改良的恒流充氧对大鼠呼吸性心脏骤停模型的动脉氧合、肺泡气压伤和脑组织损伤的影响

摘要

目标。间歇正压通气(IPPV)可增加胸内压，对心肺复苏结果产生不良影响。已经研究了持续输氧(CFIO)作为一种潜在的替代方法，但在心脏骤停的情况下，支持其优于间歇正压通气的证据很少。本研究的目的是比较单向阀持续输氧与间歇正压通气在大鼠呼吸停止模型中的效果。方法。雄性Sprague-Dawley大鼠体重约400 ~ 450 g(从最小值到最大值)被随机分配到sham组、IPPV组或CFIO组(n=每组10人)。气管内插管阻塞可引起呼吸停止。在心肺复苏期间进行动脉血气分析，比较氧合水平。然后收集组织来比较肺气压伤和缺血性脑损伤的程度。结果。IPPV组6/10只大鼠和CFIO组5/10只大鼠恢复了自发循环。在心肺复苏过程中，平均血压升高₂was significantly higher in the CFIO group (83.10 mmHg) than in the IPPV group (56.10 mmHg). Lung biopsy revealed more inflammatory cells and marked thickening of the alveolar wall in the IPPV group; the group also exhibited a higher frequency of neuroglial cells and apoptotic bodies of pyramidal cells, resulting from ischemic injury.结论。在一个呼吸停止的大鼠模型中，使用单向瓣膜的CFIO比IPPV更能促进氧合，减少肺和脑损伤。

1.介绍

心肺复苏(CPR)小组使用袋阀面罩、声门上气道或气管插管联合胸压对院前或院内心脏骤停(CA)进行正压通气(PPV)。在CPR中，在舒张阶段必须有足够的静脉回流以使心室充盈，从而在主动压缩阶段产生足够的流出。然而，尽管PPV可能是一种适当的CPR技术，它可能阻碍静脉回流，因为它增加了ITP。因此，不适当的PPV可能会损害CPR的质量[1]。

为了解决这个问题，已经进行了多次研究。杀死等人[2]介绍了同步的方法胸部减压和通风和报道,高氧化,这种方法实现了在猪模型的CA。设备抑制灵感触发在胸部减压,比如吸气装置阻抗阈值(ITD)和Boussignac心脏骤停复苏设备(B-card),也被调查(3.]。然而，由于过渡段仍采用PPV技术。另外，在采用CFIO方法的b卡中，氧气流入与交换气体流出的碰撞产生压力。这种压力会影响静脉回流和肺泡。最后，可能是由于静脉回流减少，供氧减少，ITP增加，导致脑血流减少而造成脑损伤，造成肺气压性创伤。

在2000年，Saissy等。[4)报道,连续流吹气的氧气的影响(CFIO)与那些通过间歇正压通气(IPPV)送往医院之前的CA。在2004年报道的一项研究中,调查的应用CFIO IPPV和气管插管在猪模型心室颤动(VF)的CA, Steen et al。5报道CFIO组氧合和冠状动脉灌注压明显增高。

2006年，Bertrand等人[6报道称，对于有院前CA经历的患者，CFIO可以在心肺复苏过程中给氧。在一项涉及VF CA患者的研究中，Bobrow等人[7报道说，通过CFIO输氧的患者明显比接受PPV输氧的患者更有可能存活和出院，并表现出更好的神经系统结果。

值得注意的是,然而,没有一个above-menti-oned先前的研究调查了CFIO是否可以应用在呼吸的情况下,我们假设CFIO使用单向阀门连接到开放通道能够改善比传统IPPV氧化,从而减少缺血性脑损伤和肺气压伤。本研究通过比较单瓣CFIO与常规IPPV在大鼠氧合失败引起的呼吸性CA模型中的作用来研究这一假设。

2.方法

2.1。研究设计

本前瞻性随机纵向大鼠研究由韩国汉阳大学动物护理与使用委员会批准(批准号2016-0075A)。这项研究是在汉阳大学医学院动物研究实验室进行的，使用体重400-450克的斯普拉格-道利大鼠。大鼠可以随意获得标准的食物和水，并且在实验前几天就已经适应了环境。笼子按照国家研究委员会标准管理。

2.2。样本大小

样本量是根据PCO计算的₂在试点研究IPPV和CFIO组的水平（PCO₂水平:IPPV组89.95 (86.70-91.63)mmHg, CFIO组99.90 (97.98-103.00)mmHg)。每组最小样本量为5，采用G-power 3.1.2®(德国杜塞尔多夫海因里希大学)进行分析，误差水平为0.05，幂次为0.95。退出率为30%，包括实验方案结束前被排除在实验之外或可能影响实验结果的大鼠。考虑到CPR后存活的大鼠的组织学检查，生存率估计为50 ~ 70%。因此，最终样本量计算为每组10只大鼠。当一只大鼠在实验准备过程中死亡，或者出现严重问题，可能影响实验结果时，大鼠被排除在实验结果之外。

