体外膜肺氧合(Extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)是一种利用机械装置进行心肺及呼吸循环支持的新型的装置和技术,它可以对伴有严重呼吸循环功能衰竭的患者提供较长时间的生命支持,为心肺功能复苏创造条件。目前,ECMO已经发展成为救治急性循环呼吸功能衰竭的重要手段。然而,与体外循环相比,ECMO的支持治疗时间长,同时涉及脏器也就增多,因此并发症的发生率较高,而且由于ECMO治疗并非是在生理状态下,因此有可能导致机体各个脏器功能不同程度的影响,在ECMO治疗期间如果一旦出现严重并发症常导致其治疗失败。肾脏是受到影响的重要脏器之一,急性肾损伤是ECMO的并发症之一。临床上已有不少行ECMO后出现急性肾功能衰竭预后极差的报告;同时有研究表明接受ECMO治疗的患者肾损伤的发生率比未接受者要高。如果一旦发生急性肾损伤,患者死亡率高达60%～90%。在我们课题组团队前期的研究中发现在ECMO运行时会发生ECMO相关的全身免疫炎症反应,而在ECMO联合连续性肾脏替代治疗(continuous renal replacement therapy,CRRT)后可以通过清除血中的炎症介质来减轻肺水肿、保护肺实质。CRRT的特点是具有血流动力学稳定,可以不断清除体内毒素及炎性因子,并且能稳定、持续的控制氮质血症和水盐代谢,且能保证营养补充等优点,从而为危重患者的救治提供了赖以生存的、重要的体内环境。CRRT优越性在于:1、血流动力学保持稳定:CRRT持续性超滤对溶质清除速度慢,血浆晶体渗透压能平缓改变,使细胞外液容量较小的变化,并且滤器生物相容性好,体外血流速度很慢,对循环影响非常小。2、能够清除中分子物质以及炎性介质:CRRT滤膜通透性高,所以可清除低于4万-5万Dalton的中分子物质和炎性介质,且对炎性介质有吸附作用。3、能够稳定内环境:CRRT可以较快调节电解质及酸碱状态。综上所述,CRRT有希望较好地解决患者在接受ECMO运行后所引起的肾损伤。并且ECMO与CRRT联合应用可以发挥他们各自的优势。尽管在临床上积累了大量丰富的ECMO单独以及ECMO联合CRRT应用的相关研究,但是目前国内外关于ECMO以及ECMO联合CRRT治疗对肾脏的影响缺乏相关研究,尤其是系统的基础部分的研究尚未见到报道。本研究的目的正在于此。综所周知,ECMO治疗时一方面可以通过改善全身氧合,排除C02来对肾脏具有保护作用,但另一方面ECMO治疗时又会导致全身的免疫炎性反应,有可能对肾脏产生一定的副作用。因此,我们为了更系统全面地评价ECMO治疗,以及ECMO联合CRRT治疗对肾脏的影响,在本课题的研究中我们把动物模型分成两部分,一部分是正常猪,另一部分是创伤后ARDS模型猪。创伤后严重ARDS模型一是更加接近临床治疗的需要,二是因为建模后其本身缺血再灌注的过程存在急性肾损害,我们可以比较ECMO单独治疗以及ECMO联合CRRT治疗是否对动物肾脏产生的影响。在本研究中,我们课题组团队已先期成功完成了对ECMO以及CRRT的并联方式的体外以及动物实验的评估。以此为基础,我们通过对不同组别、不同时间点的肾功能和炎症反应、肾脏的组织形态学以及对肾脏氧化应激等几个层面的研究,并采用单独应用ECMO和ECMO联合CRRT治疗的方式来对正常猪以及创伤后ARDS模型猪肾脏的影响进行研究。第一部分:体外膜肺氧合联合持续肾替代治疗对正常猪肾脏的影响研究一:体外膜肺氧合治疗对正常猪肾脏的影响目的:ECMO治疗时一方面可以通过改善全身氧合,排除CO2来对肾脏具有保护作用,但另一方面ECMO治疗时又导致全身的免疫炎性反应,有可能对肾脏产生一定的副作用。