的13%[8]。由于支气管动脉和侧支循环的分布是不均匀的，使肺组织得不到均匀有效的降温，处于一种高温高代谢状态,耗氧量大, 缺血后肺泡上皮不同程度地缺氧，能量储备下降，当开放上、下腔静脉后,大量氧合血液再次进入肺循环，产生大量的细胞毒性酶如髓过氧化物酶及释放大量氧自由基导致内皮细胞损伤，造成肺顺应性和肺泡-动脉氧分压梯度异常，形成了肺部的缺血再灌注损伤。IP是短期缺血应激，使机体对随后长时间的缺血再灌注损伤产生保护作用。研究发现肺IP通过反复预适应(IP)来降低缺血再灌注刺激，减少再灌注后氧自由基、血栓素生成及白细胞的聚集[9]。减轻肺毛细血管通透性、改善肺气体交换能力。徐松涛等[10]进行单次5 min缺血然后10 min再灌注预处理的方案，发现对肺组织有较强的早期保护效应。Luis等[11]对猪左肺动脉进行两个循环(每个循环为5 min缺血然后5 min再灌注)有效降低肺内炎性反应对肺组织有一定的保护作用。本实验结果显示，CPB后两组肺组织光镜下可见大量炎性细胞浸润，肺泡腔内及肺间质见水肿液，同时肺病理评分在停机及实验结束时明显增高，肺湿、干重比也逐渐升高；但两组相比，预处理组T3、T4时点的肺病理评分及肺湿、干重比明显低于对照组，提示IP能减轻CPB导致的肺损伤。

综上所述，缺血预处理可增加CPB犬氧和指数，降低呼吸指数，减轻肺部炎症反应及水肿程度，改善术后肺功能，从而推测缺血预处理对临床上CPB的肺保护有一定的指导意义。

[1] QiuW,Zheng L,Gu H,et al.Comparison between adult and infant lung injury in a rabbit ischemia-reperfusion model[J].Thorac Cardiovasc Surg,2008,136(2):352-359.

[2]鲁建军,翁慧雯,秦存伟，等.缺血后处理对移植犬肺功能的影响[J].中国病理生理杂志,2009,25(10):1975-978.

[3]张仁腾,汪曾炜,王辉山,等.体外循环肺损伤动物模型的建立[J].中国体外循环杂志,2011,2(9):105-108.

[4]刘斌,梁贵友,蔡庆勇,等.罗格列酮对犬体外循环缺血再灌注心肌胰岛素抵抗中能量代谢的影响[J].遵义医学院学报,2011,34(5):495-498.

[5]荣建,叶生,肖亮灿,等.乌司他丁上调水通道蛋白1保护新生猪体外循环肺缺血/再灌注损伤[J].中国药理学通报,2011,27(7):982-986.

[6]Mayer J,Laine V J,Rau B,et al.Systemic lymphocyte activation modulates the severity of diet-induced acute pancreatitis in mice[J].Pancreas,1999,19(1):62-68.

[7]Osman M O,Kristensen J U,Jacobsen N O,et al.A monoclonal anti-interleukin 8Antibody (WS-4) inhibits cytokine response and acute necrotising pancreatitis in Rabbits[J]. An International Journal of Gastroenterology Hepatology,1998,43(2):232-239.

[8]Schlensak c,Doenst T.Preusser,et al.Cardiopulmonary bypass reduction of brochial blood flow:a potential mechanism for lung injury in aneonatal pig model [J].Thorsac Cardiovase Surg,2002,123(6):1199-1205.

[9]Kodama T,Yukioka H,Kato T,et al.Neutrophil elastase as a predicting factor for development of acute lung injury[J]. The Japanese Society of Internal Medicine,2007,46(11):699-704.

[10]徐松涛,郭卫岗,谭黎杰，等,缺血预处理对无心跳供体大鼠移植肺缺血再灌组损伤的保护作用[J].中国临床医学,2010,17(1):22-25.

[11] Luis H,Lisa R.Ischaemic prconditioning prevents the liver inflammatory response to lung ischaemia/reperfusion in a swine lung autotransplant model [J].European Journal of cardio-thoracicsurgery,2012,11(23):1-8.

Ischemicpreconditioningeffectsonpulmonaryfunctionaftercardiopulmonarybypassindogs

Chensong,Youlu,Lishanshan,Wangyong,Douxuejiao,Zhanghong

(1.Department of Anesthesiology, Zunyi Medical University,Guizhou Zunyi 563099,China;2.Department of Anesthesiology,The Affiliated Hospital of Zunyi Medical University,Guizhou Zunyi 563099,China)

ObjectiveTo explore the protective effect of ischemic preconditioning (IP) on pulmonary function of dogs after cardiopulmonary bypass (CPB).MethodsA total of 12 healthy mongrel dogs were randomly assigned to two groups: Control group (group C n=6), Ischemic preconditioning group (group Y n=6).Two groups of dogs were injected anesthetic, then fixed and operated endotracheal intubation and established the model of lung ischemia-reperfusion injury after cardiopulmonary bypass. Group C

ischemia-reperfusion in left lung, and dogs in the group Y received the lung ischemic preconditioning before blocking the left pulmonary artery. Samples of lung tissue were collected at T1(before the CPB), T2(before blocking the pulmonary artery), T3(end of CPB), and T4(2 hours after CPB). The wet weight and dry weight of lung were recorded, and the lung histology was observed by optical microscopy. Samples of arterial blood were collected at T1, T3, T4time points for being used to calculate respiration index (RI) and oxygenation index (OI).Results①The wet and dry weight ratio of lung tissue gradually increased with time (P<0.05). and was significantly lower in Y group at T3and T4time point(P<0.05). ②Pathological section score of lung tissue was significantly higher at T3and T4time point compared with T1 time point (P<0.05). Pathological section score of lung tissue of Y group was significantly lower than C group at T3and T4time point (P<0.05). ③RI gradually increased with time, but OI was decreased(P<0.05). These alterations were ameliorated in Y group(P<0.05).ConclusionIschemic preconditioning can reduce the RI and increase OI and improve the pulmonary function after CPB in dogs.

ischemic preconditioning;cardiopulmonary bypass;lung injury；dogs

贵州科技厅联合基金资助项目(NO：黔科合丁字LKZ〔2012〕05)。

张红，女，教授，硕士生导师，研究方向：体外循环肺保护，E-mail:hianzhang@tom.com。

R657.3

A

1000-2715(2013)05-0428-04

[收稿2013-05-22;修回2013-09-09]

(编辑：谭秀荣)