氢气减轻家兔心脏骤停后综合征

田学林 王金高 蔺际

[摘要] 目的 探討氢气（hydrogen， H2） 干预对家兔心脏骤停后综合征（Post-cardiac arrest syndrome， PCAS）的作用。方法 2018年3月实验在厦门大学动物实验中心进行，新西兰白兔60只，随机均分为两组： A组予2%氢气干预，B组予空气对照。比较家兔存活数、心率、体温、呼吸频率、白细胞总数（WBC）、血清中肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosis factor-α， TNF-α） 的差异，分析全身炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome， SIRS）、多器官功能障碍综合征（Multiple organ dysfunction syndrome， MODS）诊断数的差异。结果 A、B两组兔自主循环恢复（restoration ofspontaneous circulation， ROSC）数量接近，ROSC 72 h时，总生存率为40.0%，A组兔存活数高于B组﹙χ2=4.444， P=0.035﹚。ROSC后，两组兔均有不同程度炎症反应发生，ROSC 24 h时，SIRS水平以24 h较高，A组TNF-α浓度、SIRS诊断数低于B组﹙χ2=7.368， P=0.010﹚;ROSC 48 h时，A组MODS诊断数低于B组﹙χ2=6.801， P=0.014﹚。 结论 H2减轻了家兔心肺复苏后全身炎症反应综合征的症状，降低了多器官功能障碍综合征的发生率，增加了心肺复苏家兔的存活率，给心脏骤停后综合征的治疗提供了新方法。

[关键词] 心肺复苏;心脏骤停后综合征;全身炎症反应综合征;多器官功能障碍综合征

[中图分类号] R5          [文献标识码] A          [文章编号] 1674-0742（2019）10（a）-0021-05

[Abstract] Objective To investigate the effect of hydrogen （H2） intervention on post-cardiac arrest syndrome （PCAS） in rabbits. Methods In March 2018， the experiment was conducted at the Animal Experimental Center of Xiamen University. 60 New Zealand white rabbits were randomly divided into two groups： group A was treated with 2% hydrogen and group B was given air control. Comparison of rabbit survival， heart rate， body temperature， respiratory rate， total white blood cell count （WBC）， serum Tumor necrosis factor-α （TNF-α）， analysis of systemic inflammatory response syndrome Syndrome （SIRS）， multiple organ dysfunction syndrome （MODS） differences in the number of diagnoses. Results The number of recovery of spontaneous circulation （ROSC） in rabbits in group A and group B was close. The overall survival rate was 40.0% at 72 h， and the survival rate in group A was higher than that in group B （χ2=4.444， P=0.035）. After ROSC， both groups of rabbits had different degrees of inflammatory reaction. At 24 h of ROSC， the SIRS level was higher at 24 h. The TNF-α concentration and SIRS diagnosis in group A were lower than those in group B（χ2=7.368， P=0.010）. At the 48 h of ROSC， the number of MODS diagnoses in group A was lower than that in group B（χ2=6.801， P=0.014）. Conclusion H2 reduces the symptoms of systemic inflammatory response syndrome after cardiopulmonary resuscitation in rabbits， reduces the incidence of multiple organ dysfunction syndrome， increases the survival rate of rabbits with cardiopulmonary resuscitation， and provides a new method of treatment for post-cardiac arrest syndrome. 

[Key words] Cardiopulmonary resuscitation; Post-cardiac arrest syndrome; Systemic inflammatory response syndrome; Multiple organ dysfunction syndrome

心脏骤停后综合征（PCAS）是指心脏骤停（cardiac arrest， CA）经过心肺复苏（cardiopulmonary resuscitation， CPR），在自主循环得以恢复后，心、肺、脑等主要器官氧供代谢失衡，全身组织缺血/再灌注损伤，继发SIRS，进而出现MODS而导致生存率低下的病理生理过程[1]。自主循环恢复后减轻SIRS的症状，降低MODS的发生率，可增加患者的生存率[2]。该研究于2018年3月选取60只家兔观察吸入氢气对CPR全身炎症反应综合征、MODS的影响，观察家兔存活率的变化，探讨其对PCAS的治疗前景。

1  材料与方法

1.1  实验动物

遵照2010年美国《实验动物饲养管理和使用指南》的要求进行实验并获得厦门大学动物伦理委员会的批准。选用清洁级健康成年新西兰大白兔60只，雌雄不限，体质量2.1～3.3 kg，平均2.8 kg，由厦门大学医学院动物实验中心提供。

