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【摘要】 ［目的］探讨吸入异氟烷的大鼠急性脊髓损伤过程中血流动力学变化及损伤后肺组织的病理改变。［方法］成年雄性SD大鼠60只，体重280～330 g，随机分为水合氯醛组、1.5%异氟烷组和3%异氟烷组。在T8水平球囊扩张造成脊髓压迫，术中监测大鼠的血压、心率，压迫结束10 min后处死大鼠，取肺组织称湿、干重，计算湿干重之比；通过大体解剖和光学显微镜观察肺组织的病理变化。［结果］所有进行脊髓压迫的大鼠血压均高于术前基础值(P<0.05)，心率均低于术前基础值(P<0.05)，1.5%异氟烷组在脊髓压迫过程中的血压上升明显高于水合氯醛组和3%异氟烷组(P<0.05)，心率较基础值下降则大于水合氯醛组和3%异氟烷组(P<0.05)，水合氯醛组与3%异氟烷组的血压、心率变化差异不显著（P>0.05）；1.5%异氟烷组大鼠肺水肿程度较重，肺的湿干重之比较水合氯醛组、3%异氟烷组高，有显著差异（P<0.05），水合氯醛组与3%异氟烷组差异不显著（P>0.05）。［结论］使用1.5%异氟烷麻醉的大鼠急性脊髓损伤后肺水肿的发生速度快、严重程度高，可能与难以抑制交感神经的过度兴奋有关，因此在临床上应尽量避免单纯长时间吸入1.5%异氟烷，以防病人术后肺水肿的发生。
【关键词】 脊髓损伤； 神经源性肺水肿； 异氟烷； 大鼠
Influence of isoflurane on neurogenic pulmonary edema in acute spinal cord injured rats∥ZHANG Shaobo,JI Ruihua,ZOU Zui,et al.Department of Anesthesiology,Changzheng Hospital,the Second Military Medical University,Shanghai 200003,China
Abstract：［Objective］To investigate the changes of the hemodynamics and pulmonary histopathology in acute spinal cord injured rats during isoflurane inhalation.［Method］Sixty male SD rats with body weights of 300～330 g were divided into 3 groups: chloral hydrate group,1.5% isoflurane group and 3% isoflurane group.Epidural balloon compression of the T8 spinal cord was performed.Blood pressure and heart rate were monitored during surgery.All animals were sacrificed 10 min after being compressed.The author harvested the lung and recorded lung wet/dry weight ratios(W/D)to assess lung injury severity，and observed the changes of the pulmonary pathology.［Result］Blood pressure in all animals was higher than that of the baseline during the spinal cord injury,but the heart rate was lower than that of the baseline(P<0.05).Rats from 1.5% isoflurane group had significantly higher blood pressure and lower heart rate than rats from the 3% group and chloral hydrate group(P<0.05).No significant difference was found between 3% group and hydrate group(P>0.05).Rats from the 1.5% isoflurane group exhibited severe neurogenic pulmonary edema.The W/D in 1.5% group was significantly higher than those in the other two groups(P<0.05).［Conclusion］1.5% isoflurane can promote the development of neurogenic pulmonary edema in rats with a compressed spinal cord,which may be due to the uninhibited severe systemic sympathetic over excitation.
