控制性高血钾改善心脏骤停/心肺复苏后全脑缺血再灌注损伤的作用及其机制研究

In previous experimental study of cardiac arrest(CA)/cardiopulmonary resuscitation(CPR), we found that animals in CA induced by potassium chloride(KCL) were easier to be resuscitated, longer to survival, milder in cerebral ischemia reperfusion injury(IRI) and better in the neurological deficit score compared with that induced by electric stimulation. Based on the facts that KCL could alleviate myocardial IRI and the results from our previous studies, we hypothesized that KCL might alleviate cerebral IRI as well. In the current study, we are going to establish global cerebral IRI models by legating bilateral common carotid artery or inducing CA and then CPR in rats. With the rat models, we are going to screen the optimal dose of KCL, which can alleviate cerebral IRI. Optical microscope, electron microscope, fluorescent technique and the methods in molecular biology, which can detect the changes of cerebral cells morphology and calcium overload, are used to investigate the role of cerebroprotective effects of KCL and the relationship between cerebral IRI and cell calcium overload. We want to identify the underring mechanism of KCL alleviating the global cerebral IRI after CA/CPR from integral, organic, cell and molecular lever so as to explore a new way for the improvements of long-term survival in patients resuscitated following CA/CPR.

项目组在前期心脏骤停（CA）和心肺复苏（CPR）实验研究中发现：氯化钾（KCL）诱导CA动物比电刺激诱导CA动物易于复苏，并获得更长的生存时间、脑缺血再灌注损伤（IRI）更轻、神经功能恢复更好。基于已经证实KCL对心肌IRI有保护作用的研究结果，结合前期工作积累，项目组提出KCL对脑IRI也有保护作用的设想。本项目拟在前期工作基础上，通过结扎/放松双侧颈总动脉和建立CA/CPR模型，确定能改善脑IRI的KCl合适剂量；应用光镜、电镜、荧光技术、分子生物学等手段检测KCL干预后脑细胞形态改变和细胞内钙浓度调节变化，研究KCl对脑IRI的保护作用及其与脑细胞钙超载的相关关系，从细胞钙稳态的角度和从整体、器官、细胞和分子水平研究KCl改善CA/CPR后全脑IRI机制，为改进CPR疗效、改善复苏患者远期生存状态提出一条新思路。

离体研究显示，细胞凋亡前期观察到细胞内钾离子外流；提升细胞外钾离子浓度或阻断钾离子通道的方法能够减少细胞内钾离子外流，从而减轻细胞的凋亡，由此可见细胞内钾离子稳态对神经细胞的重要性。在动物心肺复苏实验上，诱导心跳骤停（CA）的方法有氯化钾注射和电刺激诱导室颤。不同的CA动物模型的复苏成功率以及脑损伤程度存在较大差异，课题组发现通过注射氯化钾诱导心跳骤停的动物模型复苏成功率较高，且能够耐受更长时间的缺血而表现出更轻的脑损伤。而前期预实验也证实了在经历了相同的CA时间后，氯化钾诱导心跳骤停的动物脑损伤较电刺激诱导的模型脑损伤轻。另一方面，在对心肌细胞的研究中已经证实高钾灌注液对离体心肌存在保护作用，高钾培养液对心肌细胞也存在保护作用，其机制与减轻钙超载有关。因此我们推测高血钾可能是造成减轻脑缺血再灌注损伤的一个原因。.本课题研究中，大脑中动脉梗阻的局灶损伤模型实验结果显示，解除梗阻后即刻给予氯化钾溶液升高血钾浓度，能够减少脑组织钙离子含量，维持钾离子稳态，增加钙离子调节相关的CA-ATP酶活性，减少由于钙超载带来的线粒体功能失常，诸如三磷酸腺苷（ATP）合成酶活性上升，ATP含量升高，呼吸链复合物活性恢复，活性氧（ROS）生成减少，丙二醛含量下降（MDA），凋亡相关蛋白（caspase-3 BAX/BCL-2）表达下调，但总超氧化物歧化酶活性未见有组间差异。.使用电刺激诱导心室颤动后7分钟，即给予不同剂量氯化钾溶液同时进行常规心肺复苏。结果显示高剂量氯化钾溶液能够快速终止室颤，但带来了血流动力学不稳定因素，中等级量氯化钾能够增加动物心室颤动波形的幅度，增加室颤自动转复率，减少除颤成功所需的能量和累积除颤次数。在心肺复苏无脉性电活动模型上，氯化钾能够减轻心肺复苏动物脑组织凋亡。.本研究意义在于发现高血钾能够减轻脑组织缺血再灌注损伤，其机制与减轻钙超载有关。本结果能够为临床减轻心肺复苏后脑损伤、救治卒中溶栓患者的血钾调整提供基础研究依据。