过热对脂多糖介导的大鼠急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征的影响

          作者：林晓静，邹飞，李亚洁，王斌，韩雪琳，贺文静 

【关键词】  急性肺损伤

    Aggravating effect of hyperthermia on lipopolysaccharidemediated ALI/ARDS in rats

　　【Abstract】 AIM:  To observe the effect of hyperthermia on lipopolysaccharide (LPS)mediated  ALI/ARDS in rats. METHODS:  Male specificpathogen free Wistar rats were randomly assigned to the following groups: salineinjected normothermic control (CGroup), salineinjected heat exposed (HGroup), LPSinjected normothermic control (LGroup) and LPSinjected heat exposed (HLGroup). Rectal temperature (Tr) was continually monitored. Plasma levels of TNFα and IL6, arterial blood gas, lung wettodry weight ratio (W/D), and lung histological change were observed at 0, 40, 80 and 120 min. RESULTS:  ① The rats in HLGroup displayed significantly higher values of Tr (43.04±0.11) ℃ compared with C/LGroup （P<0.01）. There was no significant difference between HLGroup and HGroup （P>0.05）. ② Significant elevations of the peak TNFα level (at 80 min) and IL6 expression were seen in HLGroup （P<0.01）. ③ The values of HCO3  and PaCO2 significantly decreased at 40 min in HLGroup（P<0.01）. At 120 min, the values of HCO3 and PaCO2 decreased to (10.42±1.06) mmol/L and (2.82±0.81) kPa respectively. ④ Significantly increased W/D ratio and many pathological features of acute microvascular lung injury were seen in HLGroup. CONCLUSION:  Hyperthermia may aggravate  ALI/ARDS in LPSinjected rats.

　　【Keywords】 hyperthermia; LPS; ALI/ARDS; rats

　　【摘要】 目的： 研究过热对脂多糖（LPS）介导的大鼠急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征（ALI/ARDS）的影响. 方法： 雄性SPF级Wistar大鼠随机分为： 常温生理盐水组（C组），高温生理盐水组（H组），常温脂多糖组（L组），高温脂多糖组（HL组）. 持续描计动物直肠温度（Tr），并检测动物应激0， 40， 80， 120 min时血浆TNFα， IL6含量，动脉血气，血浆肺湿质量/干质量比值（W/D）以及肺病理改变. 结果： ① HL组Tr上升到（43.04±0.11）℃，与C组，L组之间存在显著性差异（P<0.01），与H组之间不存在显著性差异（P>0.05）；② HL组动物血浆TNFα峰值（80 min）及 IL6表达水平显著升高（P<0.01）；③ HL组HCO3-，PaCO2于致伤40 min时即出现显著下降（P<0.01），致伤120 min时分别为（10.42±1.06） mmol/L， （2.82±0.81） kPa；④ HL组动物W/D显著性升高（P<0.05）；肺急性微血管损伤有病改变. 结论： 过热应激能够加重LPS介导的大鼠ALI/ARDS.
 
　　【关键词】 过热；脂多糖；急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征；大鼠

　　0引言

　　强烈持久的热应激可以导致机体过热，其细胞毒性以及宿主的炎症反应相互作用往往导致热应激个体发生热射病，多器官功能障碍综合征（MODS），增加临床救治以及监护难度［1］. 随着全球气候变暖以及热浪袭击频率和强度的逐年增加［2］，积极预备应对突发热损伤事件具有重要意义. 本研究探讨过热复合脂多糖诱导急性肺损伤（ALI）大鼠动脉血气，肺病理，血浆TNFα等指标的动态变化特点及其机制.

　　1材料和方法

　　1.1材料

　　仿真热气候动物舱（南方医科大学公共卫生学院提供），Powlab/8sp生理记录仪（AdInstruments公司，南方医科大学公共卫生学院提供），酶标仪（BIOLRAD公司，南方医科大学基础医学院免疫系提供），万分之一天平. LPS（E coli，0111:B4, 批号： 034K4105，购自德国SigmaAldrich公司）. SPF级雄性Wistar大鼠80只（使用实验动物质量合格证编号： 0005277，南方医科大学实验动物中心提供），体质量190~210 g，随机分为高温+脂多糖组（HL组），脂多糖组（L组），高温组（H组），对照组（C组），各组下设应激后0，40， 80， 120 min组（n=5）. 主要致模因素为LPS，干球温度（Tdb），应激时间，次要致模因素为相对湿度（RH），湿球温度（Twb）；实验环境： 仿真热气候动物舱.

