油酸致家兔急性呼吸衰竭的实验病理学研究

郝国晓，赵雅楠，吴玉霞，李晓明

（甘肃农业大学 动物医学院，甘肃 兰州 730070）

呼吸衰竭是呼吸功能不全进入失代偿阶段后，由于肺脏的通气换气功能发生障碍，引起的以缺氧伴（或不伴）二氧化碳潴留为主要特征的临床综合征[1-2]。引起急性呼吸衰竭的原因很多，但临诊上主要见于重度肺炎和肺水肿[3-4]。因此，在实验动物上通过诱发肺水肿复制急性呼吸衰竭的病理模型是研究呼吸衰竭发病机制的常用方法。油酸是骨和软骨中最常见的不饱和脂肪酸，在离体犬肺人工灌注模型中，给犬静脉注入油酸后引起的肺损伤与肺脂肪栓塞所致的病理变化极其相似，同时还可导致典型的肺水肿。因此，通过静脉注射油酸复制急性呼吸衰竭的病理模型，观察其病理变化，探讨发病机制，可为急性呼吸衰竭防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 实验动物 中华白兔共12只，雌雄各半，体重约2.0 kg。

1.1.2 器材与试剂 常规手术器械，兔手术台，RM 6240 生物信号采集处理系统（成都仪器厂制造），i-stat300G雅培血气分析仪，Leica RM 2125手动轮转式切片机，Olympus显微镜，20%乌拉坦溶液，1%盐酸普鲁卡因，0.3%肝素，油酸。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 分为试验组和对照组，每组6只白兔。试验前2 d观察动物一般状态，确认健康无异常。

1.2.2 颈部手术 家兔称重，仰卧固定在手术台上；按5 ml/kg体重剂量经耳缘静脉缓慢注入20%乌拉坦全身麻醉；颈部正中剪毛，用1%盐酸普鲁卡因皮下浸润麻醉；常规手术分离气管和一侧颈总动脉，下方穿线备用；经耳缘静脉注射0.3%肝素溶液0.5 ml抗凝；依次插入并固定气管插管和动脉插管，分别连接至生物信号采集处理系统，调试并采集呼吸、心率和血压信号。

1.2.3 模型建立及检测指标 手术完成后，试验组按2.5 ml/kg体重剂量从耳缘静脉分多次缓慢注射油酸，建立急性呼吸衰竭的病理模型；对照组注射等量生理盐水。在注射后的第2 h和第3 h，分别检测白兔的心率、呼吸频率和血压，观察其口唇黏膜颜色和呼吸状况，随时听诊肺部呼吸音。两组在注射后第3 h，用注射器从动脉插管采集动脉血5 ml，并将针头尖端插入软木塞与空气隔绝，做血气分析，检测的血气指标包括动脉血pH、动脉血氧分压（PaO2）、血氧饱和度（SaO2）、血浆碳酸氢盐（AB、SB）、动脉二氧化碳分压（PaCO2）。检测结果用“平均数±标准差”表示，使用SPSS 11.5统计学软件处理。

1.2.4 病理学观察 动物死亡后剖开胸腔，从气管分叉前1 cm处结扎并剪断气管，完整取出心肺，分离肺脏，用吸水纸吸去肺脏表面的水分后称重，计算肺系数。观察肺脏的大体病理变化。从肺脏、心脏、肝脏和肾脏不同部位取材，在10%福尔马林中性缓冲溶液中固定。待固定完成后，按常规石蜡切片制作流程，将组织块进行充分流水冲洗（24 h），经过修整后进行梯度酒精脱水、二甲苯透明、浸蜡、石蜡包埋、切片（厚6 μm）、附贴、烤片、H＆E染色，并在光镜下观察、照相。