2.3。动物研究协议

实验过程中，实验室的温度和湿度分别保持在24℃和35%。为保持体温，所有实验均使用手术灯，所有大鼠的核心温度维持在大鼠正常体温36 ~ 37℃之间。通过计算机程序将大鼠随机分为sham组、IPPV组和CFIO组。侵入性血压监测中执行所有老鼠通过股动脉导管而每个老鼠都连接到一个通风深麻醉诱导后通过与肌内注射异氟烷的混合物Zoletil®(Virbac,卡罗,法国,zolazepam +氯胺酮,30毫克/公斤)和Rompun®(Bayel,德国勒沃库森,甲苯噻嗪10毫克/公斤)2:1的比例。应用股动脉导管进行动脉血气分析(ABGA)。在IPPV组和CFIO组，在CPR过程中在尾静脉插入静脉输注肾上腺素。

在诱导呼吸CA前，每只大鼠取0.3 cc动脉血，比较三组大鼠ABGA基线特征。假手术组ABGA结束后，在保持人工通气的同时，将24g导管从股动脉中取出，待大鼠恢复足够的自主呼吸后，取下呼吸机，置于内衬温棉的新笼中。

参照呼吸CA模型报道了白等。[82015年将CA点设定为气管内管阻塞后8分钟平均动脉压降至20 mmHg以下的时刻[3.- - - - - -6]。从那时起，在下午200时开始使用节拍器反馈进行2分钟的胸压，并使用一剂肾上腺素(30)μg/kg)通过静脉输液线注射。胸压2分钟后检查ROSC。ROSC是根据心率超过200次/分、触诊根尖脉搏和有创动脉血压监测确定的。复苏成功定义为ROSC持续10分钟以上[9- - - - - -13]。

在CPR过程中，IPPV组使用鼠用呼吸机进行PPV, CFIO组通过连接单向阀的气管内管供氧(见图)1)。

CPR中的IPPV:使用啮齿动物呼吸机，Inspira高级安全呼吸机(哈佛仪器，Holliston, MA, USA)设置为每4次按压(50次呼吸/分钟)提供一次正压呼吸，潮气量为8ml /kg动物体重。

CFIO在CPR过程中:使用新型单向阀连接一个开口通道，氧气以200ml /kg/min的速度通过气体进口到达单向阀和气管内管。在胸部压缩过程中，来自肺部的气体通过开口通道打开单向阀。在胸部减压时，氧气在气管内管和肺野的开放通道中流动和填充(见图)1)。

心肺复苏1分钟后，取0.3 cc动脉血样进行ABGA，比较不同通气方式下的氧合水平。在CPR过程中，不使用异氟醚，两组仅供氧。

成功复苏的大鼠恢复呼吸机供氧并重新启动呼吸机护理。将表现出ROSC的老鼠从呼吸机上拿下来，移到一个新的笼子里(见图)2)。在复苏后24和48小时，使用Jia等人所描述的神经缺陷评分(neurologic deficit score, NDS)系统对21个项目进行神经定量评估[14)(见表1)。

2.4。组织学研究协议

按照Gage等人所描述的方法[15], perfusion fixation was performed via intramuscular injection of Zoletil® and Rompun® in a 2 : 1 ratio 48 hours after resuscitation in a sedated state to prepare biopsy specimens. For lung biopsy, haematoxylin-eosin staining was performed. For brain biopsy, Nissl staining was performed to compare neuronal injuries.

2.5。统计分析

使用SPSS 21.0软件(IBM Analytics, IL, Chicago, USA)对测试结果进行分析。虽然结果是正态分布的，但考虑到每组有10只大鼠，我们使用非参数Kruskal-Wallis检验。假手术组与两实验组采用Kruskal-Wallis检验进行比较。采用Mann-Whitney检验和事后Bonferroni校正进行两两比较。以低氧损伤的海马角氨区3区的锥体细胞总数为基础，每片6次计算染色凋亡体和正常锥体细胞的百分比。将假手术组的结果与两个实验组的结果进行比较。与NDS一样，使用Kruskal-Wallis检验比较所有三组的百分比，并使用Mann-Whitney检验和后Bonferroni校正( )。

3.结果

呼吸CA是在两个实验组的所有大鼠和11只大鼠心肺复苏后恢复自主循环。10只六人的IPPV组中，10只大鼠的五人的CFIO小组。

3.1。每组的基线特征

假手术组(418.60±2.55 g)与两个实验组(IPPV 417.30±4.64 g, CFIO 417.90±3.96 g)体重差异无统计学意义。IPPV组(500.90±10.83)和CFIO组(503.00±10.08)呼吸CA时间无显著差异，ABGA结果(pH、PaCO)无显著差异₂,PaO₂,HCO_3.^-(见表)2)。

