1、机械通气呼吸频率变化相关肺损伤的实验研究【关键词】 ,机械通气；呼吸频率；肺损伤 【Abstract】 AIM： To investigate the effect of respiratory rate of mechanical ventilation on lung injury in rabbits. METHODS: Twentyfour New Zealand white rabbits were randomly divided into 3 groups: high respiratory rate group (40 times/min), low respiratory r
2、ate group (8 times/min) and normal control group (15 times/min)， each group including 8 animals. The 3 groups were ventilated with tidal volume of 15 mL/kg body weight, FiO2 of 0.5, inspiratory time (I) of 25% and inspiratory pause time (P) of 10%. The indexes including mean artery blood pressure （M
3、AP） ， heart beat （HR） ， PaO2， PaCO2， pH， airway peak pressure （ Ppeak） ， plat pressure （Pplat） and lung compliance （Cst） were measured at 30， 60， 90 and 120 min during ventilation. The animals were sacrificed by draining artery blood at the end of experiment. Total cells from irrigating solution of
4、left lung were counted. Partial right lung was cut off for pathological examination， and the other part for measuring wet/dry weight ratio. RESULTS: HR, PaCO2， pH, Ppeak， and Cst in high rate group were lower than those in low and normal rate groups， while MAP and Pplat were higher （P0.01）. PaO2 in
5、high rate group began to decline since 60 min of ventilation; In high respiratory rate group vs normal rate group， the total number of cells in lung lavage liquid and the weight ratio of wetdry were higher in the former. Pathological results indicated that the lung injury got worse in the high rate
6、group. CONCLUSION: High respiratory rate in volumecontrol ventilation may aggravate ventilatorinduced lung injury. 【Keywords】 volumecontrol ventilation; respiratory rate; lung injury 【摘要】 目的:了解机械通气呼吸频率的变化对肺损伤的影响. 方法:将 24只新西兰大白兔随机分为 3组，每组 8只.低呼吸频率组，呼吸频率 8次/min；高呼吸频率组，呼吸频率 40次/min，对照组呼吸频率 15次/min. 3组均
7、以容量控制模式通气，潮气量为 15 mL/kg，吸氧浓度（FiO2）=0.5，吸气时间（I） 25%，吸气暂停时间（P） 10%，稳定 30 min后，分别记录第 30,60,90,120 min动脉平均血压（MAP） 、心率（HR）和动脉血氧分压（PaO2） 、二氧化碳分压（PaCO2） 、pH，气道峰压（Ppeak） 、平台压（Pplat） 、肺顺应性（Cst）.实验结束后放血处死动物，左侧肺行支气管肺泡灌洗，右侧肺常规留取病理标本，右侧其余肺脏用于肺湿质量/干质量比率测定. 结果：高呼吸频率组与低呼吸频率组、正常对照组相比：HR 较慢，MAP 高，PaO2 在 60 min前高，60 m
8、in后通气时间增加 PaO2逐渐降低；PaCO2，pH 低，Ppeak 低、Pplat 高、Cst 低，统计学分析均存在显著性差异（P0.01）.高呼吸频率组肺灌洗液中细胞总数高，肺湿干比重高.病理结果提示肺损伤加重. 结论：机械通气高呼吸频率可明显加重兔肺损伤的严重程度. 【关键词】 机械通气；呼吸频率；肺损伤 0 引言 机械通气相关肺损伤已成为呼吸机治疗中一个不可忽视的问题，限制了呼吸机的使用价值.为了减少呼吸机相关肺损伤，我们分析了机械通气呼吸频率变化对肺损伤的实验研究，报道如下. 1 材料和方法 1.1 材料健康雄性新西兰白兔 24只，购于军事医学科学院实验动物中心，体质量 2.33.
