陈建荣急性肺损伤急性呼吸窘迫综合征患者呼出气冷凝液检测的研究进展课件

ALI/ARDSALI/ARDS患者呼出气冷凝液患者呼出气冷凝液 检测的研究进展检测的研究进展 南通大学附属中医院南通大学附属中医院 陈建荣陈建荣 急性肺损伤（急性肺损伤（acute lung injuryacute lung injury，ALIALI）/ /急性急性 呼吸窘迫综合征（呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress acute respiratory distress syndromesyndrome，ARDSARDS） 是由多种炎性介质及效是由多种炎性介质及效 应细胞共同参与，并呈级联放大的瀑布样应细胞共同参与，并呈级联放大的瀑布样 炎症继发性损伤和继发性肺实质损伤炎症继发性损伤和继发性肺实质损伤。 脓毒血症、创伤、中毒和缺血再灌注损伤脓毒血症、创伤、中毒和缺血再灌注损伤 的病因均可导致肺泡巨噬细胞（的病因均可导致肺泡巨噬细胞（PAMPAM）的）的 激活，激活，释放一系列前炎性因子释放一系列前炎性因子，其中包括，其中包括 肿瘤坏死因子（肿瘤坏死因子（TNF-TNF-）、白细胞介素）、白细胞介素-6-6（ IL-6IL-6）和血小板激活因子，进而作用于多核）和血小板激活因子，进而作用于多核 白细胞（白细胞（PMNPMN）和血管内皮细胞等效应细）和血管内皮细胞等效应细 胞，释放过氧化氢（胞，释放过氧化氢（H H 2 2O O2 2 ）、前列腺素、）、前列腺素、 一氧化氮（一氧化氮（NONO）、内皮素、白三烯和白介）、内皮素、白三烯和白介 素（素（ILIL）等介质，）等介质，导致脂质过氧化和超氧阴导致脂质过氧化和超氧阴 离子氧化等氧化应激反应离子氧化等氧化应激反应，从而促进了肺，从而促进了肺 损伤进程。损伤进程。 炎性细胞、细胞因子和炎性介质构成的调炎性细胞、细胞因子和炎性介质构成的调 节网络失控，导致肺内皮细胞与肺泡上皮节网络失控，导致肺内皮细胞与肺泡上皮 细胞等靶细胞受损是细胞等靶细胞受损是ALI/ARDSALI/ARDS共同病理共同病理 生理过程。目前，寻找有效评估生理过程。目前，寻找有效评估 ALI/ARDSALI/ARDS病理变化的临床生化指标一直病理变化的临床生化指标一直 是研究热点，其中通过是研究热点，其中通过呼出气冷凝液（呼出气冷凝液（ exhaled breath condensate, EBCexhaled breath condensate, EBC）检测肺炎检测肺炎 症指标作为一种新方法正日益受到重视症指标作为一种新方法正日益受到重视。 呼出气冷凝液的收集和检测呼出气冷凝液的收集和检测 传统的检测气道炎症的方法包括痰液收集传统的检测气道炎症的方法包括痰液收集 、支气管肺泡灌洗液（、支气管肺泡灌洗液（BALFBALF）等，这些检）等，这些检 查都有其明显的缺陷，有其局限性，在临查都有其明显的缺陷，有其局限性，在临 床上不能广泛应用。床上不能广泛应用。呼出气冷凝液（呼出气冷凝液（ exhaled breath condensate exhaled breath condensate ，EBCEBC）成分的测）成分的测 定方法定方法只需呼吸只需呼吸151520min20min，将呼出气体经，将呼出气体经 低温冷却即可形成低温冷却即可形成1 13ml 3ml 冷凝液，然后进冷凝液，然后进 行成分的测定，即可反映肺部的病理生理行成分的测定，即可反映肺部的病理生理 变化。