增强型体外反搏减轻心搏骤停犬的方法

作者单位：510080 广州，中山大学附属第一医院急诊科，放射科（江利） ；卫生部辅助循环重点实验室（戴刚、冯铭哲、伍贵富）

目前心搏骤停（cardiac arrest，CA）的抢救成功率低、预后差，心肺复苏后自主循环恢复（return of spontaneous circulation，ROSC）患者往往出现严重的神经功能后遗症。CA-ROSC后脑组织微循环灌注障碍和缺氧性脑水肿是心肺脑复苏（ cardiopulmonary cerebral resuscitation，CPCR）中最常遇到的难点和焦点。
　　增强型体外反搏（enhanced external counterpulsation，EECP）是在心脏舒张期序贯地加压于下肢和臀部，驱动血液向主动脉返流，产生舒张期增压波。反搏过程中双脉动血流，增加心脏、脑等组织器官的血液灌流。磁共振（magnetic resonance imaging，MRI）中的弥散和灌注影像可以反映脑部水肿和血流量等情况。
　　EECP对心肺复苏术后机体脑的影响尚不很清楚，故本研究应用弥散加权扫描（diffusion weighted imaging，DWI）和脑灌注扫描（perfusion weighted imaging，PWI）等方法评估EECP对心搏骤停犬模型脑的影响。
　　1 材料与方法
　　1.1 实验模型建立及心肺复苏
　　本实验经中山大学实验动物伦理委员会批准。实验在中山大学卫生部辅助循环重点实验室和中山大学附属第一医院放射科进行。选择比格犬16只，雌雄不拘，体质量10.2～15.0 kg，犬龄18～24月。犬的麻醉、监护、致颤、心肺复苏操作按文献报道的方法进行。分离右颈总动脉，超声多普勒血流量仪（TS420，Transonic，美国）探头测右颈总动脉血流量（quantity of carotid artery flow，Q）。分离右侧股动脉并插管，监测血压（SPR-249，Millar Instrument，美国）变化。针状电极描记心电图。开颅骨孔，激光多普勒血流灌注成像仪（PIM-Ⅲ，PERIMED，瑞典）测定颅内微循环灌注量。耳静脉穿刺置入静脉留置针，用于给药。心外膜交流电致颤的方式诱发CA。室颤持续无干预3 min后心肺复苏，ROSC后，重症监护2 h。
　　1.2 动物分组及实验过程
　　将其随机（随机数字法）分为2组，分别为EECP干预组和对照组（每组n=8）。EECP方法参照文献报道的方法。动物取右侧卧位，以0.035～0.04 mPa/cm²压力反搏。EECP干预组实验犬在复苏后2、24、48 h行EECP干预各1 h，EECP后继续监护1 h。对照组则不予EECP干预，其他措施与EECP干预组相同。通过监护获得观察指标：动脉内平均血压（mean artery pressure）记为MAP，单位：mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）；右颈总平均动脉流量（mean quantity of right carotid artery flow）记为MQ，单位：ml/min；颅内微循环灌注量记为perfusion，单位：PU（图1）。
　　1.3 MRI扫描
　　应用3T超导磁共振扫描仪（Vision 型，西门子，德国），结合普通头部表面线圈。造影剂为德国先灵生产的磁显葡胺（Gd-diethylene triamine pentaacetic acid，Gd-DTPA）。实验犬分别于致颤前基础状态（距第2次扫描时间大于24 h）和自主循环恢复后6 h（第1天）、30 h（第2天）、54 h（第3天）进行4次磁共振成像动态扫描。MRI检查犬俯卧位，头置于线圈中央，分别行DWI扫描，自动生成ADC图，观察指标有水分子表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）。脑PWI扫描，自动生成灌注RCBF图，右侧大脑皮质感兴趣区位于脑表面至最近脑室边缘中外1/4处，范围大于0.1 cm×0.1 cm，获得各犬感兴趣区相对脑血流量（relative cerebral blood flow，RCBF），观察指标为半定量值与基础值的比值。所获图像由两名对分组不知情放射科医师共同分析诊断。
