背景：急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）是多因素的，可由膿毒癥、創傷或肺炎等原發性疾病引起。它是危重病人死亡的主要原因之一，據報道死亡率高達45%。本研究的重點是建立煙霧吸入誘導ARDS的大型動物模型，以期為科學界提供可靠、可重復的孤立性毒性吸入損傷誘導的ARDS大型動物模型。方法：全身麻醉下在超聲引導下放置頸動脈、肺動脈和股動脈導管后，動物（n = 21）暴露于煙霧中 1 至 2 小時。在整個過程中監測外周血氧飽和度（SpO2）、生命體征和呼吸參數。在煙霧暴露之前、期間和之后采集胸部x光片、頸動脈、股動脈和肺動脈血樣。吸入煙霧48小時后，對動物實施安樂并收集肺組織進行分析。結果：吸入煙霧48小時后，動物出現ARDS，表現為SpO2下降約31%，PaO2/FiO2比率下降約208（50%），胸部x光檢查出現雙側彌漫性浸潤。結論：這項研究報道了一種新大動物模型，該模型不存在諸如皮膚燒傷等混雜變量，可用于獨立性煙霧吸入誘導ARDS。使用這種*的模型可能有助于研究吸入性損傷的病理生理學或開發新的治療方法。

簡介：急性呼吸窘迫綜合征 (ARDS) 是危重患者的嚴重肺部疾病，據報道死亡率為 30-45%。 自 1994 年以來，死亡率沒有顯著變化。 ARDS 可由多種肺部直接和間接損傷引起，包括敗血癥、外傷、肺炎和煙霧吸入/燒傷。 了解ARDS的病理生理學和分子機制對于開發新的ARDS治療策略至關重要。柏林標準基于PaO2/FiO2（動脈氧分壓/吸入氧分數）比值、呼氣末正壓（PEEP）水平、胸部x光片上雙側肺浸潤的發展以及已知臨床損傷一周內正常的肺毛細血管楔壓（PCWP）對ARDS進行分類。據報道，ARDS 中的肺損傷經歷三個病理生理階段：滲出期涉及肺泡上皮損傷，導致肺通透性增加；增殖期包括Ⅱ型細胞增殖、上皮細胞再生、成纖維細胞反應和重塑；以及不可逆的纖維化期，包括肺中的膠原沉積。為了了解ARDS的發展，能夠模擬這些病理生理階段的可靠動物模型至關重要。先前的研究使用小鼠模型評估 ARDS 受控誘導后的肺氣體交換和呼吸生理學。然而，這些小鼠模型在誘導機械通氣和采集血樣方面存在局限性，因此不適用于模擬 ARDS 臨床表現所必需的長期研究。據報道，大型動物模型在 ARDS 研究中顯示出更好的轉化潛力。 由于在解剖學、遺傳學和生理學方面與人類相似，豬模型被認為是肺部病理學的優秀模型。 各種研究使用豬模型來研究肺發育、急性肺損傷 (ALI)/ARDS 和其他疾病。煙霧吸入是燒傷后發生ARDS的主要原因之一，死亡率約為30-90%。有幾種大型動物模型可用于煙霧/燒傷誘導的ARDS。然而，目前還沒有合適的大動物模型可用于研究孤立性煙霧吸入誘導的ARDS，而不存在諸如皮膚燒傷等混雜變量。煙霧吸入性損傷后ARDS的發生率因患者而異，并取決于多個變量，如顆粒物濃度、一氧化碳濃度、煙霧中的揮發性化合物等。煙霧吸入性損傷是導致室內火災中人類急性肺損傷/ARDS的主要損傷；皮膚燒傷的存在/不存在在患者的整體病理生理學中起著附加作用，這使該患者群體的醫療和外科治療變得非常復雜。

動物：母豬 (約50 kg, n?=?21)據我們所知，與公豬相比，母豬對ARDS的易感性并不高。我們的研究合作者先前僅使用母豬通過氣管內脂多糖開發了嚴重ARDS的豬模型，在當前研究中使用母豬部分原因是通過對比肺損傷評估其模型的可靠性和再現性。

