低壓低氧環(huán)境對(duì)失血性休克動(dòng)物氧合狀態(tài)的影響*

靳 磊，李志超，王 琦△

(1.安徽省第二人民醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，安徽 合肥 230011；2.空軍特色醫(yī)學(xué)中心急診科，北京 100142)

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，創(chuàng)傷性損傷已經(jīng)成為威脅全民生命健康的主要問(wèn)題之一，全球由各種創(chuàng)傷造成的死亡率和傷殘率分別為10%和16%[1]。嚴(yán)重創(chuàng)傷造成身體重要臟器或血管損傷引起失血性休克的發(fā)生率越來(lái)越高。研究顯示，美國(guó)軍事戰(zhàn)斗死亡中90%以上是出血引起的[2]。出血是造成潛在可挽救性損傷患者死亡的主要原因，約占創(chuàng)傷死亡人數(shù)的1/3[3]。固定翼飛機(jī)飛行高度3 000～12 000 m，艙內(nèi)一般維持在2 000～3 000 m的氣壓水平，不同于普通地面運(yùn)輸，航空運(yùn)輸有其特殊的高空物理環(huán)境，低壓低氧、低溫、噪音與震動(dòng)等航空環(huán)境物理因素的改變直接或間接對(duì)人體產(chǎn)生生理反應(yīng)。但是航空飛機(jī)具有長(zhǎng)距離快速運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，且可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大批量傷員運(yùn)送，大大縮短了傷病員的后送時(shí)間，對(duì)提高救治效果具有重要意義。目前，在正常環(huán)境下對(duì)失血性休克的病理生理機(jī)制、監(jiān)測(cè)指標(biāo)和診斷治療等方面的研究較多，但在特殊的航空環(huán)境下的研究較少，尤其是低壓低氧環(huán)境。本研究基于失血性休克模型的建立，探討了低壓低氧環(huán)境對(duì)失血性休克動(dòng)物氧合狀態(tài)的影響。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1主要材料 清潔大鼠30只，雌雄各半，體重200～230 g，平均(211.49±3.94)g，由斯貝福(北京)生物有限公司提供，使用許可證：SCXK(京)2014-0006。實(shí)驗(yàn)前禁食8 h，自由進(jìn)水。將30只清潔大鼠隨機(jī)編號(hào)并分為失血性休克未進(jìn)低壓低氧艙組(A組)、未休克進(jìn)低壓低氧艙組(B組)、失血性休克進(jìn)低壓低氧艙組(C組)，各10只。

1.1．2儀器與試劑 DWDYC2013-1型動(dòng)物低壓艙(空軍航空醫(yī)學(xué)研究所)、ABL90FLEX血?dú)夥治鰞x(雷度米特醫(yī)療設(shè)備有限公司)、電子天平(上海精密科學(xué)有限公司)。3%戊巴比妥鈉、0.9%氯化鈉注射液、肝素鈉、滅菌注射用水、一次性無(wú)菌注射器(1、2、5 mL)、手術(shù)刀、醫(yī)用縫合線、無(wú)菌紗布。

1.2方法

1.2.1失血性休克模型制備 根據(jù)大鼠體重使用1 mL無(wú)菌注射器抽取3%戊巴比妥鈉麻醉劑,按照1.5 mL/kg劑量進(jìn)行腹腔緩慢注射麻醉，大鼠四肢肌張力減弱、角膜反射遲鈍或消失則達(dá)到麻醉狀態(tài)。麻醉成功后采取仰臥位固定于實(shí)驗(yàn)臺(tái)，碘伏消毒左側(cè)頸部皮膚后，手術(shù)刀切開(kāi)皮膚1.0～1.5 cm，再使用鑷子分離肌肉及筋膜等組織，同時(shí)將伴行的頸動(dòng)脈、迷走神經(jīng)及周圍系膜分離，最終充分暴露頸內(nèi)靜脈，使用肝素鈉鹽水以50 U/mL從頸內(nèi)靜脈注射抗凝，用浸潤(rùn)生理鹽水的無(wú)菌紗布覆蓋切口。用碘伏將大鼠右側(cè)股動(dòng)脈處皮膚消毒后，使用手術(shù)刀切開(kāi)皮膚1.0～1.5 cm，使用鑷子等器械對(duì)肌肉、筋膜等組織分離，充分暴露股動(dòng)脈。根據(jù)大鼠64 mL/kg推薦量計(jì)算估計(jì)大鼠全身血容量[4]，失血性休克動(dòng)物采用改良容控法制備失血性休克模型，即前7 min內(nèi)按照2.15 mL/(kg·min)，后13 min內(nèi)按照1.15 mL/(kg·min)速度在股動(dòng)脈處進(jìn)行放血[5]，放全身血容量35%達(dá)到休克狀態(tài)。休克模型制備完成后，將A組置于室溫環(huán)境中，B、C組置于室溫環(huán)境中的低壓低氧艙內(nèi)，按照7～8 m/s上升速度模擬3 000 m高空環(huán)境。見(jiàn)圖1、2。