在VV-ECMO运行过程中,对于肾脏变化的系统基础研究是非常有限的。本研究使用低潮气量通气的正常猪,通过对肾组织炎症反应和肾功能的影响、肾脏组织形态学的变化以及对肾脏氧化应激影响的等几个层面来研究VV-ECMO本身对正常猪肾脏的影响,并探索其可能的机制。方法:低潮气量通气的18只健康猪随机分为三个组:空白对照组;假手术组;VV-ECMO组。均行系统性抗凝,并观察24小时。常规记录一般血流动力学变化;检测各组Oh、2h、6h、12h、24h血标本游离血红蛋白(Free Serum Hemoglobin,FHb)水平:检测各组Oh、2h、6h、12h、24h血清尿素氮(blood urea nitrogen，BUN)和血肌酐(Serum creatinine,Scr)等一般肾功能指标变化;.利用NGAL和CysC等生物标记物来检测早期急性肾损伤情况;并检测IL-1β、IL-6、TNF-α等炎性因子的表达情况;分别于光镜和电镜下观察肾脏大体形态和微观结构变化;同时通过丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、过氧化氢酶(catalase,CAT)的改变,观察这些氧化应激指标在体外膜肺氧合治疗时的变化,并探讨各氧化应激指标之间是否存在关联。结果:三组各时间点血流动力学均表现保持平稳;在血清BUN和Scr检测中:E组和S组、C组之间比较均有统计学差别(P<0.01);E组和EC组之间有统计学差别(P<0.05);S组与C组比较没有任何区别。在FHb检测中:C组和S组之间无统计学差别;E组与C组及S组比较均有显著统计学差别(P<0.01)。在CysC检测中:C组和S组之间无统计学差别;E组与C组及S组比较均有显著统计学差别(P<0.01);E组的值在12hr.显著升高。在NGAL检测中:C组和S组之间无统计学差别,E组与C组及S组比较均有有显著统计学差别(P<0.01),E组的值在2hr显著升高。在肾脏组织炎性因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表达情况:E组和S组、C组之间比较均有统计学差别(P<0.01)，S组比C组无统计学差别。ECMO组光镜下与ECMO组电镜下观察均显示不同程度的急性肾功能不全的表现,这些表现也多分别集中在肾小管和线粒体部分;在ECMO运行过程中存在氧化应激,并且在其发展过程中氧化应激作用增强,同时肾脏抗氧化酶的活性存在降低,体内抗氧化能力亦下降,最终导致了肾组织内OS的发生。结论:在正常健康猪中,VV-ECMO治疗在一般肾功能、早期急性肾损伤指标和肾脏组织的炎性因子表达均有不同程度的急性肾损伤的发生。而在肾脏组织形态学中观察到同样有一定程度的改变。肾脏炎症反应和氧化应激的激活是可能导致VV ECMO相关的急性肾损伤损伤的重要机制。研究二:体外膜肺氧合联合持续肾替代治疗对正常猪肾脏的影响目的:在W-ECMO联合CRRT运行过程中,缺乏对于肾脏系统的基础研究。研究VV-ECMO联合CRRT治疗对正常猪肾脏的影响。方法:24只健康猪随机分为四个组:空白对照组;假手术组;VV-ECMO组;VV-ECMO联合CRRT组。ECMO置管完成后,E组开始VV-ECMO运行,EC组同时开始VVECMO和CRRT运行,均行系统性抗凝,并观察24小时。常规记录一般血流动力学变化;检测各组Oh、2h、6h、12h、24h血标本游离血红蛋白(Free Serum Hemoglobin,FHb)水平;检测各组Oh、2h、6h、12h、24h血清尿素氮(blood urea nit:rogen,BUN)和血肌酐(Serum creatinine,Scr)等一般肾功能指标变化;.