高氧液对油酸性急性肺损伤家兔肺组织改变和肺表面活性物质的影响

陈亚丽，周丹丹，程红霞，张义长

（1．西安交通大学医学部第一附属医院麻醉科，陕西西安 710061 2．西北妇女儿童医院麻醉科，陕西西安 710061）

急性肺损伤（cute lung injury，ALI）是指严重感染、创伤、休克等病理过程中并发的肺泡毛细血管膜损伤，导致肺水肿和肺不张，以进行性呼吸困难和顽固性低氧血症为临床特征的的急性呼吸衰竭，其最严重阶段为急性呼吸窘迫综合征（adult respiratory distress syndrome，ARDS），是重症监护室常见的导致死亡的原因之一，其发病机制［1-4］与ALI／ARDS过度的炎症反应中，炎性因子级联反应，氧自由基过量产生，中性粒细胞过度活化滞留毛细血管或肺泡腔产生过量髓过氧化物酶，使肺泡上皮及毛细血管内皮损伤，水转运障碍及肺表面活性物质（pulmonary surfactant，PS）异常有关。其治疗方法一直是急救和重症监护领域研究的热点问题。传统的给氧治疗，如经鼻或面罩吸高浓度氧、人工气道气管插管呼吸机辅助呼吸给氧等必须通过肺部气体交换才能实现，因此难以发挥作用或作用有限。近年来发现，高氧液［4-5］对于缺氧性疾病有明显的疗效。本实验通过观察静脉输注高氧液后急性油酸性肺损伤家兔肺组织形态及肺表面活性物质的变化，以探索高氧液对ALI／ARDS的治疗作用及其作用机制。

1 材料与方法

1．1 动物及分组 健康家兔30只，雌雄不拘，体质量均在2．0～2．5kg，由西安交通大学医学部实验动物中心提供。用随机数字表均分为3组：空白对照组（n＝10），高氧液治疗组（n＝10），盐水对照组（n＝10）。

1．2 高氧液准备 购于第四军医大学口腔医院。该高氧液以平衡盐为基液，用高氧液治疗仪（西安高氧医疗设备有限公司生产，专利号：922412936）进行光化学溶氧技术制成，氧分压为80～100kPa，氧含量为14．6%。

1．3 动物处理 各组动物实验前禁食12h，乌拉坦1g／kg耳缘静脉注射麻醉后，分离颈内动脉并插管，连接Powerlab 5．12生理记录仪，供记录压力曲线和查血气用。分离另一侧颈静脉并插管，供输液用。处理完后，高氧液治疗组、盐水对照组两组家兔经颈静脉注射油酸0．15mL／kg，空白对照组家兔注射等量生理盐水；20min后测血气，PaO2／FiO2＜300时即认为ALI造模成功；30min时空白对照组、盐水对照组家兔给予生理盐水20mL／kg静脉泵注，高氧液治疗组给予高氧液20mL／kg静脉泵入，30min内输完。

1．4 指标检测 分别在ALI模型制备前（基础）、静脉输液前（损伤）、输液后30min、1h、2h5个时间点抽取动脉血1mL查血气。实验结束后，颈动脉放血处死家兔后，立即开胸取肺，右肺中叶同一部位取一1cm×1cm×1cm大小肺组织，40g／L多聚甲醛充分固定后，HE染色做病理切片观察肺组织形态学改变和免疫组化检测肺表面活性物质的变化。左肺作支气管肺泡灌洗，测支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中总磷脂和总蛋白的含量。

2 结 果

2．1 高氧液对急性油酸型肺损伤家兔呼吸及肺组织形态变化的影响 高氧液治疗组、盐水对照组家兔在注射油酸后均出现呼吸频率增快、呼吸加深，部分家兔鼻腔有泡沫状分泌物流出。解剖后，高氧液治疗组、盐水对照组均见肺组织充血肿大，且盐水对照组肺组织充血肿大程度较高氧液治疗组为重，可见斑片状坏死，高氧液治疗组仅见少量点状坏死区域。空白对照组家兔肺组织无充血坏死改变。

2．2 高氧液对急性油酸型肺损伤家兔血气变化的影响 3组PaO2、PaCO2的基础值差异无统计学意义（P＞0．05）。高氧液治疗组、盐水对照组两组肺损伤后PaO2较空白对照组显著降低（P＜0．001），PaCO2值较空白对照组明显升高（P＜0．001），高氧液治疗组和盐水对照组在制模后PaO2及PaCO2无明显差异（P＞0．05）；高氧液治疗组在输注高氧液后PaO2逐渐升高，在各时点均高于盐水治疗组（P＜0．001）。PaCO2逐渐降低，在各时点均低于盐水治疗组（P＜0．001）。2h时空白对照组PaCO2增高，与盐水治疗组比较差异无统计学意义（P＞0．05），均明显高于高氧液治疗组（P＜0．001，表1）。

