研究背景和目的急性呼吸窘迫综合症(ARDS)是多种危重病人死亡的主要原因,且发病率较高。目前,机械通气是ARDS的主要治疗手段,机械通气方式的选择是决定ARDS能否抢救成功的关键。ARDS病人的肺组织表现为不均质的肺实质性病变——“婴儿肺”。亦即可正常通气的肺组织明显减少,因此ARDS病人肺顺应性降低和肺内分流、顽固性的低氧血症以及较易出现机械通气相关性肺损伤均与正常肺容量的减少有关。1998年美国-欧洲ARDS联席会议建议ARDS患者机械通气采用限压通气的策略,即平台压小于30～40 cmH20或跨肺压小于25～30cmH20。2000年,美国国立心、肺、血液研究院ARDS网络组织(ARDS Network)于《新英格兰医学杂志》发表了为期三年的美国10个中心的临床研究结果：即小潮气量(6mL/kg)、限压通气(平台压小于30cmH20)与传统机械通气：潮气量12 mL/Kg、平台压小于50cmH20对ALI/ARDS死亡率等的影响,该试验在入选861名ALI/ARDS病人后提前结束。结果显示小潮气量、限压通气策略组病人死亡率明显低于传统机械通气组(31.0% vs 39.8%,P==0.007),因此,有关专家呼吁所有ARDS病人均应采取小于6mL/kg的潮气量。然而,在潮气量小于6 mL/kg时,可能导致部分肺不张,而在正常通气与不张肺泡交界区以及不张与实变交界区产生肺泡的周期性开放与陷闭,引发剪切力,易造成肺损伤。已有报道潮气量从10 ml/kg减到6 ml/kg可引起显著的肺容量减少(肺泡萎陷),同时还观察到肺容量的减少可被高呼气末正压(PEEP)和肺复张手法(指通过增加跨肺压将不张和实变肺打开的过程和手法)所逆转。临床试验也表明,肺复张手法联合小潮气量机械通气可明显改善患者氧合状态、缩短带机时间、减少镇静剂的应用,患者对复张手法的耐受性也比较好。肺复张手法已经成为临床抢救重症ARDS小潮气量／限压机械通气的常规性补充手法。然而,国外几项临床试验显示肺复张手法没能改善患者的存活率,对肺复张手法常规用于临床治疗ARDS持反对态度,致使肺复张手法没能作为ARDS机械通气的常规性治疗指南。因此,本研究旨在通过临床随机对照试验和动物模型探讨肺复张联合小潮气量机械通气对ARDS肺保护性作用的机理,以期对ARDS肺保护性通气策略指南的修订提供理论依据。本课题分两部分完成。第一部分：临床试验方法选择符合急性呼吸窘迫综合征诊断标准的患者,采用随机数字排列表法分为对照组(小潮气量组)和试验组(肺复张联合小潮气量组)。两组的处理程序如下：对照组患者(小潮气量组)：参照美国ARDSnetwork的指标设置,目标潮气量(Vt)设为6 mL/Kg (体重为标准预计体重),控制／辅助频率为12-20次／分,流速为60-90 L／分,递减波流速,容量转换,吸气时间和呼气时间的比值(I：E)1：1-1：2,吸氧浓度和PEEP的设置参照ARDSnetwork FiO2/PEEP的比值表调整。保持平台压(Pressure Plateau, Pplat)≤30 cmH2O。根据血气分析结果和氧合目标将上述指标每4小时调整一次。血氧饱和度为≥88-95%(采用脉搏血氧饱和度仪检测),或动脉血气氧分压≥55～80 mmHg,允许二氧化碳分压值≥45mmHg,保持PH≥7.25,若低于此值可静脉输注5%碳酸氢钠。试验组患者(肺复张联合小潮气组)：在保护性通气稳定后0.5h即开始RM治疗。每次RM前充分镇静,首先给病人施以Fi02100%1-2分钟,持续5min后开始RM治疗,采用压力控制法(PCV)：将呼吸机模式调整为CPAP模式,将PEEP在l0s内匀速提高至15～20cmH20,高压在40～45cmH20,持续60秒后将Fi02和PEEP调至先前水平,恢复原通气模式及条件。之后BIPAP方式机械通气,参数的设置同对照组。目标氧合及二氧化碳分压指标与对照组相同。根据血气分析结果和氧合目标每4小时调整一次。分别于入组后的第0、24、48、72小时留取血,放入-80℃冰箱中备用。主要观察指标是治疗28天各组患者的死亡人数并计算病死率。其他指标包括各组患者氧合指数变化、带机时间,肺外器官的损伤数目,ICU住院时间以及镇静药物和血管活性药物的用量。结果1.一般情况：在179名ARDS患者中,因病情较重72小时死亡患者21例,各种原因72小时自动出院患者5例,家属拒绝入组参加研究的12例,有并发症或机械通气时间超过36小时不符合入组条件的共有26例。最终115例患者符合该项研究标准并签署知情同意书,按随机分配原则有58例入选对照组,57例入选试验组。2.病死率：28天时试验组死亡8例(26.60%),对照组死亡11例(35.48%),两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。3.氧合指数：0小时两组间没有差异,自24小时后氧合指数在试验组明显好于对照组(p均<0.01)4.肺外器官累计数目：试验组较对照组肺外器官损伤数目明显减少(2.06±0.34 vs2.87±0.4,P<0.05)5.