头部亚低温对完全性缺血再灌注后脑保护作用的研究
作者：周 彬 霍正禄 杨瑞和 景炳文
单位：周 彬 霍正禄 杨瑞和 景炳文 上海第二军医大学附属长海医院急诊科，200433
关键词：亚低温；完全性脑缺血；超氧化物歧化酶；脂质过氧化物
中国急救医学991206 [摘 要]目的 观察头部选择性亚低温对完全性缺血再灌注后的脑保护作用及其对脑组织中超氧化物歧化酶(SOD)和脂质过氧化物(LPO)水平的影响。方法 采用Pittsburgh室颤模型，12只实验犬分为两组：常温对照组和亚低温实验组。运用放射免疫分析法和硫代巴比妥色法分别测定常温组及亚低温组犬脑组织SOD和LPO水平，并行脑组织病理形态学损害评分(HDS)。结果 亚低温组脑组织病理形态学损害较常温组明显改善，HDS较常温组明显降低(P<0.05)；脑组织中SOD明显升高(P<0.01)，而LPO则明显降低(P<0.01)。结论 头部选择性亚低温对完全性缺血再灌注后的脑具有保护作用，其机制可能是通过缓解缺血再灌注期间氧自由基所介导的脂质过氧化反应及减少SOD消耗而实现的。
, http://www.100md.com
[中图分类号]R 454.5；R 362 [文献标识码]A [文章编号]1002-1949(1999)12-0714-03
Study on protective effect of mild hypothermia on brain after complete cerebral lschemia reperfusion
ZHOU Bin ,HUO Zheng-lu,YANG Rui-he ,et al. Department of Emergency Medicine ,Changhai Hospital, The Second Military Medical University ,Shanghai 200433 China
[Abstract]Objective To observe the effect of mild hypothermia on the complete cerebral ischemia reperfusion , and the content of superoxide dismutase (SOD) and lipid peroxide (LPO) in canine brain tissue .Methods Using Pittsburgh dog model with ventricular fibrillation cardiac arrest .12 canine were divided into two groups :normothermia and hypothermia group .Radioimmunoassay and thiobarbituric acid method were used respectively to determine SOD and LPO in canine brain tissue .Histopathologic damage scores (HDS)were given for brain tissue.Results The HDS in the mild hypothermia group was significantly lower than that in the normothermia group (P<0.05).The SOD was significantly lower (P<0.01) ,and the LPO was significantly higher(P<0.01)in the former than that in the latter .Conclusions It is suggested that selective brain mild hypothermia have a protective effect on complete cerebral ischemia reperfusion .The protective mechanism might be related to mitigate the lipid peroxidation induced by oxygen free radical.
, 百拇医药
[Key words]Mild Hypothermia； Complete cerebral； Ischemia； Superoxide dismutase； Lipid peroxide
缺血再灌注后脑损害的治疗是急诊医学中的重要课题。既往的研究主要集中在药物治疗方面，但结果发现并不能促进脑功能的恢复及降低神经系统后遗症的发生率，近年人们开始注重低温脑保护的研究[1]。本研究采用头部选择性亚低温，观察其对缺血再灌注后的脑保护作用及对脑组织中超氧化物歧化酶(SOD)和脂质过氧化物(LPO)水平的影响。
