HFOV聯合ECMO對重度煙霧吸入性損傷兔肺功能的影響＊

付忠華 ，熊振芳 ，廖新成 ，劉名倬 ，郭光華

(南昌大學第一附屬醫院，1.燒傷科；2.病理科，南昌 330006)

隨著燒傷外科早期抗休克、早期封閉創面，減少感染等相關治療技術的進步，嚴重燒傷患者病死率明顯降低，但合并重度吸入性損傷病人的死亡率仍然很高[1]，呼吸道燒傷后出現呼吸衰竭仍是影響燒傷患者預后的重要因素，目前臨床上常使用呼吸機輔助呼吸、霧化吸入，氣道灌洗、抗感染、臟器功能維護等綜合治療方法[2]，雖有一定的臨床效果，但仍未能明顯改善重度燒傷合并重度吸入性損傷病人的肺功能并降低死亡率。高頻震蕩通氣（HFOV）相比常規機械通氣（CMV）能明顯改善重度吸入性損傷的呼吸道順應性和氧合作用，減輕肺內炎癥反應和呼吸機相關性肺損傷，是公認的“保護性肺通氣策略”之一。體外膜氧合（ECMO）是一項新興生命支持手段，目前主要用于經常規機械通氣等治療無效的重癥呼吸衰竭患者的呼吸支持治療。因此，本文擬將HFOV聯合ECMO，觀察其對重度煙霧吸入性損傷兔肺功能及血流動力學影響，評價其對煙霧吸入性損傷兔的作用。

1 材料與方法

1.1 實驗動物準備 新西蘭大白兔40只，由南昌大學醫學院動物實驗中心提供，體重（2.25±0.25）kg，實驗前禁食不禁水12h。實驗兔水合氯醛（0.1g/ml）腹腔麻醉后，制成煙霧吸入性損傷模型并行氣管切開插入氣管套管。采用SLE5000高頻振蕩、長頻呼吸機進行常規機械通氣，通氣方式為輔助呼吸方式（FIO2=0.21、Vt=12ml/kg、I：E=1：2、R=30 次/min）。分離左右股動靜脈及右頸內靜脈。左股靜脈插管輸液，左側股動脈插管抽取動脈血作血氣分析。

1.2 動物模型制備及分組 采用科題組方法[3]制成兔煙霧吸入性損傷模型，動脈血氧分壓低于60mmHg并持續30min后方認為模型制作成功。此時通氣方式改為完全控制呼吸，將FIO2改為1.0，余參數不變。將致傷家兔按隨機數字表法分為4組：對照組（CMV 組）、CMV+ECMO 組、HFOV 組、HFOV+ECMO組，每組10只。（1）對照組（CMV組）：實驗動物行仰臥位，采用SLE5000高頻振蕩、長頻呼吸機進行常規機械通氣（CMV），通氣方式為壓力控制呼吸方式：FIO2=100%、潮氣量為12ml/kg、吸呼比1：2，通氣頻率30次/min。持續常規通氣直至實驗結束。⑵CMV+ECMO組：實驗動物行仰臥位，采用SLE5000高頻振蕩、長頻呼吸機進行常規機械通氣 （CMV），通氣參數同CMV組。調整ECMO裝置后，將右頸內靜脈接ECMO裝置靜脈端，右股靜脈接ECMO裝置動脈端。⑶HFOV組：實驗動物行仰臥位，采用SLE5000高頻振蕩、長頻呼吸機行 HFOV，通氣參數為：FiO2。 1．00，頻率 10Hz，平均氣道壓同CMV組，振幅20cm H2O(1cm H2O＝0.098kPa)，I：E 為 1：1。 FIO2為 50%， 通氣頻率為10Hz，平均氣道壓10cm H2O，振幅為20cm H2O，呼吸比為1：1。⑷ECMO+HFOV組：實驗動物行仰臥位，采用SLE5000高頻振蕩、長頻呼吸機，通氣參數同HFOV組。調整ECMO裝置后，將右頸內靜脈接ECMO裝置靜脈端，右股靜脈接ECMO裝置動脈端。

1.3 ECMO裝置的建立與管理 ECMO裝置包括滾軸泵(StorketⅡ型心肺機)、中空纖維膜式氧合器(東莞科威公司提供)。預充液包括林格氏液20ml，新鮮兔血 30ml、5%碳酸氫鈉 5ml、地塞米松 2mg。ECMO系統排氣完畢鉗夾動、靜脈端和儲血囊出口，右頸內靜脈接ECMO裝置的靜脈端，右股靜脈接ECMO裝置的動脈端，經兔耳緣靜脈注射肝素3mg/kg 后，測全血凝固時間（ACT），當 ACT>480s后開放動、靜脈端鉗夾，通過重力引流右頸內靜脈血到儲血囊，經滾軸泵到氧合器，變溫后回到右股靜脈，維持動物平均動脈壓。ECMO采用V-V輪轉方式，流量20-30ml/(kg.min)，氧氣流量1-1.5L/min，水浴箱維持動物體溫在38℃。