带机时间：试验组存活患者平均带机时间缩短(12±1.5天vs 15±2.3天,P<0.05)6.血中vWF和TNF-a检测结果：两组患者血中的TNF-a含量在24至48小时均逐渐升高,72小时开始下降,但是试验组在各个时间点均低于对照组(48小时P<0.05,72小时P<0.01)。vWF的变化在对照组患者血中vWF活性呈现0 h-24h-48h-72h逐渐升高的趋势,在观察时间内72小时最高；试验组从0小时至48小时逐渐升高72小时出现回落趋势。而48小时和72小时试验组较对照组减低(P值分别<0.05和<0.01)。7.肺泡灌洗液中MMP-9含量：无论是单纯小潮气量还是肺复张联合小潮气量患者的肺泡灌洗液中MMP-9的含量均在发病初期即明显始增高,24-48小时达到高峰,72小时开始回降。试验组在48小时后较对照组低(P<0.05),72小时降低的更为显著(P<0.01)。8.肺泡灌洗液沉渣中细胞总数和分类：试验组和对照组肺泡灌洗液中细胞总数和中性粒细胞百分比均于0h时即明显增高,24-48小时达到高峰；细胞总数和中性粒细胞的比例在72h均有所降低,而且试验组较对照组下降更明显。9.MMP-9与灌洗液中性粒细胞百分比的相关性：肺泡灌洗液中MMP-9的含量和粒细胞数成正比,呈直线相关关系(r=0.9107,p<0.01)。第二部分：动物实验方法清洁级健康家兔40只,随机分为四组：①对照组(假手术组)②ARDS模型组(ARDS组)；③ARDS+单纯小潮气量组(SVt组)④ARDS+肺复张+小潮气量组(LM+SVt组),每组10只。单纯小潮气量组(SVt),设潮气量(Vt)设为6 mL/Kg,控制／辅助频率为30次／分,递减波流速,吸气时间和呼气时间的比值(I：E)1：1-1：2,时间转换,吸氧浓度100%～60%(Fi02),PEEP的设置参照ARDSnetwork FiO2/PEEP的比值表调整。保持平台压(Pressure Plateau, Pplat)≤25～30 cmH20。造模成功后6小时处死动物。肺复张联合小潮气量组(LM+SVt),初始设置与单纯小潮气量组相同,分别在上机后每1小时进行一次肺复张,采用40cmH2O×30秒的肺复张手法,共6次,直至造模后6小时将动物处死。ARDS模型组(模型组)和对照组,仅气管切开,不行机械通气治疗,至造模后6小时处死动物。动态监测血气以及血中TNF-a、vWF和MMP-9的变化,观察肺泡灌洗液中中性粒细胞的计数,检测肺组织的湿／干比值和肺组织病理学的变化。结果1.氧合指数变化：未经治疗的模型组动物氧合指数随着时间的延长逐步降低,各时间点均低于机械通气组,单纯小潮气量(SVt)组的动物上机后氧合明显改善；肺复张联合小潮气量组(LM+SVt)氧合改善更为明显。2.各组动物血中vWF、TNF-a和MMP-9的变化：单纯小潮气量组动物随着保护性小潮气量的治疗血中的TNF-a和MMP-9在逐渐减低；肺复张联合小潮气量组更为显著的降低TNF-a和MMP-9的含量。血清中vWF含量在各模型组(无论有否机械通气)均较对照组明显升高,而且保持到动物处死后,均没有明显变化,各组之间的差异没有统计学意义。3.各组肺泡灌洗液vWF、TNF-a和MMP-9的变化：与血中相似,ARDS模型各组动物的vWF、TNF-a和MMP-9均较假手术对照组增高,但小潮气量通气组动物的TNF-a和-VIP-9明显较ARDS模型组减少,而肺复张联合小潮气量通气组较单纯小潮气量组通气更低。vWF在三组模型动物中没有差异。4.肺泡灌洗液沉渣中细胞总数和分类：对照组BALF中白细胞计数低,细胞分类计数以巨噬细胞(M)为主,约占88%。造模后6小时后各组动物的BALF白细胞计数明显升高,较对照组时增加10倍以上,细胞分类计数变为以中性粒细胞(N)为主,约占80%左右。小潮气量机械通气可以减少白细胞的募集以及中性粒细胞的浸润,肺复张联合小潮气量更显著减少白细胞的肺内聚集,但均较对照组明显增加。5.各组肺组织湿/干(W/D)比值：所有ARDS动物的肺组织湿/干均较假手术对照组增加,小潮气量机械通气可减轻湿/干比值,但肺复张联合小潮气量组减轻的更明显(4.8±0.24 vs 5.86±0.38,p<0.05)6.病理变化：对照组家兔光镜下肺组织结构清楚,肺间质仅有少许炎性细胞,肺泡壁结构完整,肺泡内未见水肿液及肺泡萎陷。模型组光镜下见肺泡间隔增厚,肺间质明显充血水肿,大量中性粒细胞浸润,部分肺泡萎缩塌陷,气道内充满分泌物。小潮气量机械通气组肺泡萎陷减轻,泡内炎症渗出减少。肺复张联合小潮气量组的肺组织与小潮气量机械通气组相比炎症渗出和间质水肿与更轻。结论1.肺复张联合小潮气量机械通气可以迅速改善患者的氧合、缩短带机时间,减少肺外器官损伤数目,降低28天的病死率。2.肺复张联合小潮气量机械通气具有减少肺组织中性粒细胞聚集,减轻炎症因子释放,减轻肺水肿,减轻病理损伤的作用。3.肺复张联合小潮气量机械通气具有减轻肺组织反复塌陷和开放以及防止过度肺牵张的双重作用。