自主呼吸麻醉肺减容术对非均质性肺气肿犬呼吸生理和气道炎症影响的研究
目的: 本研究以一种可行、安全的方法构建理想的非均质性肺气肿大型动物模型，并通过建立包括系统的生理学与影像学等多项指标的评估方法，对所构建的非均质性肺气肿动物模型进行评估。同时，我们选用此模型开展自主呼吸麻醉肺减容术，过程全面引入了经典呼吸动力学研究方法，真实反映自主呼吸麻醉肺减容术的呼吸生理变化及对机体心肺功能的影响。本研究拟在动物实验的基础上，在病理学、影像学、分子生物学等方面，观察气管、细支气管末梢肺泡在气道炎症反应及其改变，了解自主呼吸麻醉对非均质性肺气肿犬气道炎症的影响。最后，为下一步自主呼吸麻醉下外科肺减容术的系统研究提供实验的理论依据，为临床自主呼吸麻醉肺减容技术的推广与应用提供基础支持。 方法: 为探讨自主呼吸麻醉肺减容术对非均质性肺气肿犬呼吸生理和气道炎症的影响，本课题以自主呼吸麻醉肺减容术为中心，从以下几个方面进行深入研究:1、应用纤维支气管镜技术于靶区肺组织区域滴注木瓜蛋白酶以及联合通气技术确保非均质性肺气肿靶区形成，动物模型顺利构建并通过系统的生理学与影像学进行评估，筛选出理想的动物模型，以满足自主呼吸麻醉肺减容术外科应用基础研究的需要。 2、我们运用纤支镜技术置入多导食道一胃电极压力球囊检测管，采用经典的呼吸力学数据获取的研究方法，通过流量、容量、压力测定，膈肌肌电的变化情况，在各时间点对呼吸力学，血流动力学，气体交换及肌电生理学等进行全面地评估，系统地获取呼吸生理学基本的生理指标，真实反映自主呼吸麻醉下肺减容术的呼吸生理改变与影响。各时间点取开胸前15分钟(T1)、开胸时(T2)、开胸后术程20分钟(T3)、关胸后15分钟(T4)，关胸后90分钟(T5)。 3、上述实验完成后，留取标本，通过常规光镜和电镜检查了解病理学改变，以及酶联免疫吸附实验、实时荧光定量PCR检测不同组织炎性细胞因子的改变，客观反映自主呼吸麻醉肺减容术气道炎症的反应以其改变。 结果: 第一部分犬非均质性肺气肿模型的构建及系统评价 实验组构建犬非均质性肺气肿模型后，通过系统的生理学、影像学、病理组织学进行综合评估。 1、影像学 (1)胸片示:靶区肺组织密度显著减低，肺野透光度明显增强，呈典型的肺气肿影像学改变。 (2)CT扫描检查显示:靶区肺组织密度降低，见形成肺气肿区，余肺野良好，未见明显感染或胸积液形成 (3)胸腔镜探查胸腔镜下表现:实验组非均质性肺气肿犬造模成功后，纵隔居中，胸腔动度正常，纵隔胸膜未见炎性渗出，与其它肺叶相比较，靶区肺叶肿胀弹性稍减弱，胸腔未见明显积液，胸膜腔未见炎性粘连，未见脓胸的形成，适合开展外科手术。 2、病理组织学 (1)靶区肺组织的大体表现:实验组靶区肺体积较正常对照组增大，肺弹性较差，剖胸后靶区肺体积不萎陷，大部分仍呈肺膨胀饱满状态。靶区肺边缘钝圆，肺组织柔软而缺少原有弹性，指压后肺未能凹陷，可有压痕而渐恢复膨胀，可见有局部区域脏层胸膜下气腔增大。 (2)光镜下表现:造模成功后镜下见肺组织较稀疏，肺泡间隔变窄，肺泡腔内可见毛细血管受压，并见断裂或部分消失的肺泡间隔，部分由若干肺泡融合成肺大泡，呈典型肺气肿病理表现。弹力纤维减少，部份中断，肺泡形成，肺泡间隔变薄。 (3)肺泡形态学定量分析:实验组与对照组比较，靶区肺叶平均肺泡数(Na)指标显著减少(P＜0.001)。 3、呼吸生理学 (1)生活习性，日常活动:实验组造模前后比较，犬鼻子油光亮度同造模前，皮毛润泽与造模前无明显改变。日间活动较造模前明显减少，呼吸较促，活动后加重，出现间断咳嗽，偶有喘息出现。 (2)血气分析:实验组与对照组造模后比较，实验组自身造模前后比较，血气分SaO2显著降低(P＜0.001)，PaCO2显著增加(P＜0.001)。 第二部分自主呼吸麻醉肺减容术对非均质性肺气肿犬心肺功能的影响 本研究旨探索自主呼吸麻醉下肺减容术对非均质性肺气肿犬心肺功能的影响，在呼吸力学，血流动力学，气体交换及肌电生理学等进行全面地评估，系统地获取呼吸生理学基本的生理指标。 1、呼吸相关力学 间接反映胸腔内压的食道内压(Pes)在两组里，T5时实验组绝对值大于对照组(P＜0.001)。两组跨膈压(Pdi)，于T5时间点两两相比较，实验组绝对值大于对照组，有显著性差异(P＜0.001)。两组Pga于T4时未见显著性差异(P=0.127)，在T5时两组比较，实验组大于对照组，结果有统计学差异(P＜0.001)。 两组潮气量(Vt)于T2和T3时间点相比较，实验组小于对照组(P＜0.001)，但于T5时间点相比较，实验组大于对照组，且两两比较有显著性差(P=0.002)。