　　1.4 统计学方法
　　本实验所得数据录入SPSS 13.0统计软件包，结果用均数±标准差（x±s）表示，两组间依据正态检验结果用t检验或用秩和检验（Mann-Whitney test），以P<0.05 为差异具有统计学意义。
　　2 结果
　　2.1 EECP干预影响MAP的结果
　　EECP对MAP无明显影响（图2），EECP组MAP与对照组比较差异无统计学意义（P>0.05）。心脏致颤后两组犬动脉血压均下降至25 mm Hg以下，未下降至0 mm Hg。
　　2.2 EECP干预影响颈总动脉流量的结果
　　EECP过程中平均单侧颈总动脉流量增加明显（图3）。心脏致颤后各犬单侧颈总动脉流量均下降至0 ml/min。经心肺复苏术后，动脉流量在两组中均有所恢复。复苏后当天EECP组 vs.对照组EECP-30 min点为（209.33±105.59）vs.（96.84±12.02）ml/min，F=10.358，P=0.001；EECP-60 min点为（173.77±98.91）vs.（96.66±7.18）ml/min，F=16.775，P=0.028；复苏第2天EECP组 vs.对照组EECP-30 min点为（275.87±162.45）vs.（121.02±42.51）ml/min，F=6.495，P=0.028；EECP-60 min点为（284.06±177.48）vs.（121.74±47.17）ml/min，F=8.313，P=0.021；复苏第3天EECP组 vs.对照组EECP-30 min点为（242.4±67.31）vs.（164.7±10.38）ml/min，F=11.156，P=0.028；EECP-60 min点为（250.07±81.32）vs.（169.72±19.42）ml/min，F=7.217，P=0.007。

　2.3 EECP干预影响颅内微循环的结果
　　EECP后颅内微循环灌注量增加明显（图4）。心脏致颤后各犬颅内微循环灌注量均下降至 0 PU。经心肺复苏术后，灌注量在两组中均有所恢复。在复苏后当天EECP组 vs.对照组M1-0 min点为（196.33±28.74）vs.（144.49±35.47）PU，F=0.167，P=0.006；M1-60 min点为（291.63±67.4）vs.（122.36±30.33）PU，F=4.572，P=0.000；复苏第2天EECP组 vs.对照组M2-0 min点为（220.5±54.49）vs.（152.25±14.44）PU，F=5.56，P=0.005；M2-60 min点为（275.75±61.7）vs.（157.48±13.65）PU，F=2.601，P=0.000；复苏第3天EECP组 vs.对照组M3-60 min点（154.5±26.98） vs.（107±25.38）PU，F=0.143，P=0.003。
　　2.4 EECP干预影响磁共振弥散加权成像的结果
　　磁共振弥散加权成像后观察水分子表观弥散系数（ADC，单位：×10^-6mm²/s），两组均值比较可见对照组水分子弥散能力下降（图5）。复苏后当天EECP组 vs. 对照组为（907.98±57.35）vs.（765.81±82.53） （×10^-6mm²/s），F=1.976，P=0.001；复苏后第3天（885.2±94.44）vs.（770.39±59.4） （×10^-6mm²/s），F=1.733，P=0.011。
　　2.5 EECP干预影响磁共振灌注加权成像的结果
　　磁共振灌注加权成像后自动生成RCBF图，进一步观察各时间点相对脑血流量与基础值比值（RCBF/Baseline）。两组比较可见复苏后EECP组RCBF/Baseline明显高于对照组（图6）。复苏后EECP组 vs.对照组当天为（1.37±0.43）vs.（0.56±0.20），F=5.156，P=0.000；第2天为（1.71±0.72）vs.（0.93±0.24），F=3.354，P=0.012；第3天为（1.64±0.72）vs.（0.96±0.38），F=1.716，P=0.032。
　　3 讨论
