油酸致家兔急性呼吸衰竭的實驗病理學研究

郝國曉，趙雅楠，吳玉霞，李曉明

（甘肅農業大學 動物醫學院，甘肅 蘭州 730070）

呼吸衰竭是呼吸功能不全進入失代償階段后，由于肺臟的通氣換氣功能發生障礙，引起的以缺氧伴（或不伴）二氧化碳潴留為主要特征的臨床綜合征[1-2]。引起急性呼吸衰竭的原因很多，但臨診上主要見于重度肺炎和肺水腫[3-4]。因此，在實驗動物上通過誘發肺水腫復制急性呼吸衰竭的病理模型是研究呼吸衰竭發病機制的常用方法。油酸是骨和軟骨中最常見的不飽和脂肪酸，在離體犬肺人工灌注模型中，給犬靜脈注入油酸后引起的肺損傷與肺脂肪栓塞所致的病理變化極其相似，同時還可導致典型的肺水腫。因此，通過靜脈注射油酸復制急性呼吸衰竭的病理模型，觀察其病理變化，探討發病機制，可為急性呼吸衰竭防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 實驗動物 中華白兔共12只，雌雄各半，體重約2.0 kg。

1.1.2 器材與試劑 常規手術器械，兔手術臺，RM 6240 生物信號采集處理系統（成都儀器廠制造），i-stat300G雅培血氣分析儀，Leica RM 2125手動輪轉式切片機，Olympus顯微鏡，20%烏拉坦溶液，1%鹽酸普魯卡因，0.3%肝素，油酸。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 分為試驗組和對照組，每組6只白兔。試驗前2 d觀察動物一般狀態，確認健康無異常。

1.2.2 頸部手術 家兔稱重，仰臥固定在手術臺上；按5 ml/kg體重劑量經耳緣靜脈緩慢注入20%烏拉坦全身麻醉；頸部正中剪毛，用1%鹽酸普魯卡因皮下浸潤麻醉；常規手術分離氣管和一側頸總動脈，下方穿線備用；經耳緣靜脈注射0.3%肝素溶液0.5 ml抗凝；依次插入并固定氣管插管和動脈插管，分別連接至生物信號采集處理系統，調試并采集呼吸、心率和血壓信號。

1.2.3 模型建立及檢測指標 手術完成后，試驗組按2.5 ml/kg體重劑量從耳緣靜脈分多次緩慢注射油酸，建立急性呼吸衰竭的病理模型；對照組注射等量生理鹽水。在注射后的第2 h和第3 h，分別檢測白兔的心率、呼吸頻率和血壓，觀察其口唇黏膜顏色和呼吸狀況，隨時聽診肺部呼吸音。兩組在注射后第3 h，用注射器從動脈插管采集動脈血5 ml，并將針頭尖端插入軟木塞與空氣隔絕，做血氣分析，檢測的血氣指標包括動脈血pH、動脈血氧分壓（PaO2）、血氧飽和度（SaO2）、血漿碳酸氫鹽（AB、SB）、動脈二氧化碳分壓（PaCO2）。檢測結果用“平均數±標準差”表示，使用SPSS 11.5統計學軟件處理。

1.2.4 病理學觀察 動物死亡后剖開胸腔，從氣管分叉前1 cm處結扎并剪斷氣管，完整取出心肺，分離肺臟，用吸水紙吸去肺臟表面的水分后稱重，計算肺系數。觀察肺臟的大體病理變化。從肺臟、心臟、肝臟和腎臟不同部位取材，在10%福爾馬林中性緩沖溶液中固定。待固定完成后，按常規石蠟切片制作流程，將組織塊進行充分流水沖洗（24 h），經過修整后進行梯度酒精脫水、二甲苯透明、浸蠟、石蠟包埋、切片（厚6 μm）、附貼、烤片、H＆E染色，并在光鏡下觀察、照相。

