HFOV联合ECMO对重度烟雾吸入性损伤兔肺功能的影响＊

付忠华 ，熊振芳 ，廖新成 ，刘名倬 ，郭光华

(南昌大学第一附属医院，1.烧伤科；2.病理科，南昌 330006)

随着烧伤外科早期抗休克、早期封闭创面，减少感染等相关治疗技术的进步，严重烧伤患者病死率明显降低，但合并重度吸入性损伤病人的死亡率仍然很高[1]，呼吸道烧伤后出现呼吸衰竭仍是影响烧伤患者预后的重要因素，目前临床上常使用呼吸机辅助呼吸、雾化吸入，气道灌洗、抗感染、脏器功能维护等综合治疗方法[2]，虽有一定的临床效果，但仍未能明显改善重度烧伤合并重度吸入性损伤病人的肺功能并降低死亡率。高频震荡通气（HFOV）相比常规机械通气（CMV）能明显改善重度吸入性损伤的呼吸道顺应性和氧合作用，减轻肺内炎症反应和呼吸机相关性肺损伤，是公认的“保护性肺通气策略”之一。体外膜氧合（ECMO）是一项新兴生命支持手段，目前主要用于经常规机械通气等治疗无效的重症呼吸衰竭患者的呼吸支持治疗。因此，本文拟将HFOV联合ECMO，观察其对重度烟雾吸入性损伤兔肺功能及血流动力学影响，评价其对烟雾吸入性损伤兔的作用。

1 材料与方法

1.1 实验动物准备 新西兰大白兔40只，由南昌大学医学院动物实验中心提供，体重（2.25±0.25）kg，实验前禁食不禁水12h。实验兔水合氯醛（0.1g/ml）腹腔麻醉后，制成烟雾吸入性损伤模型并行气管切开插入气管套管。采用SLE5000高频振荡、长频呼吸机进行常规机械通气，通气方式为辅助呼吸方式（FIO2=0.21、Vt=12ml/kg、I：E=1：2、R=30 次/min）。分离左右股动静脉及右颈内静脉。左股静脉插管输液，左侧股动脉插管抽取动脉血作血气分析。

1.2 动物模型制备及分组 采用科题组方法[3]制成兔烟雾吸入性损伤模型，动脉血氧分压低于60mmHg并持续30min后方认为模型制作成功。此时通气方式改为完全控制呼吸，将FIO2改为1.0，余参数不变。将致伤家兔按随机数字表法分为4组：对照组（CMV 组）、CMV+ECMO 组、HFOV 组、HFOV+ECMO组，每组10只。（1）对照组（CMV组）：实验动物行仰卧位，采用SLE5000高频振荡、长频呼吸机进行常规机械通气（CMV），通气方式为压力控制呼吸方式：FIO2=100%、潮气量为12ml/kg、吸呼比1：2，通气频率30次/min。持续常规通气直至实验结束。⑵CMV+ECMO组：实验动物行仰卧位，采用SLE5000高频振荡、长频呼吸机进行常规机械通气 （CMV），通气参数同CMV组。调整ECMO装置后，将右颈内静脉接ECMO装置静脉端，右股静脉接ECMO装置动脉端。⑶HFOV组：实验动物行仰卧位，采用SLE5000高频振荡、长频呼吸机行 HFOV，通气参数为：FiO2。 1．00，频率 10Hz，平均气道压同CMV组，振幅20cm H2O(1cm H2O＝0.098kPa)，I：E 为 1：1。 FIO2为 50%， 通气频率为10Hz，平均气道压10cm H2O，振幅为20cm H2O，呼吸比为1：1。⑷ECMO+HFOV组：实验动物行仰卧位，采用SLE5000高频振荡、长频呼吸机，通气参数同HFOV组。调整ECMO装置后，将右颈内静脉接ECMO装置静脉端，右股静脉接ECMO装置动脉端。

1.3 ECMO装置的建立与管理 ECMO装置包括滚轴泵(StorketⅡ型心肺机)、中空纤维膜式氧合器(东莞科威公司提供)。预充液包括林格氏液20ml，新鲜兔血 30ml、5%碳酸氢钠 5ml、地塞米松 2mg。ECMO系统排气完毕钳夹动、静脉端和储血囊出口，右颈内静脉接ECMO装置的静脉端，右股静脉接ECMO装置的动脉端，经兔耳缘静脉注射肝素3mg/kg 后，测全血凝固时间（ACT），当 ACT>480s后开放动、静脉端钳夹，通过重力引流右颈内静脉血到储血囊，经滚轴泵到氧合器，变温后回到右股静脉，维持动物平均动脉压。ECMO采用V-V轮转方式，流量20-30ml/(kg.min)，氧气流量1-1.5L/min，水浴箱维持动物体温在38℃。