1.2  动物模型

动物模型参照王金高等[3]用电刺激心外膜的方法建立兔心脏骤停模型。家兔随机分为两组，ROSC兔自主呼吸恢复后，停止机械通气，继续监护至兔意识清醒、呼吸平稳后拔除气管插管，回笼饲养，观察CPR后存活时间，终点为72 h。①A组（30只）：气管插管后即予以含2%氢气的混合空气进行机械通气，待病情稳定后置于含2%氢气的混合气体笼中饲养，持续至ROSC 72 h;②B组（30只）呼吸空气进行对照。CA和ROSC的判断标准，CA时间：电刺激后血压降至20 mmHg以下并动脉搏动波消失开始计算至CPR。CPR时间：从CPR开始到ROSC的时间。CPR后机械通气时间：从停止胸外按压开始计时至停用呼吸机，对于在死亡前仍使用呼吸机者计算至死亡时。实验动物SIRS、MODS诊断标准参考文献方法。

1.3  CPR后处理

对ROSC的家兔进行心电和血流动力学监测，自主呼吸微弱者进行机械通气，每隔15 min评估呼吸情况，自主呼吸恢复后拔除所有导管，放回笼中饲养，对于不能自主饮水、进食的动物，在ROSC后每12 h经耳缘静脉缓慢补充钙钠钾镁葡萄糖注射液20 mL/kg，观察终点为72 h。对复苏失败、ROSC 72 h内死亡常规尸体解剖，观察脏器病变。

1.4  生理生化检查

分别于CA前及ROSC 24、48、72 h經耳中动脉取血3 mL进行检测并监测血压。使用电子传感器测量体温、使用（ABBOTT i-STAT System 300，美国雅培公司生产）检测氧分压（PaO2）、二氧化碳分压（PaCO2）、呼吸频率、平均动脉压（MAP），动物血细胞分析仪（型号HF-3800，济南汉方医疗器械有限公司）检测白细胞计数（WBC）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）、肌酐（Cr）、血糖（Glu）。动物血细胞分析仪（型号HF-3800，济南汉方医疗器械有限公司）检测白细胞计数（WBC）。并用美国R&D公司ELISA试剂盒测定血清肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosis factor-α， TNF-α）。

1.5  统计方法

采用SPSS 13.0统计学软件进行数据分析，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，相同时点两组间比较采用独立样本t检验，组内多个时间点差异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

2.1  实验兔生存比较

A、B两组兔的ROSC数接近﹙χ2=0.111， P=0.739﹚;在ROSC 后，随着时间延长，存活的动物越来越少，到ROSC 72 h时，总生存率为40.0%，A组存活率53.3%（16/30），B组存活率26.7%（8/30），A组动物存活数量高于B组﹙χ2=4.444， P=0.035），见图1。

自主循环恢复后（h）

2.2  实验兔发生SIRS情况

①实验兔自主循环恢复后逐渐出现心率增快、体温升高、呼吸急促、外周血白细胞升高、PaCO2下降、TNF-α升高;ROSC 24 h后，上述指标大部分出现恢复趋势。A组较B组有更快恢复倾向，见图2。

②ROSC 12 h时，存活家兔部分达到SIRS诊断标准，B组SIRS家兔较A组有偏高倾向（χ2=3.039， P=0.136）;ROSC 24 h时，存活家兔数量减少，B组全部处于SIRS状态，A组半数处于SIRS状态，差异有统计学意义（χ2=7.368， P=0.010）;ROSC 48 h时，部分家兔开始脱离SIRS状态，见表1。

2.3  实验兔发生MODS情况

①发生MODS兔以肝脏、肾脏、肠鸣音变化明显，A组 MAP、 ALT、Cr、肠鸣音各项指标较B组更趋于好转，而氧分压、血糖变化不明显，见图3。

②按照MODS的实验动物的诊断标准，结合上述各生化指标，ROSC 24 h，B组兔有一只出现MODS，A组未发现MODS兔;在ROSC 48 h时，两组兔出现MODS数明显增加，B组MODS诊断数高于A组﹙χ2=6.801， P=0.014﹚;ROSC 72 h时，两组MODS诊断数逐渐下降，部分家兔开始脱离MODS状态，见表2。

3  討论

PCAS 是心搏骤停患者发生致死率最常见原因，其发生率高达60%～90%[4]严重影响 CPR 的最终成功率，并成为影响复苏患者生存率的独立危险因素，CPR后ROSC患者PCAS的发生率为80.65%。研究发现[5-6]，CPR患者ROSC后有较高的SIRS发生率，而且SIRS的持续时间越长，程度越重，细胞因子、炎症介质水平越高，PCAS的发生率越高。该研究中到ROSC 72 h时，总生存率仅为40.0%，也就是致死率达到60.0%，未经干预组别自主循环恢复后家兔PCAS的发生率达到80.0%，而经氢气干预组的存活率可达到53.0%，较未干预组的26.7%差异有统计学意义（P<0.05），说明吸入氢气后可提高心脏骤停家兔的存活率。