煙霧輸送系統：完成所有外科手術后，將動物暴露于定制煙霧發生器產生的橡木煙霧中，該煙霧發生器與氣管插管并聯。煙霧輸送系統的示意圖如圖1所示。

外科手術：肌肉注射替拉唑（4.4 mg/kg）、氯酮（2.2 mg/kg）和甲苯噻嗪（2.2 mg/kg）的混合物來對動物進行誘導麻醉，根據需要靜脈推注芬尼（0.05 mg/kg）和/或異丙酚（2-4.4 mg/kg），后實施外周靜脈導管（PIV）放置和氣管內插管。在吸入煙霧之前以及吸入煙霧后24和48小時拍攝胸部x光片。將氣管插管插入氣管，以 6 mL/kg 的潮氣量 (TV) 和 5 cmH2O 的 PEEP 對動物進行通氣。調整呼吸頻率（RR）以維持潮氣末二氧化碳（ETCO2）監測的正常呼吸。在外科手術（中心靜脈和動脈導管放置）期間，吸入氧的分數 (FiO2) 設置為 50%，然后滴定至 21% 并在整個實驗過程中保持不變。在手術過程中，使用50%的FiO2減輕動物的應激，持續30-40分鐘。非侵入性監測包括通過放置在動物后腿周圍的袖帶測量血壓、通過Surgivet監護儀記錄的外周血氧飽和度（SpO2）、心率（HR）和ETCO2。通過直腸探頭監測核心溫度，并使用循環加熱毯來防止身體冷卻。使用無菌技術和超聲引導，放置頸動脈（CA）和股動脈（FA）導管，用于連續實驗室抽血和有創血壓監測。 在超聲引導下，將肺動脈導管置入頸內靜脈。CA和PA接入端口分別通過傳感器連接至Surgivet監視器和Vigilance II監視器。在整個研究過程中監測有創動脈血壓、中心靜脈壓（CVP）、肺動脈壓（PAP）、心輸出量（CO）、混合靜脈血氧飽和度（SmvO2）和中心（核心）溫度。從CA、FA和PA導管中抽取血樣。對存活手術中的鎮靜/麻醉動物進行持續監測，直到恢復胸骨臥位。完成吸入煙霧后，移除所有導管。 在吸入煙霧后 48 小時重復外科手術操作。

煙霧吸入：完成外科手術后，SI 組的動物通過氣管插管接觸來自定制煙霧室的橡木煙霧。 從 0 小時時間點開始，煙霧暴露的持續時間為 1 至 2 小時。 煙霧是在室溫下以受控方式產生的。本研究中未測量煙霧密度/顆粒負荷。吸入的煙霧量約為每小時500升。在實驗過程中持續監測有創和無創參數。接觸煙霧后，從動脈端口和 PAC 收集血樣。持續監測動物直至從全身麻醉中恢復。 如果動物出現血流動力學不穩定（通過低血壓（收縮壓低于 60）和不可逆的去飽和度決定），則立即停止煙霧接觸。

通氣參數：在吸入煙霧當天，呼機參數保持在以下值：潮氣量，6 mL/kg = 270-360L/min； 呼吸頻率，18-30次/分鐘； PEEP 5 毫米汞柱； 和 FiO2，21–34%。 在煙霧吸入損傷后的 48 小時內，將動物拔管并保持在室內空氣中。在煙霧吸入性損傷后48小時，再次將動物置于呼機上，重復導管放置的手術程序，完成系列實驗室、成像和BAL取樣，并根據IACUC協議對動物進行人道安樂。在研究的最后一天，呼機參數與吸入煙霧當天相似，只是將 PEEP 保持在 0。

術后動物監測和護理：從手術麻醉中恢復后，將所有動物轉移到術后恢復圍欄，并由經過培訓的人員每天24小時對其進行監測。在最終煙霧暴露后24小時和48小時，進行胸部x光檢查并抽取血樣進行ABG分析。

支氣管肺泡灌洗 (BAL)：在一組6只插管動物中，使用支氣管鏡在基線、2小時和48小時的時間點進行豬肺BAL。通過支氣管鏡向二級和三級支氣管注入10ml無菌生理鹽水，并收集5毫升液體進行分析。BAL液體樣品在4°C下以400g離心10分鐘，上清液儲存在? 80°C，直到分析。

結果：研究分為兩個階段。研究的第一階段旨在確定ARDS發生所需的最佳煙霧暴露時間。如圖 2 中的流程圖所示，根據煙霧吸入時間對動物進行劃分。 吸入煙霧 1 小時為“SI 1 h"（n = 3），吸入煙霧 2 小時為“SI 2 h" "（n = 18）。15 只動物成功完成煙霧吸入 (SI) 實驗并在接觸煙霧后 48 小時存活，6 只動物在手術過程中因麻醉/手術并發癥或煙霧吸入相關并發癥死亡。