1.4 觀察指標及檢測項目

1.4.1 血氣分析指標 分別于致傷前、致傷后即刻及治療 2、4、6、8h于 4組兔左股動脈采血 0.5ml，血氣分析儀測定 pH 值、PaO2、PaCO2。

1.4.2 肺組織病理學檢查和肺損傷評分 通氣治療8h后將4組兔放血處死，開胸取出肺臟肉眼觀察肺組織外觀；取不同部位肺組織置入10%甲醛溶液固定后HE染色，采用雙盲法由兩位病理學專業醫師在光學顯微鏡下觀察肺組織病理學改變，并嚴格按照肺損傷分級對標本進行肺損傷評分。將肺損傷的程度分為5級：1級為肺泡壁完好，無透明膜形成，炎癥反應無或輕微（評分為0分）；5級表現為肺泡腔顯著水腫，透明膜形成，炎癥反應重或有膿腫形成 （評分為4分）；2級、3級、4級的肺損傷程度分別介于1級和5級之間，依次評為1分、2分、3分。

1.5 統計學處理 計量資料以 （x±s）表示，采用SPSS 17．0統計軟件進行處理，行秩和檢驗、重復測量方差分析及LSD-t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 血氣分析指標 與組內傷前值比較，4組兔致傷后即刻 PaO2水平均顯著下降（P＜0.01），經治療后，各組動物不同時相點與組內傷后即刻比較，PaO2水平均顯著升高（P＜0.01），且一般在治療后6h達最高，后PaO2再次出現下降趨勢。4組兔組間比較傷前、致傷后即刻及治療2h時PaO2水平接近（P＞0.05）。 HFOV+ECMO 組 PaO2水平改善最為明顯， 治療 2h、4h、6h、8h 均高于 HFOV 組、CMV+ECMO 組和 CMV 組（P＜0.05）；HFOV 組治療后 4h、6h、8h，PaO2水平均高于 CMV+ECMO 組和 CMV組 （P＜0.05）；CMV+ECMO 組在治療 4h、6h、8h，其PaO2高于 CMV 組（P＜0.05）。見表 1。4組動物致傷前后、治療前后組內及組間變化均不顯著 （P＞0.05）。見表2。4組動物致傷前后，PaCO2水平差異不大（P＞0.05），但隨著時間延長，CMV 組、CMV+ECMO組、HFOV組動物均出現CO2潴留。HFOV組較CMV組略為明顯，但兩者之間無統計學差異（P＞0.05），聯合ECMO治療后，CO2潴留得到一定的改善。HFOV+ECMO組和CMV+ECMO組在治療后2h、4h、6h、8h PaCO2均低于相應時相點 HFOV 組和 CMV 組 （P＜0.05）；HFOV+ECMO 組與 CMV+ECMO組之間治療各時相點PaCO2水平比較，組間差異無統計學意義（P＞0.05）。見表3。

2.2 肺組織病理學觀察 4組兔肺泡腔內均可見炎性滲出及出血表現，部分肺泡腔囊狀擴張或萎陷，細支氣管粘膜出現不同程度的變性、壞死，腔內炎性滲出物附著，以對照組（CMV組）表現最為明顯，HFOV+ECMO組表現明顯減輕。CMV組肺泡腔內及間質內大量中性粒細胞浸潤形成，肺泡腔內含大量滲出液及出血，肺泡間隔增厚，肺透明膜形成，部分肺泡萎陷、肺不張，細支氣管粘膜大片變性、壞死，腔內大量炎性滲出物阻塞。CMV+ECMO組肺組織內仍可見較多中性粒細胞浸潤，但較CMV組數量減少，肺泡腔內滲出液減少，部分視野仍可見肺泡萎陷和肺不張，局部透明膜形成，細支氣管粘膜局灶變性、脫落，腔內少量炎性滲出物聚集。HFOV組肺泡腔內中性粒細胞浸潤減少，肺泡內出血、滲出液明顯減少，大部分肺泡正常，未見明顯滲出，局部區域仍可見肺泡萎陷。細支氣管粘膜尚完整，腔內散在中性粒細胞浸潤。HFOV+ECMO組肺組織炎癥反應明顯減輕，肺泡結構完整，肺泡腔清晰，肺泡間隔變薄，少許肺泡腔內有紅細胞滲出，大部分肺泡腔未見滲出液，局部肺泡囊狀擴張，細支氣管粘膜尚完整。見圖1。

表1 4組家兔不同時相點動脈血PO2比較（x±s，mmHg，n=10）

表2 4組家兔不同時相點動脈血pH值比較（x±s，n=10）

表3 4組家兔不同時相點動脈血PCO2比較（x±s，mmHg，n=10）

圖1 各組動物治療后肺部病理變化（HE×100）

2.3 病組織病理損傷評分 CMV組、CMV+ECMO組、HFOV組、HFOV+ECMO組肺組織損傷評分分別為（3.71±0.22）分、（3.38±0.20）分、（2.87±0.31）分、（2.35±0.20）分，組間兩兩比較，差異均有統計學意義（P＜0．05）。 見表 4。