2．3 高氧液对急性油酸型肺损伤家兔肺组织病理学变化的影响 光镜下空白对照组动物肺组织结构完整，肺泡腔内有极少量的炎性细胞，盐水对照组弥漫性肺泡和间质充血水肿，支气管壁及毛细血管周围有大量炎细胞浸润，并见肺透明膜形成。高氧液治疗组动物毛细血管扩张及间质水肿不明显，肺间质有少量炎细胞浸润，肺泡壁保持完整，未见透明膜形成（图1）。

2．4 3组家兔BALF总蛋白及总磷脂含量变化的比较 与空白对照组比较，盐水治疗组和高氧液治疗组BALF总蛋白含量均显著增高（P＜0．001），且盐水治疗组高于高氧液治疗组（P＜0．001）。而总磷脂两组均显著降低（P＜0．001），且盐水治疗组低于高氧液治疗组（P＜0．001，表2）。

表1 高氧液对急性油酸型肺损伤家兔血气变化的影响Tab．1 Effects of hyperoxia solution on blood-gas after oleic acid-induced acute lung injury in rabbits（±s，mmHg）

表1 高氧液对急性油酸型肺损伤家兔血气变化的影响Tab．1 Effects of hyperoxia solution on blood-gas after oleic acid-induced acute lung injury in rabbits（±s，mmHg）

P1：高氧液与空白组比较；P2：盐水组与空白组比较；P3：高氧液与盐水组比较。

组别 例数 基础值 制模后 治疗后30min 1h 2h PaO2空白对照组 10 90．3±1．7 90．8±1．9 88．8±2．3 90．3±2．9 90．1±2．4高氧液治疗组 10 90．4±1．2 51．2±1．9 60．0±2．3 85．4±3．0 88．4±2．6盐水对照组 10 89．0±2．1 52．6±1．9 57．1±2．3 59．9±3．0 61．5±2．4 P1 0．895 ＜0．001 ＜0．001 ＜0．001 ＜0．002 P2 0．103 ＜0．001 ＜0．001 ＜0．001 ＜0．001 P3 0．080 0．091 ＜0．001 ＜0．001 ＜0．001 PaCO2空白对照组 10 37．6±1．7 40．0±3．5 38．8±2．3 38．8±2．8 50．0±3．3高氧液治疗组 10 38．8±1．0 50．1±4．3 50．8±3．3 47．8±2．3＊ 45．1±2．9盐水对照组 10 37．9±1．6 50．8±4．2 51．1±3．8 51．0±3．8 50．4±3．7 P1 0．610 ＜0．001 ＜0．001 ＜0．001 ＜0．001 P2 0．113 ＜0．001 ＜0．001 ＜0．001 0．847 P3 0．321 0．586 0．363 ＜0．001 ＜0．001

图1 高氧液对急性油酸型肺损伤家兔肺组织病理学变化的影响Fig．1 Effect of hyperoxia solution on pathologic changes of lung tissue after oleic acid-induced acute lung injury in rabbits

表2 各组BALF中总蛋白及总磷脂含量的比较Tab．2 The total protein and the total phospholipids content in BALF（±s）

表2 各组BALF中总蛋白及总磷脂含量的比较Tab．2 The total protein and the total phospholipids content in BALF（±s）

P1：高氧液与空白组比较；P2：盐水组与空白组比较；P3：高氧液与盐水组比较。

组 别 例数 总磷脂（mg／L） 总蛋白（mg／L）空白对照组10 7．3±0．6 45．9±8．1高氧液治疗组 10 5．9±0．5 114．1±12．2盐水对照组 10 3．8±0．6 170．4±14．5 P1 ＜0．001 ＜0．001 P2 ＜0．001 ＜0．001 P3 ＜0．001 ＜0．001

经图像分析，空白对照组SP-A表达平均灰度值为45．7±6．6，高氧液治疗组SP-A强阳性细胞少于空白对照组，其平均灰度值为49．4±6．5，较空白对照组为高（P＜0．001）。生理盐水对照组SP-A强阳性细胞明显少于空白对照组、高氧液治疗组两组，其平均灰度值为67．3±5．2，明显高于空白对照组、高氧液治疗组两组（P＜0．001）。

图2 高氧液对急性油酸型肺损伤家兔肺组织SP-A的影响Fig．2 Effect of hyperoxia solution on SP-A of lung tissue after oleic acid-induced acute lung injury in rabbits