煙霧吸入降低大動物模型外周血氧合：在煙霧吸入實驗當天以及煙霧吸入后24小時和48小時連續測量SpO2水平。吸入煙霧1小時或2小時后，兩組的SpO2水平約為95%，并在吸入煙霧后24小時開始下降。然而，與基線 (98 ± 2%) 和 SI 1 h 組相比，SI 2 h 組的 SpO2 水平在吸煙后 48 小時 (68 ± 6%) 顯著下降。與SI 1h組的10%相比，SI 2h組的δSpO2（ΔSpO2）值降低了約30%。此外，與基線值和SI 1h組相比，在煙霧暴露48小時后，SI 2h組的PaO2/FiO2比率約降低至193.4。這些結果表明，在暴露于煙霧后 48 小時，吸入煙霧 2 小時的動物表現出呼吸窘迫的跡象，表現為 SpO2 值下降到 68% 以下，并表明肺有損傷。在剩下的研究中，我們集中在煙霧暴露持續時間的2小時時間點，并重復實驗以確保該模型的再現性。將動物暴露于煙霧中2小時，為“SI"動物。我們觀察到與基線值相比，SpO2下降了22–40%。此外，與相應的基線值相比，動脈和混合靜脈血氧飽和度（SaO2和SmvO2）降低了約39–43%。

煙霧吸入誘發低氧血癥的大動物模型：在整個研究過程中，從動脈和混合靜脈血樣本中測量了動脈血氣 (ABG)。動脈氧分壓（PaO2）水平在煙霧暴露后1小時開始下降，并在煙霧暴露后48小時從基線值95 mmHg顯著下降至43 mmHg。正如預期的那樣，二氧化碳分壓 (PaCO2) 水平升高，ΔPaCO2 值與基線值相比增加了 27.5 ± 2.34 mmHg。吸入煙霧后 48 小時，pH 值也顯著降低，HCO3 水平沒有顯著變化。與吸入煙霧后的PaCO2值升高一致，潮氣末CO2（ETCO2）——測量氣管插管呼出的CO2濃度——從基線值33.9 ?±?12.8 mmHg顯著增加至吸入煙霧48小時后的52.63 ?±? 13.5 mmHg。

先前的研究記錄了 PaO2/FiO2 比值以評估動物模型中的低氧血癥水平。還證明，在煙霧暴露48小時后，PaO2/FiO2比率顯著降低（198.87?±?37.13），其中40%的動物的值小于170。基線和煙霧暴露后48小時ΔPaO2/FiO2值之間的差值約為208。此外，與基線相比，吸入煙霧48小時后紅細胞壓積（Hct）、血紅蛋白（Hb）和氧合血紅蛋白分數（FO2Hb）值降低。與相應的基線值相比，吸入煙霧后 48 小時，血液的總動脈氧含量 (CaO2) 和混合靜脈氧含量 (CmvO2) 也顯著降低。心率（HR）、體溫（Temp）、平均動脈壓（MAP）和肺動脈壓（PAP）無明顯變化。

煙霧吸入對肺實質的影響：據報道，吸入煙霧會增加毛細血管滲漏。與先前的研究一致，我們在煙霧損傷后48小時，通過胸部x光片對肺損傷進行反復放射學評估，觀察到彌漫性雙側浸潤。相比之下，吸入煙霧前拍攝的胸部x光片顯示兩個肺都正常。與對照動物組相比，煙霧暴露48小時后肺組織的組織學檢查顯示白細胞浸潤、肺泡內出血和肺泡水腫的數量增加。與對照動物相比，煙霧暴露 48 小時后肺組織的平均濕干重 (W/D) 比有所增加。在兩個對照組和兩個煙霧吸入動物的石蠟包埋肺組織切片中進行Ki67免疫組織化學。與對照組動物相比，吸入煙霧后48小時的動物肺組織切片顯示增殖細胞數量在統計學上顯著減少。，從6只動物采集的BAL液樣本顯示，與基線相比吸入煙霧48小時后BAL液的總蛋白濃度顯著增加。

煙霧吸入對IL-6表達水平的影響：與基線水平相比，暴露于煙霧后48小時，BAL液樣本中的IL-6水平顯著升高，2小時時略有升高。10只動物血漿樣本中的IL-6免疫分析也表明，吸入煙霧2小時后，SI動物的IL-6水平較基線顯著升高。與對照組動物相比，吸入煙霧后48小時，SI動物肺組織裂解物免疫印跡中IL-6表達水平顯著上調，進一步驗證了BAL液和血漿樣本免疫分析中IL-6表達水平的增加。

結論：開發了一種新型的大型動物隔離煙霧吸入誘導的 ARDS 模型，該模型模擬人類 ARDS，并且沒有皮膚燒傷或腹內膿毒癥等混雜變量。該模型將有助于更好地了解煙霧吸入誘發 ARDS 過程中涉及的病理生理機制，并有助于開發新的治療策略。

原文出自：A novel large animal model of smoke inhalation-induced acute respiratory distress syndrome | SpringerLink

來源：Respiratory Research volume 22, Article number: 198 (2021) Published: 07 July 2021 作者：李曉菲譯