2 结果

2.1 临床症状

试验组家兔在注射油酸前处于麻醉状态，心率、呼吸频率和动脉血压均保持在正常范围，呼吸平稳，无挣扎。经耳缘静脉注射油酸后，随着时间的延长，均出现心率和呼吸频率逐渐加快、呼吸加深和血压升高等变化，并出现间歇性挣扎。在注射油酸后第2 h，肺部听诊可闻及多发的小范围细碎湿啰音，口唇部黏膜轻微发绀；在注射油酸后第3 h，心率和呼吸频率明显加快，血压进一步升高（表1），双侧瞳孔不同程度散大，抽搐、挣扎，呼吸短促、暂停和张口呼吸，肺部听诊有广泛湿啰音，口唇部黏膜严重紫绀，粪尿失禁，并从鼻孔溢出粉红色泡沫水肿液，最终四肢强直而死亡。对照组无明显异常。

表1 试验动物心率、呼吸频率、血压和肺部啰音变化

2.2 血气分析结果

由表2可知，试验组在注射油酸3 h后，家兔动脉血pH、动脉血氧分压、血氧饱和度和血浆碳酸氢根浓度均显著下降，动脉血二氧化碳分压明显升高，说明家兔体内不仅有严重的缺氧和CO2潴留，还存在呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。

表2 试验动物血气分析结果

2.3 病理变化

2.3.1 眼观变化 试验组家兔的尸检变化基本一致，主要表现为口唇黏膜紫绀，皮下血管扩张、淤血。鼻腔和气管内有多量淡黄色较清亮的泡沫样液体。胸腔内有大量粉红色积液。肺脏肿大、变重、质地实在，表面光亮、湿润，色鲜红，并有较多散在的暗红色出血斑片，在肺脏（尤其在膈叶边缘）表面可见大量气肿小叶，凸出，膨胀，色灰白，岛屿状分布（图1）；肺动脉扩张，充满血液；肺组织切面颜色暗红，有多量粉红色带泡沫的水肿液和暗红色血液流出（图2）；肺系数明显变大。右心室扩张，室腔内有较多残留积血，室壁心肌松软，呈凹陷状态。肝脏、脾脏和肾脏肿大，暗红色，质地实质，切面多血。肠系膜血管扩张、淤血。对照组未见明显异常。

图1 试验组肺脏变化

图2 试验组肺组织切面

2.3.2 镜检变化 试验组在肺脏各叶的不同区域，均可见肺泡壁和肺间质毛细血管扩张、充血，肺泡腔中聚集多量均质、嗜伊红性的浆液性渗出液，部分肺泡腔的渗出液中还有少量纤维素、巨噬细胞、中性粒细胞和脱落的肺泡上皮细胞，个别肺泡腔中出现大量红细胞（图3）；此外，在肺脏不同部位存在较多气肿区域，常以小叶为单位，散在分布，气肿区的肺泡壁变薄、破裂，甚至融合成较大的囊腔；肺小叶间质增宽，结构疏松，充满胶样水肿液，淋巴管扩张，管腔内含有淡染的嗜伊红液体和少量细胞成分。心肌细胞肿胀、染色变淡，着色不匀，颗粒变性，偶见断裂的心肌纤维。肝小叶中央静脉和窦状隙扩张、淤血，肝细胞肿胀，颗粒变性和水泡变性，胞浆染色变淡（图4）。肾小球体积增大，肾小球毛细血管充血，偶见血管内形成的纤维素性微血栓，肾小管上皮细胞肿胀、颗粒变性和水泡变性，肾小管腔变小、形状不规则，部分管腔内出现均质的蛋白管型堵塞肾小管；肾间质小静脉和毛细血管充血。对照组未见明显异常。