1 材料与方法
1.1 动物准备 选体重10～15 kg健康雄性杂种犬，肌肉注射氯胺酮 10 mg/kg，作基础麻醉，行气管插管，必要时接呼吸机行正压通气 (IPPV)，潮气量15 ml/kg，频率18～22次/min，继以静滴1.5%普鲁卡因和0.06%琥珀胆碱复合液维持麻醉，经右侧股静脉插入中心静脉导管监测中心体温，右侧股动脉插入动脉导管监测平均动脉压(MAP)，同时监测心电图 (ECG)，沿颅正中切开皮肤，经颅骨钻孔后，于硬膜外置温敏探头监测脑温，肛门置肛温探头监测直肠温度。
, 百拇医药
1.2 模型制作及动物分组
采用 Pittsburgh 标准室颤模型[2]。停止机械通气，体外经胸以 60～75 V交流电进行为时4秒的电休克，必要时可反复，直至ECG示室颤、 MAP降至 20 mmHg，持续8分钟后开始复苏。
12只实验犬分为2组，即常温对照组和亚低温实验组，每组6只。亚低温实验组于复苏后即刻予以脑部选择性降温60分钟。复苏后4小时处死动物，开颅取脑组织作病理形态学检查并进行组织病理学损害评分。用放射免疫分析法和硫代巴比妥钠比色法[3]分别测定脑组织匀浆SOD和LPO水平。
1.3 亚低温措施
复苏后即刻予以头部冰袋结合“体外冷血灌注”降温，即自一侧股动脉引出血流，经蠕动泵、降温槽后灌入颈动脉，使脑温迅速降至34～36 ℃，同时躯干应用电热毯保温，使肛温及中心体温维持在37～38 ℃。
, 百拇医药
1.4 组织病理学损害评分
脑组织病理学损害评分(histopathologic damage scores ,HDS)按以下步骤进行[4]：
①对每个主要解剖区域在40～400倍显微镜下观察a.水肿；b.缺血性神经元改变；c.梗死(包括神经元和胶质坏死)的严重程度及广度。
②按极轻(1+)、轻(2+)、中(3+)、重(4+)和无改变(0)对该解剖区域的各种神经元损害程度进行评分，分别记为Sa，Sb，Sc。
③按Sa+Sb×2+Sc×4计算的值作为该解剖区域的HDS。
④各解剖区域的HDS总和作为总的HDS。
1.5 统计学处理
, http://www.100md.com
计量资料采用t检验。P<0.05为差异显著，P<0.01为差异非常显著。
2 结果
2.1 心脏骤停前及复苏后主要生理参数：心脏骤停前及复苏后实验组与对照组平均动脉压、血糖、动脉pH、PaCO2、PaO2和Hct(%)均无统计学差异，复苏过程中所需除颤次数与自主循环恢复时间亦无明显差异，见表1。
表1 心脏骤停前及复苏后主要生理参数
常温对照组
亚低温实验组
除颤次数
2.5±1.1
2.7±1.4
, 百拇医药
(1～4)
(1～5)
自主循环恢复时间(min)
11.0±2.2
11.6±2.4
(8.5～14)
(8～15)
平均动脉压(mmHg)
心脏骤停前
144±12
142±13
复苏后5 min
, http://www.100md.com
105±16
101±15
复苏后60 min
132±14
126±12
血糖(mmol/L)
心脏骤停前
5.3±0.7
5.2±0.7
复苏后5 min
9.8±1.0
10.0±1.7
, 百拇医药
复苏后60 min
9.2±0.8
9.4±1.3
pH
心脏骤停前
7.40±0.04
7.39±0.04
复苏后60 min
7.30±0.04
7.29±0.03
PaCO2(kPa)
心脏骤停前
, http://www.100md.com
13.32±1.61
13.85±1.32
复苏后60 min
11.59±1.18
12.27±1.74
PaCO2(kPa)
心脏骤停前
4.07±0.32
4.15±0.56
复苏后60 min
5.59±0.74
, 百拇医药
5.61±0.58
Hct(%)
心脏骤停前
45.8±4.2
45.7±4.0
复苏后60 min
34.5±4.3
36.8±4.7
两组之间P>0.05
2.2 心脏骤停前及复苏后脑温、中心体温和肛温水平：复苏后亚低温组与常温对照组脑温有显著性差异(P<0.05)，中心体温及肛温无显著性差异，见表2。
, http://www.100md.com
表2 心脏骤停前及复苏后的脑温、中心体温及肛温水平(
±s,℃)
脑 温
中心体温
肛 温
常温治疗组
亚低温组
常温对照组
亚低温组
常温治疗组
亚低温组
心脏骤停前
, 百拇医药
37.6±0.4
37.6±0.2
37.6±0.4
37.4±0.4
37.6±0.4
37.8±0.2
复苏后
37.7±0.6
34.6±0.9*
36.4±0.6
36.9±0.7
37.2±0.9
, 百拇医药
36.8±1.1
