摘要
在部分液体通风期间,全氟化碳主要通过蒸发去除通过航空公司。研究了肺内全氟碳含量、呼吸速率、潮气量以及呼气末压力水平对离体肺全氟碳消除的影响。
无灌注兔肺行部分液体通气(2-15 mL·kg)−1呼气末压力水平可变(0-10)的全氟化碳 cmH2O)、呼吸频率(15-60次·min−1)和潮汐量(3.3-10.0 毫升·千克−1).全氟化碳的蒸发损失以重量法测定为肺重量的变化率。
在恒定呼吸条件下,肺内液体量以非线性方式确定蒸发损失。在液体体积为5 mL·kg时的平均蒸发量−1与液体体积为15 mL·kg时的蒸发相比降低了13%−1.呼气末压力的任何增加都会减少全氟化碳的蒸发,例如当呼气末压力从0增加到10 cmH时,可减少约50%2在呼气末压力和全氟化碳填充量不变的情况下,蒸发量随着呼吸频率和潮气量的增加呈线性增加。
综上所述,实验表明,在离体肺部分液体通气过程中,全氟碳化合物的蒸发损失随着肺内液体量、呼吸频率和潮气量的增加而增加,并通过呼气末正压的应用以水平依赖的方式减少。
在部分液体通风期间,将全氟化碳注入气道,然后通过蒸发将其清除通过支气管系统。这一过程受到各种因素的影响,如液体的物理化学特性(特别是蒸汽压力)、注入呼吸道的剂量、肺内全氟化碳分布和呼吸环境1- - - - - -6.只有少量穿过肺泡毛细血管膜进入血管空间,并储存在胸内和胸外淋巴结以及其他表明全身分布的器官中7- - - - - -9.
似乎影响全氟化碳消除的一个主要变量是肺部内的液体量。之前已经观察到,全氟化碳蒸发不是一个恒定的过程,而是随着时间的推移而减少3..消除也取决于呼吸系统的设置,特别是呼吸频率和潮气量。此外,呼气末压力水平可能影响消除,因为在部分液体通气时叠加呼气末正压(PEEP)可能增加功能剩余容量和肺泡通气10- - - - - -16.这种影响可能会影响肺内全氟碳化合物的分布以及在部分液体通气期间,全氟碳化合物在废气中蒸发的空气/液体界面。
在此过程中,很难对这些变量进行独立的控制和改变体内测量。因此,在离体肺中进行了允许这些因素独立变化的实验,并系统地分析了每个变量的影响。实验方法允许通过重量法连续测量肺内全氟化碳体积。实验的目的是研究在恒定的呼吸环境下肺内液体体积对全氟化碳蒸发的影响,以及在受控肺内液体体积下通气环境(呼吸频率、潮气量和呼气末压力)的影响。
材料和方法
离体肺的准备和测量
根据《赫尔辛基公约》的指导方针,机构审查委员会批准了动物受试者的护理和使用,对新西兰大白兔(体重2.4-3.4 kg)进行了30 mg·kg的麻醉−1戊巴比妥钠注射。中线胸骨切开术后,取出气管、心脏和肺整体并悬挂在力传感器上(初始重量30–35 g) 在整个实验过程中,这种直立姿势保持不变。在正压下,对离体肺进行短期充气(≤20 cmH2O)直到任何可见的肺不张溶解。随后,让肺再次放气(初始气体体积),然后用5%的二氧化碳(CO2)在潮气量为10的空气中 毫升·千克−1,呼吸频率为30次/分钟−1吸气/呼气比例为1:1(哈佛呼吸器,型号683;哈佛仪器,南纳蒂克,马,美国)。此后,肺被一层薄薄的塑料薄膜完全覆盖(Plus, Mühlheim,德国),这种薄膜对全氟化碳(液体和蒸汽)是不渗透的,并防止被隔离的肺干燥通过胸膜。预混合气体(5%CO2空气由Messer Griesheim GmbH (Duisburg, Germany)提供。
通过呼吸回路呼气肢体的水封将PEEP调节至适当水平。
用力传感器连续测量肺重量的变化(ft03型;该仪器在每次实验前后均进行了校准,稳定性±1%,分辨率高达25000:1,漂移<50 mg·h−1.用静压计参照大气压测量气道压力(P23 ID;Statham, Gould, Oxnard, CA, USA)。
部分液体通气
注入全氟化碳通过气管导管的一个侧面端口,在不中断机械通气的情况下插入肺部的气道。所用化合物(PF-5080;3M,Neuss,Germany)具有以下物理化学特征:化学结构C8F18,比重1.77 克·毫升−1,表面张力15达因·厘米−1, 25°C时蒸汽压力5.9 kPa (44 Torr),动态粘度1.4 mPa·s−1.
