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材料与方法 一、动物选择 选用北京地区健康成年杂种狗，年龄（12±2）个月，体重（30±2）kg，麻醉前需禁食6~8 h，禁水至少4 h。 二、手术方法 （一）动物麻醉 犬的麻醉诱导采用陆眠宁［盐酸赛拉嗪注射液，吉林华牧动物保健品有限公司，2 ml/支，批号：兽药字（2015）070011777］联合咪达唑仑（江苏恩华药业，10mg/支，批号：国药准字H20143222）股部深部肌内注射，其中陆眠宁剂量为0.01 ml/kg，咪达唑仑3~5 mg，两药联合应用可达到满意的诱导效果。诱导成功后建立心电监护并即刻行经口气管插管术，气管内导管选择8#，采用大号直柄直接喉镜充分暴露声门，插管后需听诊两侧呼吸音以防止插管过深、单肺通气，插管成功接呼吸机辅助呼吸，呼吸机型号为MAQUET公司的Servo-S。术中采用咪达唑仑［0.5 mg/（kg·h）］联合丙泊酚［2~4 mg/（kg·h）］（CordenPharmaS.P.A，10 mg/ml，批号：J20110004）持续泵入，维持镇静深度Richmond镇静-躁动评分（Richmond agitation sedation scale，RASS）-5分，自主呼吸消失。 （二）机械通气 插管成功后接呼吸机辅助呼吸，通气模式为VC，潮气量设置为8~10 ml/kg，呼吸频率15次/min，PEEP 5 cmH2O（1 cmH2O=0.098 kPa），吸气:呼气=1:2，氧浓度25%~40%（通过经舌氧合监测维持氧饱和度在95%以上），呼吸机参数设定成功后至少30 min查动脉血气分析，确保二氧化碳分压（partial pressure of carbon dioxide，PCO2）35~45 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）左右。 （三）建立脉搏指数持续心排血量监测（Pulse indicator continous cadiac output，PICCO） 麻醉成功的犬取仰卧位，超声引导下行右侧颈内静脉置管术，置入双腔深静脉导管并固定［主腔监测中心静脉压（central venous pressure，CVP）、注射冰盐水，侧腔为静脉给药通路］，置管成功后持续泵入镇静药物，剂量如麻醉所述。颈内静脉置管成功后行右侧股动脉穿刺，置入PICCO导管，持续监测有创动脉压及心功能参数。 （四）胸部开窗 取犬左侧位，在右侧胸壁沿肋间隙开窗，开窗部位取右侧腋中线至腋后线与第5~6肋间隙的交点，手术部位局部充分备皮，备皮区域直径15~20 cm，备皮后以2%利多卡因局部麻醉，手术切口长度为3~4 cm，切开皮肤后逐层钝性分离皮下组织及肌肉，切口应保持清洁，若有出血应及时结扎出血血管以避免出血污染肺组织。待分离到接近胸膜位置后将PEEP水平降至1 cmH2O，避免进入胸腔时损伤肺组织，进入胸腔后以拉钩扩大并固定窗口，恢复PEEP 5 cmH2O，此时可见右肺中叶、叶间裂及下叶，以肉眼观察确定肺表面无出血等损伤。 三、SDF观察肺微循环 本研究采用MicroScan B.V.公司的Microscan-01进行肺微循环监测。监测探头应与肺表面充分接触，首先加压探头至肺组织明显凹陷，然后逐渐后撤探头以清晰显示微循环为止，微循环数据采集前应保持吸气屏气状态，采集部位应远离心脏、朝向背侧肺组织以降低心跳对图像的影响，同时避免在同一部位反复取样以降低采样可能导致的肺水肿对微循环的影响，每次留取图像应至少采集3个点的微循环数据，每个点10 s（约300帧），数据采集后保存视频，视频格式为avi以确保视频质量，后期集中对图像进行分析。 四、数据采集 采集的数据包括呼吸、循环参数及微循环影像。