不同潮氣量的機械通氣對大鼠肺組織內TNF-α和IL-10的影響

譚軍源，王春曉，陳麗青

(1.南方醫科大學研究生學院，廣東 廣州 510515；2.廣東省醫學科學院廣東省人民醫院，廣東 廣州 510080；3.廣東省英德市人民醫院，廣東 英德 513000)

不同潮氣量的機械通氣對大鼠肺組織內TNF-α和IL-10的影響

譚軍源1，王春曉2，陳麗青3

(1.南方醫科大學研究生學院，廣東 廣州 510515；2.廣東省醫學科學院廣東省人民醫院，廣東 廣州 510080；3.廣東省英德市人民醫院，廣東 英德 513000)

目的 觀察不同潮氣量機械通氣對大鼠肺組織中TNF-α和IL-10的影響及其作用機制。方法 選取24只SD大鼠并隨機分成三組(F組、L組、H組)，每組8只，其中F組為插管不通氣組，L組給予10 ml/kg小潮氣量，H組給予40 ml/kg大潮氣量行機械通氣。L組與H組的通氣時間均為2 h，并在通氣的過程中給予維庫溴銨抑制呼吸。通氣結束24 h后，取各組大鼠的肺組織檢測濕干重比值(W/D值)，用ELISA法觀察肺組織勻漿中細胞因子(TNF-α，IL-10)蛋白的濃度，觀察肺組織病理改變并分析具體的作用機制。結果 L組和H組機械通氣后肺組織的TNF-α、IL-10蛋白含量表達均較F組有增高，其中H組與F組比較差異有統計學意義(P＜0.05)，L組濃度雖有升高，但差異無統計學意義(P＞0.05)，此外H組較L組的升高變化也非常明顯，差異有統計學意義(P＜0.05)。結論 大量的機械通氣會對大鼠造成明顯的肺損傷，從而引發炎癥反應，使得炎性因子TNF-α和IL-10含量產生變化，由此可以得出不同機械通氣量與大鼠的促炎及抑炎反應有明顯相關性的結論。

機械通氣；肺損傷；TNF-α；IL-10

隨著機械通氣在臨床中治療急性呼吸窘迫綜合征、急性肺損傷及其他肺部呼吸困難病癥應用的不斷推廣，針對不同通氣時間和不同通氣量對肺部損傷的研究也越來越多，許多實驗研究表明不當的通氣時長和通氣量會在不同程度上造成或加重患者的肺損傷[1]。本文從定量分析的角度入手，通過對比分析研究不同通氣量引發大鼠肺部組織炎性因子TNF-α和IL-10蛋白表達的濃度變化，探討機械通氣可能引發肺損傷的作用機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與分組 本次試驗的時間為2012年10月至2013年6月，試驗動物均由中山大學動物試驗中心提供，24只SD大鼠雌雄各半且為清潔級同批，體重200～250 g，為保證試驗結果的準確性在正式操作之前先適應性飼養兩周(12 h-day/12 h-night)。按照隨機分配的原則將試驗大鼠均分為三組，每組各8只，其中按照通氣方式和潮氣量大小的不同分為自由呼吸F組、大潮氣量通氣H組和小潮氣量通氣L組。

1.2 模型制備 手術和通氣之前先將三組大鼠用10%的水合氯醛0.35 g/100 g進行腹腔注射麻醉，取仰臥位固定，行右頸總動脈、尾靜脈置管術，右頸總動脈置管采集生物信號，連續監測平均動脈壓(MAP)、心率(HR)、收縮壓(SBP)、舒張壓(DBP)。待大鼠對口咽部刺激無反應后經口直視下插入14#靜脈套管針作為氣管導管，血壓穩定后按照0.6 mg/kg的標準從尾靜脈緩慢推入由0.2 mg/ml生理鹽水稀釋維庫溴胺，待自主呼吸消失后，連接小動物呼吸機行機械通氣[2]。F組不進行通氣且保留自主呼吸，L組潮氣量10 ml/kg，呼吸頻率為80次/min，H組40 ml/kg，呼吸頻率40次/min，維持機械通氣2 h。待試驗動物自主呼吸恢復平穩后即停止機械通氣操作，按照先進行氣管導管拔除，再將動靜脈套管針拆除的順序，對所有大鼠實行靜脈壓迫和動脈結扎止血操作，此時還應主義對肌肉皮膚的縫合，最后將大鼠置于25℃恒溫環境中進行24 h的恢復飼養。