*与常温对照组比较P<0.05
2.3 脑组织显微结构观察和脑组织病理学损害评分：对照组缺血再灌注4小时后光镜观察显示脑皮质水肿，神经元及胶质细胞严重浊肿、空泡变性，髓质结构紊乱，伴小血管扩张，局部出现组织破碎，细胞核消失溶解，胞浆融合，形成网状或不规则的坏死灶。实验组犬脑细胞结构则有明显改善，无坏死灶发现，但较正常犬仍显示缺血性损害的改变。实验组总HDS较对照组明显降低(P<0.05)，见表3。
表3 脑组织病理学损害评分
常温对照组
亚低温实验组
HDS
193.3±8.3
, 百拇医药
160.8±9.0*
*与常温对照组比较P<0.05
2.4 脑组织SOD和LPO水平：亚低温实验组脑组织SOD较对照组明显升高，LPO则明显降低(P<0.01)，见表4。
表4 亚低温对心脏骤停犬复苏后脑组织中SOD和LPO水平的影响
常温对照组
亚低温组
SOD(μg/g)
117.46±32.56
204.89±47.52*
, 百拇医药 LPO(nmol/g)
187.34±24.62
103.67±31.83*
*与常温对照组比较P<0.01
3 讨论
早在60年代，国内李德馨等就在临床脑复苏中运用“头部选择性降温—脱水综合疗法”，并取得一定的临床效果，他们提倡降温应尽早、足够深及足够久。但后来国外的研究发现中度乃至深度低温会产生许多诸如寒战、严重心律失常及感染等并发症，并不能促进脑功能恢复及降低神经系统后遗症的发生率[5]。我们采用的头部选择性亚低温，实验过程中未发现有严重心律失常及心源性休克等副作用，结果显示实验组犬脑组织病理形态学损害较对照组有明显改善， HDS 明显降低，说明早期头部选择性亚低温对完全性缺血再灌注后的脑具有保护作用，为临床脑复苏救治中开展亚低温治疗提供了实验依据。同时，我们的实验结果亦显示头部选择性亚低温不能使所有缺血神经元得到保护，没有一只实验犬具有完全正常的脑组织学表现，这说明亚低温不能逆转已有的缺血性损害，而只能减缓缺血后的组织再灌注损伤。
, 百拇医药
全脑缺血再灌注损伤中，氧自由基生成及其代谢产物的毒性作用可能是脑损害的重要原因之一。既往研究证实氧自由基对脑细胞的损伤主要是通过攻击脑细胞生物膜上的多价不饱和脂肪酸，以链式反应产生大量的 LPO 和醛类产物而实现的， LPO 又进一步造成生物膜的氧化损伤，同时醛类产物对细胞中的蛋白质、核酸及间质中的透明质酸等又有广泛的损伤作用，结果导致脑细胞结构破坏和功能丧失[6]。本研究结果显示，采用头部选择性亚低温后，实验组脑组织中 SOD 较对照组明显升高，而 LPO 则明显降低，说明亚低温能缓解缺血再灌注期间的氧自由基所介导的脂质过氧化反应及减少SOD的消耗，这可能是亚低温对完全性缺血再灌注后脑保护作用的一个重要机制。
参考文献
[1]Safar P.Resuscitation after cardiac arrest: research initiatives and future direction[J].Ann Emerg Med ,1993,22(Part 2):324-349.
, 百拇医药
[2]Kuboyama K,Safar P,Radovsky A,et al.Delay in cooling negates the beneficial effect of mild resuscitative cerebral hypothermia after cardiac arrest in dogs:a prospective randomized study[J].Crit Care Med ,1993,21:1348-1358.
[3]钟福孙，胡光尧，冯驰.硫代巴比妥钠比色法测定血清过氧化物[J].临床检验杂志，1986，4：129-131.
[4]Safar P,Xiao F,Radovsky A,et al .Improved cerebral resuscitation from cardiac arrest in dogs ,with mild hypothermia plus blood flow promotion .Stroke ,1996,27:105-113.
[5]Cmimbra C,Wieloch T.Moderate hypothermia mitigates neuronal damage in the rat brain when initiated several hours following transient cerebral ischmia[J].Acta Neuropathol Berl,1994,87:325-329.
[6]Siesjo BK.Mechanisms of ischemic brain damage[J].Crit Care Med,1988,16:954-959.