数据采集的时间节点分别为PEEP 5 cmH2O（baseline）、PEEP增加至平均动脉压（mean arterial pressure，MAP）下降≥20 mmHg并能稳定维持（high PEEP）、高PEEP状态下液体复苏使MAP恢复至基线水平（resuscitation），液体复苏选择的液体为0.9% NaCl，每个时间节点均应抽取动静脉血气分析并留取相关的呼吸及循环数据，包括：pH值，氧分压（oxygen partial pressure，PO2），PCO2，平台压（platform pressure，Pplat），峰压（peak pressure，Ppeak），心率（heart rate，HR），MAP，CVP，心输出量（cardiac output，CO），静脉-动脉二氧化碳分压差（static-arterial CO2 differential pressure，Gap），中心静脉血氧饱和度（central venous oxygen saturation，ScvO2）及乳酸（lactic acid，Lac），最后留取微循环影像。 五、微循环数据分析 留取的微循环影像采用AVA3.2系统进行分析，主要获取De Backer score，总微血管数量（total vascular density，TVD）、灌注血管数量（perfused vessel density，PVD）、灌注血管比例（proportion of perfused vessels，PPV）、血流状态（microvascular flow index，MFI）数据，同一时间节点采集的微循环数据取平均值后进行统计分析。计算总血管密度（all/small vessel of total vascular density，TVDa/s）、灌注血管密度（all/small vessel of perfused vessel density，PVDa/s）、灌注血管比例（all/small vessel of proportion of perfused vessels，PPVa/s）、微血流指数（all/small vessel of microvascular flow index，MFIa/s）。本文所提及的肺泡微血管为肺泡微循环内血管的统称，根据微血管的直径又分为小（0~25 μm，主要是毛细血管）、中（25~50 μm）、大（50~100 μm）微血管。 六、统计学分析 采用统计软件SPSS 18.0对实验数据进行分析，计量资料以 结 果 一、实验动物总体情况 该研究所使用的健康成年狗共有15条，其中雄性10条，雌性5条，体重为（30±2）kg，年龄（12±2）个月。这15条狗中有1条因高PEEP状态下CO过低死亡未能完成实验，其余14条狗均顺利完成了高PEEP及复苏的操作。 二、实验动物不同时间段呼吸及循环参数的变化情况 由于实验过程中通过增加PEEP水平观察MAP的变化情况，当MAP下降超过20 mmHg并达到相对稳定的状态时，监测该时间节点的呼吸及循环参数变化情况发现：在基线的通气状态（PEEP=5 cmH2O）下，PEEP水平需要增加至（23.067±3.105）cmH2O（P=0.000），MAP可由基线水平的（119.400±19.617）mmHg下降并稳定在（85.400±27.176）mmHg（P=0.003），同时过高的PEEP可导致CO的显著下降［（2.547±0.587）L/min vs（1.447±0.549）L/min，P=0.002］，伴随有ScvO2的下降（0.687±0.143 vs 0.473±0.206，P=0.007）及CVP的显著增加［（7.154±3.185）mmHg vs （12.846±3.105）mmHg，P=0.001］，在此过程中Gap水平变化不明显（P=0.147），尽管Lac没有明显升高（P=0.102），但呈现上升趋势；高PEEP状态维持20~30 min后开始进行液体复苏以后，液体种类为0.9% NaCl注射液，复苏目标为MAP恢复至基线水平（P=0.485），该复苏过程的平均输液量为（445.714±145.980）ml，复苏后CVP变化不明显［（12.846±3.105）mmHg vs （13.750±3.467）mmHg，P=0.528］，尽管Gap（P=0.116）、心率（P=0.760）及ScvO2（P=0.217）均改善不明显，但监测CO可基本回复至基线水平［（2.547±0.587）L/min vs （2.173±0.329）L/min，P=0.269］，期间Lac也没有明显的清除（P=0.865）（表1）。
