心臟驟停(cardiac arrest,CA)是心臟泵血機(jī)械活動(dòng)突然停止導(dǎo)致血流在機(jī)體停止循環(huán),進(jìn)而導(dǎo)致腦功能喪失的一種緊急狀況,如不及時(shí)采取措施,將危及生命。美國(guó)院外心臟驟停(out-of-hospital cardiac arrest,OHCA)的發(fā)病率為110.8(95%CI,108.9–112.6)例/10萬(wàn)人,院內(nèi)心臟驟停(in hospital cardiac arrest,IHCA)的發(fā)病率為4.0(95%CI,1.4–11.8)例/1000例住院病人;據(jù)推測(cè)我國(guó)CA發(fā)病率約為每年41.8例/10萬(wàn)人。隨著心肺復(fù)蘇技術(shù)的不斷改進(jìn),OHCA病人恢復(fù)自主循環(huán)(return of spontaneous circulation,ROSC)的比例提升到44.8%。盡管如此,OHCA病人的出院存活率僅為10.4%,出院且神經(jīng)功能良好率為8.4%,在我國(guó)這一數(shù)據(jù)分別為1.3%和1.0%。65.2%院內(nèi)監(jiān)護(hù)CA病人的死亡可歸于腦及神經(jīng)系統(tǒng)受損。復(fù)蘇后神經(jīng)功能保護(hù)干預(yù)措施日益受到重視。2007年《自然·醫(yī)學(xué)》雜志首次報(bào)道吸入氫氣(hydrogen inhalation,HI)能減少大鼠局部缺血再灌注腦損傷。隨后在大鼠室顫CA模型上研究結(jié)果顯示HI在改善神經(jīng)功能上與目標(biāo)溫度管理(target temperature management,TTM)相當(dāng),并且HI能不依賴于高濃度氧和TTM而獨(dú)立改善復(fù)蘇后神經(jīng)功能;窒息CA動(dòng)物模型上的研究結(jié)果表明HI改善神經(jīng)功能作用甚至優(yōu)于TTM。雖然如此,這些研究中都采用了生存結(jié)局和神經(jīng)功能缺損評(píng)分(neurologic deficit scores,NDS)作為HI的主要評(píng)價(jià)指標(biāo),但這兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)不能在復(fù)蘇后早期實(shí)施檢測(cè)。在現(xiàn)有預(yù)后預(yù)測(cè)的方法中,腦電圖(electroencephalogram,EEG)因其時(shí)間分辨率高、無(wú)創(chuàng)、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于臨床領(lǐng)域。由于連續(xù)腦電(continuous EEG,cEEG)監(jiān)測(cè)相比常規(guī)腦電(routine EEG,rEEG)監(jiān)測(cè)能提供更可靠的預(yù)測(cè)信息而被重癥監(jiān)護(hù)領(lǐng)域普遍采用,但cEEG會(huì)產(chǎn)生大量的EEG數(shù)據(jù)。定量EEG分析具有客觀、高效、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn),cEEG結(jié)合定量EEG分析越來(lái)越受到臨床醫(yī)生和科研人員的關(guān)注。

盡管現(xiàn)有研究表明HI能改善復(fù)蘇后神經(jīng)功能,但研究所采用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與CA臨床病人的實(shí)際不相符,并且EEG用于復(fù)蘇后早期HI的療效預(yù)測(cè)還未得到研究,主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:(1)現(xiàn)有研究HI對(duì)復(fù)蘇后神經(jīng)功能的保護(hù)作用都是基于無(wú)基礎(chǔ)疾病實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的CA模型。在2007年首次證實(shí)HI能減少腦缺血再灌注損傷的實(shí)驗(yàn)中采用的是常規(guī)大鼠,在隨后幾個(gè)研究HI保護(hù)復(fù)蘇后神經(jīng)功能的實(shí)驗(yàn)也采用了常規(guī)大鼠。而流行病學(xué)資料表明CA病人約有65-82%患有心肌梗塞、高血壓、心肌肥大和心衰竭等基礎(chǔ)疾病。在現(xiàn)有評(píng)估HI療效實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有考慮到基礎(chǔ)疾病的影響,與臨床實(shí)際情況不相符合。在伴隨基礎(chǔ)疾病動(dòng)物模型上,HI能否改善復(fù)蘇后的神經(jīng)功能和生存結(jié)局還不清楚。(2)HI對(duì)復(fù)蘇后早期EEG量化特征及其預(yù)后預(yù)測(cè)影響還不清楚?，F(xiàn)有的研究中,HI療效的主要體現(xiàn)在NDS和生存結(jié)局,但這個(gè)兩個(gè)指標(biāo)都無(wú)法在復(fù)蘇后早期檢測(cè)。為了優(yōu)化干預(yù)措施并減少無(wú)效醫(yī)療資源支出,有必要在復(fù)蘇后早期預(yù)測(cè)HI的療效。由于EEG能實(shí)時(shí)反應(yīng)神經(jīng)功能狀態(tài)而被廣泛應(yīng)用于CA預(yù)后預(yù)測(cè),EEG具有用于早期預(yù)測(cè)HI療效的潛質(zhì),但HI是否對(duì)復(fù)蘇后早期EEG的量化特征產(chǎn)生影響還不清楚,EEG的預(yù)測(cè)性能會(huì)不會(huì)因?yàn)镠I而改變還需要研究。