圖1 失血性休克動(dòng)物頸部和股動(dòng)脈處手術(shù)

圖2 低壓低氧艙內(nèi)

1.2.2血標(biāo)本采集與處理 將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物失血性休克模型制備完成時(shí)記為T(mén)0，采用1 mL肝素化注射器從大鼠右側(cè)股動(dòng)脈采集動(dòng)脈血0.5～0.8 mL，采集完成后立即用橡皮封閉，在30 min內(nèi)用血?dú)夥治鰞x完成檢測(cè)并記錄。將B、C組進(jìn)入低壓低氧艙后1、3 h分別記為T(mén)1和T3，使用相同的方法采集動(dòng)脈血檢測(cè)并記錄。動(dòng)脈血?dú)夥治鲋笜?biāo)：酸堿度(pH)、氧分壓(PO2)、二氧化碳分壓(PCO2)、血氧飽和度(SaO2)、乳酸(LAC)、碳酸氫根離子(HCO3-)、堿剩余(BE)、血糖(Glu)、血紅蛋白(Hb)。使用血?dú)夥治鰞x在室溫下進(jìn)行檢測(cè)分析。

2 結(jié) 果

2.1A、C組不同時(shí)間點(diǎn)血?dú)夥治鲋笜?biāo)比較 A、C組T0時(shí)pH值及PO2、PCO2、SaO2、LAC、HCO3-、BE、Glu、Hb水平比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表1。A、C組T1時(shí)pH值及SaO2、LAC、HCO3-、BE水平比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而PO2、PCO2、Glu、Hb水平比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表2。A、C組T3時(shí)pH值及HCO3-、BE水平比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而PO2、PCO2、SaO2、LAC、Glu、Hb水平比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表3。

表1 A、C組T0時(shí)血?dú)夥治鲋笜?biāo)比較

表2 A、C組T1時(shí)血?dú)夥治鲋笜?biāo)比較

表3 A、C組T3時(shí)血?dú)夥治鲋笜?biāo)比較

表4 B、C組T1時(shí)血?dú)夥治鲋笜?biāo)比較

2.2B、C組不同時(shí)間點(diǎn)血?dú)夥治鲋笜?biāo)比較 B、C組T1時(shí)pH值及LAC、HCO3-、BE、Hb水平比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而PO2、PCO2、SaO2、Glu水平比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表4。B、C組T3時(shí)pH值及LAC、HCO3-、BE、Hb水平比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而PO2、PCO2、SaO2、Glu水平比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表5。

表5 B、C組T3時(shí)血?dú)夥治鲋笜?biāo)比較

2.3C組各時(shí)間點(diǎn)血?dú)夥治鲋笜?biāo)比較 C組不同時(shí)間點(diǎn)pH值及LAC、BE水平比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。C組T1時(shí)pH值及LAC、BE水平與T0時(shí)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表6。

表6 不同時(shí)間點(diǎn)血?dú)夥治鲋笜?biāo)比較

3 討 論

航空飛機(jī)運(yùn)輸具有快速批量轉(zhuǎn)運(yùn)的優(yōu)勢(shì)，在醫(yī)療救援上越來(lái)越得到重視與發(fā)展，飛機(jī)獨(dú)特的高空飛行環(huán)境如低壓、低氧、噪音和震動(dòng)等不僅對(duì)健康人群生理產(chǎn)生影響，而且對(duì)疾病的病理生理過(guò)程也產(chǎn)生影響。目前，關(guān)于高空低壓低氧環(huán)境失血性休克的研究較少見(jiàn)。本研究使用容控法制作失血性休克模型，利用低壓低氧環(huán)境模擬固定翼飛機(jī)高空飛行環(huán)境，探究該環(huán)境對(duì)失血性休克動(dòng)物氧合狀態(tài)的影響。