临床上大多数的PCAS患者在发病后24 h内因心血管功能不稳定状态而发生死亡。ROSC之后，必须坚持高级生命支持和SIRS的综合处理[7]。氢属于内源性天然物质，它的选择性抗氧化作用只与活性强、毒性大的活性氧反应，不与有重要信号作用的活性氧反应 [8]。有关氢气防治疾病机制的研究主要集中在抗氧化以及抗氧化引起的一些炎症信号通路上[9]。研究表明[10-12]氢气可通过选择性中和毒性自由基而减轻心、肺、脑等多脏器的缺血/再灌注损伤。因此，结合该实验结果，氢气在治疗以全身性缺血/再灌注损伤为中心环节的PCAS的发生发展中具有一定的价值，在ROSC 24 h时，未经干预家兔全部处于SIRS状态，而氢气吸入组中只有半数为SIRS，且差异有统计学意义（P<0.05），说明氢气可以减少SIRS的发生，有利于复苏成功，同时也证实在PCAS发病后24 h确实为死亡的分水岭。当ROSC 72 h时，A组动物存活数量高于B组，差异有统计学意义（P<0.05），ROSC之后的高级生命支持，有效的干预措施可以对脏器的保护作用，提高存活率，并且遏制了SIRS出现后各种炎症因子的释放，表明氢气对脏器的保护作用。

有资料表明[13]：TNF-α水平与SIRS的不良预后密切相关。SIRS时有各种炎性细胞因子过量释放和炎症细胞过度激活而产生一系列连锁反应或称“瀑布样效应”[14]。TNF-α是反映SIRS程度较敏感的指标，可对SIRS进行评估[15]。该研究中，自主循环恢复后，TNF-逐渐升高，ROSC 12 h内，A、B组兔外周静脉血TNF-α浓度相近，提示氢气对心肺复苏后早起炎症反应的启动无明显干预作用。两组TNF-α浓度于ROSC 24 h达峰值，A组峰值低于B组;提示H2能减弱CPR兔ROSC后炎症反应的瀑布样爆发，明显减弱TNF-的激活与释放，也证明了通过抑制TNF-α释放，可以减轻SIRS的严重程度，证实了TNF-α是反映SIRS程度较敏感的指标。

动物在CPR后发生SIRS，此时，动物出现腹胀，肠鸣音减弱甚至消失，呼吸功能不全，机体抵抗力明显下降[16]。该实验表明：ROSC 24 h时，兔心率增快，呼吸急促，体温明显升高，二氧化碳下降，按照SIRS的实验动物诊断标准，B组所有存活的家兔均发生了SIRS，成为此时家兔死亡的主要原因;A组部分家兔发生了SIRS，较B组比较，SIRS发生率明显减少，差异有统计学意义（P<0.05）。这说明CP R后由于全身缺血-再灌注所导致的SIRS在ROSC 24 h时最明显，此时家兔生理变化及体征发生的巨大的改变，内因和外在相统一，体现了SIRS的发生导致机体抵抗力的下降，从而影响预后。

自主循环恢复后 1～3 d，由于肠道的渗透性增加，肠道、呼吸道细菌及毒素异位入血，易于发生脓毒血症（sepsis），感染加重了SIRS，并成为MODS的主要原因之一，从而患者死亡率明显增加[17-18]该实验中，ROSC 48 h时，结合各生化指标、生命体征表现，按照动物MODS的诊断标准，B组所有存活的家兔均发生了MODS，成为此时家兔死亡的主要原因;A组部分家兔发生了MODS，较B组比较，MODS发生率明显减少，差异有统计学意义（P<0.05）。家兔ROSC后的MODS发生率在ROSC 48 h时最明显，氢气充分发挥了抗氧化，减少自由基的释放作用，使肠粘膜、呼吸道黏膜缺氧有所改善，抵抗力强不易引起菌群异位，SIRS发生机率下降，最终演变为MODS的机会就减少了。

综上所述，氢气对全身炎症反应综合征的启动无明显干预作用，但减弱了家兔心肺复苏后全身炎症反应综合征的发生，进一步阻止了病情向MODS的进展，从而减轻心跳骤停后综合征，提高了家兔心肺复苏成功率。

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（收稿日期：2019-07-01）