Inhaled H2 or CO2 Do Not Augment the Neuroprotective Effect of Therapeutic Hypothermia in a Severe Neonatal Hypoxic-Ischemic Encephalopathy Piglet Model

吸入H 2 或CO2不會增強嚴(yán)重新生兒缺氧缺血性腦病仔豬模型中低溫治療的神經(jīng)保護作用

來源：Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 6801;

 

1. 論文摘要核心內(nèi)容

 

研究通過建立嚴(yán)重HIE豬模型（20分鐘窒息誘導(dǎo)），評估了低溫療法（TH）單獨或聯(lián)合吸入H?（2.1%）或CO?（分級恢復(fù)正常碳酸血癥）的神經(jīng)保護效果。結(jié)果顯示：

 

TH僅在尾狀核（caudate nucleus）顯著減輕神經(jīng)元損傷，但對海馬區(qū)（hippocampus）無效。

 

H?或CO?聯(lián)合TH未增強神經(jīng)保護作用；CO?甚至可能削弱TH在尾狀核的保護效果。

 

基因表達分析：海馬區(qū)凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）和半胱天冬酶-3（caspase-3）mRNA水平在TH組升高10倍，與TH的區(qū)域特異性保護效果一致。

 

結(jié)論：不支持H?或CO?作為TH的輔助療法用于HIE治療。

 

2. 研究目的

 

評估H?或CO?能否增強TH的神經(jīng)保護作用，以改善嚴(yán)重HIE患兒的預(yù)后。

 

探究窒息后腦區(qū)特異性損傷機制及TH的分子調(diào)控（BDNF、AIF、caspase-3基因表達）。

 

3. 研究思路

 

1.動物模型建立：

 

新生豬窒息模型（20分鐘4% O? + 20% CO?通氣），模擬嚴(yán)重HIE（圖1）。

 

 

2.分組設(shè)計：

 

對照組（C-NT）、窒息+常溫（A-NT）、窒息+低溫（A-HT）、A-HT+H?、A-HT+CO?（圖1）。

 

3.干預(yù)措施：

 

TH（33.5°C，窒息后2–36小時）；H?（窒息后4小時）；CO?（分級恢復(fù)碳酸血癥）。

4.多維度評估：

 

生理參數(shù)（體溫、血壓、血氣，圖2–3）。

 

 

 

腦電活動（EEG功率譜密度PSD、頻譜熵SpEnt、視覺誘發(fā)電位VEP，圖5–6）。

 

 

神經(jīng)病理學(xué)（神經(jīng)元損傷評分，圖7）。

 

基因表達（BDNF、AIF、caspase-3 mRNA，圖8）。

 

 

4. 關(guān)鍵數(shù)據(jù)及研究意義

(1) 生理參數(shù)（圖2–3）

 

數(shù)據(jù)：窒息導(dǎo)致嚴(yán)重低氧（pO?=19±5 mmHg）、混合酸中毒（pH=6.79±0.10），TH降低心率（圖2C）。

 

意義：證實模型成功模擬臨床嚴(yán)重HIE，TH對心血管系統(tǒng)有顯著影響。

 

(2) 腦組織H?濃度（圖4）

 

 

數(shù)據(jù)：使用丹麥Unisense H?微電極實時監(jiān)測，H?吸入后10–15分鐘腦皮質(zhì)H?濃度達穩(wěn)態(tài)（13.1±3.4 μM）。

 

意義：首次在大型動物中直接證實H?可快速穿透血腦屏障，為H?療法的藥代動力學(xué)提供關(guān)鍵證據(jù)。

 

(3) 腦電活動（圖5–6）

 

數(shù)據(jù)：

 

EEG評分顯示窒息后電活動抑制，TH組恢復(fù)最佳（圖5F）。

 

VEP的P100波幅衰減（圖6D），提示視覺通路損傷。

 

意義：EEG和VEP是HIE神經(jīng)功能損傷的敏感指標(biāo)，TH可部分改善電生理異常。

 

(4) 神經(jīng)病理學(xué)（圖7）

 

數(shù)據(jù)：

 

TH顯著減少尾狀核神經(jīng)元損傷（圖7B–F），但對海馬區(qū)無效。

 

CO?聯(lián)合TH加重尾狀核損傷（圖7D）。

 

意義：TH的保護作用具有腦區(qū)特異性，CO?可能干擾TH的神經(jīng)保護機制。

 

(5) 基因表達（圖8）

 

數(shù)據(jù)：

 

TH上調(diào)海馬區(qū)BDNF、AIF、caspase-3 mRNA（圖8C），尾狀核僅BDNF和AIF升高（圖8D）。

 

意義：基因表達差異解釋了TH的區(qū)域特異性保護效果，提示凋亡通路參與HIE損傷。

 

5. 丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的深層意義

(1) 技術(shù)應(yīng)用背景

 

電極型號：Unisense H?微電極（直徑50μm），CAL300校準(zhǔn)系統(tǒng)（方法部分）。

 

功能：實時監(jiān)測腦組織H?濃度，驗證H?吸入治療的生物可利用度。

 

(2) 研究意義

 

1.治療劑量的直接證據(jù)：

 

測得腦組織H?濃度（13.1±3.4 μM）與嚙齒類神經(jīng)保護研究中的有效濃度一致（圖4），證實H?可達到治療水平。

2.動力學(xué)特征：

 

H?濃度在10–15分鐘達穩(wěn)態(tài)，支持早期干預(yù)的可行性（窒息后立即給藥）。

3.轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)價值：

 

為大型動物模型中的H?藥代動力學(xué)研究設(shè)立金標(biāo)準(zhǔn)，克服了既往依賴間接血藥濃度的局限。

4.局限性啟示：

 

未監(jiān)測窒息或低溫狀態(tài)下H?濃度變化，未來需結(jié)合動態(tài)腦血流數(shù)據(jù)優(yōu)化給藥方案。

 

6. 研究結(jié)論

 

1.TH的局限性：僅對尾狀核有保護作用，海馬區(qū)損傷未改善。

2.輔助療法無效：H?或CO?聯(lián)合TH無協(xié)同保護作用，CO?可能拮抗TH效果。

3.分子機制：TH通過上調(diào)BDNF和凋亡相關(guān)基因（AIF/caspase-3）發(fā)揮區(qū)域特異性保護，但可能同時激活促凋亡通路。

4.臨床意義：不支持H?或CO?作為TH的輔助療法用于嚴(yán)重HIE。

 

7. 核心圖示

 

TH的區(qū)域特異性保護與輔助療法失敗機制：

 

[窒息損傷] → [TH激活尾狀核BDNF/AIF] → [神經(jīng)保護]

↑

[海馬區(qū)凋亡基因持續(xù)高表達] → [TH無效]

↓

[CO?干擾TH保護] → [尾狀核損傷加重]

 

研究啟示：

 

丹麥Unisense電極通過高時空分辨率實時監(jiān)測腦組織H?濃度，為氣體療法的轉(zhuǎn)化研究提供了不可替代的藥代動力學(xué)證據(jù)。未來需探索H?在低溫或缺血條件下的滲透規(guī)律，并聯(lián)合多模態(tài)監(jiān)測（如腦血流、代謝）以優(yōu)化神經(jīng)保護策略。