试验协议
实验方案中仅包括没有任何空气或液体泄漏迹象的肺部(吸气时停止通气时气道压力损失或覆盖肺部的塑料薄膜中有液体积聚的证据)。
对照组肺通气不灌注全氟碳化合物(n=6)或接受10ml全氟碳化合物·kg体重−1无后续通风(n=6),以排除干气通风或独立于通风的全氟化碳损失的影响(e、 g.通过胸膜)的重量测量。在该制剂中,非灌注气体通气肺的水重量损失<0.1 g·h−1.另外6个对照肺中填充10 毫升全氟化碳·千克体重−1并进行通气,直到肺重量恢复到基线值(呼吸频率30次·分钟)−1,潮气量10ml·kg−1和窥视5 cmH2O).实验是在恒定的室温(20°C)下进行的,没有对呼吸气体进行润湿,这可能会影响全氟碳的消除,以及由于肺内水凝结造成的重量测量。
在六个肺中研究了呼气末压力和肺内液体体积对全氟化碳蒸发的影响。不同水平的呼气末压力(0,2.5,5和10 cmH2O) 以随机顺序(图纸编号)应用,并保持15分钟 在改变呼气末压力水平之前,用适当的全氟化碳补充滴注代替蒸发的全氟化碳体积,以保持肺内液体体积恒定。此后,肺内全氟化碳体积逐步增加,以确定肺内液体体积为1、2、5、10和15 毫升·千克−1全氟化碳。对所有容量重复呼气末压力的变化。在这些实验中,肺部以10%的恒定潮气量通气 毫升·千克−1体重,呼吸频率为30次·min−1.实验结束时(5 h后,肺灌胃15 mL·kg−1全氟碳化合物),它们彻夜通风以确保重量回到或低于基线。在液体体积为10和5 mL·kg的全氟碳蒸发−1将全氟碳与相应液体体积(5和10 mL·kg)下的蒸发进行比较−1),以检查实验结果的重现性,并排除与时间有关的影响。
在其他肺(n=6)中,在恒定肺内液体体积为10时,呼吸频率和潮气量的影响 毫升·千克−1全氟化碳,PEEP为5 cmH2为此,呼吸频率(15、30、45和60次呼吸·min−1)和潮气量(3.3、5.0、6.6和10 mL·kg)−1)是随机变化的。每次组合维持15分钟(总实验时间:4 h),在下一次组合开始前,用充分的支气管灌注替代损失的全氟碳量。
统计分析
数据以平均值±标准差表示。全氟化碳消除被确定为每时间单位的肺重量损失,以mL·h表示−1·公斤−1体重。为此,计算了呼吸变量或肺内液体体积改变前15分钟结束时重量/时间关系的斜率。以下先天的验证无效假设:1)与呼气末压力为零相比,当肺内液量不变时,PEEP对蒸发没有影响;2)在恒定呼吸条件下,与体积为15 mL·kg相比,肺内液体体积的减少对蒸发没有影响−1全氟化碳;3)在恒定的肺内液量(10 mL·kg)下,呼吸频率和潮气量对蒸发量无影响−1全氟碳化合物)和PEEP (5 cmH2O)。
用Friedman检验分析变量均值的差异。如果原假设被Friedman检验拒绝,则使用Wilcoxon符号秩检验来检验差异。双尾α校正p<0.05被认为有统计学意义。通过计算线性回归线的系数,分析了不同潮气量下呼吸速率与蒸发量的关系。
结果