　　1.2方法

　　实验动物以30 g/L戊巴比妥钠1 mL/kg腹腔注射麻醉后仰卧位固定于操作台，头转向一侧. 经左股动脉插管连接三通，以肝素盐水（125 u/mL） 0.2 mL/h冲管. HL组，L组经尾静脉缓慢注射LPS （1 g/L）10 mg/kg，H组，C组经尾静脉缓慢注射NaCl（9 g/L）10 mL/kg. 动物稳定10 min后置入仿真热气候动物舱行热暴露. HL组，H组暴露条件： Tdb： （35.0±0.5）℃， Twb： （27±0.5）℃；L组，C组暴露条件： Tdb：（26±0.5）℃，Twb：（21±0.5）℃. 各实验组RH均为（40±5）%. 于各时相点采集标本，放血处死动物.

　　1.2.1监测指标① 连接Powlab/8sp生理记录仪，描记直肠温度（Tr）；② 于各时相点采集股动脉血做血气分析；③ 左肺叶组织湿质量/干质量比值（W/D）： 游离大鼠左肺，称量湿质量（W），经-0.06 kPa×50℃脱水至恒重，称量干质量（D），W/D比值，测量肺组织含水量；④ 右肺中叶背侧组织固定，包埋，切片，HE染色后光镜下观察病理学改变；⑤ 采用固相三明治夹心，酶联免疫吸附试验检测血浆TNFα， IL6含量，具体操作参照试剂盒（RatTNFα， RatIL6试剂盒，晶美生物工程有限公司）说明书进行.

　　1.2.2实验性热射病，全身炎症反应综合征（SIRS）诊断标准实验性热射病诊断标准动物热射病诊断标准［3，4］，SIRS诊断参考动物SIRS诊断标准以及国际脓毒血症定义会议中有关SIRS的诊断标准［5，6］.

 
　　统计学处理： 数据用x±s表示，运用SPSS10.0软件包（南方医科大学基础医学院生物统计系提供）进行单因素方差分析（Oneway ANOVA），均数间多重比较采用LSDt检验法，组间方差不齐时采用非参数秩和检验.

　　2结果

　　2.1研究对象一些指标变化大鼠急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征（ALI/ARDS）Tr（Tab 1），血气分析（HCO3-, PCO2, pH， Tab 2），肺组织W/D比值（Tab 3）和血浆TNFα， IL6含量（Tab 4）均有改变.表1高温与脂多糖复合应激对大鼠直肠温度的影响（略）表2高温与脂多糖复合应激对大鼠动脉血实际碳酸氢，二氧化碳分压，pH的影响（略）/表3高温与脂多糖复合应激对大鼠肺组织湿质量/干质量比值的影响（略）表4高温与脂多糖复合应激对大鼠血浆TNFα, IL6含量的影响（略） 
 
　　2.2病理变化各组动物肺组织肺泡壁在0 min完好，支气管壁，肺泡壁无充血，水肿，肺泡上皮形态正常；肺泡无萎陷，扩张；肺泡腔内无渗出物. 随致伤时间延长，L组动物出现局灶性肺不张以及代偿性肺气肿，肺泡壁毛细血管轻度扩张，充血，肺泡壁轻度水肿并可见少量炎细胞浸润. H组动物肺泡壁毛细血管较明显扩张，充血，肺泡壁水肿，增厚；肺泡上皮肿胀，肺泡壁变薄或断裂，形成肺大泡. HL组与H组，L组相比，肺损伤改变明显，表现为肺泡隔毛细血管以及肺间质小血管充血，管腔内中性粒细胞等集聚，充塞管腔，并见出血，透明血栓形成，肺泡壁毛细血管有明显扩张，充血，肺泡壁水肿，大量炎细胞浸润，局部肺不张；可见肺出血，肺气肿.

