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氢氩吸入对猪心脏停跳复苏脑损伤的保护作用研究【意大利】

已有 460 次阅读 2024-4-20 07:56 |个人分类:呼吸氢气|系统分类:科研笔记

氢氩混合气吸入保护猪心脏骤停后脑损伤【意大利】

这是一篇来自意大利米兰大学的小型研究论文,意大利在氢气医学研究方面贡献并不突出,这一研究也不是非常大型,但研究结果有板有眼,至少有两个方面值得表扬,一是对心脏骤停后氢气吸入脑保护效益进行了确认,虽然过去日本中国和美国学者都有相关研究,但是更多团队的证据可以提高这一效益的可靠度。日本最近的临床试验已经佐证了这种判断,吸入氢气能给心脏骤停患者带来生存优势和神经保护作用。

 

心脏骤停(CA)后良好神经功能恢复的有利于生存率,该生存率在不同国家间有较大差异,介于3%至18%之间。

在未经治疗的长时间心脏骤停和心肺复苏(CPR)的临床前猪模型中,研究人员最近证明,与标准通气相比,复苏后4小时使用70%氩气和30%氧气的混合气体通气可以改善神经功能恢复并减轻脑损伤。氩气保护的潜在机制包括类似氧气的特性、对细胞存活分子途径的抗凋亡作用以及防止线粒体渗透性转换孔开放。因此,目前正进行一项关于心脏骤停后使用氩气通气的两阶段随机对照临床试验(NCT05482945)。

氢气也在动物模型中显示出对抗缺血-再灌注损伤的保护作用,具有抗氧化、抗凋亡和抗炎效果。在大鼠心脏骤停模型中,复苏后吸入1.3%的氢气有助于促进神经功能恢复,并抑制神经元退化和小胶质细胞激活。一项随机对照临床试验表明,在心脏骤停后补充2% 氢气进行18小时的标准通气,可以提高90天无神经功能缺陷的生存率。

本研究的目的是调查在猪心脏骤停和CPR模型中,使用氩气和氢气混合气是否可以减少脑损伤。

具体数据可向通讯作者索取。该研究得到了机构审查委员会和政府机构(卫生署657/2020-PR)的批准,并遵循了《动物研究:活体实验报告》指南。在24只猪(体重40±2公斤)中诱导心脏骤停,并在开始CPR前不处理12分钟(图[A]),如前所述。动物被随机分配,使用不透明的信封,进行4小时的复苏后通气:70%氮气-30%氧气(对照组,n=12)或68%氩气-2% 氢气-30%氧气(氩气和氢气组,n=12)。监测了血流动力学和心肌功能。然后观察猪至多96小时的功能生存情况(根据总体表现类别)。然后将大脑从颅骨中取出,在10%缓冲福尔马林中固定,然后嵌入石蜡。使用苏木精-伊红和Fluoro-Jade染色在8μm冠状切片上调查受损神经元。在4°C下过夜孵育的切片上进行免疫组化,使用抗-IBA1(离子化钙结合适配器分子1;1:200)和抗-GFAP(胶质纤维酸性蛋白;1:2000)抗体。使用小样本量的置换t检验进行组间比较;P<0.05被认为具有统计学意义。

注意:按照这样的设计,对照组使用了空气,实验组是氢气和氩气混合气,这样的设计只能了解混合气是否有作用,无法判断氢气在其中发挥的具体作用。

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1. 氩气和氢气通气在心脏骤停和心肺复苏后减少脑损伤。

A. 动物准备和实验设计的示意图,如Fumagalli等人所述。2 在全身麻醉下,放置了一个带套囊的气管插管,动物被机械通气并监测EtCO2。为了测量主动脉压,一个充满液体的7F导管从右股动脉插入胸部主动脉。为了测量右心房压力、核心温度和心输出量,一个7F五腔热稀释导管从右股静脉插入肺动脉。为诱导心肌缺血,一个6F带气囊的导管从右颈总动脉插入主动脉,然后在图像增强的帮助下进入左前降支(LAD)。为诱发室颤(VF),一个5F起搏导管从右侧锁骨下静脉插入右心室。CPR包括使用LUCAS 2(Physio‐Control Inc)进行胸部按压,机械通气供氧,2分钟后给予肾上腺素(30 μg/kg),并使用单相双极性150-J电击(MRx, Philips Medical Systems)除颤。如果复苏未成功,CPR将恢复并继续1分钟,然后进行后续除颤。在CPR的第7分钟和第12分钟给予额外的肾上腺素剂量。CPR持续到成功复苏或最长15分钟。ROSC后,动物在治疗期间被监测4小时,然后返回笼子96小时。更多细节见Fumagalli等人。

