无创性低温再灌注对心肺复苏后脑损伤的早期保护作用及其线粒体机制

Despite of its proved cerebral protective effects, current therapeutic hypothermia which is initiated after return of spontaneous circulation (ROSC) significantly lag behind the early process of cerebral reperfusion injury and may miss the optimal treatment window，reactive oxygen species burst production and continous opening of mPTP. In this study, we put forward the hypothesis that cerebral cool reperfusion protect the brain function by inhibiting oxidative stress. Our preliminary experiments showed that rapid neck cooling started at the beginning of CPR may pre-cool the temperature of blood in neck area including carotid vessels toward brain before ROSC in a rabbit model of ventricular fibrillation. The brain is cool reperfused immediately after return of spontaneous circulation and rapidly reach the target temperature of hypothermia. We will investigate whether this innovative cool reperfusion strategy will improve ultrastructure pathology of brain in post-cardiac arrest animals. We will also investigate the changes of mitochondrial energy storage, respiratory function, and production of reactive oxygen species in the early stage after ROSC. Finally, we will investigate whether the beneficial effects of cool reperfusion strategy are attributed to the modulation of PI3K/Akt/GSK-3β/mPTP signal pathway. We will develop an innovative hypothermic treatment, which may both capture the early treatment opportunity of post-cardiac arrest cerebral injury and be of high clinical applicability, and elucidate its mitochondrial mechanisms。

现有低温方法对心肺复苏后脑损伤有明确脑保护作用，但明显滞后于脑再灌注损伤早期进程并错过早期治疗窗口，特别是活性氧簇爆发产生和线粒体通透性转换孔（mPTP）持续开放。我们提出低温再灌注方法抑制复苏后早期氧化应激反应保护脑功能的新思路。颈部因解剖位置独特而成为无创方法降低脑温最高效的体表部位。我们设计并验证了颈部快速致冷，在心脏复跳前充分预冷进入脑组织的血液，在心脏复跳后对脑组织进行低温再灌注并迅速降低脑温的治疗方法。本项目拟采用兔室颤心肺复苏模型，采用电子自旋共振、激光共聚焦显微镜、Westen Blot等技术，研究低温再灌注能否改善心脏复跳后早期线粒体呼吸功能，抑制活性氧爆发产生并阻止mPTP持续开放。研究在阻断剂阻断PI3K/Akt/GSK-3β通路后，低温再灌注是否仍能有效抑制mPTP持续开放。本研究将开发出适用于现场急救的能抓住复苏后脑损伤早期治疗窗口的低温脑保护措施并阐明其机制。

项目背景：低温再灌注能否改善心肺复苏后神经损伤及其机制目前尚不明确。.主要内容：1. 设计兔颈部降温装置，并观察其对正常兔，脑温（Tb）、颈温（Tn）及肛温（Tr）的影响，同时观察其是否存在降温并发症。2.建立兔右心室致颤心搏骤停/心肺复苏模型，随机分为（A）复苏中降温组，（B）复苏中降温加上 PI3K/Akt 信号通路抑制剂组，（C）复苏后降温组，（D）常温复苏组，（E）假复苏对照组。并按照时间点分为30min和120min两个亚组。记录心率（HR）、平均动脉压（MAP）血流动力学数据，记录脑温（Tb）、颈温（Tn）及肛温（Tr）的变化，观察海马及皮层形态学及线粒体超微结构改变，测定线粒体膜通道转换孔开放程度（MPTP）、线粒体膜电位水平(MMP)及线粒体内活性氧(ROS)水平的改变，测定caspase-3及细胞色素C等凋亡蛋白的水平，测定Akt/GSK-3β信号通路磷酸化的改变。.重要结果：1. 设计出可用于兔颈部降温的装置，同时颈部降温可以快速降低颅内温度并对全身温度影响较小，对生理参数和颈部皮肤也无明显影响。2.复苏时启动颈部降温可迅速降低脑温，并对全身温度影响小，对血流动力学无明显影响。3.复苏时启动颈部降温可明显减轻海马及皮层形态学改变及线粒体损伤，可明显抑制MPTP开放程度、降低线粒体MMP水平、抑制线粒体ROS产生，同时抑制细胞凋亡。4.使用wortmannin抑制Akt/GSK-3β通路后，复苏时启动颈部降温对线粒体的保护作用及细胞凋亡的抑制作用降低，但仍较复苏后全身降温保护作用更明显。.科学意义：复苏时启动颈部降温在ROSC后可达到低温再灌注的目的，选择性降低颅内温度，发挥神经保护作用，此保护作用可能与激活Akt/GSK-3β通路相关。