3.2。心肺复苏过程中ABGA的结果

两组动脉血pH、HCO差异无统计学意义_3.^-，碱过剩，或乳酸的两个实验组之间CPR期间（对所有人）。然而，CFIO组有显著较高的二氧化碳分压₂(99.90毫米汞柱)和PaO₂(83.10 mmHg)高于IPPV组(PaCO)₂89.95毫米汞柱,PaO₂56.10毫米汞柱;两种情况的比较)(见表3.)。

3.3。神经系统评估结果

IPPV组ROSC后24小时NDS为70，明显低于sham组(80; )和CFIO (76; )组织;然而，假手术组与CFIO组无显著差异( )。IPPV组ROSC 48小时后NDS为74，明显低于sham组(80; )和CFIO (78; )组织;然而，假手术组与CFIO组无显著差异((见图3.)。

3.4。肺活检结果

肺活检标本为haematoxylin-eosin染色以作比较。与假手术组相比，两组肺泡壁均因气压损伤和多发炎性细胞而增厚。细胞以巨噬细胞为主，分布在增厚的肺泡壁和肺泡内。这些观察结果在IPPV组的肺标本中比CFIO组更明显(见图)4)。

3.5。脑活检结果

在nissl染色的脑组织标本中，与CFIO组相比，IPPV组表现出更高比例的缺血损伤引起的锥体凋亡，以及对神经损伤作出反应的神经胶质细胞数量增加(图)图5（a）)。

3.6。缺血损伤脑细胞和正常锥体的百分比

计算并比较各组缺血损伤所致凋亡小体的百分比。在假手术组，这些百分比明显低于两个IPPV组(41.01±4.62， )CFIO组(12.73±2.09) ）CFIO组的百分比明显低于IPPV组( )(图图5（b）)。

4.讨论

当前研究的主要发现是,CFIO方法使用一个单向阀连接到开放通道导致更大程度的氧化,降低肺气压伤和缺氧脑损伤产生的比常规推荐IPPV方法在老鼠模型中呼吸的CA。

关于通过CFIO输送氧气的可能性的研究始于20世纪80年代。1982年，Lehnert等人[16首次报道了通过CFIO在犬呼吸暂停模型中进行氧合的可能性。1991年，布罗查德等人[17报告指出，CFIO可用于必须停止人工呼吸的有限情况，如通过气管内管进行吸痰。2004年，Meggs等人[18报道说，在保持CFIO的情况下，猪在猪呼吸暂停模型中的猪在没有呼吸困难的情况下平均可以存活75分钟。根据这些初步研究，其后进行了多项研究，以调查CFIO在心肺复苏方面的可行性[4- - - - - -7]。

Saissy等人在2000年发表的一项关于院前CA患者的研究中指出[4[]报道，CFIO的效果与IPPV相当，这表明两种方法的ABGA结果非常相似。然而，ABGA是在ROSC之后进行的;因此，这些参数不能准确地反映心肺复苏过程中的氧合情况。此外，该研究没有分析与每种通气方法相关的脑、肺损伤或神经系统结果的差异。

2004年，Steen等[5]报道CFIO导致氧和VF CA的猪模型更高的冠状动脉灌注压比IPPV的显著较高的水平，但研究仅限于VF CA诱导充分氧合状态，没有分析缺氧性脑损伤或差异在通风方法之间肺气压性创伤或氧合作用。

2006年，Bertrand等人[6报告CFIO为院前CA患者提供了足够的氧气，但他们也报告了患者预后不良。然而,值得注意的是,理由声称更高层次的氧化是CFIO诱导的研究,有一个更高的患者血氧饱和度大于70%在CPR CFIO组,而不是测量氧部分pressure-an指数oxygenation-via ABGA在心肺复苏。此外，虽然本研究探讨了两种通气方式导致的胸部损伤的差异，但简单地说，IPPV组的肋骨骨折发生率高于CFIO组。肺气压性创伤未通过活检进行评估。基于这一额外发现，Bertrand等人[6推测PPV会增加ITP，并结合胸压引起的压力升高，可能增加肋骨骨折的风险。

2009年，Bobrow等[7比较了使用口罩供氧或使用袋瓣口罩进行PPV的院前VF CA患者，发现前者的神经系统预后更好。然而，该研究是有限的，因为它涉及VF，在这个过程中，胸部按压和除颤比氧合更重要。