利用NGAL和CysC等生物标记物来检测早期急性肾损伤情况;并检测IL-1β、IL-6、TNF-α等炎性因子的表达情况;分别于光镜和电镜下观察肾脏大体形态和微观结构变化同时通过丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶的改变,探讨这些氧化应激指标在体外膜肺氧合治疗时的变化,并探讨各氧化应激指标之间是否存在关联。结果:四组各时间点血流动力学均表现保持平稳;在血清BUN和Scr检测中:E组和S组、C组之间比较均有统计学差别(P<0.01);E组和EC组之间有统计学差别(P<0.05);S组与C组比较没有任何区别。在FHb检测中:C组和S组之间无统计学差别;E组和EC组与C组及S组比较均有显著统计学差别(P<0.01);E组和EC组之间没有统计学差别(P>0.05)E组和EC组的值在2hr都是显著升高,其他时间点在2hr时间点达到一个高峰后各时间点均逐渐缓缓升高。在CysC检测中:C组和S组之间无统计学差别:E组与C组及S组比较均有显著统计学差别(P<0.01);E组和EC组之间有显著统计学差别(P<0.01);E组的值在12hr显著升高。在NGAL检测中:C组和S组之间无统计学差别,E组与C组及S组比较均有有显著统计学差别(P<0.01);E组和EC组之间有显著统计学差别(P<0.01):E组的值在2hr显著升高。在肾脏组织炎性因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表达情况:E组和EC组和S组、C组之间比较均有统计学差别(P<0.01),E组和EC组之间有统计学差别(P>0.05),S组比C组无统计学差别。ECMO联合CRRT组较ECMO单独组光镜下电镜下的观察均显示不同程度的急性肾功能不全后的好转表现;在ECMO运行过程中存在氧化应激,并且在其发展过程中氧化应激作用增强,同时肾脏抗氧化酶的活性存在降低,体内抗氧化能力亦下降,最终导致了肾组织内OS的发生,但ECMO联合CRRT组好转。结论:在正常健康猪中,VVECMO联合CRRT治疗方式可以在炎症反应、氧化应激改善单独应用VV-ECMO治疗方式的一些负面因素,且在肾脏形态学变化有一定程度改观。不同程度地减轻了 VV ECMO对肾脏的损伤,是更为优化的治疗方式。第二部分:体外膜肺氧合联合连续性肾替代治疗对创伤后ARDS猪模型肾脏的影响研究一:创伤后ARDS猪模型的建立目的:目前ARDS模型猪建立通常采用油酸、吸入性肺炎、海水淹溺等,但都因为各种原因无法在时间上或程度上满足严重ARDS模型的需要。建立重复性好的、可长时间满足ECMO治疗需要的创伤后ARDS猪模型,以期为进一步研究ECMO单独、ECMO联合CRRT治疗对创伤后ARDS猪肾脏的作用提供基础、系统的准备。方法:选择12只健康正常猪随机分为三个组:A组:予以1米高度落下0.2 kg/kg体质量的重物造成肺挫伤;B组:予以1米高度落下0.4 kg/kg体质量的重物造成肺挫伤;C组:予以1米高度落下0.6 kg/kg体质量的重物造成肺挫伤。随后三组动物均进行缺血再灌注。在复苏完成后观察24小时。记录血流动力学变化,评价肺CT结果、肺组织病理学改变以及微观结构的改变。结果:A组氧合指数、CT评分以及病理学改变较轻,动物均存活;B组氧合指数、CT评分以及病理学改变适中;C组动物死亡率高(75%),不适合研究使用。三组动物间生存时间无显著差异。结论:B组动物模型氧合指数、CT评分以及病理学改变适中符合创伤后ARDS猪的模型,适合后续研究使用。