3 讨 论

ALI或ARDS是由于肺部的直接损伤或者系统严重的炎症反应所引起的［6］，氧气在肺部的弥散入血障碍，死亡率高达45%。多年来，对ALI或ARDS的治疗采取了一系列综合治疗措施［7］，采用正压通气＋呼气末正压机械通气、补充PS肺保护策略、适当的循环支持，但预后仍很差。所以，探索其有效治疗方法仍旧是目前研究的重要课题。而油酸诱导家兔急性肺损伤是研究ALI或ARDS较为可靠的方法。

成人终末呼吸道由肺泡囊组成，其表面由肺泡上皮连接，肺泡上皮细胞包括Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型肺泡上皮细胞覆盖95%的肺泡表面，主要司气体交换；Ⅱ型肺泡上皮细胞仅占肺泡表面5%，是肺泡组织的多功能细胞，主要分泌PS，维持肺泡内外液体平衡［8］，并调节免疫反应［9］。PS由磷脂和肺泡表面活性蛋白（pulmonary surfactant protein，SP）组成，其中磷脂占80%～85%；SP占10%，由SP-A、B、C、D组成。SP-A在SP中约占50%，具有维持肺泡内PS处于有活性的大聚集体状态，是肺部病变严重程度和预后的标志［6］。目前，被认为是最主要的内源性抗炎因子的受体［10］。

实验组家兔高氧液治疗组、盐水对照组在静脉注射油酸0．15mL／kg后呼吸加快、窘迫，解剖后发现肺组织充血肿大，肺组织病理可见肺泡和间质充血水肿，支气管壁及毛细血管周围有炎细胞浸润，盐水对照组并见肺透明膜形成。呼吸膜厚度增加，弥散速率降低，扩散量减少，通气／血流比值下降，导致呼吸功能不全，引起PaO2下降和PCO2升高。静注高氧液后，PaO2逐渐增加，病理检查发现肺泡内炎性细胞浸润及肺组织损伤明显较盐水对照组减轻，提示高氧液对肺组织损伤具有保护作用。徐瑞芬等［4］对家兔油酸型ALI的研究认为，高氧液可减少中性粒细胞在肺内聚集活化，降低髓过氧化物酶和细胞因子的释放，减低肺内炎症反应，减少液体渗出。程青等［11］的研究认为高氧液增加肺水通道蛋白AQP-1的表达，促进水转运减轻肺组织水肿，抑制炎性介质的过度释放，改善微循环，增加红细胞的携氧，从而改善肺组织损伤。

本实验在油酸致伤后家兔BALF总磷脂的含量减少，肺组织内SP-A降低，而在空白对照总磷脂的含量较多，肺组织SP-A表达丰富。SP-A［6，10］对PS的形成、代谢及功能起关键作用。而PS有降低肺泡表面张力，维持大小肺泡容量稳定，维持肺组织适当的扩张与回缩，避免肺泡萎缩与塌陷等作用，PS的减少即可造成呼吸功能障碍。而关于SP-A减少的主要机理［6，12-13］可能为：肺泡-毛细血管通透性增加，血浆蛋白漏入肺泡腔中，SP-A进入毛细血管，引起PS的成分改变；同时油酸的直接和间接毒性作用以及毒性氧基等有毒因子使Ⅱ型肺泡上皮细胞损伤，PS的分泌受影响；肺泡腔内渗出的血浆蛋白对PS的活性抑制等。静注高氧液后BALF总蛋白的含量明显降低，肺组织SP-A含量明显增加，说明静注高氧液后家兔肺毛细血管通透性改善，血浆蛋白渗出减少，肺泡上皮细胞的损伤程度减轻，PS的生成增加或破坏减少。

总之，静注高氧液可以减轻和改善油酸致ALI引起的肺泡结构及PS的改变，其主要的机制可能与高氧液内高氧分压和高氧浓度及给氧方式有关。血液携带氧有二种方式，一种是与血红蛋白结合的氧称为化学结合氧，又称为血氧饱和度；另一种为物理溶解氧，即溶解在血液中游离状的氧产生氧分压。高氧液直接通过静脉注射，直接提高血液溶解氧含量，可迅速改善由于ALI／ARDS呼吸功能不全导致的PaO2和SaO2水平的下降，改善肺组织氧供；提高氧自由基的清除能力，提高抗氧化酶的活性，降低缺氧所导致的的氧化性损伤［13-15］；促进水转运减轻肺组织水肿［11-12］；且高氧液输入体内后，不依赖于肺组织气体交换，直接以大量的溶解氧的方式向组织细胞供氧，改善微循环［5，11］；减轻肺泡壁和肺毛细血管的损伤，间接增加肺表面活性物质的含量；另外，高氧液中含有少量O3，有较强的杀灭多种细菌和病毒作用，提高机体免疫，从而有助于促进肺组织的修复和减轻肺部炎症反应，阻止ALI的发展。

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