2 結果

2.1 臨床癥狀

試驗組家兔在注射油酸前處于麻醉狀態，心率、呼吸頻率和動脈血壓均保持在正常范圍，呼吸平穩，無掙扎。經耳緣靜脈注射油酸后，隨著時間的延長，均出現心率和呼吸頻率逐漸加快、呼吸加深和血壓升高等變化，并出現間歇性掙扎。在注射油酸后第2 h，肺部聽診可聞及多發的小范圍細碎濕啰音，口唇部黏膜輕微發紺；在注射油酸后第3 h，心率和呼吸頻率明顯加快，血壓進一步升高（表1），雙側瞳孔不同程度散大，抽搐、掙扎，呼吸短促、暫停和張口呼吸，肺部聽診有廣泛濕啰音，口唇部黏膜嚴重紫紺，糞尿失禁，并從鼻孔溢出粉紅色泡沫水腫液，最終四肢強直而死亡。對照組無明顯異常。

表1 試驗動物心率、呼吸頻率、血壓和肺部啰音變化

2.2 血氣分析結果

由表2可知，試驗組在注射油酸3 h后，家兔動脈血pH、動脈血氧分壓、血氧飽和度和血漿碳酸氫根濃度均顯著下降，動脈血二氧化碳分壓明顯升高，說明家兔體內不僅有嚴重的缺氧和CO2潴留，還存在呼吸性酸中毒合并代謝性酸中毒。

表2 試驗動物血氣分析結果

2.3 病理變化

2.3.1 眼觀變化 試驗組家兔的尸檢變化基本一致，主要表現為口唇黏膜紫紺，皮下血管擴張、淤血。鼻腔和氣管內有多量淡黃色較清亮的泡沫樣液體。胸腔內有大量粉紅色積液。肺臟腫大、變重、質地實在，表面光亮、濕潤，色鮮紅，并有較多散在的暗紅色出血斑片，在肺臟（尤其在膈葉邊緣）表面可見大量氣腫小葉，凸出，膨脹，色灰白，島嶼狀分布（圖1）；肺動脈擴張，充滿血液；肺組織切面顏色暗紅，有多量粉紅色帶泡沫的水腫液和暗紅色血液流出（圖2）；肺系數明顯變大。右心室擴張，室腔內有較多殘留積血，室壁心肌松軟，呈凹陷狀態。肝臟、脾臟和腎臟腫大，暗紅色，質地實質，切面多血。腸系膜血管擴張、淤血。對照組未見明顯異常。

圖1 試驗組肺臟變化

圖2 試驗組肺組織切面

2.3.2 鏡檢變化 試驗組在肺臟各葉的不同區域，均可見肺泡壁和肺間質毛細血管擴張、充血，肺泡腔中聚集多量均質、嗜伊紅性的漿液性滲出液，部分肺泡腔的滲出液中還有少量纖維素、巨噬細胞、中性粒細胞和脫落的肺泡上皮細胞，個別肺泡腔中出現大量紅細胞（圖3）；此外，在肺臟不同部位存在較多氣腫區域，常以小葉為單位，散在分布，氣腫區的肺泡壁變薄、破裂，甚至融合成較大的囊腔；肺小葉間質增寬，結構疏松，充滿膠樣水腫液，淋巴管擴張，管腔內含有淡染的嗜伊紅液體和少量細胞成分。心肌細胞腫脹、染色變淡，著色不勻，顆粒變性，偶見斷裂的心肌纖維。肝小葉中央靜脈和竇狀隙擴張、淤血，肝細胞腫脹，顆粒變性和水泡變性，胞漿染色變淡（圖4）。腎小球體積增大，腎小球毛細血管充血，偶見血管內形成的纖維素性微血栓，腎小管上皮細胞腫脹、顆粒變性和水泡變性，腎小管腔變小、形狀不規則，部分管腔內出現均質的蛋白管型堵塞腎小管；腎間質小靜脈和毛細血管充血。對照組未見明顯異常。