研究二:体外膜肺氧合治疗对创伤后ARDS猪模型肾脏的影响目的:大量文献表明,ECMO的使用利于创伤后ARDS患者的恢复。所以在本研究中我们进一步使用创伤后ARDS模型猪,对比研究模型组(S组)以及VV ECMO组(E组)对创伤后ARDS模型猪肾脏的影响。方法:12只创伤后ARDS模型猪随机分为两组:模型组(S组)、VV ECMO组(E组)。模型组不作任何的手术,仅进行插管。各组均行系统性抗凝,并观察24小时。常规监测一般血流动力学变化,检测各组0h、2h、6h、12h、24h血标本游离血红蛋白水平,检测各组0h、2h、6h、12h、24h血清尿素氮和血肌酐等一般肾功能指标变化,同样,利用NGAL和CysC等生物标记物观察早期急性肾脏损伤情况;分别于光镜和电镜下观察肾脏大体形态和微观结构变化。结果:在血清BUN和Scr检测中:E组和S组之间比较均有统计学差别(P<0.05)。在FHb检测中:E组与S组比较均有统计学差别(P<0.05)。在CysC检测中:E组与S组之间比较有统计学差别(P<0.05)。在NGAL检测中:E组与S组之间比较有统计学差别(P<0.05)。ECMO组较S组在光镜和电镜下的观察均显示不同程度的急性肾功能不全后的加重表现。结论:在创伤后ARDS模型猪中,VV ECMO治疗较S组在一般肾功能有一定程度的加重,我们在早期急性肾损伤生物标记物的检测中发现VVECMO治疗较S组有加重。在游离血红蛋白的检测中VVECMO治疗较S组有加重。而无论是在普通光镜还是在电镜下,VVECMO治疗较S组有急性肾损害加重表现。研究三:体外膜肺氧合联合持续肾替代治疗对创伤后ARDS猪模型肾脏的影响目的:在本研究中我们进一步使用创伤后ARDS模型猪,对比研究VV ECMO组(E组)以及VVECMO联合CRRT组(EC组)对创伤后ARDS模型猪肾脏的影响。方法:18只创伤后ARDS模型猪随机分为三组:模型组(S组)、VV ECMO组(E组)以及VVECMO联合CRRT组(EC组)。模型组不作任何的手术,仅进行插管。各组均行系统性抗凝,并观察24小时。常规监测一般血流动力学变化,检测各组oh、2h、6h、12h、24h血标本游离血红蛋白水平,检测各组Oh、2h、6h、12h、24h血清尿素氮和血肌酐等一般肾功能指标变化,同样,利用NGAL和CysC等生物标记物观察早期急性肾脏损伤情况;分别于光镜和电镜下观察肾脏大体形态和微观结构变化。结果:在血清BUN和Scr检测中:E组、EC组和S组之间比较均有统计学差别(P<0.05);E组和EC组之间有统计学差别(P<0.05)。在FHb检测中:E组、EC组与S组比较均有统计学差别(P<0.05);E组和EC组之间无统计学差别。在CysC检测中:E组与EC组、S组之间比较均有统计学差别(P<0.05)。在NGAL检测中:E组与EC组、S组之间比较有统计学差别(P<0.05)。ECMO联合CRRT组较ECMO单独组光镜下电镜下的观察均显示不同程度的急性肾功能不全后的好转表现。结论.:在创伤后ARDS模型猪中,VV ECMO联合CRRT治疗方式较单独应用VV ECMO治疗方式在一般肾功能有一定程度的好转,我们在早期急性肾损伤生物标记物的检测中发现VV ECMO联合CRRT治疗方式较单独应用VV ECMO治疗方式有改善。在游离血红蛋白的检测中W ECMO联合CRRT治疗方式较单独应用VV ECMO治疗方式并没有明显的改善,甚至前者还高于后者,说明溶血不是VV ECMO导致ARDS模型猪急性肾损伤的主要原因。而无论是在普通光镜还是在电镜下，W ECMO联合CRRT治疗方式均可以改善单独应用VV ECMO治疗方式急性肾损害表现。