Key words：spinal cord injury; neurogenic pulmonary edema; isoflurane; rat
呼吸系统并发症是急性脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)最常见的并发症之一，也是造成患者死亡的主要原因。常见的并发症有肺不张、肺炎、通气功能障碍、胃内容物误吸、肺栓塞、分泌物增多、肺水肿、支气管痉挛等［1］。神经源性肺水肿(neurogenic pulmonary edema,NPE)是其中一种紧急而且威胁生命的严重并发症。既往没有心血管或肺的病理改变的患者在损伤后短时间内会出现肺血管的阻塞，富含蛋白的水肿液渗出和肺泡内出血。NPE起病急，由于早期医生主要处理中枢神经系统损伤，而忽视了对NPE的及时诊断和合理治疗，因此病死率较高。
临床上颈椎外伤导致脊髓损伤的病人很多都需要早期手术治疗，而异氟烷是临床常用的吸入麻醉药之一。有研究发现，异氟烷对呼吸系统的影响广泛而复杂，它可以增加肺泡上皮细胞和肺泡毛细血管膜的通透性［2］，因此异氟烷对NPE的影响直接关系到患者的手术成败和术后恢复状况。本研究拟观察吸入不同浓度异氟烷对脊髓损伤大鼠肺组织的影响，给临床麻醉中遇到脊髓损伤的病人使用异氟烷提供理论帮助。
1 材料与方法
1.1 实验动物及分组
成年雄性SD大鼠60只，体重300～330 g，由中科院上海实验动物中心提供。大鼠随机分为3组：水合氯醛组（C组）用水合氯醛麻醉，大鼠吸入空气；1.5%异氟烷吸入组（1.5%Isoflurane组），吸入1.5%的异氟烷麻醉；3%异氟烷吸入组（3% Isoflurane组），吸入3%的异氟烷麻醉，每组各20只。为了保证肺水肿是由脊髓损伤引起，即“神经源性”，从各组中随机抽出6只不进行手术操作作为对照，麻醉1小时后处死观察，其余42只大鼠均在同一脊髓节段手术。
水合氯醛组大鼠用水合氯醛300 mg/kg腹腔注射，异氟烷组的大鼠放入自制的密闭有机玻璃容器内进行麻醉诱导，进气端接麻醉机，出气端接多功能气体监测仪。大鼠保持自主呼吸，调整异氟烷挥发罐至所需浓度，氧流量500 ml/min，容器内温度维持在(36±1)℃。待诱导结束达到平衡后大鼠经自制面罩吸入相应浓度的气体（流量500 ml/min）进行手术操作。
1.2 动物模型的建立
采用球囊充水脊髓压迫模型［3］。大鼠麻醉后常规消毒，在背部T10～L1水平作一个2 cm的正中切口，向两侧分离背部肌肉，将T10椎板小心切除，保留硬膜，然后在大鼠硬膜外腔向头侧置入2F Fogarty导管（Edwards lifescience，USA）10 mm，到达T8、9水平。接一个压力注射泵，向球囊内快速注入相当于1.2大气压的蒸馏水5分钟造成不完全损伤，然后放水取出导管，缝合软组织和皮肤。动物在取出导管后10 min处死。
1.3 肺水肿的评估
将每组的12只（假手术组4只）大鼠放血处死后取肺组织，剔除纵隔及气管，仅留两侧肺叶，肉眼观察肺胸膜下出血程度：肺表面无出血为0级；出血<肺表面10％为1级；出血占到11％～50％为2级；出血>肺表面50％为3级。
用滤纸吸干组织表面的水分，在天平上称重，记录肺的湿重。然后放入60℃干燥箱烘干72 h至恒重，记录肺干重，计算湿重与干重之比(W/D)。
再将每组2只大鼠处死后，取肺组织放入4%多聚甲醛磷酸缓冲液（pH 7.4）固定2 d，石蜡包埋，切片，片厚5 μm，HE染色，光镜下观察肺组织病理变化。
1.4 血流动力学监测