B. 海马CA1区和门区苏木精-伊红(HE)染色的代表性图像。与对照组相比,ArH通气减少了海马CA1区(A)和门区(B)的高嗜酸性神经元。代表变性神经元(Fluoro‐Jade)染色在CA1和门区的图像。与对照(Ctr)相比,ArH减少了海马CA1区(C)和门区(D)的神经退行性变。C. CA/CPR后皮层(A)、尾状核(Cpu)(B)、海马CA1区(C)和门区(D)IBA1免疫染色的代表性显微图及定量分析。与Ctr相比,ArH导致CA1区Iba1免疫反应性降低。海马CA1区Iba1阳性细胞形态的定量分析:与Ctr相比,ArH减小了Iba1阳性细胞的平均面积(E)和周长(F)。D. CA/CPR后皮层(A)、尾状核(Cpu)(B)、海马CA1区(C)和门区(D)GFAP免疫染色的代表性显微图及定量分析。与Ctr相比,ArH导致皮层(A)和门区(D)的GFAP免疫反应性降低。数据为均值±SD。与Ctr相比小样本置换t检验。条=50 μm。ArH表示氩气和氢气;BAG,动脉血气分析;BL,基线;CA,心脏骤停;CPR,心肺复苏;Cpu,尾状核;Ctr,对照;Echo,超声心动图;Epi,肾上腺素给药;EtCO2,呼气末二氧化碳;FJ,Fluoro‐Jade;GFAP,胶质纤维酸性蛋白;H2,氢气IBA1,离子化钙结合适配器分子1;LAD,左前降支冠状动脉闭塞;OPC,总体表现类别;ROSC,自主循环恢复;VF,室颤。

 

两组动物在基线和复苏后的血流动力学、心肌功能、呼气末二氧化碳和血气分析或CPR持续时间和复苏前交付的除颤次数方面没有差异(数据未显示)。18只猪被复苏并接受研究通气(对照组n=10;氩气和氢气组n=8),所有动物均成功进行了通气研究,无不良影响。96小时后完全神经功能恢复(总体表现类别=1–2)的动物比例在对照组为50%,在氩气和氢气组为63%P=0.06)。

氩气和氢气通气在海马CA1区显著减少了受损神经元(具有浓缩核的嗜酸性神经元)与对照通气相比(P=0.037;图[B]),而在门区未见差异。这一结果在同一脑区的Fluoro‐Jade阳性细胞定量后进一步得到确认(氩气和氢气对比对照组,在CA1区P=0.026;图[B])。请注意,氢氩混合气有效的表现,一个是动物总体表现,一个是海马的CA1区神经元损伤数量减少。根据多个方面的信息提示这个结果确认度比较高,符合整体表现提高的特征,有非变化脑区的结果,有不同检测方法的确定。

大脑神经炎症也通过氩气和氢气通气得到缓解。实际上,与对照组相比,氩气和氢气处理显著降低了海马CA1区Iba-1免疫反应性(P=0.008;图[C])。在CA1区,Iba-1阳性细胞的形态分析也显示,在氩气和氢气处理后,面积(P=0.027)和周长(P=0.041)显著减小(图[C])。此外,CA/CPR导致GFAP免疫反应性增加,而氩气和氢气通气在门区显著降低了这种增加(与对照组相比P=0.033;图[D])。

这项小型研究证明,吸入混合气68%氩气+2%氢气在氧气中减少了CA后的神经退行性和神经炎症。此外,尽管没有将氩气+氢气通气与单独的氩气和氢气进行比较,但在组织病理学上观察到的氩气和氢气结合的保护效果似乎比之前使用相同模型的研究中仅使用70%氩气在氧气中的动物更为显著。和过去的该团队研究结果对比提示氢气在其中独立发挥作用。因此,氩氢结合可能代表了一种有前景的新干预措施,以减轻CA后的大脑损伤,利用了氩气和氢气同时发挥的不同保护机制的可能性。更具体地说,氩气和氢气通气似乎结合了氩气介导的抗凋亡作用和线粒体保护以及氢气的羟基自由基清除活性,再加上其间接诱导抗氧化系统和降低促炎因子表达的能力。2, 3, 4, 5现在需要未来的研究来确认这些初步观察结果,并且还需要确认对功能恢复的影响(由于样本量小,本研究可能未观察到)。还需要比较单一气体与不同氩气和氢气组合的效果,以找到CA后神经保护的最佳吸入策略。

 

研究资金来源

本工作获得了意大利贝加莫Sestini基金会和米兰大学2021年度支持研究活动年度拨款计划Linea 2: dotazione annuale per attività istituzionali的无限制资助给G.R.

致谢

我们感谢意大利贝加莫SIAD Healthcare提供氩气和氢气混合气以及气体输送设备。

Motta F, De Giorgio D, Cerrato M, Salmaso A, Magliocca A, Merigo G, Olivari D, Perego C, Fumagalli F, Ristagno G. Postresuscitation Ventilation With a Mixture of Argon and Hydrogen Reduces Brain Injury After Cardiac Arrest in a Pig Model. J Am Heart Assoc. 2024 Apr 19:e033367.

Footnotes

* Correspondence to: Giuseppe Ristagno, MD, PhD, Department of Pathophysiology and Transplantation, University of Milan, Department of Anesthesiology, Intensive Care and Emergency, Fondazione IRCCS Ca' Granda Ospedale Maggiore Policlinico, Via Francesco Sforza 35, 20122, Milan, Italy. Email: gristag@gmail.com

*F. Motta and D. De Giorgio contributed equally.

This article was sent to Neel S. Singhal, MD, PhD, Associate Editor, for review by expert referees, editorial decision, and final disposition.

意大利,氩气在心脏骤停后拯救神经元:在第一位患者身上进行测试 (emergency-live.com)



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2 宁利中 郑永军

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