持續腎臟替代治療串聯低流量膜肺治療重癥急性呼吸窘迫綜合征的實驗研究

張 凱，翁志強，尹輝明，苑小歷

0 引 言

急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）救治難度大，機械通氣是主要的器械性治療手段。但重癥患者單用機械通氣時往往不能有效改善氧合和清除血中過多的CO2。近年來，部分患者應用體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）改善了氧合、降低血中過多的CO2［1-3］。臨床所采用的傳統的全模塊的整機型的離心泵驅動ECMO，價格昂貴，限制了其在基層醫療單位的使用。去除其他模塊，并用滾軸泵驅動，則可明顯降低費用。炎癥是ARDS發病與惡化的核心環節，既往的研究發現連續性腎臟替代治療（continuous renal replacement therapy，CRRT）可有效地清除炎性介質。目前臨床上有CRRT+ECMO救治重癥ARDS的患者報道，但一般都是采用將CRRT、ECMO分別各自建立血液轉流管路。這一做法能確保療效，但增加了經血管穿刺處感染的機會，增加了護理工作量和患者的經濟負擔。如能將二者串聯，無疑能明顯減少上述感染的可能性和控制患者的花費［4-6］。鑒于此，本研究通過在ARDS合并高碳酸血癥的犬模型上，同時串聯CRRT、低流量阻力ECMO，探討這一方法能否安全、有效地清除炎癥介質，降低高碳酸血癥，改善氧合，為臨床應用提供理論基礎和新思路。

1 材料與方法

1.1實驗材料與儀器設備油酸（美國Sigma公司）；IL-6、TNF-α ELISA試劑盒（南京醫科大學免疫教研室）；低阻力膜式氧合器（德國Nova Breath 0.5）；動靜脈血氧飽和度和紅細胞壓積監測儀（美國 Medtronic公司）；Servoi有創呼吸機（德國MAQUET公司）；Diapact床旁血濾機（德國B.BRAUN公司）；AN69 ST CRRT濾器（瑞典GAMBRO公司）；PICCO容量監護儀（德國PULSION公司）。

1.2動物分組收集健康雄性雜種犬30只，體重（21.5±1.2）kg，實驗動物合格證號：（SYXK（蘇）2016-0015，由南京醫科大學醫藥實驗實驗動物中心提供。飼養環境：溫度：（22±2）℃，濕度：（50±5）%，12h晝/夜光照，自由飲食、飲水。術前禁食12h后，采用隨機數字表法分組方法分為3組：假手術組、ECMO組以及聯合實驗組。3組皆接有創呼吸機行呼吸支持，后予以油酸制造成ARDS合并高碳酸血癥模型［7］。 假手術組不予CRRT及ECMO治療；ECMO組給予低阻力膜式氧合器治療；聯合實驗組串聯VV型CRRT及低阻力膜式氧合器，ECMO組和聯合實驗組采用低流量滾軸泵驅動引血并建立循環［7］。ECMO組、聯合實驗組治療9h后分別撤除各自的ECMO、CRRT+膜肺，繼續觀察3h。3組均于成模后12h撤除呼吸機。

1.3動物準備予3組犬靜脈推注戊巴比妥鈉30mg/kg，后以1～2mg/（kg·h）速度持續泵入戊巴比妥鈉，以1mg/h速度持續泵入哌庫溴銨，使其達到淺鎮靜狀態。經口氣管插管，以PCV模式行機械通氣，初始吸入氧濃度（FiO2）為60%，保證潮氣量為4～6mL/kg，通氣頻率（f）為8～12pm。3組犬皆消毒雙側頸部、股部，于右頸內靜脈、右股動脈分別置入中心靜脈導管、動脈熱稀釋導管，連接PiCCO，測定有創股動脈壓、心排量、中心靜脈壓、肺動脈楔壓；ECMO組和聯合實驗組右股靜脈、左頸內靜脈分別置入肝素預涂抹的14F中心靜脈導管，末端分別達下腔靜脈、右心房，分別作為管路的引血端、回血端。

1.4監測指標將ARDS模型的建立時記為T0，血路開始運轉第 1、3、6、9小時時記為T1、T3、T6、T9，血路停止運轉 3h 后記為 T12。測定 T0、T1、T3、T6、T9時點的心率、平均動脈壓（mean arterial pressure，MAP）、CO、血TNF-α、IL-6濃度；另外測定 T0、T3、T6、T9、T12時點的 PaO2、FiO2、PaCO2、體溫，計算并記錄氧合指數（oxygenation index，OI）。公式如下：

1.5統計學分析采用SPSS 13.0軟件進行統計分析，正態分布計量資料以均數±標準差（xˉ±s）表示，各組各時間點的比較采用兩因素重復測量方差分析進行檢驗，同組不同時間點前后采用配對t檢驗。各時間點兩組間比較采用LSD-t檢驗，多重比較采用Bonferroni法校正P值，以P≤0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1一般情況油酸靜注后，30只犬在6～8h內出現ARDS合并高碳酸血癥。實驗過程中未出現血凝塊堵塞管路、穿刺插管部位滲血血腫、器官出血等情況；實驗犬未使用升壓藥物，無犬死亡。