收稿：1999-11-10, 百拇医药
单位：周 彬 霍正禄 杨瑞和 景炳文 上海第二军医大学附属长海医院急诊科，200433
关键词：亚低温；完全性脑缺血；超氧化物歧化酶；脂质过氧化物
中国急救医学991206 [摘 要]目的 观察头部选择性亚低温对完全性缺血再灌注后的脑保护作用及其对脑组织中超氧化物歧化酶(SOD)和脂质过氧化物(LPO)水平的影响。方法 采用Pittsburgh室颤模型，12只实验犬分为两组：常温对照组和亚低温实验组。运用放射免疫分析法和硫代巴比妥色法分别测定常温组及亚低温组犬脑组织SOD和LPO水平，并行脑组织病理形态学损害评分(HDS)。结果 亚低温组脑组织病理形态学损害较常温组明显改善，HDS较常温组明显降低(P<0.05)；脑组织中SOD明显升高(P<0.01)，而LPO则明显降低(P<0.01)。结论 头部选择性亚低温对完全性缺血再灌注后的脑具有保护作用，其机制可能是通过缓解缺血再灌注期间氧自由基所介导的脂质过氧化反应及减少SOD消耗而实现的。
, http://www.100md.com
[中图分类号]R 454.5；R 362 [文献标识码]A [文章编号]1002-1949(1999)12-0714-03
Study on protective effect of mild hypothermia on brain after complete cerebral lschemia reperfusion
ZHOU Bin ,HUO Zheng-lu,YANG Rui-he ,et al. Department of Emergency Medicine ,Changhai Hospital, The Second Military Medical University ,Shanghai 200433 China
[Abstract]Objective To observe the effect of mild hypothermia on the complete cerebral ischemia reperfusion , and the content of superoxide dismutase (SOD) and lipid peroxide (LPO) in canine brain tissue .Methods Using Pittsburgh dog model with ventricular fibrillation cardiac arrest .12 canine were divided into two groups :normothermia and hypothermia group .Radioimmunoassay and thiobarbituric acid method were used respectively to determine SOD and LPO in canine brain tissue .Histopathologic damage scores (HDS)were given for brain tissue.Results The HDS in the mild hypothermia group was significantly lower than that in the normothermia group (P<0.05).The SOD was significantly lower (P<0.01) ,and the LPO was significantly higher(P<0.01)in the former than that in the latter .Conclusions It is suggested that selective brain mild hypothermia have a protective effect on complete cerebral ischemia reperfusion .The protective mechanism might be related to mitigate the lipid peroxidation induced by oxygen free radical.
, 百拇医药
[Key words]Mild Hypothermia； Complete cerebral； Ischemia； Superoxide dismutase； Lipid peroxide
缺血再灌注后脑损害的治疗是急诊医学中的重要课题。既往的研究主要集中在药物治疗方面，但结果发现并不能促进脑功能的恢复及降低神经系统后遗症的发生率，近年人们开始注重低温脑保护的研究[1]。本研究采用头部选择性亚低温，观察其对缺血再灌注后的脑保护作用及对脑组织中超氧化物歧化酶(SOD)和脂质过氧化物(LPO)水平的影响。