9、0（平均 2.6） kg；药品：盐酸氯氨酮；安定注射液；潘库溴铵；仪器：德国 Serve900C呼吸机；惠普 54S型监护仪；AVL995型血气分析仪. 1.2 方法健康雄性新西兰白兔 24只，用盐酸氯氨酮 40 mg/kg和安定注射液 4 mg/kg肌注麻醉后，取仰卧位固定于手术台上，分别行股动脉和颈总静脉插管及气管切开、气管内插管，插管深度为在隆突上 1.5 cm左右.连接 Servo900C呼吸机，静脉注射潘库溴铵 0.2 mg/kg抑制自主呼吸，整个实验过程中以 0.1 mg/（kgh）的剂量持续静脉滴注维持肌松.用 HP54S型监护仪持续监测动脉平均血压(MAP)、心率(HR)；用A
10、VL995型血气分析仪进行动脉血气分析；气道峰压、平台压、肺顺应性由 940型呼吸力学监测仪测得（每一指标记录 8次，得出均数及标准差）.实验动物随机分为 3组，每组 8只.低呼吸频率组，呼吸频率 8次/min；高呼吸频率组，呼吸频率 40次/min；对照组呼吸频率 15次/min. 3组均以容量控制通气，潮气量控制在 15 mL/kg，吸氧浓度（FiO2）=0.5，吸气时间（I） 25%，吸气暂停时间（P ） 10%，稳定 30 min后，记录第 30，60，90，120 min MAP, HR和动脉血氧分压（PaO2） 、二氧化碳分压（PaCO2） 、pH 值， 气道峰压（Ppeak） 、
11、平台压（Pplat） 、肺顺应性（Cst）. 实验结束后放血处死动物， 左侧肺行支气管肺泡灌洗， 计数肺灌洗液细胞和蛋白量， 右侧肺常规留取病理标本， 右侧其余肺脏用于肺湿质量/干质量比率测定. 统计学处理： 所有数据均以 stata 7.0统计软件进行统计分析，组间比较用方差分析，P0.01 为有统计学意义. 2 结果 2.1 三组动物在不同通气条件下兔循环参数值变化高呼吸频率组与低呼吸频率组、对照组在同时段相比（P0.01）：HR 较慢，MAP 高；各组在不同时段，HR，MAP 无显著差别（表 1）. 2.2 三组动物在不同通气条件下动脉血液气体参数的变化高呼吸频率组与低呼吸频率组、对照组
12、在同时段相比（P0.01）：PCO2，pH 低，PaO2在 30 min时高，60 min后低；各组在不同时段 PaO2逐渐降低，PaCO2，pH 无显著变化（表 2）. 2.3 三组动物在不同通气条件下呼吸力学参数的变化高呼吸频率组与低呼吸频率组、对照组同时段相比（P0.01）：Ppeak 低、Pplat 高、Cst低；各组在不同时段，Ppeak，Pplat，Cst 无显著变化（表 3）. 表 1不同通气条件下兔循环参数值变化（略） bP0.01 vs对照; dP0.01 vs低频率. HR:心率； MAP：动脉平均血压. 表 2不同通气条件下兔动脉血气变化（略） bP0.01 vs对照;
13、dP0.01 vs低频率. PaO2: 动脉血氧分压; PaCO2: 二氧化碳分压. 表 3不同通气条件下兔呼吸力学的变化（略） bP0.01 vs对照; dP0.01 vs低频率. PIP: 气道峰压; Pplat: 平台压; C: 肺顺应性. 2.4 三组动物肺灌洗液细胞和蛋白量高呼吸频率组与低呼吸频率组、 正常对照组相比（P0.01）： 兔 ALI模型 BALF中的细胞数量分别为: （6.610.15）109/L， （5.160.72）109/L， （5.240.31)109/L；低呼吸频率组与正常对照组相比统计学分析无显著性差异. 2.5 肺组织湿质量/干质量比率高呼吸频率组与低呼吸频
14、率组、正常对照组相比（P0.01）：肺组织湿质量/干质量比率分别为: 8.240.42，7.730.13，7.520.32；低呼吸频率组与正常对照组相比统计学分析无显著性差异. 2.6 病理检查三组均有肺叶表面红肿，有散在出血点，镜下显示肺组织水肿、出血，肺泡腔内有较多炎症细胞浸润. 3 讨论 以前，人们认为潮气量容量控制模式机械通气可降低呼吸机相关肺损伤，呼吸频率在肺损伤中所起的作用很小，可以不予考虑1.本实验研究发现高呼吸频率可加重呼吸机相关肺损伤. 为了减少呼吸机相关肺损伤，有作者提出了小潮气量通气，高碳酸血症，呼气末正压等保护性通气策略2-5 ，其主要机制是通过减小呼吸过程中萎陷肺泡与
15、膨胀或正常肺泡之间的剪切力来减小肺损伤.但是这些保护性通气均可造成动脉血氧分压下降，为了保证氧供就必须增加呼吸频率.但呼吸频率的增大势必导致单位时间内萎陷肺泡与膨胀或正常肺泡之间剪切次数增加，即剪切力做功增加，同样加重肺损伤. 研究表明6-7 ，急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）与单纯呼吸机相关肺损伤时损伤分布不同，ARDS时肺损伤表现为双侧对称、弥漫分布，呼吸机引起的肺损伤（ventilatorinduced lung injury, VILI）表现为不均质分布，可能两种肺损伤的机制不同，所以为了排除其他因素的干扰，单纯了