本研究結(jié)果顯示，A、C組T1、T3時(shí)pH值及BE、HCO3-水平比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。C組大鼠動(dòng)脈血酸性程度較A組更嚴(yán)重，部分大鼠處于無(wú)氧代謝狀態(tài)，且C組T1時(shí)PO2水平下降，而PCO2水平升高。這2組大鼠實(shí)驗(yàn)條件主要是存在低壓低氧環(huán)境差異，本實(shí)驗(yàn)?zāi)M的飛機(jī)艙內(nèi)低壓低氧環(huán)境相當(dāng)于海拔3 000 m的環(huán)境，根據(jù)海拔與氣壓的關(guān)系，此時(shí)艙內(nèi)大約為0.7個(gè)大氣壓。人呼吸氣體進(jìn)出肺的動(dòng)力是肺與外界氣體的壓力差，通過(guò)肋間肌和膈肌的收縮與舒張實(shí)現(xiàn)氣體交換。但外界大氣壓的降低使氣壓差減小，根據(jù)肺換氣的氣體交換規(guī)律，氣體壓差減小會(huì)減慢大鼠肺內(nèi)氣體擴(kuò)散速度，氧供給不能滿足組織代謝的需求，即出現(xiàn)氧供應(yīng)與氧消耗之間不平衡，進(jìn)而表現(xiàn)為氧代謝動(dòng)力學(xué)異常。在這種狀態(tài)下，細(xì)胞由有氧代謝轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)氧代謝產(chǎn)生LAC，促使動(dòng)物血液pH值下降。此外，有研究發(fā)現(xiàn)急性低壓低氧環(huán)境可引起肺的自由基損傷[6]。低壓低氧環(huán)境下肺組織自由基損傷可能與缺血再灌注損傷機(jī)理相似。

本研究結(jié)果顯示，B、C組T1、T3時(shí)pH值及LAC、HCO3-、BE水平比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。這2組大鼠實(shí)驗(yàn)條件相同，但存在失血性休克的區(qū)別。失血性休克的病理生理基礎(chǔ)是血容量與血管容積的失衡，引起外周組織器官的灌注不足，進(jìn)而出現(xiàn)微循環(huán)障礙。同時(shí)在急性出血應(yīng)激狀態(tài)下，兒茶酚胺介導(dǎo)的小動(dòng)脈收縮造成微循環(huán)毛細(xì)血管收縮，進(jìn)一步加重末梢循環(huán)的缺血缺氧。目前，臨床將LAC作為評(píng)估休克損傷嚴(yán)重程度和死亡率的生化標(biāo)志物。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究失血性休克狀態(tài)下微循環(huán)的變化情況，結(jié)果顯示，舌下微循環(huán)出現(xiàn)異常，同時(shí)伴隨著平均動(dòng)脈壓水平降低和LAC水平升高，經(jīng)過(guò)復(fù)蘇后仍持續(xù)存在微循環(huán)異常和高乳酸血癥[7]。另外在失血性休克和復(fù)蘇的動(dòng)物模型中，BE和LAC表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性(r=—0.79，P<0.001)[8]。也有研究在實(shí)際臨床中證實(shí)BE和LAC之間存在相關(guān)性(r=—0.76，P<0.001)[9]。本研究結(jié)果顯示，C組T1、T2時(shí)LAC、HCO3-、BE水平有顯著差異。從T1到T2時(shí)，大鼠無(wú)氧代謝狀態(tài)更嚴(yán)重，但從T2到T3時(shí)，相關(guān)指標(biāo)有所好轉(zhuǎn)。這一趨勢(shì)與其他研究結(jié)果基本一致[10]。失血性休克的病理過(guò)程包括代償期和失代償期。艙內(nèi)PCO2水平較高，根據(jù)氧解離曲線規(guī)律可降低Hb對(duì)氧的親和力，增加氧的釋放。同時(shí)，大鼠自身具備代償能力，有較強(qiáng)耐受低氧能力，通過(guò)增加呼吸頻率和呼吸深度可減輕酸中毒程度。

綜上所述，低壓低氧環(huán)境可加重失血性休克大鼠酸中毒程度，其原因主要是由于外界氣壓環(huán)境的改變及休克本身微循環(huán)障礙加重酸中毒程度，但隨著時(shí)間延長(zhǎng)，失血性休克大鼠因本身較強(qiáng)的代償能力，其酸中毒程度并未發(fā)生持續(xù)惡化。本研究結(jié)果對(duì)實(shí)際空運(yùn)后送失血性休克患者的病理生理過(guò)程及治療具有指導(dǎo)意義。本研究存在不足：一是實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)較少，易產(chǎn)生選擇偏倚，因此需進(jìn)一步擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)量并重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。二是氧合指標(biāo)較少，本實(shí)驗(yàn)只采用動(dòng)脈血進(jìn)行血?dú)夥治鲇^察大鼠酸堿代謝情況，需進(jìn)一步使用多導(dǎo)生理檢測(cè)儀檢測(cè)心率、血壓、呼吸頻率等指標(biāo)。