　　EECP由机体心电图R波触发，对下半身血管（包括动脉和静脉） 进行序贯挤压，在心脏舒张期把下半身的血液驱返主动脉，在原有收缩期脉搏的基础上产生一个“舒张期增压波”（亦称为反搏波），提高反搏部位以上组织器官的血流灌注压。EECP使机体的整个循环系统形成搏动性的高灌注压力，可增加心脏及其他重要脏器的舒张期血液灌流。
　　缺血性脑损伤是心搏骤停患者恶劣预后的重要因素，是致残和死亡的最主要原因。脑经完全缺血缺氧的直接损伤和缺血-再灌注损伤后，出现微循环灌注量减少、微血栓形成等。现今脑复苏的措施，包括抗凝、纤维蛋白溶解剂、血液稀释剂以及适当提高血压增加脑灌注等。理论上增加脑血流灌注应可改善脑复苏效果，但目前增加脑血流灌注的方法并不多，具体疗效亦存在争议。有研究通过血管收缩剂肾上腺素等来升高血压而达到增加血流的目的，但缩血药升高血压的同时，亦增加了心脏的负担，对复苏后心脏后负荷带来的不利影响。并且有研究显示，肾上腺素可减少复苏时脑血流灌注。因此如何增加脑血流灌注改善神经功能依然是复苏后的难点。
　　本研究利用EECP来达到增加CA-ROSC犬脑血流的目的，是对脑复苏的非常有益的探索。研究中EECP增加了CA-ROSC犬单侧颈总动脉流量、颅内微循环灌注量，并且平均动脉压无升高，就不增加心脏后负荷。颈总动脉作为脑血流的主要灌注血管，可部分反映脑血流量，结果说明EECP可增加CA-ROSC犬脑血管流量，如颅内微循环灌注量在EECP后明显增加，则与之前EECP增加脑血流结果一致。
　　EECP增加脑血流灌注的机制尚在不断探索中，如EECP挤压下肢可增加静脉回心血量，从而通过Starling机制使心输出量增加应是其机制之一。另外EECP不仅可以增加一个心动周期内对脑的血流灌注量，同时还改变了灌注的时相模式，血流灌注的脉动性增加了，即EECP增加了脑动脉血流的二次谐波和高次谐波分量。
　　CA-ROSC后，在微血管内皮损伤等因素下，微循环灌注欠佳。组织水平再灌注尤其脑的微循环的恢复对脑复苏非常重要。颅内微循环灌注很难观察到，在活体动态观察尤其困难。目前临床有应用经颅多普勒超声或核医学影像能估算脑血流量。但随着影像学技术的发展，通过磁共振灌注成像（PWI）可以对局部脑组织血流量进行半定量分析，从而可以动态分析脑组织的血流灌注。
　　本研究利用犬CA模型，通过脑磁共振观察到EECP可增加脑组织血流量，复苏后当天即有增加，第2天、第3天更加明显。通过激光多谱勒血流灌注成像仪测得的脑膜表面微循环灌注量亦在EECP后明显增加。这些证据说明，EECP可以明显改善犬CA模型ROSC后的微循环障碍。之前有研究证实EECP具有提高血流切应力、促进缺血组织侧支循环开放、保护及修复血管内皮细胞等作用，EECP增加犬CA模型脑组织微循环血流量可能与这些机制有关。
　　磁共振弥散成像（DWI）中检测的水分子表观弥散系数（ADC）值可反映水弥散能力（布朗运动），是精细观察脑细胞水肿的指标，ADC值下降程度时DWI图像中信号增加，从而可评价脑细胞水肿程度。

Choi等研究指出对CA后昏迷的患者在复苏后5 d内进行ADC量化评价，大脑皮质局部ADC值与格拉斯哥昏迷评分有正相关性。本研究利用犬CA模型，通过脑磁共振观察到EECP可增加ADC值，可减轻脑水分子弥散能力障碍，其可能机制是通过改善了微循环血供等而减轻了脑细胞缺血性水肿。复苏后第2天ADC值两组差异无统计学意义，其主要原因应是对照组在缺血后其ADC值存在“假性正常化” ，而经EECP干预后，ADC值没有出现这种演变。
　　EECP对CA犬模型有减轻复苏后脑损伤作用的可能机制：EECP能增加静脉回心血量，使心输出量增加，并且在不增加心脏负担的情况下脑血流量明显增加；血流量的适度增加，尤其是改善了脑组织微循环灌注量；EECP还减轻了缺血性脑水肿。这些治疗作用是EECP治疗的独特作用，是否存在着其他机制，如EECP通过NO信号通路等改善脑微循环灌注尚需进一步研究才能明确。在CA-ROSC后通过EECP或可改善后脑血流的低灌注状态，并且这种方法是临床上成熟的无创治疗方法，值得进一步研究。MRI是一个有效的评估CA-ROSC脑损伤、循环状况的良好手段。
　　参考文献
　　刘荣，廖晓星，胡春林，等.实时监测颅内微循环的犬心脏骤停模型建立. 中国急救医学，2011，31（2）：151-154.