1.3 標本采集 通氣結束24 h后將所有試驗大鼠按照0.35 g/100 g的標準進行10%水合氯醛的腹腔注射麻醉，待大鼠失去自主活動意識后立即開胸取出完整的肺組織，保證手術操作的準確性和快捷性，避免對大鼠造成虐待，最后將肺組織置于-70℃的環境中進行低溫保存待測。此外本次試驗中炎性因子的測定采用的是ELISA法，具體的操作步驟和檢測方法按相關規程和試劑盒說明書進行。

2 結果

2.1 肺組織病理學觀察 只插管未進行通氣的F組，肺組織結構完整，肺泡間質無水腫，肺泡腔清晰，無炎性浸潤改變；L組肺泡腔內略有少量巨噬細胞、淋巴和單核細胞，肺泡腔內出現少量滲出液；H組肺泡腔、血管旁和支氣管周圍有大量炎性細胞浸潤，肺泡間隔增厚，肺泡結構遭到破壞且肺間質有出血和水腫，肺部損傷較重，見圖1。

圖1 各組大鼠肺組織病理學觀察

2.2 各組大鼠肺組織中TNF-α、IL-10的濃度比較

2.2.1 H組與F組比較 實驗結果表明，大潮氣量通氣H組比較未通氣的對照組F肺組織中TNF-α、IL-10蛋白含量表達明顯增高，差異有統計學意義(P＜0.05)，見表1。

表1 H組與F組TNF-α、IL-1濃度比較（，n=8）

表1 H組與F組TNF-α、IL-1濃度比較（，n=8）

組別H組F組檢驗值P值TNF-α濃度(pg/ml) 135.61±27.80 31.87±9.0 5.871 0.025 IL-10濃度(pg/ml) 143.09±28.89 31.70±9.48 5.093 0.035

2.2.2 L組與F組比較 實驗結果表明，小潮氣量同期組L對比未通氣的F組，肺組織中TNF-α、IL-10蛋白含量雖有所升高，但差異無統計學意義(P＞0.05)，見表2。

表2 L組與F組之間TNF-α、IL-10的濃度對比（，n=8）

表2 L組與F組之間TNF-α、IL-10的濃度對比（，n=8）

組別L組F組檢驗值P值65.01±8.81 31.87±9.0 0.008 0.929 68.19±9.37 31.70±9.48 0.055 0.817 TNF-α濃度(pg/ml)IL-10濃度(pg/ml)

2.2.3 H組與L組比較 實驗結果表明，大潮氣量通氣H組與小潮氣量通氣L組之間肺組織的TNF-α、IL-10蛋白含量表達比較，H組明顯高于L組，差異有統計學意義(P＜0.05)，由此可以看出當通氣量增大時，大鼠肺泡內的細胞炎性因子含量也會發生明顯的升高變化，見表3。

表3 H組與L組的TNF-α、IL-10濃度比較（，n=8）

表3 H組與L組的TNF-α、IL-10濃度比較（，n=8）

組別H組L組檢驗值P值TNF-α濃度(pg/ml) 135.61±27.80 65.01±8.81 5.504 0.029 IL-10濃度(pg/ml) 143.09±28.89 68.19±9.37 4.953 0.038

3 討論

過量的機械通氣會導致患者的肺組織損傷，通常所說的“肺生物傷”已經成為目前臨床治療和研究的共識，但是對其具體作用機制的研究仍處在探索的階段。細胞炎性因子作為能夠直接反映機體是否發生炎性反應和判斷相關損傷程度的重要指標，越來越受到臨床研究人員的重視，相關研究已經證明在ARDS的發病過程中有多種炎癥因子參與并引發了肺組織損傷[3]。本文就從不同潮氣量引發大鼠肺組織中炎癥因子濃度變化的角度入手，分析了機械通氣引發肺損傷的作用機制，首先TNF-α是典型的促炎因子，主要由中性粒細胞和單核/巨噬細胞分泌[4]。本次研究中肺組織損傷較為嚴重的H組其TNF-α的濃度出現了顯著的增長，這一變化雖然屬于大鼠的正常應激行為，由于該物質分泌過多激活了二級級聯反應，從而導致肺損傷和肺部炎癥的加深。IL-10是一種典型的抗炎性因子，可以幫助機體發揮下調炎癥反應，其主要是由胸腺細胞和T細胞等產生。相關實驗證實IL-10可抑制巨噬細胞和單核細胞對促炎因子TNF-α、IL-8或IL-6的合成與釋放，降低粘附分子表達等[5]。對于此次的實驗來講，在H組TNF-α濃度增加的同時，其IL-10含量也會出現明顯的升高變化，這就說明炎性反應的出現并不是單一的變化，而是處在一種相對平衡的狀態中。而L組與F組相比雖有所升高，但是差異無統計學意義，這就說明小潮氣量的通氣可以降低肺部炎癥因子的產生。也有相關實驗研究證實小潮氣量通氣可以對肺部產生一定的保護作用，減少或降低組織損傷的出現，有利于維持肺部炎性反應間的平衡[6]。但是本研究的數據并不能為這一結論提供支持，分析問題可能是由于實驗數據過少或相關的檢測部位不同導致的。

