聚乙二醇用于内毒素血症大鼠液体复苏的实验研究

摘要

内毒素血症是由于血中细菌或病灶内细菌释放出大量内毒素至血液,或输入大量内毒素污染的液体而引起的全身炎症反应综合征(systemic inflammationalresponse sydrome,SIRS)。内毒素血症通常导致致死性感染性休克、多器官功能衰竭、弥漫性血管内凝血等,病死率极高。内毒素血症及感染性休克是导致ICU病人死亡的最主要因为之一。据国外文献报道,虽然近年在抗生素使用、重症监护和支持治疗等方面有了极大进步,但内毒素血症和感染性休克死亡率仍高达30-60％。
　　 内毒素血症的发生发展可分为两个时相:在早期时相,心输出量和组织血流灌注均明显升高,伴随有外周血管阻力的降低。而在内毒素血症晚期,心输出量显著下降,外周血管阻力升高,毛细血管开放数量减少,甚至出现微循环血流停止。这一时期形成的微循环障碍主要包括微静脉通透性增加、白细胞粘附活化和血管周围氧自由基生成增加,并伴随有血液凝固状态异常导致的弥散性毛细血管内凝血。微循环障碍及伴发的组织水肿会导致组织氧供减少引起组织氧供需不平衡,在造成细胞损伤的同时会触发炎症信号转导通路并进一步加重组织损害。此过程中出现的顽固性低血压导致内毒素源感染性休克可使死亡率明显升高。同时,内毒素血症时由于血流分布异常导致组织器官灌注减少,组织细胞缺血,携氧能力下降,无氧代谢增强,血乳酸生成增加。
　　 严重内毒素血症和感染性休克导致多器官功能衰竭是引起死亡的最终原因,而微循环障碍是病理生理发展中的重要环节。液体复苏仍是当前公认的内毒素血症早期维持心血管功能、恢复血液动力学、组织和器官灌注的首要治疗措施,但早期目标治疗恢复血容量尽管可以改善血压和心率等体循环指标,对其生存率的提高效果仍然不理想。究其因为,可能与微循环未得到改善有关。有研究发现,微循环成像越差的患者预后越差,微循环改善快的内毒素血症患者存活率高于微循环改善慢的患者,持续的微循环恶化导致多器官功能衰竭,最终导致死亡。在发生内毒素血症之后的24小时之内尽早改善微循环将明显改善死亡率。2007年的一项关于内毒素血症患者早期微循环灌注指数(earlymicrocirculatory perfusion indices,EMCPI)的前瞻性研究显示,死亡患者和伴有心血管系统进行性衰竭患者的EMCPI明显受损。因此改善微循、提高组织灌注、防止多器官功能衰竭成为内毒素血症及感染性休克治疗研究的主要方向。减阻剂(drag-reducing polymers,DRPs)是指能够减小流体流动阻力的高分子化合物。1948年B.A.Toms首次报道了减阻现象(Toms effect):即在液体中加入少量DRPs可以降低液体在管道内运输的湍流阻力,从而在输送压力不变的情况下增加流量,或是在流量不变情况下降低输送压力,一些高效的DRPs在浓度仅为ppm(ppm为百万分比浓度,表示一百万份重量的溶液中所含溶质的重量,ppm=溶质的重量/溶液的重量×1000000)的情况下就可以降低50％以上的阻力。
　　 目前DRPs/广泛地用于管道运输(石油、天然气)、航空航天、航海潜水等领域。其在医学方面的应用和研究起于70年代以后,早期的工作着重于血液流体力学及动脉硬化等方面的研究。在医学中应用的DRPs有人工合成的高分子聚合物和天然材料(植物、细菌和动物血液)制备的多糖等聚合物。人工合成的DRPs代表物聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)、阴离子多糖(anionic polysaccharides,Separan)、聚氧乙烯(polyethylene oxide,PEO)等。已有研究证明了DRPs可以增加冠脉流量、改善急性缺血动物预后.抑制动物体内动脉粥样硬化斑块的形成；近年来较多的研究则关注与将DRPs应用于失血性休克的治疗,静脉注射DRPs可以提高失血性休克动物的生存率,改善组织灌流量和组织氧供。