本課題的目的是研究吸入氫氣對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和伴隨基礎(chǔ)疾病實(shí)驗(yàn)動(dòng)物復(fù)蘇后早期EEG量化指標(biāo)的影響,分析這些EEG量化特征在吸入氫氣條件下的預(yù)后預(yù)測(cè)性能,用于解決吸入氫氣在復(fù)蘇后早期療效評(píng)估問(wèn)題;推動(dòng)吸入氫氣用于CA病人的臨床救治進(jìn)展。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)運(yùn)用雌性斯普雷格·多雷(sprague dawley,SD)大鼠,研究窒息引發(fā)心臟驟停后,HI對(duì)其神經(jīng)功能及生存結(jié)局的影響。在40只SD大鼠上構(gòu)建窒息CA模型,ROSC后隨機(jī)分入對(duì)照組、氫氣組并監(jiān)護(hù)4小時(shí),采集血液樣本,觀察NDS及生存狀況至96小時(shí)。采集基礎(chǔ)狀態(tài)(Baseline,BL)及復(fù)蘇后4小時(shí)的EEG數(shù)據(jù)。研究小結(jié):對(duì)照組和氫氣組的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在BL參數(shù)、CA誘導(dǎo)及CPR的各項(xiàng)參數(shù)上不存在差異,但接受HI治療的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物其生存率顯著提高(90%vs.40%,P<0.01),其NDS也低于對(duì)照組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,氫氣組的腦損傷血清指標(biāo)低于對(duì)照組。各項(xiàng)結(jié)論均表明,HI對(duì)CA復(fù)蘇后的神經(jīng)功能具有保護(hù)作用。(2)研究HI對(duì)SD大鼠復(fù)蘇后早期EEG量化特征及其預(yù)后預(yù)測(cè)性能的影響。對(duì)SD大鼠實(shí)驗(yàn)中采集的EEG數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理后,計(jì)算暴發(fā)時(shí)間(onset time of burst,OTOB)和連續(xù)時(shí)間(time to normal trace,TTNT)。在BL、復(fù)蘇后5min及每隔30min提取1min長(zhǎng)度的EEG數(shù)據(jù),根據(jù)EEG量化指標(biāo)算法流程計(jì)算并優(yōu)化:暴發(fā)抑制比(burst-suppression ratio,BSR)、排序熵(permutation entropy,PeEn)、直接香農(nóng)熵(direct shannon entropy,DsEn)、近似熵(approximate entropy,ApEn)和樣本熵(sample entropy,SaEn)。比較對(duì)照組與氫氣組在復(fù)蘇后EEG量化特征的變化趨勢(shì)以及各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的差異;分析量化特征與NDS、腦損傷生化指標(biāo)的相關(guān)性;分別分析EEG量化指標(biāo)在無(wú)吸入氫氣治療與存在吸入氫氣治療時(shí)的預(yù)測(cè)性能。研究小結(jié):通過(guò)EEG量化分析表明,吸入氫氣實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的OTOB和TTNT顯著縮短,氫氣組的BSR、PeEn、DsEn、ApEn、SaEn在復(fù)蘇早期后優(yōu)于對(duì)照組;EEG量化指標(biāo)與NDS和腦損傷血清指標(biāo)顯著相關(guān);接受吸入氫氣治療不影響EEG量化指標(biāo)預(yù)測(cè)生存結(jié)局的性能。(3)運(yùn)用雄性自發(fā)高血壓大鼠(Spontaneously hypertensive rat,SHR),研究室顫引發(fā)心臟驟停后,HI對(duì)其神經(jīng)功能及結(jié)局的影響。在40只SHR上通過(guò)誘導(dǎo)電極施加電流引發(fā)CA,4分鐘后開(kāi)始CPR,ROSC后隨機(jī)分入對(duì)照組、氫氣組、低溫組、氫氣低溫組,監(jiān)護(hù)5小時(shí),觀察生存狀況并評(píng)估NDS至復(fù)蘇后96小時(shí)。通過(guò)對(duì)比各組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的NDS、生存結(jié)局、血清生化指標(biāo)、心腦組織病理學(xué)指標(biāo)來(lái)評(píng)估HI的神經(jīng)功能保護(hù)作用。利用多通道生物信號(hào)采集系統(tǒng)采集BL及復(fù)蘇后5小時(shí)的EEG數(shù)據(jù)備用。