16、解呼吸机相关肺损伤，该研究设置了潮气量容量控制模式造成呼吸机相关肺损伤.结果显示在潮气量不变的条件下，加大呼吸频率后肺损伤程度明显增加，表现为兔 BALF中的细胞数量由（5.240.31）109/L 上升至（6.610.15）109/L；肺组织湿质量/干质量比率由 8.240.42降至7.520.32，说明高呼吸频率可影响肺泡渗出，但对病理结果没有明显影响.Rich 等8的研究结果也表明，高频通气时，肺灌洗液中细胞因子含量增加，也说明潮气量容量控制通气条件下，增加呼吸频率可以加重肺损伤.本研究也发现高频率组平台压高，平台压主要用来打开肺泡，Pplat 高可能是肺泡损伤的一个原因. 我们研究结果
17、中高呼吸频率组兔肺损伤最重，但 PaO2在 60 min前高，60 min后随时间降低，可能因为高频率组分钟通气量远远高于低频率组，而随着时间的推移，高频率组损伤加重，通气 1 h后，高频率组肺损伤引起的动脉氧分压下降超过高分钟通气量引起的动脉氧分压，表现为通气 60 min后动脉氧分压降低.高频率组较低频率组心率慢，平均动脉压高. 总之， 在单纯机械通气容量控制模式条件下， 呼吸频率增加可加重肺损伤， 其机制还有待进一步研究. 【参考文献】 1 Cheng IW， Eisner MD， Thompson BT. Acute effects of tidal volume strategy o
18、n hemodynamics， fluid balance，and sedation in acute lung injuryJ.Crit Care Med, 2005,33(1):63-70, 239-240. 2 Petrucci N， Iacovelli W. Ventilation with lower tidal volumes versus traditional tidal volumes in adults for acute lung injury and acute respiratory distress syndromeJ. Cochrane Database Syst
19、 Rev， 2003,3(2):3844. 3 Chonghaile MN， Higgins B， Laffey JG. Permissive hypercapnia: Role in protective lung ventilatory strategiesJ. Curr Opin Crit Care, 2005,11(1):56-62. 4 Laffey JG， OCroinin D， McLoughlin P，et al.Permissive hypercapniarole in protective lung ventilatory strategiesJ.Intensive Car
20、e Med,2004,30（3）:347-356. 5 Povoa P， Almeida E， Fernandes A. Evaluation of a recruitment maneuver with positive inspiratory pressure and high PEEP in patients with severe ARDSJ. Acta Anaesthesiol Scand, 2004,48（3）: 287-293. 6 Slutsky AS， Coriat P， Rouby JJ. A computed tomography scan assessment of r
21、egional lung volume in acute lung injury. The CT Scan ARDS Study GroupJ. Am J Respir Crit Care Med, 1998,158（5 Pt 1）:1644-1655. 7 Valenza F, Guglielmi M, Maffioletti M. Prone position delays the progression of ventilatorinduced lung injury in rats: Does lung strain distribution play a roleJ? Crit Care Med,2005,33（2）:361-367. 8 Rich PB，Douillet CD，Hurd H. Effect of ventilatory rate on airway cytokine levels and lung injuryJ. J Surg Res, 2003, 113（1）: 139-145.