　　 由于血液作为流体研究对象的复杂性,DRPs改善血液动力学的具体机制目前仍不明确。有研究认为,其用量极微,仅百万分之几浓度就能获得血流动力学的明显改善,其对休克液体复苏中的作用似乎不是增加血容量,相反能减少休克复苏时液体的需要量,避免大量液体复苏后广泛性组织和脏器水肿。同时,DRPs降低了血液的粘滞度,使血流“润滑”易于流动,有助于通过容量前血管和容量血管。实验显示,DRPs通过减少血细胞聚集和改变红细胞的变形能力来增加微循环的血流速度。正常情况下,红细胞在微血管血流的分布主要位于血流的轴心,靠近血管壁的血流边缘常无红细胞,该现象称为“血流撇清效应”。休克状态下血流撇清效应更加严重。DRPs可改善血流撇清效应,使近管壁无细胞血浆层厚度降低,红细胞更加靠近管壁从而有利于红细胞携带的氧与组织进行气体交换,改善氧供,从而改善微循环灌注。
　　 DRPs用于内毒素血症及感染性休克目前国内外尚未见文献报道。本研究是在建立LPS致内毒素血症动物模型基础上,应用聚乙二醇治疗内毒素血症,从生存时间、血流动力学和血乳酸浓度及脊斜肌微循环图像变化来观察其对内毒素血症动物模型的影响,探索减阻剂用于内毒素血症及感染性休克液体复苏的治疗效果,为今后内毒素血症及感染性休克的治疗提供有效的理论和实验基础。
　　 材料和方法：
　　 1.减阻剂的准备:
　　 精确称量PEG1mg,加入生理盐水100ml,配制成浓度为1×10-5g/ml的溶液,然后将配制的PEG溶液装入分子截留量为40000Da的透析袋,于生理盐水中透析24h,去除杂质及无减阻效应的小分子PEG。储存在4℃冰箱内备用。
　　 2.实验动物准备与分组:
　　 20只Wistar大鼠,雌雄不限,体重180～220g。实验前一天自由进食饮水。
　　 3.动物模型制备:
　　 腹腔注射戊巴比妥钠(40mg/kg)麻醉后,行右侧股动脉插管,连接动脉测压装置,持续监测平均动脉压；右侧股静脉插管建立静脉输液通道。分离脊斜肌,置于显微镜下观察微循环血流,间隔进行录像采集局部微循环图像。通过大鼠股静脉给予内毒素(LPS10mg/kg),观察大鼠股动脉平均动脉压变化。待动脉血压降至起始血压2/3时为内毒素血症模型造模成功。
　　 4.分组复苏:
　　 模型成功后开始液体复苏。
　　 将动物随机分为生理盐水对照组(对照组)和聚乙二醇组(观察组),每组10只观察组为聚乙二醇组,输入复方氯化钠+聚乙二醇液(含聚乙二醇50μg/kg),对照组为生理盐水对照组,输入复方氯化钠+生理盐水(与聚乙二醇液等量)进行液体复苏,两组均以25ml/kg/h的速度由股静脉持续泵注2小时。
　　 5.数据采集:
　　 将分离好的脊斜肌置于显微镜下观察微循环血流,并记录开始造模、模型成功和复苏结束时血管管径、单位时间单位血管内滚动过的白细胞数量、滚动速度及贴壁数量。同时分别取动脉血标本检测血乳酸浓度,记录平均动脉压。记录液体复苏结束后大鼠生存时间。
　　 6.数据分析:
　　 全部数据采用SPSS13.0软件包分析,计量资料结果以均数±标准差表示,两组数据之间的变化趋势采用重复测量的方差分析,两组给药后的数据采用完全随机设计资料的方差分析统计处理。P<0.05为差异具有统计学意义。
　　 结果:
　　 1.给予内毒素后观察大鼠局部微循环可以见到血液流速减缓,白细胞数量增多,滚动缓慢,贴壁数量增加,甚至局部可出现白细胞淤滞现象,阻塞部分微血管。与对照组相比,股静脉持续泵入聚乙二醇溶液复苏后,大鼠脊斜肌微血管内血液流速明显加快,血管内白细胞数量减少,滚动速度加快,且部分闭塞微血管复通。
　　 2.内毒素血症大鼠模型成功后,大鼠平均动脉压降至基础血压的2/3,给予聚乙二醇复苏大鼠血压明显高于对照组,差异具有统计学意义。
　　 3.内毒素血症大鼠动脉血乳酸浓度明显升高,给予聚乙二醇复苏大鼠的动脉乳酸浓度明显低于对照组,差异具有统计学意义。
　　 4.给予聚乙二醇复苏大鼠生存时间与对照组相比具有统计学意义。
　　 结论:
　　 1.聚乙二醇能够改善内毒素血症大鼠液体复苏时的微循环,使大鼠脊斜肌微血管内血液流速明显加快,血管内白细胞数量减少,滚动速度加快,且部分闭塞微血管复通。
　　 2.在给予等量液体复苏情况下,应用聚乙二醇的内毒素血症大鼠复苏血压更稳定。
　　 3.聚乙二醇能够明显降低内毒素血症大鼠血乳酸浓度,改善大鼠微循环灌注。
　　 4.聚乙二醇能够延长内毒素血症大鼠存活时间,但并不能逆转预后。