2.2血流動力學指標和血炎性因子指標與假手術組T6、T9比較，ECMO組、聯合實驗組同時間點HR均下降（P＜0.05）。與ECMO組、聯合實驗組T0比較，組內T6、T9時點HR均降低（P＜0.05）。與ECMO組比較，聯合實驗組對應T6、T9時點HR均降低（P＜0.05）。3組HR、MAP和CO在T0時差異無統計學意義（P＞0.05）。與聯合實驗組T0比較，組內T3、T6、T9時點IL-6、TNF-α均降低（P＜0.05）。與ECMO組T3、T6、T93個時點比較，聯合實驗組同一時點IL-6、TNF-α均下降（P＜0.05）。與假手術組T3、T6、T9比較，聯合實驗組同時間點IL-6、TNF-α均降低（P＜0.05）。見表1。

表1 實驗犬實驗中血流動力學指標、炎癥性因子指標隨時間點的變化（）Table 1 Changes of hemodynamic and inflammation indicators of 3 groups over time（xˉ±s）

表1 實驗犬實驗中血流動力學指標、炎癥性因子指標隨時間點的變化（）Table 1 Changes of hemodynamic and inflammation indicators of 3 groups over time（xˉ±s）

與同時間節點的假手術組比較，*P＜0.05；與同組的T0時比較，#P＜0.05；與同時間節點的ECMO組比較，△P＜0.05

假手術組(n=10)ECMO組(n=10)聯合實驗組(n=10)組別HR（次/min）T0 T1 T3 T6 T9 176.20±15.30 171.30±10.20 172.60±9.80 168.70±8.90 166.50±16.10 174.69±15.36 168.38±12.47 165.25±10.29 134.45±14.69*#125.14±12.47*#174.00±11.40 175.80±11.50 166.30±12.30 106.50±13.40*#△103.70±7.80*#△MAP T0 T1 T3 T6 T9 104.20±5.40 103.80±6.10 104.10±6.50 90.90±4.80 87.70±7.70 104.38±6.25 103.48±5.36 104.75±6.31 98.36±4.18 95.48±8.69 106.10±4.90 102.70±7.30 103.10±8.10 100.20±3.90 99.20±8.50 CO T0 T1 T3 T6 T9 3.30±0.96 3.32±1.07 3.29±0.89 3.31±0.79 3.28±1.02 3.31±0.65 3.32±0.48 3.32±0.58 3.32±0.87 3.29±0.63 3.34±0.77 3.35±0.69 3.33±0.76 3.32±1.06 3.29±0.59 IL-6(ng/L)T1 T3 T6 T9 336.71±30.25 343.76±21.97 345.91±19.89 340.34±22.17 340.52±23.47 352.67±19.24 360.24±23.58 362.21±25.24 330.07±16.56 276.13±8.32*#△262.04±7.15*#△259.33±7.31*#△TNF-α T0 T1 T3 T6 T9 64.07±3.02 61.24±2.66 50.14±1.75*#△50.45±1.81*#△48.03±1.24*#△63.34±2.85 66.48±3.17 68.10±2.96 67.31±3.01 70.34±3.35 63.78±3.25 66.25±2.96 70.25±3.02 72.45±3.25 76.69±2.18

2.3動脈血氣指標與假手術組T9、T12比較，聯合實驗組對應時點OI值均降低（P＜0.05）；與假手術組T3、T6、T9比較，ECMO 組、聯合實驗組對應時點PaCO2值均減低（P＜0.05）。與聯合實驗組組T6比較，組內T9、T12對應時點OI值均降低（P＜0.05）。與ECMO組、聯合實驗組T0比較，組內T3、T6、T9時點PaCO2值均降低（P＜0.05）。見表2。

表2 實驗犬實驗中動脈血氣指標隨時間點的變化（xˉ±s）Table 2 Changes of indicators of arterial blood gases of 3 groups over time（xˉ±s）

3 討 論

健康成年犬與人體有相近的心肺功能，其基礎體質能保證其能堅持較長時間的實驗性治療，與人體有較好的比擬性［7］。前期研究已發現［8］：在ARDS合并高碳酸血癥的實驗犬中建立V-V模式的低流量的滾軸泵驅動的ECMO，可以清除體內過多的CO2，有效治療高碳酸血癥，療效不劣于A-V模式及經典的離心泵驅動的V-V模式的ECMO。其原因在于雖然流量較離心泵驅動的ECMO低，但350～400mL/min的體外血流量，約占CO的10%左右，即可有效清除 25% 左右的 CO2，Terragni等［9］也有類似發現。另外，該療效的取得也與Nova Breath 0.5的低阻力膜式氧合器的阻力小、壓降小、氣體交換面積大、使用時間長等工藝特點有關［8］。本研究在前期研究基礎上，設立單純使用PCV模式的有創呼吸機的對照組假手術組，可以發現假手術組隨著時間推移，其動脈血CO2略下降，但無明顯差異。原因可能是：ARDS合并高碳酸血癥時，肺泡等呼吸性終末單位的水腫已達高峰，部分終末氣道閉塞，限制了機械通氣改善肺部通氣的作用。而保護性“小潮氣量”的機械通氣策略，也使得肺泡換氣受限，影響了對CO2的清除。能安全、有效、經濟地治療ARDS合并的高碳酸血癥，是使用滾軸泵驅動的低流量ECMO的意義之一。