研究小結(jié):各組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在基礎(chǔ)生理參數(shù)、CA誘導(dǎo)和CPR參數(shù)都沒(méi)有顯著差異。但與對(duì)照組相比,復(fù)蘇后氫氣組和氫氣低溫組的血清生化指標(biāo)和組織病理指標(biāo)均得到改善,其NDS和生存率也得到改善。各項(xiàng)指標(biāo)均表明HI具有保護(hù)高血壓大鼠復(fù)蘇后神經(jīng)功能的作用。(4)研究HI對(duì)SHR復(fù)蘇后早期EEG量化特征及其預(yù)后預(yù)測(cè)的影響。對(duì)SHR實(shí)驗(yàn)中采集的EEG數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理并計(jì)算量化指標(biāo),包括BSR、PeEn、DsEn、ApEn、SaEn。并比較HI、TTM等干預(yù)措施對(duì)復(fù)蘇后早期EEG量化指標(biāo)及其恢復(fù)進(jìn)程的影響;進(jìn)行了EEG量化指標(biāo)與NDS及腦損傷血清指標(biāo)的相關(guān)分析,還分析了量化指標(biāo)預(yù)測(cè)生存結(jié)局的預(yù)測(cè)能力。對(duì)比了復(fù)蘇前SHR與SD在EEG量化指標(biāo)的差異,以及EEG量化指標(biāo)在共同預(yù)測(cè)兩種動(dòng)物生存結(jié)局時(shí)的預(yù)測(cè)性能。研究小結(jié):對(duì)高血壓大鼠的EEG量化特征研究表明,氫氣組及氫氣低溫組復(fù)蘇后早期的BSR、PeEn、DsEn、ApEn、SaEn優(yōu)于對(duì)照組;相關(guān)分析表明,復(fù)蘇早期部分EEG量化指標(biāo)與NDS和腦損傷血清指標(biāo)顯著相關(guān);對(duì)量化指標(biāo)的預(yù)測(cè)能力分析表明,EEG量化指標(biāo)在部分時(shí)間點(diǎn)能提供有價(jià)值的生存結(jié)局預(yù)測(cè)信息。SHR與SD大鼠在基礎(chǔ)狀態(tài)下EEG量化指標(biāo)存在顯著差異;在共同預(yù)測(cè)SHR與SD大鼠的生存結(jié)局時(shí),EEG量化指標(biāo)能提供有價(jià)值的預(yù)測(cè)信息。綜上所述,本文運(yùn)用基礎(chǔ)疾病動(dòng)物CA模型,研究吸入氫氣的神經(jīng)保護(hù)作用,首次證實(shí)了HI能改善基礎(chǔ)疾病動(dòng)物CA復(fù)蘇后的神經(jīng)功能和生存結(jié)局。
本文還探索了HI對(duì)復(fù)蘇后早期EEG量化特征及其預(yù)測(cè)性能的影響,通過(guò)對(duì)EEG數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析發(fā)現(xiàn),無(wú)論是常規(guī)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物還是伴隨基礎(chǔ)疾病實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,HI都能改善其復(fù)蘇后早期EEG量化特征;存在HI治療的情況下,EEG量化指標(biāo)仍能提供有價(jià)值的預(yù)后預(yù)測(cè)信息,EEG可以用于復(fù)蘇后早期HI的療效評(píng)估?；谶@些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)論,為解決氫氣的臨床應(yīng)用提供了參考:一是為吸入氫氣在CA后的臨床應(yīng)用提供了有力證據(jù)。到目前為止,還沒(méi)有大規(guī)模臨床實(shí)驗(yàn)證明CA后吸入氫氣具有保護(hù)神經(jīng)功能的作用,本文在更接近臨床實(shí)際的基礎(chǔ)疾病動(dòng)物CA模型上證明了氫氣的神經(jīng)功能保護(hù)作用,與在常規(guī)動(dòng)物上得到結(jié)論相比,進(jìn)一步表明氫氣可用于提高CA患者的神經(jīng)功能完好率。二是為解決氫氣吸入的早期療效評(píng)估提供了思路。在現(xiàn)有CA后吸入氫氣的實(shí)驗(yàn)中,氫氣的療效主要體現(xiàn)在生存結(jié)局和NDS,本文通過(guò)研究HI的EEG量化特征及預(yù)測(cè)性能,發(fā)現(xiàn)在復(fù)蘇后早期EEG能用于預(yù)測(cè)HI療效,進(jìn)而可用于調(diào)整HI的治療方案。三是拓展了EEG用于CA后預(yù)后預(yù)測(cè)的適用范圍。EEG是現(xiàn)有預(yù)測(cè)CA結(jié)局的常用方法,但EEG容易受復(fù)蘇后藥物和治療措施的干擾,EEG的預(yù)后預(yù)測(cè)是否適用于CA后吸入氫氣的情況還不清楚。通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)在接受HI治療時(shí),EEG仍能提供有價(jià)值的生存結(jié)局預(yù)測(cè)信息,EEG可以適用于吸入氫氣條件下的預(yù)后預(yù)測(cè)?？偠灾?本研究推動(dòng)了HI應(yīng)用于臨床CA病人的進(jìn)展,相信經(jīng)過(guò)不懈努力,在不久的將來(lái)吸入氫氣必將作為一種可控可調(diào)的治療手段為CA病人帶來(lái)益處。