变化。 冷凝器也可以与呼吸机呼出气管道或气管冷凝器也可以与呼吸机呼出气管道或气管 插管相连接，进行危重病患者的插管相连接，进行危重病患者的EBCEBC收集。收集。 国外有适配于呼吸机通气管道的转接器国外有适配于呼吸机通气管道的转接器 VentAdapter VentAdapter ，可连接，可连接EcoScreenEcoScreen冷凝器。收冷凝器。收 集前停止呼吸机加热湿化器工作集前停止呼吸机加热湿化器工作1 1分钟，冷分钟，冷 凝器设置初始冷凝温度为凝器设置初始冷凝温度为-20-20，收集量取，收集量取 决于每分通气量，一般决于每分通气量，一般25254545分钟可以收分钟可以收 集集1 12ml2ml的的EBCEBC。 冷凝器与呼吸机连接管道 冷凝器改变连接方法与呼吸机相连 采取更换灭菌干燥呼吸机采取更换灭菌干燥呼吸机Y Y型螺纹管道，型螺纹管道， 脱开湿化器，直接连接呼吸机。脱开湿化器，直接连接呼吸机。 V V MM设置 设置10L/min10L/min，收集时间，收集时间2020分钟。分钟。 至少可收集至少可收集2ml2ml的的EBCEBC , , 冷凝物以固态冷冷凝物以固态冷 凝霜样物质均匀凝结在金属管收集器的管凝霜样物质均匀凝结在金属管收集器的管 内壁，肉眼观察管内无明显的堵塞。内壁，肉眼观察管内无明显的堵塞。 检测方法检测方法 EBCEBC中所含的不同物质需要通过特殊实验中所含的不同物质需要通过特殊实验 手段进行检测。较常用的为酶联免疫吸附手段进行检测。较常用的为酶联免疫吸附 法（法（EIAEIA）、放射免疫法（）、放射免疫法（RIARIA）和光谱分）和光谱分 析等。析等。 ALI/ARDSALI/ARDS患者患者EBCEBC中的检测中的检测 指标及其临床意义指标及其临床意义 pHpH值值 EBCEBC的的pHpH值反映了气道内衬液的酸值反映了气道内衬液的酸 碱度。气道炎性细胞释放大量的酸性碱度。气道炎性细胞释放大量的酸性 物质和缓冲系统调节异常可引起内源物质和缓冲系统调节异常可引起内源 性的气道酸化，故性的气道酸化，故EBC-pHEBC-pH值测定可值测定可 用于评估气道的炎症和氧化应激。用于评估气道的炎症和氧化应激。 pHpH值值 EBC-pHEBC-pH是判断肺部疾病变化是判断肺部疾病变化简单和简单和 有效的监测指标有效的监测指标， Walsh Walsh 等对等对1919例进例进 行机械通气的行机械通气的ARDSARDS等呼吸衰竭患者等呼吸衰竭患者 的的EBC-pHEBC-pH值进行连续值进行连续6 69696小时动态小时动态 检测并绘制成动态曲线，结果显示检测并绘制成动态曲线，结果显示临临 床病情恶化床病情恶化pHpH下降，好转时下降，好转时pHpH值上值上 升。升。 NONO及其衍生物及其衍生物 NONO是目前研究最为广泛的呼出气标志是目前研究最为广泛的呼出气标志 物。肺损伤时，肺组织炎症细胞因子物。肺损伤时，肺组织炎症细胞因子 大量产生，诱导肺泡巨噬细胞、中性大量产生，诱导肺泡巨噬细胞、中性 粒细胞和气道上皮细胞合成粒细胞和气道上皮细胞合成NOSNOS增加增加 ，使使NONO大量生成，从而对细胞产生毒大量生成，从而对细胞产生毒 性作用性作用。 NONO及其衍生物及其衍生物 NONO 2 2 - - / V/ VT T 可用于协助判断 可用于协助判断ALI / ARDSALI / ARDS 患者机械通气过程中发生的继发性肺患者机械通气过程中发生的继发性肺 损伤。肺损伤患者机械通气时，过大损伤。