急性肺损伤(ALI)是指机体遭受严重感染、创伤、休克、酸中毒及有害气体吸入等多种因素打击后出现的急性弥漫性肺损伤,表现为以弥漫性肺泡上皮细胞和肺泡毛细血管内皮细胞膜损伤为病理特点的综合征,临床主要特征为低氧合、低肺顺应性、生理死腔增加及X线双肺斑片影。甚至可发展为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)[1]。乌司他丁(ulinastatin,UTI)是一种丝氨酸蛋白酶抑制剂,属于人体内源性抑炎物质,目前已广泛应用于临床重病的救治,如弥散性血管内凝血、胰腺炎、休克等。近年来大量的动物实验和临床研究表明UTI在脓毒血症、弥散性血管内凝血(DIC)、多器官功能衰竭等全身性炎症疾病中具有肺保护作用[2,3,4,5]。本研究主要观察UTI对胸部爆震伤引起的ALI兔呼吸功能和氧合的影响,验证UTI在肺爆震伤中保护作用。
1 材料与方法 1.1 主要试剂与设备8#纸质瞬发电雷管由山东圣世达化工有限责任公司提供,MFB-100型发爆器(抚顺煤矿设备厂),定制爆破试验台济南赛思特流体系统设备有限公司提供;UTI由广东天普生化制药股份有限公司提供,生产批号H19990133。兔血气分析仪由瑞士罗氏公司提供。
1.2 动物分组与模型制作健康新西兰大白兔24只,由济南西岭角养殖繁育中心提供[许可证号SCXK(鲁)20100005],均为雄性,体质量(2.0±0.5)kg,用于制作爆震模型。具体方法为:动物实验前禁食6 h,禁水4 h,应用盐酸氯胺酮注射液联合陆眠宁Ⅱ注射液肌注麻醉,胸部及双耳部备皮,右侧耳中动脉留置采血针。致伤前将动物固定于爆破台,并利用特制护具暴露胸部,保护家兔身体其他部位不受损伤。将兔胸骨中点距离爆炸源的水平距离为11 cm。以主装药黑索金的8#纸壳瞬发电雷管作为爆炸源,并由专业爆破人员使用发爆器实施电击引爆,起爆后迅速排除有害气体。
成功制作模型后,将大白兔随机(随机数字法)分成A、B两组,B组动物在致伤后0.5、6、12、24 h肌注UTI,A组动物肌注等体积生理盐水,利用便携式手持血气分析仪测定伤前及伤后每次给药前的动脉血pH值、二氧化碳分压(PaCO2)及血氧分压(PaO2),48 h后处死所有家兔,观察双肺大体变化及HE染色肺组织损伤的程度。
1.3 给药方式及剂量UTI静脉注射乌司他丁50 000 U/kg(溶于生理盐水),DXM采用肌注给药,剂量为3 mg/kg。B组给药时间为造模成功后0.5、6、12、24 h,A组肌注等体积生理盐水。
1.4 监测指标 1.4.1 一般病理生理状况观察家兔的呼吸变化,分别于每次给药前及致死前抽取动脉血进行血气分析,记录动脉血pH值、PaCO2及PaO2。
1.4.2 病理学观察将取出的右肺组织,用10%中性甲醛固定24 h,常规石蜡包埋,HE染色,光镜下观察肺组织的病理变化。
1.5 统计学方法实验数据应用SPSS 13.0软件进行统计分析。检测结果以均数±标准差(x±s)表示,两组间采取独立样本的t检验,以P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果 2.1 血气分析致伤0.5 h后A、B组大白兔血PaO2低于致伤前,差异具有统计学意义(P<0.05);致伤12 h后,B组大白兔血PaO2较A组明显升高,差异具有统计学意义(P<0.05);致伤48 h后B组血PaO2与伤前比较,差异无统计学意义(P>0.05)。
致伤6 h后A、B组大白兔血PaCO2低于致伤前,差异具有统计学意义(P<0.05),致伤12 h后,A、B组大白兔血PaCO2明显高于致伤前,A且较B组高,差异具有统计学意义(P<0.05);致伤48 h后B组血PaCO2与伤前比较,差异无统计学意义(P>0.05)。
致伤12 h后A、B组大白兔血pH低于致伤前且A组低于B组,差异具有统计学意义(P<0.05);致伤24 h后,B组pH较伤前差异无统计学意义(P>0.05)。见表 1。
x± s | |||||||
指标 | 只数 | 致伤前 | 致伤后时间(h) | ||||
0.5 | 6 | 12 | 24 | 48 | |||
PaO2(mmHg) | |||||||
A组 | 6 | 94.4±5.2 | 69.4±7.9a | 54.9±8.3a | 52.3±9.5ab | 50.5±9.9ab | 45.1±8.3ab |
B组 | 6 | 92.8±6.3 | 68.2±9.1a | 59.8±9.4a | 69.9±8.8ab | 78.1±8.4ab | 89.7±7.0b |
PaCO2(mmHg) | |||||||
