高氧平衡盐液对急性一氧化碳中毒致肺损伤的保护作用

徐 浩,赵朝华,高兴春,米亚静,王傲迪,苟兴春

(西安医学院基础医学研究所,西安 710021;*通讯作者,E-mail:gouxingchun@189.cn)

急性一氧化碳中毒(acute carbon monoxide poisoning,ACMP)是最常见的急性中毒[1,2]。重度的ACMP除引起较严重的心、脑、肝等重要脏器的损伤外,肺损伤也逐渐引起临床的高度关注。吸入CO可刺激和损伤呼吸道及肺组织,其中最明显的肺泡壁毛细血管扩张、肺间质淤血和肺水肿导致的肺弥散功能下降,而轻度的急性肺损伤(acute lung injury,ALI)在临床中很难观察到肺部的病变情况,但如不重视ACMP肺损伤,特别是肺水肿将进一步加重ACMP性缺氧损害[3]。高压氧舱(hyperbaric oxygen chamber,HOC)治疗ACMP具有很好的疗效,但是对于部分重度ACMP患者在实施HOC治疗中或出仓后常出现病情加重现象,有时需中断或改用其他治疗方式[3]。对于ACMP导致的ALI重度弥散性缺氧治疗中,能否应用非HOC和非呼吸道供氧方法一直是临床医学研究的重要方面。自1999年来,高氧平衡盐溶液(hyperoxygenated banlanced salt solution,HBS)作为液体辅助供氧方法已被广泛用于多种缺氧疾病的治疗,多篇文章报道HBS对ACMP性心和脑损伤有一有疗效[4,5],但否能有效防治ACMP诱导的ALI国内外均没有类似研究。本研究选用SD大鼠腹腔注射CO急性中毒模型,探讨HBS对急性ACMP诱导的ALI的治疗作用,为临床合理应用HBS治疗ACMP提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 动物分组及ACMP模型

雄性SD大鼠(10W-12W)30只(生产许可证号:XAYXDS(陕)2018169),清洁级,体质量230-310 g,西安医学院实验动物中心提供。随机分为5组,每组6只。正常对照组(NC组)、ACMP无治疗对照组(模型组)、HBS中毒治疗组(H组)。H组再依据单次静脉输注HBS溶积分为：HBS 10 ml/kg(HBS10组)、HBS 15 ml/kg(HBS15组)和HBS 20 ml/kg(HBS20组)。实验前各组大鼠禁饮禁食时间均为6 h,各HBS治疗组和模型组大鼠分别依据体质量,参照文献[6，7]腹腔注射CO染毒方法,按120 ml/kg抽取纯度为99.999%的CO气体(陕西沁蓝化工科技有限公司,批号:SXXLC20171789)腹腔注射建立中毒模型,NC组腹腔注射等量空气。各组动物均于腹腔注射CO后即刻进行尾静脉穿刺,1 h后通过留置针连接TCI微量输液泵恒速输注各组液体,输注时间为30 min。

1.2 HBS制备

按照Xu等[8]的方法，本研究采用复方醋酸钠注射液200 ml为基液，以纯氧2-3 L/min氧流量连接管道输入GY-型高氧液体治疗仪(专利号ZL99.2.53947.1，陕准99第2560027号,中国)快速置换氧处理15 min，制备成液体溶解氧含量为(58.6±2.8)mg/L，同时含有O3溶解量为(13.4±2.6)g/ml的HBS，应用便携测氧仪测(thermo scientific orion starTM，美国)得溶解氧含量达20.0-30.0 mg/L。

1.3 血气检测

NC组动物于腹腔注射空气后1.5 h从动脉抽取血液0.3 ml,模型组与各HBS治疗组分别在静脉输注不同剂量的治疗液体后(腹腔注射CO后1.5 h)即刻采取动脉血液0.3 ml,各实验组采血时间均相同,应用血气分析仪(AVL Compact 3,丹麦罗氏公司)检测PaO2,PaCO2的变化。

1.4 生化指标检测

各组大鼠于腹腔注射CO或空气后24 h,取右肺中叶和复叶称重,加入10倍生理盐水研磨后,以4 000 r/min离心10 min后取上清液,参照TNF-α、IL-6检测试剂盒(欣博盛有限公司,中国)、MDA和T-SOD检测试剂盒(南京建成生物工程研究所,中国)说明书检测步骤进行。