肺损伤患者机械通气时，过大 的通气容量可能导致不同程度的肺损的通气容量可能导致不同程度的肺损 伤及肺部炎症反应，进一步刺激肺组伤及肺部炎症反应，进一步刺激肺组 织生成织生成NONO 2 2 增多，而肺部内源性的增多，而肺部内源性的NONO 释放的增加，也可能加重炎症反应。释放的增加，也可能加重炎症反应。 H H2 2O O2 2 H H2 2O O2 2 是呼出气的可挥发成分。上皮细胞是呼出气的可挥发成分。上皮细胞 、中性粒细胞、巨噬细胞和嗜酸性细胞、中性粒细胞、巨噬细胞和嗜酸性细胞 等激活，释放超氧阴离子（等激活，释放超氧阴离子（O O 2 2 - - ），），O O 2 2 - - 通过自发或酶催化反应生成通过自发或酶催化反应生成H H 2 2O O2 2 。肺。肺 脏发生氧化应激时，脏发生氧化应激时，H H 2 2O O2 2 的生成超过的生成超过 了过氧化氢酶的清除能力，所以呼出气了过氧化氢酶的清除能力，所以呼出气 中中可以检测到可以检测到H H 2 2O O2 2 ，并可作为一个间接，并可作为一个间接 的反映自由基介导的氧化负荷的反映自由基介导的氧化负荷。 H H2 2O O2 2 BaldwinBaldwin等的研究也证实等的研究也证实ARDSARDS患者患者 EBC-HEBC-H 2 2O O2 2 水平比正常对照组增高；水平比正常对照组增高； 同时发现相对于肺炎等疾病患者，同时发现相对于肺炎等疾病患者， ARDSARDS患者患者EBC- HEBC- H 2 2O O2 2 水平也是增高水平也是增高 的。其中，由败血症以及严重颅脑损的。其中，由败血症以及严重颅脑损 伤引起的伤引起的ARDSARDS患者患者EBC-HEBC-H 2 2O O2 2 水平水平 最高。最高。 8-isoPGF8-isoPGF2 2 8-isoPGF8-isoPGF2 2在体内含量稳定，存在于 在体内含量稳定，存在于 各种体液、组织或细胞膜磷脂中，各种体液、组织或细胞膜磷脂中， 以游离形式或脂质形式存在。作为以游离形式或脂质形式存在。作为 炎性介质在全身氧化应激反应时其炎性介质在全身氧化应激反应时其 浓度增加，浓度增加，是敏感的反映氧化应激是敏感的反映氧化应激 的标记物的标记物。 8-isoPGF8-isoPGF2 2 Chace Chace 等等 把把2222例因严重感染导致例因严重感染导致 ALI/ARDSALI/ARDS或具有发生或具有发生ALI/ARDSALI/ARDS高危高危 因素的患者作为观察组，另一组以因素的患者作为观察组，另一组以1010 例轻微手术过程中气管插管的病人作例轻微手术过程中气管插管的病人作 为对照（排除肺部疾病）。研究结果为对照（排除肺部疾病）。研究结果 显示，显示，ALI/ARDSALI/ARDS高危因素的患者组高危因素的患者组8 8 -isoPGF-isoPGF2 2水平高于对照组 水平高于对照组，两组数据，两组数据 具有统计学差异。具有统计学差异。 细胞角蛋白（细胞角蛋白（CKCK） 细胞角蛋白（细胞角蛋白（CytokeratinCytokeratin，CKCK） CKCK 是一类分子量为（是一类分子量为（40407070）KDKD的上皮的上皮 细胞支架蛋白，是构成细胞骨架的一细胞支架蛋白，是构成细胞骨架的一 类中间丝状物。至少有类中间丝状物。至少有1919个多肽组成个多肽组成 ，已知的有，已知的有2020余种角蛋白多肽。余种角蛋白多肽。主要主要 表达于上皮细胞，有很高程度的组织表达于上皮细胞，有很高程度的组织 特异性和分化特异性。