保護性有氧肺膨脹與移植肺保護形態學的研究

洪文娟 黃 韜 洪志鵬 張 璟 尹小川太 祥 熊國盛 趙 煒 楊學慶 晉德光

肺臟保護與保存技術是肺移植領域研究的重點。為了解在移植肺的保存過程中，肺充氣膨脹狀態和肺保護之間的關系，本實驗通過肺過度膨脹動物模型對肺膨脹與移植肺的保護進行了研究。

材料和方法

實驗用雜種犬16只，體質量10～15 kg，昆明醫科大學實驗動物中心提供，雌雄不拘。實驗設計根據配對原則，隨機分為對照組和實驗組，每組8只。動物模型制備時，所有動物均肌注戊巴比妥鈉30 mg/kg麻醉，氣管內插單腔管，潮氣量15 ml/kg，呼吸頻率24次/min，吸呼比1︰1.5。股動脈插管測體循環動脈壓，股靜脈插管測中心靜脈壓;于左第五肋間后外側切口開胸，切除中、上肺葉，松解下肺韌帶，讓肺下葉膨脹。心電監護儀連續記錄體循環平均動脈壓(mean arterial pressure，MAP)和中心靜脈壓(central venous pressure，CVP)。于左鎖骨中線第三肋間插胸管接閉式引流瓶。實驗組提高潮氣量，閉式引流加負壓吸引，維持負壓于20 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)左右，建立肺過度膨脹動物模型。對照組保持正常通氣膨脹肺，兩組持續觀察6 h，認真觀察各項監測指標。

實驗結束后，在左肺下緣相同部位取四小塊肺組織，制作光鏡肺臟病理學標本:將肺組織標本置于4%多聚甲醛的固定液中，固定24 h后，經脫水、透明、石蠟包埋后制備病理切片，HE染色后，觀察肺組織病理學改變。

電鏡標本，于光鏡取材部位切取1 mm×1 mm×1 mm大小標本置2.5%戊二醛固定，丙酮脫水，環氧樹脂618包埋，超薄切片，醋酸鈾、檸檬酸鉛雙重染色，JEM-100CX投射電鏡下觀察肺組織超微結構變化。

結 果

一、兩組MAP和CVP比較:實驗組MAP低于對照組，CVP實驗組高于對照組，見表1。

表1 MAP與CVP比較()Table 1 Comparison of MAP and CVP()

表1 MAP與CVP比較()Table 1 Comparison of MAP and CVP()

注:1 mm Hg=0.133 kPa

組 別 MAP(mm Hg) CVP(cmH2O)0.453 0.815108.88 ±8.25 8.88 ±2.90實驗組 104.50 ±13.72 9.25 ±3.37 t值 0.772 －0.239 P值對照組

從表1中可看出，MAP與CVP兩組的改變無差異，P＞0.05。圖1和圖2顯示實驗過程中MAP和CVP的動態變化，但兩組均無統計學意義。

圖1 MAP動態變化

圖2 CVP動態變化

二、光鏡下病理組織學變化

實驗組見部分肺泡擴張，間隔變窄、斷裂、擴張的肺泡融合成較大的囊腔;部分間隔水腫、增寬、中性粒細胞浸潤;血管增粗、管壁變厚;受膨脹肺泡的擠壓，部分區域肺泡膨脹欠佳(圖3)。對照組的病理變化顯示肺泡結構完整，泡壁無破裂，肺微血管結構基本正常，血管壁略顯增厚、水腫不明顯(圖4)。

圖3 光學顯微鏡下實驗組病理形態

圖4 光學顯微鏡下對照組病理形態

三、電鏡下肺超微結構的變化

實驗組肺泡的超微結構改變表現為肺泡Ⅰ型上皮結構不清，細胞胞質腫脹、空泡形成、破裂，核染色質凝固、結塊;Ⅱ型上皮胞質腫脹、破裂，嗜鋨性板層體排空明顯;上皮細胞脫落基底膜暴露;毛細血管內皮細胞腫脹空泡變性，內皮細胞連接伸展、增寬;毛細血管基底膜通透性增加，肺泡腔內出現紅細胞。對照組肺超微結構的變化相對較輕(圖5～6)。

圖5 電子顯微鏡下Ⅱ型肺泡病理形態

圖6 電子顯微鏡下Ⅰ型肺泡型病理形態

討 論

在移植肺采集和保存的整個過程中，從供肺的切取、灌洗、貯存、再灌洗到植入受體后恢復血液再灌注和機械通氣，無論是單肺移植、雙肺移植還是心肺聯合移植，或自體肺移植，均不可避免的涉及到對肺充氣膨脹以保護好器官的問題［1-7］。