对于进行脊髓压迫的大鼠麻醉后先进行股动脉置管，然后翻身在背部两侧和左后肢插入3根钢针，连接MPA心功能分析仪（上海奥尔科特科技公司），连续监测大鼠动脉血压和心率。分为7个时间点记录大鼠的收缩压、舒张压、平均动脉压和心率，即术前5 min的基础值，切皮，分离肌肉，球囊充水压迫脊髓时，充水2 min，充水5 min结束，术后5 min。
1.5 统计学分析
应用SPSS 11.0统计软件包，对大鼠动脉压、心率，肺湿干重比等计量资料以均数±标准差(x±s)表示，组间比较采用单因素方差分析，P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
从水合氯醛组、1.5%异氟烷组、3%异氟烷组中抽出的各6只没有手术操作的大鼠均未发现肺胸膜下出血，即0级。肺湿干重比分别是4.33±0.36、4.37±0.38和4.32±0.34（表1），显微镜下观察肺泡腔内透亮，肺间质无明显水肿，肺泡周围血管无充血或扩张（图1）。因此认为单纯给予麻醉药对大鼠的肺组织没有影响。表1 给予不同麻醉药的大鼠肺组织湿/干重比（W/D） 注：①与对照组比较，P<0.05；②与水合氯醛组、3%异氟烷组比较，P<0.05。
2.1 大体解剖及组织学观察
水合氯醛组的14只大鼠中有10只肺胸膜下出血程度为1级（占71.4%），其余4只为0级；1.5%异氟烷组均有严重的肺水肿，有些可见泡沫痰溢出，其中13只为3级（92.9%），1只为2级；3%异氟烷组基本没有肺水肿，12只为0级（85.7%），2只为1级。
光镜下，0级的肺组织切片为正常大鼠肺组织形态；1级可见部分肺间质水肿，肺泡腔清亮，偶有红细胞渗出；2级可见肺泡壁增厚明显，点片状出血点增多,肺泡内分泌物增多，红细胞数目增加。3级可见肺泡壁广泛增厚，毛细血管显著扩张，扩张的血管腔内有较多红细胞，部分肺泡腔中充满了红细胞及水肿液，部分肺泡塌陷融合并有肺大泡形成。（图1）。
2.2 肺组织湿干重比（W/D）
水合氯醛组肺组织湿重约为干重的5倍左右，1.5%异氟烷组肺湿重达到干重的9倍多，3%异氟烷组约为4倍多。水合氯醛组与3%异氟烷组差异不显著（P>0.05），1.5%异氟烷组较水合氯醛组、3%异氟烷组高，有显著差异（P<0.05，表1）。
图1 肺胸膜下出血分级和相应的肺组织学检查
2.3 血流动力学指标
所有进行脊髓压迫的大鼠，不论最后有没有肺水肿，它们的血压均高于术前基础值(P<0.05)。在分离肌肉和暴露硬膜的手术过程中可能是因为外力压迫大鼠躯干导致心输出量下降，血压低于基础值。1.5%异氟烷组在脊髓压迫过程中的血压上升明显高于水合氯醛组和3%异氟烷组(P<0.05)。水合氯醛组与3%异氟烷组差异不显著（P>0.05）。
所有进行脊髓压迫的大鼠心率均低于术前基础值(P<0.05)，而在压迫之前进行的手术操作心率变化不明显。1.5%异氟烷组在脊髓压迫时心率较基础值下降大于水合氯醛组和3%异氟烷组(P<0.05)。水合氯醛组与3%异氟烷组差异不显著（P>0.05）见表2。表2 各时间点SCI大鼠的平均动脉压 注：①与基础值比较，P<0.05；②与水合氯醛组、3%异氟烷组比较，P<0.05。
3 讨 论