气管内注入全氟化碳后,肺重量显著增加,并在通气数小时后以非线性方式恢复到基线值,如图所示 1.⇓.相比之下,未通风的全氟化碳填充肺的重量损失<0.5 g观察期为4天 h、 表明仅可忽略不计的全氟化碳量的损失与通气无关。与全氟化碳通气肺的重量损失相比,气体通气对照肺的重量损失也可忽略不计(<0.4 g/4 h) 因此,观察到的重量变化主要反映了全氟化碳的蒸发损失通过肺的气道
在恒定呼吸条件下,肺内液量以非线性方式影响蒸发(图2)⇓).肺内容量为5%时蒸发量减少13% 毫升·千克−1(3.7±0.59毫升·公斤−1·h−1)与肺内液体体积为15相比 毫升·千克−1体积为2 mL·kg时降低28%−1(3.0±0.41毫升·公斤−1·h−1),呼气末压力为0 cmH2O.实验结束时(肺灌满15 mL·kg)−1(全氟化碳)肺部通宵通风。液体体积为10和5时蒸发 毫升全氟卡松·千克−1与最初测定的差异< 5%。
图2也显示了不同呼气末压力通气时肺内液体量对全氟碳蒸发的影响⇑.呼气末压力的任何增加都会显著降低恒定肺内液体体积下的蒸发量,例如当水平从0增加到10 cmH时2O肺内液体体积为15 毫升·千克−1,全氟化碳蒸发量从4.3±0.68降至2.4±0.31 mL·kg,降幅达49%−1·h−1.
呼吸速率对蒸发损失的影响见图3⇓. 肺内液体体积恒定时(10 毫升·千克−1)和PEEP (5 cmH2O) 当呼吸频率从15次呼吸·min增加到60次呼吸·min时,蒸发量呈线性增加−1(右20.86 - 0.96)。同样,在任何给定的呼吸频率下,潮气量的增加都会显著增加蒸发损失。
讨论
本研究探讨了肺内液体量、呼吸频率、潮气量和呼气末压力对离体肺部分液体通气时全氟碳化合物蒸发的影响。在未灌注的兔肺中,观察到蒸发量随全氟化碳量的增加、呼吸频率和潮气量的增加呈非线性增加,随PEEP水平的增加而减少。
批判的方法
这些结果是从离体肺中获得的,这使得我们能够在受控条件下系统地研究呼吸环境和肺内全氟化碳体积对蒸发的影响,并且不受系统影响。肺部没有神经支配、淋巴引流或支气管循环,这可能影响全氟化碳的清除体内.没有灌注,以排除液体过滤或全氟碳损失的可能影响通过灌流液。防止液体流失通过肺的胸膜路径完全覆盖着一层薄塑料箔,水和全氟化碳(液体和蒸汽)不能渗透。
注液体积(≤15ml·kg体·重量)−1)表示兔子的功能剩余容量。全氟碳化合物(PF-5080)的蒸汽压为5.9 25°C时的压力为kPa(44托)。由于该压力影响蒸发,预计其他全氟化碳化合物的结果会不同(蒸汽压力较高或较低)。但是,对于不同的全氟化碳化合物,肺内液体体积和呼吸环境对蒸发损失的定性影响应相似。此外,特定全氟化碳化合物的蒸汽压随温度升高而升高。本研究在室温下进行,需要更高的消除率可能是在更高的温度下。
目前的作者用重量法测定全氟化碳的损失。在对照实验中,在气体通气期间,肺重量以相关方式减少(例如由于水蒸气过期)或在不进行后续通风(由于与通风无关的全氟化碳损失)的全氟化碳灌注后减少。因为肺从肺泡的空气中吸收氧气供自身新陈代谢17并在不灌注的情况下储存足够的基质数小时18灌注缺失不应影响结果。肺用5% CO通气2以避免可能导致肺部不良反应的低碳酸血症,即。气道通透性增加或功能失调的表面活性剂19- - - - - -21.