　　3讨论

　　我们研究显示，强烈持久的热应激可能加重LPS介导的ALI/ARDS，其机制可能包括： ① 热应激能够放大LPS介导的代谢性酸中毒的影响，造成体液内环境紊乱从而加重靶器官损伤. 尽管致伤120 min时各实验组pH值不存在显著性差异，但L组，H组，HL组均含有不同程度的血气和酸碱平衡紊乱. L组，HL组动物于致伤40 min即出现HCO3-显著降低，发生代谢性酸中毒，而H组动物血气指标则无显著性变化，可以推断HL组早期血气变化主要与LPS打击有关. 随热应激时间延长，Tr升高加快物质代谢，刺激呼吸中枢并提高呼吸中枢对CO2的敏感性，对气体交换产生负面影响，使HL组HCO3-, PaCO2水平显著低于单因素致伤组，代谢性酸中毒及低碳酸血症程度显著加重，肺含水量显著增加，ALI/ARDS程度显著加重. ② 复合应激可能激活处于预激状态的免疫系统，激化急性期反应，通过诱导细胞因子，热休克蛋白（HSP），急性期反应蛋白（AP）表达异常等机制造成SIRS，靶器官及机体广泛损伤［5,6］. IL6等细胞因子超表达可以形成级联放大反应，启动炎症瀑布，引发和加重SIRS，也可以刺激WBC呼吸爆发产生大量氧自由基，溶酶体酶等物质，诱导组织细胞凋亡或直接造成靶器官损伤［7］.
 
　　Bouchama等［3］通过过热与内源性内毒素血症途径形成二次打击，引发SIRS，进一步为ALI/ARDS, MODS. 我们实验表明，过热复合脂多糖应激动物体核温度，动脉血气，血浆TNFα，IL6含量等变化特点与Bouchama A等的实验研究结果一致，说明感染与过热同时或序贯打击均可以通过SIRS加重靶器官损伤.

　　热应激对LPS介导的ALI/ARDS的影响存在较大争议. 有研究认为，热应激能够通过增强机体免疫防御，减轻病原菌负荷，降低炎性细胞因子水平等途径减轻ALI/ARDS，降低病死率，减少器官损伤［8］. 但反对意见认为热应激可能激化LPS介导的局部炎症反应，加重宿主的ALI/ARDS，降低生存率［9］. 本研究则显示，过热与LPS复合应激可通过体液内环境紊乱，SIRS途径造成机体自稳调节障碍，使由保护性转向损伤性反应，促发与加重ALI/ARDS. 提示临床宿主感染或潜在感染时，如果过热应激时间过长，热射病，MODS的易感性，严重程度，死亡率都可能升高.

　　致谢感谢济南军区总呼吸科张劭夫教授的指导.

　　【】

　　［1］ 林晓静，邹飞，罗炳德. 热射病［J］. 国外医学社会医学分册, 2005;22(2):87-90.

　　［2］ Meehl GA, Tebaldi C. More intense, more frequent, and longer lasting heat waves in the 21st century ［J］. Science, 2004;305(5686):994-997.

　　［3］ Bouchama A, Roberts G, Al Mohanna F, et al. Inflammatory, hemostatic, and clinical changes in a baboon experimental model for heatstroke ［J］. J Appl Physiol, 2005;98(2):697-705.

　　［4］ Levy MM, Fink MP, Marshall JC, et al. 2001 SCCM/ESICM/ACCP/ATS/SIS International Sepsis Definitions Conference ［J］. Crit Care Med, 2003;31(4):1250-1256.

　　［5］ Katschinski DM. On heat and cells and proteins ［J］. News Physiol Sci, 2004;19(1):11-15.
 
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　　［7］ Chu EK, Ribeiro SP, Slutsky AS. Heat stress increases survival rates in LPSstimulated rats ［J］. Crit Care Med, 1997;25(10):1727-1732.

　　［8］ Koh Y, Lim CM, Kim MJ, et al. Heat shock response decreases endotoxininduced acute lung injury in rats ［J］. Respirology, 1999;4(4):325-330.

　　［9］ Rice P, Martin E, He JR, et al. Febrilerange hyperthermia augments neutrophil accumulation and enhances lung injury in experimental gramnegative bacterial pneumonia ［J］. J Immunol, 2005;174(6):3676-3685.