患者脊髓损伤后死亡率很高，尤其是高位SCI。其中肺不张、肺炎和呼吸衰竭是导致死亡的主要原因。一般认为，急性SCI后肺部感染和呼吸衰竭的主要原因是呼吸功能减退，咳嗽和清除分泌物的能力下降，体位导致的排痰不畅，肺栓塞等诱发。对于高位截瘫用这一观点来解释早期发生呼吸衰竭和肺部感染的原因无可非议，但对于较低位置如下胸段SCI，显然是不充分的。神经源性肺水肿虽然不是患者死亡的主要因素，但是它为中枢神经系统损伤后的肺部感染提供了一个易感环境，直接导致肺内氧弥散障碍，继而引起严重的低氧血症并可进一步发展为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome,ARDS）。一旦患者发展为ARDS，住院时间将明显延长，医疗费用成倍增加，死亡率明显升高［4］。因此对于下胸段SCI，NPE很可能是其肺部感染和呼吸衰竭的主要原因，甚至是患者死亡的直接原因。有报道认为急性SCI患者术后产生肺水肿是因为在纠正神经性休克过程中输液过快导致的［5］,但对于大鼠下胸段的SCI用输液过量来解释肺水肿显然不准确。本实验是在大鼠T8水平压迫脊髓造成SCI，在压迫过程中大鼠的动脉血压明显上升，说明脊髓损伤过程中由于颅内压骤然增高导致交感神经兴奋，血中儿茶酚胺含量显著增高，进而全身血管收缩、血流动力学急剧变化，动脉血压急剧增高，体循环内大量血液进人肺循环内，最终形成肺水肿。本组的实验结果符合目前公认的“儿茶酚胺风暴”理论［6］，吸入1.5%异氟烷麻醉的大鼠在脊髓损伤后10 min即出现严重的肺水肿，而且随着异氟烷浓度增加（3%异氟烷组），麻醉药对交感神经活性的抑制作用增强，SCI后肺水肿的发生率降低。
南国新等［7］应用戊巴比妥钠麻醉大鼠，采用T10段脊髓的改良Allen's打击模型发现大鼠急性SCI后12 h出现肺水肿，伤后3 d最严重。本组用水合氯醛麻醉的大鼠SCI后10 min也未发现明显肺水肿，说明相对于一些静脉麻醉药，单纯吸入1.5%异氟烷可以在很短的时间内促进大鼠脊髓损伤后肺水肿的形成。
1.5%的异氟烷是临床麻醉中常用的浓度，相当于1.09MAC（minimum alveolar concentration，最低肺泡有效浓度），大鼠吸入这个浓度的麻醉气体对呼吸不会产生明显抑制。而3%的异氟烷对呼吸和血流动力学的影响都很大，临床基本不用，作者在预实验中也发现吸入3%异氟烷的大鼠，呼吸明显变深变慢，长时间吸入会导致死亡。因此，3%异氟烷虽然可以抑制SCI后的肺水肿发生，但是麻醉过深也会导致动物死亡。
在试验中，三组动物在脊髓压迫时血压较术前基础值均有明显的上升。单纯用“儿茶酚胺风暴”理论来解释似乎无法说明水合氯醛组为什么没有明显的肺水肿。相对于水合氯醛、戊巴比妥钠这些静脉麻醉药，1.5%异氟烷在大鼠SCI后如此短的时间内形成肺水肿，说明异氟烷本身对肺组织也有一定的影响。它除了可以增加肺泡上皮细胞和肺泡毛细血管膜的通透性［2］以外，Kandatsu等［8］研究发现1.5％异氟烷促进NPE的发生与刺激支气管内皮细胞释放血管内皮生长因子(VEGF)有关。还有动物实验表明，异氟烷可以降低肺表面活性物质的合成(包括磷脂和蛋白)，增加肺部的炎性反应并降低肺部的防御机制［9］，是引起术后肺部并发症(如肺不张、肺部感染等)的影响因素之一。当然，异氟烷对大鼠SCI后肺组织和支气管的其他影响还在进一步研究。
综上所述，单纯吸入1.5%异氟烷的大鼠SCI后肺水肿的发生速度和严重程度均高于水合氯醛麻醉。在临床上，异氟烷的这种作用对于脊髓损伤或者既往有肺部疾患的患者尤为不利，有可能增加SCI术后严重并发症的发生率和死亡率。因此，对于这类患者，尽量避免单纯长时间吸入1.5%异氟烷，最好采用全凭静脉麻醉或静吸复合麻醉的方法，以防病人术后肺水肿的发生。
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作者单位：1.第二军医大学附属长征医院麻醉科，上海市 200003；2.解放军第88医院麻醉科，山东 泰安 271000