自体肺与人工肺体外循环对肺影响的对比研究
【关键词】 肺动脉压
摘要：目的 探讨自体肺体外循环（CPB）与人工肺CPB对肺的影响。方法 选择健康杂种犬16只，体重（15±1）kg，随机分为实验组和对照组。实验组，利用杂种犬自体肺作为氧合器。对照组利用鼓泡肺作为氧合器，两组CPB均进行1h，CPB结束后，通过测量动脉血氧分压；右心房、左心房白细胞记数，并其比值；肺动脉压；肺标本病检查，了解肺损伤的情况。自体肺组在整个CPB期间连续监测肺动脉压。结果 自体肺组CPB后右心房、左心房白细胞比值、肺动脉压低于人工肺组；动脉血氧分压高于人工肺组，自体肺组在整个CPB过程中，肺动脉压低于20mmHg，且肺动脉压维持平稳。肺标本组织学检查示:自体肺组肺损伤较人工肺组轻。结论 自体肺CPB技术在CPB过程中能提供满意的氧合；而且较人工肺能获得更好的肺保护作用。
关键词：体外循环；自体肺; 人工肺; 肺动脉压; 氧分压;
The Comparative Study of The Effect of Autogenous Oxygenator CPB and Artificial Oxygenator CPB on Lungs
Abstract: OBJECTIVE To study the effect of autogenous oxygenator cardiopulmonary bypass(CPB) and artificial oxygenator CPB on lungs. METHODS 16 adult mongrels (weight 15 ± 1kg) were randomly divided into two groups, 8 for Experimental group, in that the dog's own lung was used as oxygenator; 8 for Control group in that the artificial lung(bubble oxygenator) was used as oxygenator. CPB was kept running for 1 hour in both groups. The amount of leukocytes (blood samples from right atrium and left atrium ), and the ratio of leukocyte was calculated, the pulmonary artery pressure, the oxygen pressure were measured at the time points；before-CPB and the 5、30、60、90 minutes after CPB in both groups. Lung biopsies were obtained before and after CPB in both groups for microscopic examination. RESULTS The ratio of leukocyte, pulmonary pressure after CPB were significantly lower in the experimental group than that in the control group. The oxygen pressure after CPB was significantly higher in the experimental group than that in the control group. Lung tissue histologic examination revealed that in Control group there were more obvious intraalveolar hemorrhage leukocyte adhesion and interstitial edema compared with Experimental group.CONCLUSION The autogenous oxygenator CPB technique provides satisfactory oxygenation and better lung protection.
Key words： cardiopulmonary bypass；autogenous oxygenator; artificial oxygenator; pulmonary artery pressure; oxygen pressure;