1.5 肺组织病理学检测

在麻醉状态下所有动物从左心室灌注生理盐水500 ml和4%多聚甲醛后,取左肺置于4%甲醛溶液中固定48 h,经脱水透明、浸蜡、包埋和切片,进行HE染色光镜下观察肺组织病理变化。

1.6 统计学分析

2 结果

腹腔注射CO 120 ml/kg后10 min,模型组和各HBS组大鼠均出现不同程度的CO中毒现象,表现为撞笼和烦躁等现象。而CO中毒后15 min均出现睡眠、昏迷、抽搐或者瘫痪,口唇和耳缘呈明显的樱桃红色,实验动物无死亡。

2.1 HBS对PaO2和SaO2的影响

血气数据检测结果表明腹腔注射CO，各实验组大鼠的PaO2和SaO2与NC组比较呈现不同程度的降低(P<0.01)，其中模型组降低最明显，SaO2由96.8%±2.5%下降到63.4%±2.3%，PaO2由(94.7±1.9)mmHg下降到(42.8±2.1)mmHg。HBS各组SaO2和PaO2与模型组比较均显著提高(P<0.01)，其中HBS15和HBS20组的PaO2与HBS10组比较差异有统计学意义(P<0.05，见图1，2)。

与NC组比较,*P<0.01;与模型组比较,#P<0.05,##P<0.01

与NC组比较,*P<0.01;与模型组比较,#P<0.05,##P<0.01;与HBS10组比较,△P<0.05

2.2 HBS对肺组织IL-6和TNF-α的影响

CO中毒各组大鼠肺组织IL-6和TNF-α含量与NC组比较均明显升高(P<0.01)，但各HBS治疗组IL-6和TNF-α含量显著低于模型组,HBS10组与模型组比较明显降低(P<0.05),HBS15组和HBS20组进一步下降(P<0.01)。与HBS10组比较，HBS20组IL-6和TNF-α含量降低，差异有统计意义(P<0.05)，HBS15组IL-6和TNF-α含量均低于HBS10组而高于HBS20组，但无统计学差异(P>0.05，见表1)。

2.3 HBS对肺组织T-SOD和MDA的影响

检测结果显示,CO中毒能显著降低肺组织T-SOD水平,同时增加MDA含量,各中毒组与NC组比较差异有统计学意义(P<0.01)。HBS治疗组可提高肺组织T-SOD水平,降低MDA含量,各HBS组与模型组比较有明显差异(P<0.05或P<0.01)。HBS20组T-SOD水平低于HBS10组,MDA含量高于HBS10组(P<0.05),HBS10和H5组之间差异无统计学意义(P>0.05,见表2)。

组别nIL-6(pg/ml)TNF-α(pg/ml)NC组6 615.8±66.4149.3±15.8模型组61793.8±74.7∗411.5±22.4∗HBS10组61586.9±81.5∗#362.2±22.2∗#HBS15组61453.5±76.1∗##328.6±19.8∗##HBS20组61391.3±68.2∗##△308.7±18.7∗##△

与NC比较,*P<0.01;与模型组比较,#P<0.05,##P<0.01;与HBS10组比较,△P<0.05

组别nT-SOD(U/mg)MDA(nmol/mg)NC组6272.7±21.53.7±0.2模型组6136.9±22.6∗5.5±0.3∗HBS10组6165.8±17.9∗#4.6±0.2∗#HBS15组6178.5±23.8∗##4.2±0.3∗##HBS20组6196.3±21.2∗##△3.7±0.3∗##△

与NC比较,*P<0.01;与模型组比较,#P<0.05,##P<0.01;与HBS10比较,△P<0.05

2.4 HBS对肝病理形态学的影响

急性CO中毒后,光镜下模型组肺组织结构紊乱,肺泡间质和肺泡内可见少量红细胞和大量的炎性粒细胞聚积。HBS治疗后肺泡渗出液和肺泡间质内红细胞和炎性粒细胞明显减少,HBS20组肺组织结构基本接近正常,仅有少量粒细胞和红细胞渗出(见图3)。