三、实验动物肺泡周围微血管数量的变化 过高的PEEP水平，在对系统循环产生较大影响的同时，肺泡微血管密度较基线水平可见到显著的减少［TVDa：（6.447±2.362）mm/mm2 vs （4.872±1.714）mm/mm2，P=0.036］，但肺泡周围的毛细血管即直径<25 μm的微血管，其分布密度下降不明显［TVDs：（5.193±1.946）mm/mm2vs （4.442±1.671） mm/mm2，P=0.319］，提示过高水平的PEEP条件对肺泡微循环血管数量的影响主要表现为肺泡周围中等（直径25~50 μm）及较大直径（直径>50 μm）微血管数量的减少，毛细血管数量减少不明显。 高PEEP情况下进行液体复苏，利用SDF技术观察到，液体复苏后肺泡周围微血管密度无明显改善［TVDa：（4.872±1.714） mm/mm2 vs （5.595±2.193） mm/mm2，P=0.337；TVDs：（4.442±1.671）mm/mm2 vs（4.751±2.026） mm/mm2，P=0.965］，但复苏后微血管密度有好转趋势，见图1a、图1b。
四、实验动物肺泡周围微血管血流灌注的变化 在基线条件下，肺泡周围灌注血管密度为（5.823±2.628）mm/mm2，其中灌注毛细血管的密度为（4.589±2.105）mm/mm2，过高的PEEP水平不仅可以降低肺泡周围微血管的分布密度，同时可显著影响微循环的血流灌注。高PEEP情况下，肺泡周围灌注微血管的密度显著下降（PVDa，P=0.002），其中肺泡周围灌注毛细血管的密度可下降至（2.382±2.098）mm/mm2（P=0.016），灌注毛细血管的比率可由基线状态下的（0.858±0.252）mm/mm2下降至高PEEP状态下的（0.506±0.375）mm/mm2（PPVs，P=0.004），提示过高的PEEP水平对肺泡周围微循环血液灌注的影响比对血管数量的影响更显著，其原因可能与高PEEP水平导致CO下降有关。 高PEEP情况下进行液体复苏，当循环血压及CO恢复至基线水平时，再次对肺泡微循环进行观察发现，肺泡周围微循环的灌注血管密度（PVDa，P=0.471）及灌注血管比率（PPVa，P=0.137）均无明显改善，见图2a、图2b、图2C、图2d。
五、肺泡周围微血管血流状态的变化 过高的PEEP水平不仅可以导致肺泡周围微血管数量及灌注血管比例的下降，同时可显著降低微循环内的血流状态。基线状态下，肺泡周围微血管的MFIa为2.303±0.819，肺泡周围毛细血管的MFIs为2.259±0.833，通过不断提高PEEP水平，MFI显著下降，该研究中，高PEEP状态下肺泡周围微血管的MFIa下降至1.244±0.890（P=0.002），毛细血管的MFIs下降至1.100±0.914（P=0.001）。经过液体复苏后，肺泡周围微血管的MFI值没有明显的改善（图3a、图3b），可见，基线水平的微循环参数明显优于高PEEP条件，液体复苏未能改善微循环状态。
讨 论 一、SDF用于观测肺泡微循环的可行性 微循环的改变在危重患者疾病的发生、发展过程中起到非常重要的作用，人们对微循环的兴趣也与日俱增。随着技术水平的进步，人们已经可以应用多种方法进行微循环的观察，目前比较常用的观测手段主要包括活体显微镜（intravital microscopy，IVM）、正交偏振光谱成像（orthogonal polarization spectral，OPS）、旁流暗视野成像（sidestream dark-field，SDF）及激光多普勒血流测定技术（laser Doppler flowmetry）。尽管IVM被认为是体内微循环观测的金标准，但由于其创伤性较大、技术要求较高、实际操作较复杂等因素未能在临床实践中广泛应用。OPS及SDF作为新近发展起来的无创性微循环光学观察手段逐渐被临床所接受，使微循环的临床观察成为可能。相对于OPS，SDF技术通过发射可被血红蛋白吸收的非极化绿光照射被观测组织，使得血管在光亮的背景上以对比度较大暗视野显现，增强了图像的清晰度和分辨率，而且其观测结果与IVM相比具有高度的一致性。尽管观测技术有了较大的进步，SDF目前仍主要应用于舌下、肾脏及脑等实质脏器微循环的观测，应用SDF技术观测肺泡微循环目前世界上尚未有相关的报道。