　　 Wu GF， Du ZM， Hu CH ， et al. Angiogenic effects of long-term enhanced external counterpulsation in a dog model of myocardial infarction. Am J Physiol Heart Circ Physiol， 2006， 290（1）： H248-254.
　　 Zheng ZS， Li TM， Kambic H， et al. Sequential external counterpulsation （SECP） in China. Trans Am Soc Artif Intern Organs，1983，29：599-603.
　　 Werner D， Schneider M， Weise M， et al. Pneumatic external counterpulsation： a new noninvasive method to improve organ perfusion . Am J Cardiol，1999， 84（8）：950-952， A7-8.
　　 Michaels AD， Accad M， Ports TA， et al. Left ventricular systolic unloading and augmentation of intracoronary pressure and Doppler flow during enhanced external counterpulsation. Circulation，2002， 106（10）：1237-1242.
　　 Laver S， Farrow C， Turner D， et al. Mode of death after admission to an intensive care unit following cardiac arrest. Intensive Care Med，2004， 30（11）：2126-2128.
　　 廖晓星.心搏骤停后的脑保护策略.中华急诊医学杂志，2010，19（1）：7-10.
　　 Ristagno G， Tang W， Huang L， et hrine reduces cerebral perfusion during cardiopulmonary resuscitation. Crit Care Med，2009，37（4）：1408-1415.
　　Jungehuelsing GJ， Liman TG， Brunecker P， et al. Does external counterpulsation augment mean cerebral blood flow in the healthy brain？ Effects of external counterpulsation on middle cerebral artery flow velocity and cerebrovascular regulatory response in healthy subjects. Cerebrovasc Dis，2010， 30（6）：612-617.
　　Alexandrov AW， Ribo M， Wong KS， et al. Perfusion augmen-tation in acute stroke using mechanical counter-pulsation-phase IIa： effect of external counterpulsation on middle cerebral artery mean flow velocity in five healthy subjects . Stroke，2008， 39（10）：2760-2764.
　　 Han JH， Leung TW， Lam WW， et al. Preliminary findings of external counterpulsation for ischemic stroke patient with large artery occlusive disease. Stroke， 2008，39 （4）：1340-1343.

　 王怀阳，郑振声.体外反搏对脑动脉血流量影响的建模和仿真研究.医用生物力学，2007， 22（1）： 55-58.
　　 J?rnum H， Knutsson L， Rundgren M， et al. Diffusion and perfusion MRI of the brain in comatose patients treated with mild hypothermia after cardiac arrest： a prospective observational study. Resuscitation，2009，80（4）：425-430.
　　 Manole MD，Foley LM，Hitchens TK， et al. Magnetic resonance imaging assessment of regional cerebral blood flow after asphyxial cardiac arrest in immature rats. J Cereb Blood Flow Metab，2009，29（1）：197-205.
　　 Bonetti PO， Barsness GW， Keelan PC， et al. Enhanced external counterpulsation improves endothelial function in patients with symptomatic coronary artery disease. J Am Coll Cardiol， 2003，41（10）：1761-1768.
　　 Luo JY， Wu GF， Xiong Y， et al. Enhanced external counter-pulsation promotes growth cytokines-mediated myocardial angiogenesis in a porcine model of Med J （Engl），2009，122（10）：1188-1194.
　　 Arbelaez A， Castillo M， Mukherji SK. Diffusion-weighted MR imaging of global cerebral anoxia . AJNR Am J Neuroradiol，1999，20（6）：999-1007.
　　 Choi SP， Park KN， Park HK， et al. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging for predicting the clinical outcome of comatose survivors after cardiac arrest： a cohort study . Crit Care，2010，14（1）：R17.
　　 Li FH， Liu KF， Silva MD， et al. Acute postischemic renormalization of the apparent diffusion coefficient of water is not associated with reversal of astrocytic swelling and neuronal shrinkage in rats .AJNR Am J Neuroradiol，2002，23（2）：180-188.
　　（收稿日期：2012-06-25）
　　（本文编辑：郑辛甜）
　　DOI：.1671-0282.2012.11.008
　　基金项目：国家自然科学基金（81071030）；广东省科技攻关项目（2011B080701006）；中山大学青年培育项目（09ykpy25，09ykpy31）；广东省科技攻关项目（2010B031600089）