特异性和分化特异性。 细胞角蛋白（细胞角蛋白（CKCK） ARDSARDS患者机械通气时患者机械通气时EBCEBC样品中细胞样品中细胞 角蛋白检出率的增加与最大吸气压、角蛋白检出率的增加与最大吸气压、 PEEPPEEP、通气时间等参数和、通气时间等参数和ARDSARDS评分密评分密 切相关，这些发现提示，机械通气在一切相关，这些发现提示，机械通气在一 定程度上可损伤气道上皮细胞，导致细定程度上可损伤气道上皮细胞，导致细 胞角蛋白检出数量增加。胞角蛋白检出数量增加。EBC-CKEBC-CK的检的检 测，可以作为判断测，可以作为判断ALI/ADRSALI/ADRS发展过程发展过程 和机械通气过程中肺损伤的参考指标。和机械通气过程中肺损伤的参考指标。 细胞因子细胞因子 根据细胞因子在炎症反应中的不同作根据细胞因子在炎症反应中的不同作 用分为：前炎细胞因子和抗炎细胞因用分为：前炎细胞因子和抗炎细胞因 子。子。EBCEBC中可检测到前炎性细胞因子中可检测到前炎性细胞因子 （如（如IL-1IL-1、TNF-TNF-和和IL-8IL-8）和抗炎因子）和抗炎因子 （如（如IL-6IL-6和和IL-10IL-10）。细胞因子分泌失）。细胞因子分泌失 衡在衡在ALI/ARDSALI/ARDS的发生发展过程中起关的发生发展过程中起关 键作用，键作用，检测这些细胞因子有助于认检测这些细胞因子有助于认 识肺损伤的发病机制和炎症过程。识肺损伤的发病机制和炎症过程。 TNF-TNF- TNF-TNF-是是ALIALI早期最主要的前炎性因子早期最主要的前炎性因子 。TNF-TNF-可以激活损伤的粒细胞、内可以激活损伤的粒细胞、内 皮细胞和血小板等，进一步释放氧自皮细胞和血小板等，进一步释放氧自 由基、脂质代谢产物和溶酶体等，形由基、脂质代谢产物和溶酶体等，形 成逐级放大的瀑布样连锁反应，诱导成逐级放大的瀑布样连锁反应，诱导 组织细胞损害，引起组织细胞损害，引起ARDSARDS以及多器以及多器 官衰竭。官衰竭。 TNF-TNF- 在在ALI/ARDSALI/ARDS时表现为过量时表现为过量TNF-TNF-表达表达 。 SackSack等对等对ICUICU中中1111例例ALIALI机械通气患机械通气患 者研究中，检出者研究中，检出EBC- TNF-EBC- TNF-的浓度较的浓度较 正常对照组明显增高。正常对照组明显增高。 白介素（白介素（IL IL ） 研究发现研究发现ALI/ARDSALI/ARDS患者患者BALFBALF和血浆和血浆 中中IL-1 IL-1 升高，血浆中的升高，血浆中的IL-8 IL-8 和和IL-6IL-6水水 平升高，升高程度与死亡危险正相关，平升高，升高程度与死亡危险正相关， 而而BALFBALF中中IL-10IL-10降低与死亡率增加有关降低与死亡率增加有关 ，BALFBALF中中TNF-/IL-10TNF-/IL-10比值随病情进展比值随病情进展 而增大。在而增大。在EBCEBC中存在与上述研究类似中存在与上述研究类似 的的ILIL等多种细胞因子水平的升高。等多种细胞因子水平的升高。 白介素（白介素（IL IL ） 研究显示，研究显示，ARDSARDS第第3 3天，使用潮气量天，使用潮气量 6ml/kg6ml/kg通气与通气与12ml/kg12ml/kg通气相比，血清通气相比，血清IL-6IL-6下下 降降26%26%，IL-8IL-8下降下降12%12%，而经典的机械通气，而经典的机械通气 策略（大潮气量，小策略（大潮气量，小PEEPPEEP）导致）导致EBCEBC和和 BALFBALF中中IL-6IL-6水平增高，水平增高， 因此，因此，监测监测EBCEBC中中 这些细胞因子的变化，将有助于及早发现这些细胞因子的变化，将有助于及早发现 机械通气肺损伤。