呼吸频率(RR)于T5时间点，实验组与对照组对比，实验组大于对照组，差异有显著性(P＜0.001)。两组肺减容术后，于T4和T5时间点相比较，肺弹性阻力，对照组大于实验组(P=0.003);肺顺应性，对照组绝对值小于实验组(P=0.003)。 2、膈肌肌电 膈肌电电压的均方根(RMS)，实验组于T2-T3均反映有膈肌肌电活动，而对照组T2-T3基本无明显膈肌电生理活动;两组RMS，分别于T4和T5时间点比较，实验组大于对照组，且均有显著性差异(P＜0.001)。 3、血流动力学 术毕T5时，两组每搏量(SV)，两两比较均无显著性差异(P=0.330);容量管理的血管外肺水指数(ELWI)，两两比较均无显著性差异(P=1.000);心率(HR)指标，两两比较均无显著性差异(P=0.128)。 第三部分自主呼吸麻醉肺减容术对非均质性肺气肿犬气道炎症的影响 本研究拟在前期动物实验的基础上，在病理学、影像学、分子生物学等方面，通过对气管、细支气管末梢肺泡在气道炎症反应以其改变进行观察，了解自主呼吸麻醉下肺减容术对非均质性肺气肿犬气道炎症的影响。 1、病理组织学 无论光镜及电镜下表现:对照组:肺泡结构保存，肺泡间隔血管充血，间质及小血管周围散在淋巴细胞浸润。细支气管管壁周围有炎症细胞浸润，有粘液渗出到细支气管管腔中。实验组:肺泡结构保存，肺泡间隔轻度充血，间质仅见个别散在淋巴细胞浸润，少见炎性细胞。两组肺损伤评分，实验组低于对照组。 2、分子生物学 (1)酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清、肺泡灌洗液(BALF)、肺组织及气管组织IL-8、TNF-α含量 血清内炎症细胞因子的含量与肺组织内、BALF炎症细胞因子变化趋势符合一致。开胸后，两组血浆因子相比较，对照组TNF-α高于实验组，有显著性差异(P=0.025)，而两组IL-8在开胸后相比较，无明显变化(P=0.389)。术程毕，关胸后对照组血浆细胞细子TNF-α与IL-8，均高于实验组，有显著性差异(P＜0.001)。与此同时，关胸后BALF、肺组织、气管组织细胞因子变化趋势相符，关胸后对照组均大于实验组，有显著性差异(P＜0.001)。 (2)实时荧光定量PCR检测肺及气管组织TNF-a和IL-8蛋白表达 两组动物肺组织中的TNF-a和IL-8的表达不同。相关基因相对表达水平检测，实验组的TNF-a和IL-8比对照组的TNF-a和IL-8表达上调，两两比较，差异有统计学意义，实验组小于对照组(P＜0.001)。 3、PET/CT影像学 影像学PET/CT评估结果提示，随着时间的推移，影像学气管插管后气道炎性损伤的4小时后才开始呈现，气管插管组表现为气管腔内壁可见环形区域代谢增高。自主呼吸组气管腔内壁未见明显代谢增高。 结论: 1、本研究结果表明应用木瓜蛋白酶，运用纤支管镜技术并合理地使用辅助通气，可构建出理想的大型动物非均质性肺气肿模型，其操作简单，实验成本低，周期较短，重复性好，能在短周期内构建出一种可操作性强，同时满足基础研究和临床应用研究所需要的大型动物非均质性肺气肿模型，方法可行、安全、有效。 2、通过对自主呼吸麻醉肺减容术心肺功能的影响进行系统的评价和分析，实验结果显示方法可行，同时得出以下结论: (1)自主呼吸麻醉下开展肺减容手术实验方法是可行、安全、有效的。 (2)自主呼吸麻醉下开展肺减容手术术程血流动力学影响不大，膈肌肌电未受明显干扰，术后膈肌肌电和呼吸动力恢复较气管插管全麻快。 (3)展望自主呼吸麻醉胸腔镜手术最大的获益对象将是: ①在血流动力学平稳的前提下，在一定范围内可以耐受适度的低氧血症或/和允许性高碳酸性血症，能通过建立代偿机制平稳度过的患者。 ②那些可以从“逃脱”肌松残余效应中获益的患者。 ③同时满足膈肌肌电生理正常触发的患者。 3、本研究在外科大型动物手术实验操作全程，建立酶联免疫吸附试验及实时荧光定量PCR方法检测炎性因子的表达，从基础学方面研究肺损伤。同时我们能结合病理学、分子生物学、影像学，综合整体地去了解与分析气道炎症的演变及内在相互间的关系。无论细支气管肺泡还是大气道，自主呼吸麻醉气道炎性反应较气管插管明显减轻。TNF-a为促使炎性介质释放和诱导，在发生炎性反应的组织中其表达较快。而IL-8、TNF-a表达的不同提示IL-8与TNF-α在其致炎性损伤过程中的作用有所不同。
非均质性肺气肿;自主呼吸麻醉肺减容术;呼吸生理;气道炎症
南方医科大学
博士
胸心外科学
何建行
2015
中文
R655.3
166
2016-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）