上述评估CFIO影响的研究[4- - - - - -7)都集中在人类患者或动物VF CA模型,在氧化的重要性相对低于呼吸CA。此外,CFIO方法中使用这些研究涉及的交付氧气使用多种渠道或通过普通气管导管或面具。相比之下，本研究采用了一种改进的CFIO技术，通过关闭阀门来加强进入气管内管的吸气流，使氧气在气管内管的开启通道中积累。然后在胸压过程中，响应开孔通道的压力升高，打开阀门，以免增加ITP。此外，本研究利用大鼠呼吸性CA模型，说明氧合对恢复很重要。在心肺复苏过程中，采用人工呼吸法(ABGA)观察两种不同通气方式的氧合效果。通过对活鼠肺和脑组织活检的组织学评价，对与两种方法相关的肺泡气压性创伤和低氧脑损伤进行了评估。

虽然本研究采用的是大鼠呼吸CA模型，但CFIO组在CPR过程中的氧合明显高于IPPV组，这与之前VF患者和动物模型的结果相似[4- - - - - -7]。血流动力学指标如心输出量不能在目前的研究来衡量，因为我们使用的老鼠，而不是猪，但相关的调查结果在这两项研究是相同的。

在本研究中，对于CFIO方法，气管内管连接到单向阀并利用的开口通道。这种新的方法CFIO被设计为使得通过在所述开口通道作为闭阀的结果累积的氧胸部减压时气管吸气流量得到加强。此外，胸部按压时，存在朝向阀和气体的存在流动氧气之间没有碰撞压出，因为所述阀不直接位于连接到气管中的通道内。取而代之的是，气体从气道流出实际上促进，因为该阀是由于在开口通道中的压力打开，并且氧气流被引向所述阀。这些特征被认为是减少ITP，并且因此，与IPPV组相比CFIO组表现出较不严重的肺泡损伤和缺氧性脑损伤。

目前的研究有一定的局限性。首先，将存活下来的老鼠放回笼子后，没有监测它们的体温。大鼠从CA恢复时，倾向于表现出自发的体温下降[10]，但由此产生的影响在本研究中未被考虑。第二，呼吸性CA是在提供100%氧气的情况下诱导的，所以使用的模型可能不同于真实生活中暴露在21%氧气(正常空气中的氧浓度)下的呼吸性CA。第三，仅在诱导CA后2 min进行CPR，试图消除CPR持续时间的影响，同时根据通气方式调查肺和脑组织损伤的差异。这可能影响了组织学结果。第四，各组在CPR过程中均未检测气道压力。持续的氧气流向下气道可能会产生正压力。根据Steen et al.(2004)的研究，CFIO组在氧合方面优于IPPV组，但心肺复苏术中气道压力高于IPPV组。这可能是由于氧气持续流向下气道所产生的正压力造成的。他们没有使用单向阀，也没有使用开放通道来控制减压时引起的潮汐量。然而，在这项研究中，CFIO组显示较少的损害由于压力，根据肺泡的组织学发现。 Further studies are needed to clarify the above findings, and we aim to conduct a large animal experiment in the future. Finally, the study used rat models, so the results cannot be directly extrapolated to humans. The results of the study are similar to those of some previous human studies [4- - - - - -7]。然而，它们阐明了CFIO的通过比较不同的通风方法相关的脑和肺活检结果结合有具有开口通道的单向阀在CPR期间的潜在有用性。

需要更多的大型动物研究来比较三种不同的使用吸气式过渡段和B-card的通气方法的血流动力学结果，包括本研究中使用的设备。这样的研究可能有助于开发新的人工通风方法或设备,解决相关的问题与long-recommended IPPV在心肺复苏方法,例如,一个人需要负责通风在CPR, PPV造成组织损伤的可能性,减少了由于PPV的心肺复苏质量。

五，结论

在大鼠呼吸性CA模型中，与IPPV方法相比，CFIO方法采用单向瓣膜设计来降低CPR过程中的ITP，其氧合水平更高，肺和脑损伤发生率更低。这些对肺和脑的保护作用可能与单向性瓣膜有关，单向性瓣膜设计的目的是比IPPV方法更大程度地减少肺的气压损伤，并导致更高的氧合。

数据可用性

支持本研究结果的数据可从通讯作者处获得。

信息披露

本研究已于2018年9月22日在意大利博洛尼亚举行的欧洲复苏大会年度国际会议上以抽象形式发表。

的利益冲突

作者声明没有利益冲突。

作者的贡献

Y Lee和S Lee对这项研究做出了同样的贡献。Y Lee和S Lee设计并主要进行了这项研究。HJ Choi监督了整个数据收集过程，对研究中的所有数据都有完全权限，并对数据的完整性承担责任。S Lee盲目进行NDS评估和数据分析。S Hwang和J Park盲目进行组织病理学检查。李写了这篇文章的初稿。所有的作者都广泛地审查了文章的最终版本并提供了反馈。

致谢

作者感谢来自汉阳大学医学院解剖系的Jisoo Park，他在制作和染色载玻片分析组织样本方面提供了技术支持。本研究由汉阳大学研究基金(资助号:HY-201500000003047)资助。

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