肺保存的目的是降低肺損傷，提高移植器官的可用性。目前臨床肺移植的保存技術涉及肺膨脹、保存液、灌洗液、供氧和貯存溫度等問題，其中肺膨脹的合理水平仍不明確，肺膨脹對肺保存質量的關系日益受到人們的關注。本研究采取在體功能肺模擬移植肺的研究，以排出離體真實移植肺研究時缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury，IRI)的影響與干擾;排除了離體靜態肺膨脹對研究的影響與干擾［8-9］。肺移植的供體肺在保存過程中，肺的膨脹狀態可能對移植后的肺功能產生重要影響。在我們的研究中，病理變化最引人矚目的是:①肺泡的“肺氣腫”樣改變;②肺泡微血管壁和間隔受損;③肺泡Ⅰ型上皮細胞的破壞;④肺泡Ⅱ型上皮細胞板層小體的過度排空。肺的基本功能是吸入氧氣，排出二氧化碳，氣體交換發生于擁有3億肺泡的血氣界面，巨大的界面極為菲薄，僅0.2～0.3 μm。因此，占肺泡面積95%的Ⅰ型上皮細胞首當其沖，非常容易受到損害，如胞質局部受損，細胞可以恢復，為可逆性損傷;損傷一旦累及胞核，細胞陷于不可逆性損傷。

肺與其他移植器官不同，它具有自己的特殊性。首先，肺氣體交換的過程是外呼吸，而其它移植器官是內呼吸，即組織換氣。其次，肺在獲取和保存期間通過充入肺泡的氧氣，以及灌注液提供的能量，可以維持一定時間的有氧代謝。因此，可以通過對移植肺的保護性膨脹提供氧氣。從本研究的實驗得知，由于過度膨脹性肺損傷，肺泡擴大、破裂、融合，彈性失去，肺組織動態順應性會降低。受過度膨脹肺泡的擠壓，部分區域擴張不全，通氣與血流比例失調，使換氣功能發生障礙，肺泡毛細血管與肺間質的損傷則加重了低氧血癥。說明過度膨脹的肺，氣體不能正常實現跨肺泡I型上皮細胞、基膜和毛細血管內皮細胞進行交換，完成外呼吸過程。Haniuda等［10］的研究表明，保存和灌洗時如對供肺過度膨脹，肺移植術后供體肺功能不全的發生率顯著升高。基于本研究結果，我們主張保護性肺膨脹應是正常的肺通氣狀態。

肺的過度膨脹可造成表面活性物質的過度損耗，正如在電鏡下所觀察到的肺泡Ⅱ型上皮細胞中板層小體的過度空化，而對照組相對較輕，這提示動態肺順應性和肺泡表面活性物質的分泌功能在正常肺膨脹狀態下保持得更好。同樣臨床觀察也能發現，外源性表面活性物質治療能夠改善肺移植之后的肺功能。另外，Ⅱ型肺泡細胞是肺泡上皮干細胞，是肺泡損傷后主要的增生、修復細胞，對維持肺泡的正常結構和功能具有重要作用。

早期的研究已證實了肺萎陷在低溫下亦可得到一定程度的安全保護，但是有氧的肺臟更有利于保存［11-14］。本研究認為有氧肺膨脹可能對維持肺組織的需氧代謝，保持肺泡表面活性物質的完整性，在保證肺泡上皮流動性，最大限度避免肺損傷方面更具優越性。

本研究的結果表明，肺移植后要想獲得一個好的結果，前期在肺保存期間應避免肺過度膨脹，防止氣壓傷與容積傷。肺膨脹不足同樣會帶來不利影響，塌陷的肺使得肺泡液流動清除性降低，肺膨脹不全或肺充氣容積低的狀態下保存器官可導致較高的肺血管阻力和肺保存液分布不均。因此，供肺的保護應保持更加符合生理的有氧膨脹狀態，與正常吸氣末狀態相一致。對活體肺葉移植術后的動力型肺過度膨脹性損傷的防治，關鍵在于胸膜腔負壓的調控，胸腔負壓宜小不宜大，酌情逐漸增加。活體肺移植的臨床研究顯示術后胸腔負壓大于20 cmH2O，可導致移植肺的過度膨脹［15］。

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