1.4 观察指标及检测项目

1.4.1 血气分析指标 分别于致伤前、致伤后即刻及治疗 2、4、6、8h于 4组兔左股动脉采血 0.5ml，血气分析仪测定 pH 值、PaO2、PaCO2。

1.4.2 肺组织病理学检查和肺损伤评分 通气治疗8h后将4组兔放血处死，开胸取出肺脏肉眼观察肺组织外观；取不同部位肺组织置入10%甲醛溶液固定后HE染色，采用双盲法由两位病理学专业医师在光学显微镜下观察肺组织病理学改变，并严格按照肺损伤分级对标本进行肺损伤评分。将肺损伤的程度分为5级：1级为肺泡壁完好，无透明膜形成，炎症反应无或轻微（评分为0分）；5级表现为肺泡腔显著水肿，透明膜形成，炎症反应重或有脓肿形成 （评分为4分）；2级、3级、4级的肺损伤程度分别介于1级和5级之间，依次评为1分、2分、3分。

1.5 统计学处理 计量资料以 （x±s）表示，采用SPSS 17．0统计软件进行处理，行秩和检验、重复测量方差分析及LSD-t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 血气分析指标 与组内伤前值比较，4组兔致伤后即刻 PaO2水平均显著下降（P＜0.01），经治疗后，各组动物不同时相点与组内伤后即刻比较，PaO2水平均显著升高（P＜0.01），且一般在治疗后6h达最高，后PaO2再次出现下降趋势。4组兔组间比较伤前、致伤后即刻及治疗2h时PaO2水平接近（P＞0.05）。 HFOV+ECMO 组 PaO2水平改善最为明显， 治疗 2h、4h、6h、8h 均高于 HFOV 组、CMV+ECMO 组和 CMV 组（P＜0.05）；HFOV 组治疗后 4h、6h、8h，PaO2水平均高于 CMV+ECMO 组和 CMV组 （P＜0.05）；CMV+ECMO 组在治疗 4h、6h、8h，其PaO2高于 CMV 组（P＜0.05）。见表 1。4组动物致伤前后、治疗前后组内及组间变化均不显著 （P＞0.05）。见表2。4组动物致伤前后，PaCO2水平差异不大（P＞0.05），但随着时间延长，CMV 组、CMV+ECMO组、HFOV组动物均出现CO2潴留。HFOV组较CMV组略为明显，但两者之间无统计学差异（P＞0.05），联合ECMO治疗后，CO2潴留得到一定的改善。HFOV+ECMO组和CMV+ECMO组在治疗后2h、4h、6h、8h PaCO2均低于相应时相点 HFOV 组和 CMV 组 （P＜0.05）；HFOV+ECMO 组与 CMV+ECMO组之间治疗各时相点PaCO2水平比较，组间差异无统计学意义（P＞0.05）。见表3。

2.2 肺组织病理学观察 4组兔肺泡腔内均可见炎性渗出及出血表现，部分肺泡腔囊状扩张或萎陷，细支气管粘膜出现不同程度的变性、坏死，腔内炎性渗出物附着，以对照组（CMV组）表现最为明显，HFOV+ECMO组表现明显减轻。CMV组肺泡腔内及间质内大量中性粒细胞浸润形成，肺泡腔内含大量渗出液及出血，肺泡间隔增厚，肺透明膜形成，部分肺泡萎陷、肺不张，细支气管粘膜大片变性、坏死，腔内大量炎性渗出物阻塞。CMV+ECMO组肺组织内仍可见较多中性粒细胞浸润，但较CMV组数量减少，肺泡腔内渗出液减少，部分视野仍可见肺泡萎陷和肺不张，局部透明膜形成，细支气管粘膜局灶变性、脱落，腔内少量炎性渗出物聚集。HFOV组肺泡腔内中性粒细胞浸润减少，肺泡内出血、渗出液明显减少，大部分肺泡正常，未见明显渗出，局部区域仍可见肺泡萎陷。细支气管粘膜尚完整，腔内散在中性粒细胞浸润。HFOV+ECMO组肺组织炎症反应明显减轻，肺泡结构完整，肺泡腔清晰，肺泡间隔变薄，少许肺泡腔内有红细胞渗出，大部分肺泡腔未见渗出液，局部肺泡囊状扩张，细支气管粘膜尚完整。见图1。

表1 4组家兔不同时相点动脉血PO2比较（x±s，mmHg，n=10）

表2 4组家兔不同时相点动脉血pH值比较（x±s，n=10）

表3 4组家兔不同时相点动脉血PCO2比较（x±s，mmHg，n=10）

图1 各组动物治疗后肺部病理变化（HE×100）

2.3 病组织病理损伤评分 CMV组、CMV+ECMO组、HFOV组、HFOV+ECMO组肺组织损伤评分分别为（3.71±0.22）分、（3.38±0.20）分、（2.87±0.31）分、（2.35±0.20）分，组间两两比较，差异均有统计学意义（P＜0．05）。 见表 4。