体外循环（CPB）造成肺损伤的机制较多，主要有CPB引起的非感染性全身性炎症反应综合征通过①补体活化；②白细胞激活；③释放细胞因子和炎症介质［1，5］导致肺损伤；缺血-再灌注损伤常规人工肺CPB过程中，肺循环处于停止状态，此时肺主要由支气管动脉供血，肺组织处于相对缺血状态。腔静脉开放、心脏复跳后，肺组织重新得到血流灌注，此时肺组织发生缺血-再灌注损伤，缺血-再灌注通过能量代谢障碍、氧自由基、钙超载等机制导致肺损伤［6］。自体肺CPB过程无人工肺，所以明显减少了异物接触面积，以及补体、白细胞、炎症反应的激活。以上因素是CPB肺损伤的关键因素，因而自体肺CPB技术可以产生良好的肺保护效果；自体肺CPB技术，肺参加循环保证了肺的灌注，避免了缺血-再灌注损伤病理生理过程的发生；自体肺CPB过程中肺组织随着体循环与其他脏器同步降温，可以产生低温肺保护作用。
1 材料与方法
选择健康杂种犬16只，体重（15±1）kg，随机分为实验组和对照组，每组各8只。2.5%硫喷妥钠、5%羟丁酸钠静脉麻醉，每公斤体重分别给予2.5%硫喷妥钠、5%羟丁酸钠各1ml，每毫升推注时间3~5min。动物麻醉后，仰卧实验台上，固定，静脉给予潘龙（潘库溴铵）0.2mg/kg诱导插管，接麻醉呼吸机，呼吸频率20次/min，呼吸比1.5∶1，潮气量20ml/kg，氧浓度100%；接心电监护。股静脉、股动脉切开输液］监测有创动脉压。
自体肺组CPB装置：①左心辅助循环系统 血液贮存器一个，其血流入口处通过管道与左心房插管连接，血液贮存器出口通过管道与人工心泵入口连接，人工心泵出口与升主动脉插管连接，在左心房与血液贮存器之间连接变温器。②右心辅助循环系统：血液贮存器一个，其血流入口处通过管道与右心房插管连接，血液贮存器出口通过管道与人工心泵入口连接，人工心泵出口与肺动脉插管连接。
对照组CPB装置： 同常规人工肺CPB模式。建立CPB后，转机1h，辅助循环1h，停机。检测指标：两组在CPB开始时，CPB开始后第15、30、45、60min 5个时间点分别测量动脉血氧分压。两组均在CPB转流前、停机后第5、30、60、90min 5个时间点分别抽取右心房、左心房血查白细胞记数，并计算右心房与左心房白细胞记数比值；肺动脉压；动脉血氧分压。两组均在CPB前及CPB结束后分别取肺组织标本(右肺下叶3cm×3cm×2cm)，福尔马林固定，行病理学检查。
应用SPSS 10.0统计软件进行统计学分析，对两组相同时间点的右心房左心房白细胞记数比值、肺动脉压、氧分压进行t检验比较分析，结果用±s表示，显著性水平α=0.05。
2 结果
2.1 本实验观察了自体肺组、人工肺组CPB期间动脉血氧分压的变化，两组整个CPB期间氧合满意，各时间点动脉血氧分压均值见下表，自体肺组与人工肺组相同时间点氧分压差异无显著性（P<0.05），见表1。表1 两组CPB前后动脉血氧分压变化（略）
2.2 本实验观察了自体肺组、人工肺组CPB前后右心房左心房白细胞比值的变化。CPB前两组右心房左心房白细胞比值差异无显著性 （P>0.05）。停机后5、30、60和90min人工肺组右心房左心房白细胞比值高于自体肺组，以上各时间点差异均有显著性（P<0.05），见表2。表2 CPB前后两组右心房左心房白细胞记数比值的变化（略）
2.3 本实验观察了自体肺组、人工肺组CPB前后肺动脉压的变化，CPB前两组肺动脉压差异无显著
性（P>0.05）。CPB后第5min人工肺组肺动脉压较自体肺组肺动脉压升高，差异无显著性（P>0.05）。CPB后第30、60和90min人工肺组肺动压高于自体肺组，差异有显著性（P<0.05），见表3。表3 CPB前后两组肺动脉压的变化（略）
2.4 本实验观察了自体肺组、人工肺组CPB前后动脉血氧分压的变化，CPB前两组肺动脉压差异无显著性（P>0.05）。CPB后5、30、60和90min 4个时间点自体肺组氧分压均较人工肺组高，差异有显著性（P<0.05），见表4。表4 两组CPB前后动脉血氧分压变化（略）
2.5 组织病检查
两组CPB前病理检查肺组织结构基本正常。CPB后自体肺组肺组织仅见肺泡壁毛细血管轻度淤血，少量中性粒细胞及淋巴细胞聚集；肺泡腔内见极少量红细胞/血浆渗出,无其他明显肺组织损伤性改变。而人工肺组肺组织内可见肺泡壁毛细血管明显扩张淤血，大量中性粒细胞、淋巴细胞积聚，肺泡腔内大量红细胞、血浆渗出等急性损伤性病理变化。
3 讨论