1 材料与方法
1.1 动物准备 选体重10～15 kg健康雄性杂种犬，肌肉注射氯胺酮 10 mg/kg，作基础麻醉，行气管插管，必要时接呼吸机行正压通气 (IPPV)，潮气量15 ml/kg，频率18～22次/min，继以静滴1.5%普鲁卡因和0.06%琥珀胆碱复合液维持麻醉，经右侧股静脉插入中心静脉导管监测中心体温，右侧股动脉插入动脉导管监测平均动脉压(MAP)，同时监测心电图 (ECG)，沿颅正中切开皮肤，经颅骨钻孔后，于硬膜外置温敏探头监测脑温，肛门置肛温探头监测直肠温度。
, 百拇医药
1.2 模型制作及动物分组
采用 Pittsburgh 标准室颤模型[2]。停止机械通气，体外经胸以 60～75 V交流电进行为时4秒的电休克，必要时可反复，直至ECG示室颤、 MAP降至 20 mmHg，持续8分钟后开始复苏。
12只实验犬分为2组，即常温对照组和亚低温实验组，每组6只。亚低温实验组于复苏后即刻予以脑部选择性降温60分钟。复苏后4小时处死动物，开颅取脑组织作病理形态学检查并进行组织病理学损害评分。用放射免疫分析法和硫代巴比妥钠比色法[3]分别测定脑组织匀浆SOD和LPO水平。
1.3 亚低温措施
复苏后即刻予以头部冰袋结合“体外冷血灌注”降温，即自一侧股动脉引出血流，经蠕动泵、降温槽后灌入颈动脉，使脑温迅速降至34～36 ℃，同时躯干应用电热毯保温，使肛温及中心体温维持在37～38 ℃。
, 百拇医药
1.4 组织病理学损害评分
脑组织病理学损害评分(histopathologic damage scores ,HDS)按以下步骤进行[4]：
①对每个主要解剖区域在40～400倍显微镜下观察a.水肿；b.缺血性神经元改变；c.梗死(包括神经元和胶质坏死)的严重程度及广度。
②按极轻(1+)、轻(2+)、中(3+)、重(4+)和无改变(0)对该解剖区域的各种神经元损害程度进行评分，分别记为Sa，Sb，Sc。
③按Sa+Sb×2+Sc×4计算的值作为该解剖区域的HDS。
④各解剖区域的HDS总和作为总的HDS。
1.5 统计学处理
, http://www.100md.com
计量资料采用t检验。P<0.05为差异显著，P<0.01为差异非常显著。
2 结果
2.1 心脏骤停前及复苏后主要生理参数：心脏骤停前及复苏后实验组与对照组平均动脉压、血糖、动脉pH、PaCO2、PaO2和Hct(%)均无统计学差异，复苏过程中所需除颤次数与自主循环恢复时间亦无明显差异，见表1。
表1 心脏骤停前及复苏后主要生理参数
常温对照组
亚低温实验组
除颤次数
2.5±1.1
2.7±1.4
, 百拇医药
(1～4)
(1～5)
自主循环恢复时间(min)
11.0±2.2
11.6±2.4
(8.5～14)
(8～15)
平均动脉压(mmHg)
心脏骤停前
144±12
142±13
复苏后5 min
, http://www.100md.com
105±16
101±15
复苏后60 min
132±14
126±12
血糖(mmol/L)
心脏骤停前
5.3±0.7
5.2±0.7
复苏后5 min
9.8±1.0
10.0±1.7
, 百拇医药
复苏后60 min
9.2±0.8
9.4±1.3
pH
心脏骤停前
7.40±0.04
7.39±0.04
复苏后60 min
7.30±0.04
7.29±0.03
PaCO2(kPa)
心脏骤停前
, http://www.100md.com
13.32±1.61
13.85±1.32
复苏后60 min
11.59±1.18
12.27±1.74
PaCO2(kPa)
心脏骤停前
4.07±0.32
4.15±0.56
复苏后60 min
5.59±0.74
, 百拇医药
5.61±0.58
Hct(%)
心脏骤停前
45.8±4.2
45.7±4.0
复苏后60 min
34.5±4.3
36.8±4.7
两组之间P>0.05
2.2 心脏骤停前及复苏后脑温、中心体温和肛温水平：复苏后亚低温组与常温对照组脑温有显著性差异(P<0.05)，中心体温及肛温无显著性差异，见表2。
, http://www.100md.com
表2 心脏骤停前及复苏后的脑温、中心体温及肛温水平(
±s,℃)脑 温
中心体温
肛 温
常温治疗组
亚低温组
常温对照组
亚低温组
常温治疗组
亚低温组
心脏骤停前
, 百拇医药
37.6±0.4
37.6±0.2
37.6±0.4
37.4±0.4
37.6±0.4
37.8±0.2
复苏后
37.7±0.6
34.6±0.9*
36.4±0.6
36.9±0.7
37.2±0.9
, 百拇医药
36.8±1.1
*与常温对照组比较P<0.05