3 讨论

CO中毒是指短时间吸入过量CO与循环血液中的血红蛋白(Hb)结合后,形成大于氧合血红蛋白(HbO2)亲和力200-300倍的碳氧血红蛋白(HbCO),当空气中CO浓度超过0.05%,或达到百万分之667时可导致血液中50%的Hb转变为HbCO,从而引起全身严重的缺氧造成多器官的损害。早在1983年,Perrot等[9]首次报道了7例ACMP所致心衰竭原因是急性肺水肿,因而提示在ACMP治疗过程中应注意输液量的控制。吸入的CO可刺激和损伤呼吸道,导致呼吸道黏膜急性充血、水肿、分泌物增加、气道阻力增高,甚至诱发支气管痉挛、肺水肿从而加重缺氧[10]。由ACMP引起肺水肿的诱发因素较多,其重要原因之一是CO可导致肺表面活性物质功能下降,同时CO中毒性缺氧可引起肺血管内皮细胞通透性增加,肺微血管内大量的液体进入肺间质造成肺间质水肿而加重弥散性缺氧,肺水肿是CO中毒损伤的主要病理改变。

A.NC组；B.模型组；C.HBS10组；D.HBS15组；E.HBS20组

本研究结果进一步证实，ACMP能明显降低PaO2和SaO2，肺组织T-SOD活性降低，MDA含量明显升高，炎性因子IL-6和TNF-α含量释放增多，提示ACMP性缺氧导致肺组织抗氧能力下降，而引发自由基与大量的炎性因子对肺泡壁及肺间质进一步损伤，从而加重肺水肿，本研究病理学表现为肺组织结构紊乱，肺泡间质和肺泡内可见少量红细胞和大量的炎性粒细胞聚积。进入体内的CO还进一步与细胞色素还原型氧化酶二价铁产生结合，从而阻断电子传递链抑制细胞呼吸，这对机体各种细胞都具有毒性作用，因中毒机制比较复杂，至今尚未完全清楚。此外，CO中毒引起的缺氧能够直接激活炎性细胞和内皮细胞，产生释放多种自由基及炎性介质启动全身炎症反应(systemic inflammatory response，SIRS)，重度ACMP还可引发多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)，肺脏作为MODS中最易受累的器官，提示在ACMP救治过程中应特别重视急性肺损伤的预防和治疗，以防止进一步发展为MODS而危及患者生命[11,12]。

高压氧(hyperbaric oxygen,HBO)治疗ACMP具有很好的疗效,其特点是具有清醒快、治愈率高、并发症少优点,对于重症ACMP应给予充分HBO治疗约20-30次治疗中发现有部分病人在应用HBO治疗过程出现病情加重的现象,因此根据高HBO治疗原则和部分临床观察,临床上对于重症ACMP伴发ARDS患者建议慎用HBO治疗[13]。本研究采用含有高浓度溶解氧的HBS,其液体中溶解氧的含量达到55-60 mg/L,为临床常用医用液体如5%葡萄糖注射液、0.9%氯化钠注射液或复方醋酸钠注射液内溶解氧含量3.5-3.8 mg/L高15倍以上[14]。大量的临床和实验研究结果均表明,HBS对油酸、光气、急性失血性休克、单肺通气、低压缺氧、心肺脑复苏、心肌缺血、脑缺血等多种原因引起的缺血缺氧性损伤都显示良好的治疗效果,其主要作用机制是HBS进血液能迅速增加血液溶解氧水平,从而提高PaO2和SaO2,缓解机体缺氧症状[15-17]。本实验研究结果表明,应用CO气体腹腔注射的中毒方法,在CO中毒后30 min静脉输注HBS液体后,血液溶解氧的含量显著升高,表现为各HBS组的PaO2和SaO2均明显高于模型,并具有剂量依赖关系,而且PaO2的提高趋势优于SaO2,可能与COHb亲和力强与解离速度慢有关,然而PaO2的提高可明显缓解机体的缺氧状态,缓解因ACMP而造成的缺氧损伤。本研究表明静脉输注HBS对CO中毒及其诱发的ALI具有很好的治疗效果。