表4 各組動物肺組織損傷評分表（n=10）

3 討論

煙霧吸入性損傷后，由于氣道受到直接熱力損傷，同時一些燃燒后釋放的毒性物質刺激氣道，造成急性肺損傷，嚴重者易導致急性呼吸功能衰竭。呼吸支持是治療急性肺損傷的主要方法，可以改善病人氧合，然而對于嚴重的呼吸功能衰竭病人來說，機械通氣仍難以達到理想的治療效果，有時甚至出現呼吸機相關性肺損傷，加重肺損傷。

HFOV能夠在不影響患者血流動力學參數的前提下，通過重新開放萎陷的肺泡，改善患者氧合狀態。因其低潮氣量、高呼吸頻率、主動吸氣呼氣和相對恒定的氣道壓等優點，被認為是“保護性肺通氣策略”之一。盡管現在學界對于HFOV在治療成人急性肺損傷的作用仍存在爭議，部分學者[4，5]認為與常規機械通氣相比，HFOV對急性肺損傷成人患者改善氧合、改善愈合或提高后期存活率方面，并無明顯優勢；但在動物實驗中以及HFOV聯合其它治療手段時，如液體通氣、俯臥位及骨髓干細胞移植等，仍可對急性肺損傷病人產生積極的作用[6-9]。HFOV對于新生兒及兒童急性肺損傷病人的治療較為明確，并早以應用于兒科臨床[10]。

在本實驗中，HFOV組實驗兔血氣分析及肺組織病理學檢查證實，HFOV能夠改善重度吸入性損傷兔動脈氧合，并使部分萎陷的肺泡復張，這一作用可能與實驗兔屬于小型動物有關。但單一使用HFOV時肺容積和肺內壓力變化幅度小，未能使萎陷的肺泡全部開放。因此，HFOV也存在一定的局限性，比如部分病例因潮氣量小，萎陷的肺泡難以復張；部分病例肺泡水腫消退困難，肺內分流較大。這些都提示在應用HFOV的同時，有必要采取其它補救措施促進肺泡復張和水腫吸收。HFOV聯合其它治療手段對改善急性肺損傷肺功能的作用可能優于單獨HFOV通氣。

ECMO是一項新興生命支持手段，目前主要用于經常規機械通氣等治療無效或效果較差的重癥呼吸衰竭患者的輔助支持治療。目前，ECMO已大量臨床應用于各重癥ICU病房，發揮其在救治重度吸入性損傷患者時短時間內即可改善低氧血癥、減少CO2潴留的優勢，為損傷肺組織的修復贏得時間。根據病人的嚴重程度，可單用或聯合其它ICU治療技術，以達到治療目的[11，12]。對急性肺損傷動物，早期使用ECMO干預治療，具有明顯的肺保護作用[13，14]。雖然ECMO被認為是治療急性呼吸衰竭的有效治療手段，但卻很少有其應用于燒傷病人，特別是煙霧吸入性損傷病人的相關臨床資料。2015年臺灣粉塵爆炸事件中，一些傷員合并有吸入性損傷，早期使用ECMO進行干預，取得了不錯的效果[15]。即使有時不合并吸入性損傷的病人，其全身炎癥反應較重影響呼吸功能時，使用ECMO治療后，仍可改善病人的肺功能[16]。

本實驗結果表明，CMV+ECMO組、HFOV+ECMO組治療后，實驗兔動脈血氧分壓均較CMV組燒傷病人、HFOV組為高，尤以ECMO+HFOV組明顯。同時，病理檢查證實，聯合ECMO治療煙霧吸入性損傷兔，肺部炎癥反應減輕，且以HFOV+ECMO組為佳，這可能與HFOV可以改善動物氧分壓同時，經ECMO治療后，機體不會造成二氧化碳潴留有關，這可以最大限度的保護受損肺組織，兩者可能發揮了協同或疊加作用。臨床上就有HFOV聯合ECMO治療創傷后ARDS的經驗報道[17]。

雖然目前ECMO在燒傷救治領域運用較少，但其在學科中的應用可為改善重度煙霧吸入性損傷患者預后開拓新的治療思路。

綜上所述，HFOV聯合ECMO能夠明顯改善重度吸入性損傷兔氣體交換，減少CO2潴留，明顯減輕肺組織損傷，是治療重度煙霧吸入性損傷、改善肺功能的較為適宜的治療模式。當然ECMO應用于燒傷患者的治療策略和介入時機等還需要積累更多的臨床經驗。隨著ECMO技術的不斷升級和推廣，相信其在以后煙霧吸入性損傷的救治中存在良好的應用前景。