2.3 脑组织显微结构观察和脑组织病理学损害评分：对照组缺血再灌注4小时后光镜观察显示脑皮质水肿，神经元及胶质细胞严重浊肿、空泡变性，髓质结构紊乱，伴小血管扩张，局部出现组织破碎，细胞核消失溶解，胞浆融合，形成网状或不规则的坏死灶。实验组犬脑细胞结构则有明显改善，无坏死灶发现，但较正常犬仍显示缺血性损害的改变。实验组总HDS较对照组明显降低(P<0.05)，见表3。
表3 脑组织病理学损害评分
常温对照组
亚低温实验组
HDS
193.3±8.3
, 百拇医药
160.8±9.0*
*与常温对照组比较P<0.05
2.4 脑组织SOD和LPO水平：亚低温实验组脑组织SOD较对照组明显升高，LPO则明显降低(P<0.01)，见表4。
表4 亚低温对心脏骤停犬复苏后脑组织中SOD和LPO水平的影响
常温对照组
亚低温组
SOD(μg/g)
117.46±32.56
204.89±47.52*
, 百拇医药 LPO(nmol/g)
187.34±24.62
103.67±31.83*
*与常温对照组比较P<0.01
3 讨论
早在60年代，国内李德馨等就在临床脑复苏中运用“头部选择性降温—脱水综合疗法”，并取得一定的临床效果，他们提倡降温应尽早、足够深及足够久。但后来国外的研究发现中度乃至深度低温会产生许多诸如寒战、严重心律失常及感染等并发症，并不能促进脑功能恢复及降低神经系统后遗症的发生率[5]。我们采用的头部选择性亚低温，实验过程中未发现有严重心律失常及心源性休克等副作用，结果显示实验组犬脑组织病理形态学损害较对照组有明显改善， HDS 明显降低，说明早期头部选择性亚低温对完全性缺血再灌注后的脑具有保护作用，为临床脑复苏救治中开展亚低温治疗提供了实验依据。同时，我们的实验结果亦显示头部选择性亚低温不能使所有缺血神经元得到保护，没有一只实验犬具有完全正常的脑组织学表现，这说明亚低温不能逆转已有的缺血性损害，而只能减缓缺血后的组织再灌注损伤。
, 百拇医药
全脑缺血再灌注损伤中，氧自由基生成及其代谢产物的毒性作用可能是脑损害的重要原因之一。既往研究证实氧自由基对脑细胞的损伤主要是通过攻击脑细胞生物膜上的多价不饱和脂肪酸，以链式反应产生大量的 LPO 和醛类产物而实现的， LPO 又进一步造成生物膜的氧化损伤，同时醛类产物对细胞中的蛋白质、核酸及间质中的透明质酸等又有广泛的损伤作用，结果导致脑细胞结构破坏和功能丧失[6]。本研究结果显示，采用头部选择性亚低温后，实验组脑组织中 SOD 较对照组明显升高，而 LPO 则明显降低，说明亚低温能缓解缺血再灌注期间的氧自由基所介导的脂质过氧化反应及减少SOD的消耗，这可能是亚低温对完全性缺血再灌注后脑保护作用的一个重要机制。
参考文献
[1]Safar P.Resuscitation after cardiac arrest: research initiatives and future direction[J].Ann Emerg Med ,1993,22(Part 2):324-349.
, 百拇医药
[2]Kuboyama K,Safar P,Radovsky A,et al.Delay in cooling negates the beneficial effect of mild resuscitative cerebral hypothermia after cardiac arrest in dogs:a prospective randomized study[J].Crit Care Med ,1993,21:1348-1358.
[3]钟福孙，胡光尧，冯驰.硫代巴比妥钠比色法测定血清过氧化物[J].临床检验杂志，1986，4：129-131.
[4]Safar P,Xiao F,Radovsky A,et al .Improved cerebral resuscitation from cardiac arrest in dogs ,with mild hypothermia plus blood flow promotion .Stroke ,1996,27:105-113.
[5]Cmimbra C,Wieloch T.Moderate hypothermia mitigates neuronal damage in the rat brain when initiated several hours following transient cerebral ischmia[J].Acta Neuropathol Berl,1994,87:325-329.
[6]Siesjo BK.Mechanisms of ischemic brain damage[J].Crit Care Med,1988,16:954-959.
收稿：1999-11-10, 百拇医药