機械通氣時，采用“平均氣道壓×FiO2×100/PaO2”計算OI值，較PaO2/FiO2更準確，其正常值應＜1，數值越大，表明氧合卻差。前期研究發現滾軸泵驅動的低流量ECMO對改善ADRS犬的氧合效果欠佳［8］。原因可能是：一方面，ARDS高峰期廣泛的肺泡滲出、水腫，肺泡換氣功能嚴重受限，而機械通氣主要改善通氣，改善肺泡換氣的功能有限；另一方面，滾軸泵的低流量使得短期內經過ECMO進行氧合的血量有限，影響了血氧含量的提升。經典的ECMO采用高速離心泵，其主要目的就是可以使單位時間內有充足的血量流經ECMO以利氧合［10］，這是低流量ECMO的不足之處。各種炎性細胞、炎性因子參與下的“瀑布式”炎癥反應導致肺泡壁-毛細血管膜受損，引起通透性肺水腫。ECMO本身也可能導致“ECMO相關性炎癥”而加劇肺部炎癥［11-13］，增大肺毛細血管的通透性［14-15］。如果能抑制肺部及全身的炎癥，則可能穩定甚至修復受損的肺泡壁-毛細血管膜，減輕滲出，有利于加強器械治療在提升氧合等方面的療效。臨床上有時會聯合應用CRRT與ECMO，其目的就是在于發揮CRRT良好的祛除炎性因子，減輕ARDS炎癥的作用。但一般情況下，CRRT多與ECMO并聯（即各自建立引血、回血管路），這使得較多的大血管被插管。長時間應用后，增加感染、出凝血、血管損傷的幾率及護理難度。更重要的是，CRRT與高速離心泵ECMO分別各自引血、回血，明顯增加體外循環血量，使得低血壓、重要臟器低灌注、溶血等并發癥出現的幾率明顯增加，令許多患者無法耐受，從而限制了其使用，并且顯著增加了經濟花費。

賀玉欽等［16］在犬ARDS的模型上采用CRRT串聯ECMO治療，發現其具有減輕肺部及全身炎癥的保護性作用。本研究亦將CRRT與低流量ECMO串接，以期在減少費用、管路數量和感染機會的同時，能減輕肺部炎癥，改善氧合和高碳酸血癥。約10%的CO的較低的體外循環血流量，也利于機體耐受。實驗結果顯示：聯合實驗組在上機3h后，即可明顯降低CO2（無論與自身建模時比較，還是與同時間點假手術組比較），并在上機過程中始終如此，停機后又有回升，與前期實驗和預判結果一致。更重要的是，該組在上機3h后，即出現血TNF-α、IL-6炎性因子的明顯下降（無論與自身建模時比較，還是與同時間點假手術組比較），上機后仍可維持；隨著炎性因子的清除，在T9時，該組的OI值明顯下降，比同組高峰時點下降約50%，與前期實驗相比，氧合明顯得到改善。這一療效產生的原因，很可能是因為CRRT能顯著清除循環中的IL、TNF等炎性因子，抑制肺部和全身的炎癥反應，減輕肺泡等終末性呼吸單位的滲出、水腫，減少了O2的彌散距離和呼吸機的做功，從而改善了肺內O2的交換。再加上ECMO的O2輸入血中，兩者的綜合療效使得氧合隨著炎癥因子的清除、炎癥的抑制而得到有效改善［16］。

ARDS是一組復雜的異質性較強的臨床綜合征。本實驗制造的是化學性肺部炎癥的ARDS模型，犬在實驗過程中體溫始終保持在37℃左右，無明顯的肺部感染。而因肺部重癥感染引起的ARDS患者可出現休克等血流動力學不穩定的嚴重并發癥。對這類患者，使用CRRT串接低阻力ECMO，是否也能在上機10h左右的時間中，保持血流動力學穩定并出現上述療效，暫時不得而知。

綜上所述，我們可以得出結論：在一部分化學性損傷為主的ARDS合并高碳酸血癥的實驗犬（非重癥感染，基礎心肺功能良好）中，予以串聯V-V型CRRT、低阻力ECMO，可安全、有效地清除TNF-α、IL-6等炎性因子，抑制炎癥反應，減輕肺泡水腫，改善氧合和高碳酸血癥，有望在臨床上開展。