将结果外推到体内必须考虑设置各种有条不紊的方面。首先,在离体肺和闭胸情况下,PEEP对肺容积分布以及气道内全氟化碳分布的影响可能不同。在麻醉患者中,先前已经观察到,与闭胸条件相比,开胸条件下动态肺弹性增加,对呼气末压力变化的反应不同,而对气道阻力的影响仍具有可比性22.在狗身上,观察到气道和肺组织的机械性能之间的差异原位在开胸的情况下23因此,应用PEEP对离体肺(以及开胸条件下)的气道和组织特性的影响可能比闭胸条件下更为显著。目前尚不清楚这些差异在多大程度上对全氟化碳蒸发起作用。
其次,肺内全氟化碳的分布和消除可能随体位的变化而变化。在新生羔羊中观察到,当动物从仰卧转向俯卧时,蒸发(以呼出空气中全氟化碳饱和度的百分比评估)增加了20%24.因此,相同的肺内液量可能与肺内液再分配后不同的蒸发值相关。因此,为了研究肺内液体量和呼吸设置对全氟碳化合物蒸发的影响,固定的肺姿势是可取的。在目前的研究中,肺悬浮在一个力传感器和他们的位置保持恒定的整个实验。
第三,在大气压下对分离的肺进行研究,并在实验开始前让它们垮掉。无大气压(如胸膜腔)可能使初始肺气量低于功能剩余容量。这也可能降低了相对气体体积与肺内液体体积的比值。尚不清楚这一比率在多大程度上影响通风/全氟化碳流体接触面积,从而影响蒸发损失。
最后,除了胸壁和体位的影响外,肺部异常(例如在急性呼吸窘迫综合征期间)可能会影响呼气末正压对通气区域分布的影响25- - - - - -27.使用计算机断层扫描(CT)Puybasset等25观察到肺叶和弥漫性CT衰减患者之间存在显著差异。虽然PEEP优先扩张顺应性上肺叶,而不招募具有肺叶衰减的肺不张区域,但PEEP在具有弥漫性CT衰减的肺内分布更均匀,允许同质肺泡招募顺应性差的upp由于全氟化碳主要流向依赖的肺区,因此PEEP对蒸发的影响可能也受到肺异常类型的影响。
液量、潮气量、呼吸速率和呼气末正压对全氟碳化合物蒸发的影响
在恒定的呼吸条件下,肺内液体充溢对离体肺的蒸发损失有非线性影响。当肺内液体体积为5 mL·kg时,平均蒸发量降低了13%−1,而不是体积为15 mL·kg−1,表示一个接近新西兰大白兔功能剩余容量的值。这些结果与以前的结果一致已对已过期空气中全氟化碳浓度进行测量的研究发现,全氟化碳浓度随着时间的推移和初始剂量的减小而下降1- - - - - -6.
当肺内液量保持恒定时,蒸发损失与呼吸速率和潮气量成正比,二者在很大范围内变化(呼吸速率:因子4;潮气量:因子3)。在定分钟通气时,随着呼吸频率的升高,全氟碳消除有下降的趋势。这可能是用更高的死区通风来解释的。在以前的体内观察到的蒸发损失也依赖于微通气,然而,只要微通气保持不变,呼吸速率的改变对全氟碳损失的影响很小6.
据假设,呼气末压力的增加也会增加呼气末体积,从而增加空气/液体界面,在部分液体通气过程中,全氟碳化合物在过期气体中蒸发。事实上,在已观察28,以及在目前作者实验室对狗进行的初步实验中,当呼气末压力增加时,蒸发增加,当呼气末压力降低时,蒸发减少。然而,在离体肺中,当呼气末压力从0增加到10 cmH时,蒸发量减少2O.据推测,这些差异是由呼气末正压对离体肺和正常肺内全氟碳化合物分布的不同影响造成的。在孤立肺部,呼气末压力的增加可能使更多的全氟化碳重新分布到依赖肺区域,并使更多的通气重新分布到非依赖肺区域(含液体较少)。随着呼气末压力的增加,这些影响可能导致离体肺蒸发的减少。
综上所述,实验表明,在离体肺部分液体通气过程中,全氟碳化合物的蒸发损失随着肺内液体量、呼吸频率和潮气量的增加而增加,并通过呼气末正压的应用以水平依赖的方式减少。
- 收到了2001年11月28日。
- 接受二○○二年六月十八日。
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