總而言之，對于機械通氣引發肺部損傷而言，從炎性產生和發展的機制角度進行研究，不僅有助于探明損傷的發生機制，同時還可以從調控免疫的角度進行保護措施的探索或確切治療方法的選擇與研究。

[1]劉伯毅,鄭曉麗,鄭 翔,等.不同潮氣量機械通氣大白兔肺組織TNF-α和CC16的變化[J].廣西醫學,2013,35(8):969-971.

[2]Fuller BM,Mohr NM,Drewry AM,et al.Lower tidal volume at initiation of mechanical ventilation may reduce progression to acute respiratory distress syndrome:a systematic review[J].Critical Care,2013,11:86-98.

[3]林 梵,肖 軍,張琛濤.不同潮氣量機械通氣對大鼠肺小窩蛋白-1及其相關信號鏈酶表達的影響[J].中華危重病急救醫學, 2013,25(3):154-158.

[4]宋秀梅,王月蘭,劉 洋.不同潮氣量機械通氣誘發的肺損傷大鼠肺組織中CXCR2表達[J].臨床麻醉學雜志,2012,28(9): 905-907.

[5]林 飛,潘靈輝,錢 衛,等.IL-6、IL-8在不同潮氣量單肺通氣肺癌根治術中的表達[J].廣西醫學,2012,34(7):825-826.

[6]Pan C,Wang JP,Liu W,et al.Low tidal volume protects pulmonary vasomotor function from“second-hit”injury in acute lung injury rats[J].Respiratory Research,2012,13:77-88.

Effects of mechanical ventilation with different tidal volumes on TNF-α and IL-10 in lung tissue of rats.

TAN Jun-yuan1,WANG Chun-xiao2,CHEN Li-qing3.1.Graduate School of Southern Medical University,Yingde 510515, Guangdong,CHINA;2.Guangdong Academy of Medical Sciences,Guangdong General Hospital,Guangzhou 510080, Guangdong,CHINA;3.People's Hospital of Yingde City,Yingde 513000,Guangdong,CHINA

Objective To observe the effects of different tidal ventilation volumes on TNF-α and IL-10 in lung tissue.Methods A total of 24 SD rats were randomly and equally divided into 3 groups(group F,group L, and group H).Group F was non-ventilation group,while group L and group H were given 10 ml/kg tidal volume and 40 ml/kg large tidal volume mechanical ventilation respectively.Ventilation time of group L and group H was 2 hours,and vecuronium bromide was applied to inhibit respiration during the ventilation process.24 h after ventilation, the lung tissue was taken for wet to dry weight ratio test(W/D value),and the concentrations of cytokines(TNF-α and IL-10)protein in lung tissue homogenates were detected by ELISA.Meanwhile,the pathological changes of lung tissue were observed and the underlying specific mechanism was analyzed.Results After mechanical ventilation,the expressions of TNF-α and IL-10 proteins in lung tissue in group L and group H were higher than those in group F,with significant difference between group H and group F(P＜0.05),but not between group L and group F(P＞0.05).Moreover,those proteins in group H showed statistically significant higher levels than those in group L(P＜0.01).Conclusion Mechanical ventilation amount will cause significant lung damage in rats,which leads to inflammation as well as changes of inflammatory factor TNF-α and IL-10.Therefore,different mechanical ventilation volumes are regarded to be closely related to proinflammatory and anti inflammatory reaction in rats.

Mechanical ventilation;Lung injury;TNF-α;IL-10

R-332

A

1003—6350（2014）18—2660—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.18.1045

2014-03-17)

王春曉。E-mail：149215956@qq.com