圖3 試驗組肺臟H＆E染色（X100）

圖4 試驗組肝臟H＆E染色（X200）

3 討論與小結

動物借助其呼吸運動給機體不斷提供氧氣，排出二氧化碳，以維持機體的血氣平衡及內環境穩定。呼吸功能不全是由于外呼吸（通氣和換氣）功能障礙，導致動脈血氧分壓（PaO2）降低，伴有（或不伴有）動脈血二氧化碳分壓（PaCO2）增高的病理過程。呼吸衰竭是呼吸功能不全進展到失代償期之后出現的以多器官功能障礙和全身代謝紊亂為特征的臨床綜合征，主要臨診表現為呼吸極度困難、可視黏膜紫紺、心率加快、血壓升高，嚴重者出現昏迷，是許多危重疾病晚期致死的直接原因。臨床上，當動物處于靜息狀態時，常以PaO2低于60 mmHg，或同時伴有PaCO2高于50 mmHg作為診斷呼吸衰竭的血氣指標。根據PaCO2是否升高，可將呼吸衰竭分為低氧血癥型呼吸衰竭（Ⅰ型呼吸衰竭）和低氧血癥伴高碳酸血癥型呼吸衰竭（Ⅱ型呼吸衰竭）[1,5]。本研究中，試驗組在靜脈注射油酸2 h 后，可觀察到家兔呼吸急促、嘴唇紫紺、心率加快、血壓升高和雙肺濕啰音等變化；在注射油酸3 h后，出現極度呼吸困難、間斷性呼吸和全身抽搐等癥狀，血氣檢測顯示PaO2低于60 mmHg，PaCO2高于50 mmHg，動脈血pH低于7.35，提示體內有嚴重的缺氧，并伴有二氧化碳潴留和酸中毒，臨診表現和血氣指標的變化均符合Ⅱ型呼吸衰竭的診斷標準，表明通過靜脈注射油酸成功建立了家兔Ⅱ型呼吸衰竭的病理模型，其臨床癥狀與自然病例基本一致。

肺水腫是誘發急性呼吸衰竭的常見原因。中毒性肺水腫發病的主導環節是肺微血管壁通透性增大，但其發病機理尚不完全明確。油酸是骨骼和軟骨中不飽和脂肪酸的主要成分，具有較強的毒性。臨床上，由于嚴重骨折所致的呼吸衰竭與骨折處油酸釋出有密切關系[6-7]。在家兔油酸中毒性肺水腫模型中，不僅發現肺血流量并不升高，而且在肺微循環中滯留了大量白細胞和纖維蛋白性微血栓，表明肺微血管壁通透性升高與肺微血管內滯留的白細胞對血管壁損傷有關[8]。本研究觀察到，在靜脈注射油酸3 h后，試驗組家兔不僅出現了呼吸困難、雙肺濕啰音癥狀，死前還從口、鼻溢出多量泡沫樣水腫液，病理學檢查也見有嚴重的肺淤血和水腫，此為油酸中毒所致肺損傷的主要特征。由于大量水腫液從血管滲出后進入肺間質、肺泡和氣道，不僅增大了呼吸膜厚度，使肺泡與血液之間氣體交換障礙，換氣功能顯著下降，同時引起肺泡填塞和氣道堵塞，出現阻塞性通氣障礙，從而引起以嚴重缺氧和二氧化碳潴留為特征的Ⅱ型呼吸衰竭；動脈血pH和實際碳酸氫鹽顯著下降，且AB>SB，說明存在呼吸性酸中毒合并代謝性酸中毒。

本研究觀察到試驗組家兔在尸檢時均見不同程度的右心衰竭變化，表現為右心室擴張，心肌松軟，室壁塌陷和心腔積血，同時伴有肝、腎等器官淤血。油酸中毒引起右心功能障礙的原因和機制目前尚不明確，有人認為是麻醉藥的影響，也有人認為與油酸對肺微血管的損傷有關，當大量油酸進入體內后，肺循環毛細血管內會形成大量微血栓，引起肺動脈高壓，右心室阻力負荷加重，進而導致急性右心衰竭并繼發全身靜脈系統淤血[3]。此外，在油酸誘發呼吸衰竭的同時，動物的心肌細胞、肝細胞和腎小管上皮細胞均出現不同程度的腫脹、變性和散在性壞死，這些損傷均與呼吸衰竭造成的急性缺氧和二氧化碳潴留密切相關，也可能是造成器官功能障礙的主要原因。