A组 | 6 | 40.3±3.7 | 38.3±5.2 | 33.9±6.5a | 49.1±4.1ab | 52.4±5.5ab | 60.0±5.9ab |
B组 | 6 | 41.6±3.8 | 37.5±7.7 | 35.2±3.9a | 45.6±5.7ab | 42.8±4.5b | 42.3±4.7b |
pH | |||||||
A组 | 6 | 7.36±0.03 | 7.35±0.05 | 7.35±0.09 | 7.25±0.08ab | 7.24±0.07ab | 7.22±0.09ab |
B组 | 6 | 7.37±0.02 | 7.35±0.04 | 7.34±0.07 | 7.30±0.09ab | 7.35±0.06b | 7.39±0.05b |
注:1 mmHg=0.133 kPa;血氧分压(PaO2)、血二氧化碳分压(PaCO2)、pH与致伤前比较, aP<0.05;B组血氧分压(PaO2)、血二氧化碳分压(PaCO2)、pH与A组比较, bP<0.05 |
爆震伤后A组家兔胸腔内可见少量暗红色的胸腔积液,肺脏明显充血水肿,可见明显多发的片状淤血斑,切面及气管内大量粉红色泡沫样物质溢出。与B组比较,B组肺损伤明显减轻,局部仅见小瘀血斑,气管及切面分泌物明显减少。
2.2.2 镜下观察A组肺组织呈急性弥漫性炎性改变及局灶性出血、坏死;肺泡壁水肿、增厚,部分断裂、融合,甚至肺泡结构完全破坏,泡壁内部充满炎性细胞,以中性粒细胞为主,有纤维素渗出及肺透明膜形成;肺间质水肿,肺肺泡腔内出血。与B组比较,炎性浸润明显减轻(图 1)。
3 讨论肺爆震伤是爆炸后产生的巨大气波(即冲击波)袭击位于爆炸点附近伤员的胸部,胸壁撞击肺组织,因力的反作用,冲击波过后肺脏回撞胸壁,经过加压和减压的损伤,引起肺实质毛细血管的破裂出血,小支气管和肺泡破裂,肺组织广泛性渗出、肺水肿。同时研究还认为,肺内过度的、失控性炎症反应和氧化应激所导致的氧化损伤在ALI的发病中起关键作用[6]。两者共同作用促使肺爆震后ALI的出现,严重者出现急性呼吸窘迫综合征(ARDS),可伴有血气胸,伤后患者迅速出现呼吸困难。
乌司他丁是从人尿中提取、纯化的丝氨酸蛋白酶抑制剂之一,能够抑制肿瘤坏死因子(TNF)等细胞因子和氧自由基的产生与释放,对多种脏器具有保护作用[7]。目前国内外许多方面的研究报道UTI可以抑制多种原因引起ALI炎症细胞的聚集和激活,抑制急性肺损伤炎症介质和细胞因子释放,明显改善肺功能。Ito等[8]研究发现,UTI可通过抑制损伤的肺组织中炎性细胞浸润和炎症介质过度释放,有效治疗油酸所致的ALI,显著改善肺功能。陈旭岩等[9]研究UTI对内毒素致大鼠ALI的保护作用,检测相关炎性及肺功能等指标,得出UTI作用于炎性反应的早期环节,通过抑制多种炎性介质而抑制炎性细胞的趋化、聚集和激活,对ALI起到保护作用。李颖川和姜祯[10]研究UTI对肺缺血-再灌注损伤的保护作用时发现UTI可以增强机体内氧自由基清除功能,抑制中性粒细胞肺内聚集、激活,以对肺缺血-再灌注损伤起到防治作用。Sugita等[11]的试验结果显示UTI通过抑制炎症介质、抑制氧自由基等对肺功能起明显保护作用。王晓琳等[12]研究表明UTI可能是通过抑制中性粒细胞在肺组织的渗出量减轻肺局部组织的过氧化反应、降低氧自由基的代谢产物的形成,发挥其保护肺功能的作用。但是,UTI对于爆震引起ALI的治疗作用研究比较少见。
本研究通过建立爆震建立的ALI模型,研究发现,致伤0.5 h后A、B组大白兔血PaO2低于致伤前,说明肺部爆震伤引起ALI早期以低氧血症为主要表现;致伤12 h后,B组大白兔血PaO2较A组明显升高,48 h后B组血PaO2与伤前没有差别,说明UTI能够明显改善肺爆震伤ALI出现的低氧血症。致伤6 h后A、B组大白兔血PaCO2低于致伤前,12 h后B组大白兔血PaCO2明显高于致伤前,且A组比B组高,48 h后B组血PaCO2与伤前比较没有差别,说明肺部爆震伤引起ALI早期因为呼吸频率增加、过度通气引起PaCO2降低,后呼吸肌的疲劳,换气功能未改善,出现高碳酸血症,但是应用UTI的B组,PaCO2恢复接近正常,说明UTI能够明显改善肺爆震伤ALI出现的高碳酸血症。处死后的肺部病理观察到应用UTI组肺组织水肿及中性粒细胞浸润明显减轻。
综上所述,本研究证明了UTI在改善肺爆震伤引起的ALI中的低氧血症、高碳酸血症及酸碱平衡的紊乱,至于机制方面仍需要进一步的探讨,这都将会为其在临床中爆震引起ALI预防和治疗的应用提供可靠依据。
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