表4 各组动物肺组织损伤评分表（n=10）

3 讨论

烟雾吸入性损伤后，由于气道受到直接热力损伤，同时一些燃烧后释放的毒性物质刺激气道，造成急性肺损伤，严重者易导致急性呼吸功能衰竭。呼吸支持是治疗急性肺损伤的主要方法，可以改善病人氧合，然而对于严重的呼吸功能衰竭病人来说，机械通气仍难以达到理想的治疗效果，有时甚至出现呼吸机相关性肺损伤，加重肺损伤。

HFOV能够在不影响患者血流动力学参数的前提下，通过重新开放萎陷的肺泡，改善患者氧合状态。因其低潮气量、高呼吸频率、主动吸气呼气和相对恒定的气道压等优点，被认为是“保护性肺通气策略”之一。尽管现在学界对于HFOV在治疗成人急性肺损伤的作用仍存在争议，部分学者[4，5]认为与常规机械通气相比，HFOV对急性肺损伤成人患者改善氧合、改善愈合或提高后期存活率方面，并无明显优势；但在动物实验中以及HFOV联合其它治疗手段时，如液体通气、俯卧位及骨髓干细胞移植等，仍可对急性肺损伤病人产生积极的作用[6-9]。HFOV对于新生儿及儿童急性肺损伤病人的治疗较为明确，并早以应用于儿科临床[10]。

在本实验中，HFOV组实验兔血气分析及肺组织病理学检查证实，HFOV能够改善重度吸入性损伤兔动脉氧合，并使部分萎陷的肺泡复张，这一作用可能与实验兔属于小型动物有关。但单一使用HFOV时肺容积和肺内压力变化幅度小，未能使萎陷的肺泡全部开放。因此，HFOV也存在一定的局限性，比如部分病例因潮气量小，萎陷的肺泡难以复张；部分病例肺泡水肿消退困难，肺内分流较大。这些都提示在应用HFOV的同时，有必要采取其它补救措施促进肺泡复张和水肿吸收。HFOV联合其它治疗手段对改善急性肺损伤肺功能的作用可能优于单独HFOV通气。

ECMO是一项新兴生命支持手段，目前主要用于经常规机械通气等治疗无效或效果较差的重症呼吸衰竭患者的辅助支持治疗。目前，ECMO已大量临床应用于各重症ICU病房，发挥其在救治重度吸入性损伤患者时短时间内即可改善低氧血症、减少CO2潴留的优势，为损伤肺组织的修复赢得时间。根据病人的严重程度，可单用或联合其它ICU治疗技术，以达到治疗目的[11，12]。对急性肺损伤动物，早期使用ECMO干预治疗，具有明显的肺保护作用[13，14]。虽然ECMO被认为是治疗急性呼吸衰竭的有效治疗手段，但却很少有其应用于烧伤病人，特别是烟雾吸入性损伤病人的相关临床资料。2015年台湾粉尘爆炸事件中，一些伤员合并有吸入性损伤，早期使用ECMO进行干预，取得了不错的效果[15]。即使有时不合并吸入性损伤的病人，其全身炎症反应较重影响呼吸功能时，使用ECMO治疗后，仍可改善病人的肺功能[16]。

本实验结果表明，CMV+ECMO组、HFOV+ECMO组治疗后，实验兔动脉血氧分压均较CMV组烧伤病人、HFOV组为高，尤以ECMO+HFOV组明显。同时，病理检查证实，联合ECMO治疗烟雾吸入性损伤兔，肺部炎症反应减轻，且以HFOV+ECMO组为佳，这可能与HFOV可以改善动物氧分压同时，经ECMO治疗后，机体不会造成二氧化碳潴留有关，这可以最大限度的保护受损肺组织，两者可能发挥了协同或叠加作用。临床上就有HFOV联合ECMO治疗创伤后ARDS的经验报道[17]。

虽然目前ECMO在烧伤救治领域运用较少，但其在学科中的应用可为改善重度烟雾吸入性损伤患者预后开拓新的治疗思路。

综上所述，HFOV联合ECMO能够明显改善重度吸入性损伤兔气体交换，减少CO2潴留，明显减轻肺组织损伤，是治疗重度烟雾吸入性损伤、改善肺功能的较为适宜的治疗模式。当然ECMO应用于烧伤患者的治疗策略和介入时机等还需要积累更多的临床经验。随着ECMO技术的不断升级和推广，相信其在以后烟雾吸入性损伤的救治中存在良好的应用前景。