其技术难点主要有以下几个方面：（1）肺脏的形态随呼吸周期的交替会发生巨大的变化，被观测区域的肺泡及其周围的微循环不能像实质脏器一样维持固定的形态，导致观测无法进行。在该研究中，笔者在观测期间采取吸气屏气的方法，使肺泡在观测时间内保持固定的形态，从而可以较清晰、完整地观察肺泡微循环的状态并测量相关的参数。（2）肺脏与心脏距离较近，心脏的跳动会对肺泡微循环的观察产生较大的影响。为保证观测质量，降低心跳对图像质量的影响，首先对实验动物采取左侧卧位，胸部开窗时选择的是右侧腋中线至腋后线之间的区域（距离心脏较远），同时观测部位尽量选择肺组织的背侧，增加观测点与心脏的距离；其次，由于采用吸气屏气间期观测，肺组织处于最大体积状态，进一步增加了观测点与心脏的距离；且相较于呼气屏气，吸气状态下的肺组织密度最低，对心脏跳动的传导减弱，心脏跳动对观测的影响可以降到最低。（3）肺组织损伤后极易出现水肿，影响肺泡微循环的观测质量。在利用SDF观测肺泡微循环时，无论是探头对肺组织的机械压迫或是化学性腐蚀，都会对肺组织产生一定的损伤导致局部的水肿，进而影响微循环参数的测定。本研究采取多点采样、单点连续观察的方法，即在一种实验条件下，被观测区域连续3次、每次至少10 s的观测记录，观测结束则撤出探头；更换实验条件后重新选取观测部位，尽量避免在同一位点进行观测。 二、微循环的描述 对于微循环的参数采用De Backer评分联合MFI评分指标进行描述，研究中分别测量了不同实验状态下的TVD（all/small）、PVD（all/small）、PPV（all/small）和MFI（all/small）。高PEEP情况下，机体的循环系统受到严重抑制，其通过降低静脉回流血量及增加右心后负荷等导致严重的循环衰竭，肺循环血流量下降；加之过高的PEEP水平可导致跨肺血管压力的升高，肺血管特别是肺泡微循环血管在过高的跨肺血管压状态下可出现血管塌陷，研究观察导致，包括TVD、PVD、PPV及MFI均下降显著，提示高PEEP水平可导致严重的肺泡微循环障碍。 通过液体复苏增加静脉回流血量进而提高CO及MAP至基线水准，尽管患者的ScvO2较高PEEP状态无显著改善，但可看到ScvO2的升高趋势［由（47.300±0.206）%升至（59.130±0.190）%］，高PEEP情况下的肺泡微循环血流未见显著改善，提示CO及动脉压力不是高PEEP情况下肺泡微循环障碍的主要影响因素。 研究观察到肺泡周围的微循环特别是直径<25 μm的血管（主要是毛细血管）在高PEEP情况仍清晰可见，但未见到血液流动，考虑原因可能是毛细血管前微动脉及微静脉关闭导致肺泡周围的毛细血管处于淤血状态，该状态下尽管跨肺血管压较高，但由于毛细血管内血液淤积，血管仍未出现塌陷。尽管研究发现肺泡周围毛细血管内血流明显下降，但氧合水平无明显下降，血气分析提示动脉血氧分压差异无统计学意义（P=0.885），推测可能的原因为：（1）除肺泡周围毛细血管外可能仍存在其他血气交换的通路，如毛细血管后微静脉。由于肺泡毛细血管淤血、动静脉短路开放，因此血流仍能快速的通过肺循环，而毛细血管后微静脉与毛细血管在管壁结构上几乎无差别，因此仍能进行物质交换。（2）高PEEP情况下肺脏内血流与气体重新分布，部分区域出现严重的动静脉分流或死腔样通气，但仍有部分肺组织通气与血流仍匹配，维持有效换气，保证机体的氧供。 可见，高PEEP条件对机体的循环及呼吸会产生巨大的影响，同时会导致严重的肺泡周围微循环障碍，这种障碍可能与心输血量的下降及跨肺血管压增高有关，但通过液体复苏恢复心输血量并不能改善由此产生的微循环恶化。因此，在应用高PEEP治疗急性呼吸衰竭时，单纯的追求高PEEP增加肺开放、维持高氧合时，必须考虑到其对循环，特别是肺泡微循环的影响，应当从微循环的角度探讨适合患者的最佳通气模式，以改善患者的预后。 【引用本文】: 胡庆河, 隆云, 王旭, 等. 液体复苏在高呼吸末正压通气导致的肺泡微循环障碍中的作用 [J/CD] . 中华重症医学电子杂志,2019,5( 1 ): 20-26. DOI: 10.3877/cma.j.issn.2096-1537.2019.01.005 |
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