Brain interstitial pH changes in the subacute phase of hypoxic-ischemic encephalopathy in newborn pigs

新生豬缺氧缺血性腦病亞急性期腦間質(zhì) pH 值變化

來源：PLOS ONE May 29, 2020

 

1. 摘要核心內(nèi)容

 

摘要指出，腦間質(zhì)pH（pHbrain）變化在新生兒缺氧缺血性腦?。℉IE）的神經(jīng)元損傷機(jī)制中起關(guān)鍵作用。新生豬是研究HIE的成熟大型動物模型，但pHbrain數(shù)據(jù)僅限于圍產(chǎn)期窒息（PA）及即刻復(fù)蘇階段。本研究首次量化了PA后24小時(shí)亞急性期的pHbrain動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)：

 

PA期間pHbrain從7.21 ± 0.03驟降至5.94 ± 0.11（嚴(yán)重酸中毒）；

 

復(fù)蘇后29.4 ± 5.5分鐘內(nèi)恢復(fù)至pH 7.0，24小時(shí)內(nèi)穩(wěn)定于基線水平（無繼發(fā)性波動）；

 

神經(jīng)病理學(xué)證實(shí)神經(jīng)元損傷，但損傷與pHbrain異?；虻蚉aCO?無關(guān)。

 

2. 研究目的

 

填補(bǔ)新生豬HIE模型中pHbrain長期監(jiān)測的空白，明確亞急性期（24小時(shí)）pHbrain變化模式及其與神經(jīng)元損傷的關(guān)系，驗(yàn)證該模型能否模擬人類HIE患者常見的繼發(fā)性腦堿中毒現(xiàn)象。

3. 研究思路

 

1.動物模型：16頭新生豬（≤1日齡），13頭接受PA（6% O?/20% CO?通氣20分鐘），隨后24小時(shí)空氣復(fù)蘇。

2.生理監(jiān)測：全程控制體溫、血壓、血?dú)獾葏?shù)（圖3）。

 

 

3.pHbrain測量：

 

技術(shù)：采用丹麥Unisense pH微電極（尖端50μm）植入頂葉皮層，4Hz采樣率連續(xù)記錄（圖1）。

 

時(shí)間窗：分階段覆蓋PA期、復(fù)蘇早期（1–4小時(shí)）、中期（8–14小時(shí)）、后期（20–24小時(shí)）。

4. 對照實(shí)驗(yàn)：3頭豬接受梯度高碳酸刺激（5%–20% CO?），驗(yàn)證PaCO?與pHbrain相關(guān)性（圖5）。

5. 

6. 

5.終點(diǎn)驗(yàn)證：24小時(shí)后取腦組織進(jìn)行神經(jīng)病理學(xué)評分（圖4）。

 

 

4. 測量數(shù)據(jù)及研究意義

（1）生理參數(shù)與血?dú)夥治觯▉碜詧D3）

 

數(shù)據(jù)：

 

PA期間：PaO?從65±4降至23±1 mmHg（缺氧），PaCO?從37±3升至160±6 mmHg（高碳酸血癥），乳酸從1.6±0.3升至10.3±0.7 mmol/L（代謝性酸中毒），動脈血pH（pHa）從7.53降至6.79。

 

復(fù)蘇后：4小時(shí)內(nèi)基本恢復(fù)（除PaCO?輕度升高）。

 

意義：

 

證實(shí)模型成功模擬臨床嚴(yán)重PA（pH<7.0，堿缺失>12mmol/L）；

 

排除體溫、血壓等混雜因素對pHbrain的影響（圖3A-D）。

 

（2）pHbrain動態(tài)變化（來自圖1）

 

數(shù)據(jù)：

 

PA期：pHbrain從7.21持續(xù)降至5.94（ΔpH>1.27），酸中毒程度遠(yuǎn)超pHa（差值>0.8單位）。

 

復(fù)蘇期：快速恢復(fù)至基線，24小時(shí)內(nèi)無顯著波動（圖1B）。

 

意義：

 

揭示PA誘發(fā)極端腦酸中毒（pH<6.0）可直接損傷神經(jīng)元；

 

否定"繼發(fā)性pHbrain異常導(dǎo)致HIE損傷"的假說。

 

（3）神經(jīng)病理損傷（來自圖4）

 

數(shù)據(jù)：

 

皮質(zhì)神經(jīng)元損傷評分中位數(shù)3–5分（中度-重度）；

 

海馬CA1區(qū)、丘腦、殼核損傷率20%–30%（圖4B-C）。

 

意義：

 

證實(shí)PA導(dǎo)致廣泛腦損傷，與既往研究一致；

 

損傷與pHbrain恢復(fù)后的穩(wěn)定性形成對比，提示損傷機(jī)制獨(dú)立于亞急性期pH變化。

 

（4）高碳酸實(shí)驗(yàn)（來自圖5）

 

數(shù)據(jù)：PaCO?每上升40mmHg，pHbrain降低約0.3單位（R2=0.85，線性相關(guān)）。

 

意義：

 

量化呼吸性酸中毒對pHbrain的貢獻(xiàn)（PA期間約60% pH下降歸因于高碳酸血癥）；

 

驗(yàn)證Unisense電極對PaCO?變化的敏感性與準(zhǔn)確性。

 

5. Unisense電極數(shù)據(jù)的獨(dú)特研究意義

 

 

高時(shí)空分辨率：首次在大型動物HIE模型中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)（4Hz）、長時(shí)程（24小時(shí)） pHbrain監(jiān)測，克服了MRS技術(shù)時(shí)間分辨率低、無法區(qū)分細(xì)胞內(nèi)/外pH的局限。

 

揭示病理機(jī)制：

 

發(fā)現(xiàn)pHbrain與pHa的顯著差異（>0.8單位），證明血腦屏障H?梯度維持功能完整（PA未破壞屏障）；

 

復(fù)蘇后快速恢復(fù)（30分鐘內(nèi)升至pH 7.0）提示腦血管調(diào)節(jié)能力未受損，排除持續(xù)低灌注導(dǎo)致的繼發(fā)酸中毒。

 

指導(dǎo)臨床實(shí)踐：

 

本模型通過機(jī)械通氣維持正常PaCO?，避免了人類HIE患兒常見的"復(fù)蘇后低碳酸血癥"，這可能是pHbrain無繼發(fā)波動的原因，支持臨床避免過度通氣。

 

6. 結(jié)論

 

1.新生豬PA模型成功復(fù)制人類嚴(yán)重HIE的生理與病理特征；

2.PA期間極端腦酸中毒（pHbrain<6.0）是神經(jīng)元損傷的直接誘因；

3.pHbrain在復(fù)蘇后快速恢復(fù)且24小時(shí)內(nèi)無繼發(fā)異常，損傷機(jī)制與pH無關(guān)；

4.機(jī)械通氣維持正常PaCO?可預(yù)防繼發(fā)性pH波動，為臨床管理提供依據(jù)。