机械通气肺损伤。 改装EcoScreen冷凝器收集机械 通气患者呼出气的研究 改装EcoScreen冷凝器的连接路径 图1 自主呼吸患者应用原装EcoScreen呼吸气流示意图 图2 改装EcoScreen与人工气道和呼吸机的连接及呼吸流示意图 图3 改装EcoScreen与人工气道和呼吸机连接的外观图及呼吸气流示意图 改装EcoScreen冷凝器与模拟肺连接测试结 果显示，冷凝液的收集与呼吸机管道是否与 湿化器连接有关。 通过干燥呼吸机管道不连接湿化器机械通 气60min，可以收集到2.2mlEBC，固态冷凝 物较少，不堵塞冷凝收集器管腔。通过干 燥呼吸机管道连接不加温湿化器机械通气 50min，可以收集5mlEBC，冷凝液收集量增 加，且固态冷凝物量较多，可堵塞冷凝收集 管腔，引起呼吸机管道阻力升高，呼吸机监 测指标表现为VT下降，气道压（PIP、 Pmean、Pplat）上升，被迫提前停止试验。 通过呼吸机干燥管道连接加温湿化器机 械通气60min，可以收集10.5mlEBC。冷凝 器收集管腔内固态冷凝物较少，不会堵塞 管腔，呼吸机监测指标显示气道压力轻度 升高，VT轻度下降，但收集量增加会稀释 EBC。由此可见，后两种收集方式有阻塞管 道或稀释EBC的缺点，故建议以干燥呼吸机 管道不连接湿化器进行收集为好。这种收 集方法也接近于常规操作自主呼吸时由口 腔吸入大气中未经湿化的空气。 人体测试结果显示：改装EcoScreen冷凝器与人 工气道以及呼吸机连接，机械通气20min可收集 2ml的EBC，与常规操作自主呼吸30min经口腔收 集的EBC量相似。在20min的收集过程中，呼吸 机监测指标基本维持稳定，VT未见下降，而PIP 或Pplat等反映气道阻力的指标也未见升高。冷凝 收集管内仅有少量固态冷凝物，并未造成管腔堵 塞。因此，20min的收集时间足够，而且比较安全 。 在20min的收集过程中，患者的HR、血压、 SpO2 等生命体征也维持稳定，未出现需要额外医 疗干预的临床事件，提示短时间的EBC收集操作 不会影响患者的呼吸机治疗。 总之，改装EcoScreen冷凝器连接人工气道 以及呼吸机进行EBC收集，操作简单，临床 应用可行。为防止EBC内生物介质的稀释， 并保证足够的收集量和防止气道堵塞的发 生，建议收集时应注意以下几点：更换 干燥呼吸机管道，脱离湿化器；收集时 间20min左右；密切观察生命体征和呼吸 机监测指标变化，加强气道管理。 急性肺损伤患者呼出气冷凝液 VEGF-A检测的临床意义 目的 观察急性肺损伤患者呼出气冷凝液 (EBC)中 血管内皮生长因子（VEGF-A）的水平，并 探讨其临床价值。 方法 23例ICU中行机械通气的急性肺损伤患者 为研究组，14名健康体检者为对照组，以 改进EcoScreen冷凝器收集的EBC为标本。 用EIA法测定EBC和血清中VEGF-A的浓度 。观察不同肺损伤分级和预后患者EBC中 VEGF-A的差异，以及与临床指标相关性 。 结果 急性肺损伤患者EBC中VEGF-A水平低于正常对 照组（46.29 10.02ng/L vs 55.788.23ng/L，P0.01 ）。 ALI组EBC中VEGF-A水平高于ARDS组（ 49.939.41ng/L