图3 试验组肺脏H＆E染色（X100）

图4 试验组肝脏H＆E染色（X200）

3 讨论与小结

动物借助其呼吸运动给机体不断提供氧气，排出二氧化碳，以维持机体的血气平衡及内环境稳定。呼吸功能不全是由于外呼吸（通气和换气）功能障碍，导致动脉血氧分压（PaO2）降低，伴有（或不伴有）动脉血二氧化碳分压（PaCO2）增高的病理过程。呼吸衰竭是呼吸功能不全进展到失代偿期之后出现的以多器官功能障碍和全身代谢紊乱为特征的临床综合征，主要临诊表现为呼吸极度困难、可视黏膜紫绀、心率加快、血压升高，严重者出现昏迷，是许多危重疾病晚期致死的直接原因。临床上，当动物处于静息状态时，常以PaO2低于60 mmHg，或同时伴有PaCO2高于50 mmHg作为诊断呼吸衰竭的血气指标。根据PaCO2是否升高，可将呼吸衰竭分为低氧血症型呼吸衰竭（Ⅰ型呼吸衰竭）和低氧血症伴高碳酸血症型呼吸衰竭（Ⅱ型呼吸衰竭）[1,5]。本研究中，试验组在静脉注射油酸2 h 后，可观察到家兔呼吸急促、嘴唇紫绀、心率加快、血压升高和双肺湿啰音等变化；在注射油酸3 h后，出现极度呼吸困难、间断性呼吸和全身抽搐等症状，血气检测显示PaO2低于60 mmHg，PaCO2高于50 mmHg，动脉血pH低于7.35，提示体内有严重的缺氧，并伴有二氧化碳潴留和酸中毒，临诊表现和血气指标的变化均符合Ⅱ型呼吸衰竭的诊断标准，表明通过静脉注射油酸成功建立了家兔Ⅱ型呼吸衰竭的病理模型，其临床症状与自然病例基本一致。

肺水肿是诱发急性呼吸衰竭的常见原因。中毒性肺水肿发病的主导环节是肺微血管壁通透性增大，但其发病机理尚不完全明确。油酸是骨骼和软骨中不饱和脂肪酸的主要成分，具有较强的毒性。临床上，由于严重骨折所致的呼吸衰竭与骨折处油酸释出有密切关系[6-7]。在家兔油酸中毒性肺水肿模型中，不仅发现肺血流量并不升高，而且在肺微循环中滞留了大量白细胞和纤维蛋白性微血栓，表明肺微血管壁通透性升高与肺微血管内滞留的白细胞对血管壁损伤有关[8]。本研究观察到，在静脉注射油酸3 h后，试验组家兔不仅出现了呼吸困难、双肺湿啰音症状，死前还从口、鼻溢出多量泡沫样水肿液，病理学检查也见有严重的肺淤血和水肿，此为油酸中毒所致肺损伤的主要特征。由于大量水肿液从血管渗出后进入肺间质、肺泡和气道，不仅增大了呼吸膜厚度，使肺泡与血液之间气体交换障碍，换气功能显著下降，同时引起肺泡填塞和气道堵塞，出现阻塞性通气障碍，从而引起以严重缺氧和二氧化碳潴留为特征的Ⅱ型呼吸衰竭；动脉血pH和实际碳酸氢盐显著下降，且AB>SB，说明存在呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。

本研究观察到试验组家兔在尸检时均见不同程度的右心衰竭变化，表现为右心室扩张，心肌松软，室壁塌陷和心腔积血，同时伴有肝、肾等器官淤血。油酸中毒引起右心功能障碍的原因和机制目前尚不明确，有人认为是麻醉药的影响，也有人认为与油酸对肺微血管的损伤有关，当大量油酸进入体内后，肺循环毛细血管内会形成大量微血栓，引起肺动脉高压，右心室阻力负荷加重，进而导致急性右心衰竭并继发全身静脉系统淤血[3]。此外，在油酸诱发呼吸衰竭的同时，动物的心肌细胞、肝细胞和肾小管上皮细胞均出现不同程度的肿胀、变性和散在性坏死，这些损伤均与呼吸衰竭造成的急性缺氧和二氧化碳潴留密切相关，也可能是造成器官功能障碍的主要原因。