在早期的临床实践中，人们就意识到CPB的介入会导致一系列炎症反应，并在一定程度上导致主要器官损伤［7］，其中肺脏因其生理特性及其在CPB心脏外科手术中的特殊性（CPB早期即孤立于体循环之外）而容易受到损伤。CPB导致肺损伤的主要原因是：CPB激活的炎症反应以及缺血再灌注损伤。常规人工肺CPB开始后，血液与较多的异物表面接触，更容易通过旁路、经典途径激活补体系统。补体系统激活后，产生C3a、和C5a，C3a可使肺血管收缩、通透性增加，还可激活中性粒细胞释放其他炎症介质和氧自由基；C5a则能与中性粒细胞表面的受体结合，促使其着边、黏附和聚集［8］。补体系统激活是CPB炎症反应激活的始动因子，可以引起白细胞的激活，白细胞激活后容易在肺内聚集、黏附、游出；并且释放细胞因子，在CPB肺损伤的发病机制中占有重要地位。CPB肺损伤的发生与白细胞的激活关系密切，而白细胞肺内聚集、黏附又是其中关键步骤。补体激活产物、细胞因子、及内皮细胞激活产物均可促进白细胞表面黏附分子的表达以及白细胞的肺内聚集、黏附游出，加剧肺损伤，肺损伤又可加重白细胞在肺内的聚集、黏附游出，使右心房左心房白细胞数出现差别。
可能的原因是人工肺常规CPB由于气血直接接触以及较大的异物接触面积，肺组织的缺血再灌注，以及肺的相对“高温”缺血等不利因素，在CPB的早期补体、白细胞更容易被激活，且补体、白细胞的激活两者互为因果，形成恶性循环，导致白细胞进一步激活，炎症反应进一步放大。自体肺CPB技术在整个CPB过程中，肺有持续的血流灌注和通气而更符合其生理性。该技术具有以下三个方面优点⑴持续肺血流灌注，避免了缺血再灌注损伤；⑵持续肺血流灌注，使肺与其他器官同步降温，这与人工肺CPB不同，避免了肺组织孤立于体循环之外且处于相对“高温”，而导致相对“高温”缺血缺氧损伤；⑶持续肺血流灌注产生的机械冲刷作用。自体肺的以上优点极大减轻了补体、白细胞以及炎症反应的激活，减少了白细胞的聚集、黏附，从而减轻了肺损伤。缺血-再灌注也通过氧自由基、钙超载、以及能量代谢障碍损伤肺组织。CPB通过以上因素造成肺损伤，导致肺血管张力增加，肺换气、通气以及通气血流比异常，从而导致肺动脉压升高，动脉血氧分压下降。自体肺CPB对肺的影响较小，具体表现在CPB后自体肺组肺对白细胞的扣押轻、肺动脉压、动脉血氧分压变化平缓；自体肺组CPB过程中能达到满意的氧合。
临床意义：目前自体肺体外循技术主要应用于闭式心脏手术，如冠脉搭桥术。应用结果已显示出其具有术后全身炎症反应轻，肺部并发症减少等优点［9］。另外，由于不需要氧合器，其前景也值得关注。
：
［1］ Kirklin JK, Westaby S, Blackstone EH, et al, Complement and the damaging effect of cardiopulmonary bypass［J］. J Thorac Cardiovasc Surg, 1983, 86(6):845-857.
［2］ Elgebaly SA, Houser SL, Kerm EL, et al, Evidence of cardiac inflammation after open heart operation［J］. Ann Thorac Surg, 1994, 57(1):391-396.
［3］Cremer J, Martin M, Redl H, et al, Systemic inflammation response syndrome after cardiac operations［J］. Ann Thorac Surg, 1996, 61(6):1714-1720.
［4］Utley JR, Pathophysiology of cardiopulmonary bypass, current issue［J］. J Card Surg, 1990, 5(1):177-189.
［5］Rocke DA, Gaffin SL, Wells MT, et al, Endotoxemia associated with cardiopulmonary bypass［J］. J Thorac Cardiovasc Surg, 1987, 93(3):832-837.
［6］阎雪彬，体外循环后肺损伤机制研究［M］.《国外医学》麻醉学与复苏分册，2001，22（4）：211-214.
［7］吉冰洋，体外循环后肺损伤和急性呼吸窘迫综合征［J］. 心血管病学进展，2002，23（3）：158-160.
［8］孟毅，体外循环相关的急性肺损伤发病机制的研究进展［M］. 国外医学 创伤与外科基本问题分册，2000，21（2）：89-92.
［9］Gabauer I, Loksin LS, Baryseva IE. Initial clinical experience with cardiopulmonary bypass and auto-oxygenation［J］. Bratisl Lek Listy 1992 Aug;93(8):401-404.
