阶梯式提高吸氧浓度策略在失血性休克复苏中的效果及影响因素研究

发布时间：2018-03-13 12:20

本文选题：失血性休克　切入点：阶梯式提高吸氧浓度　出处：《中国人民解放军军事医学科学院》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：研究背景:失血性休克是临床常见的危重症之一,伴随有效循环血量骤减和氧供不足。若不及时救治将会引起细胞和组织缺氧,并可能导致多器官功能障碍,甚至死亡。针对失血性休克的治疗策略包括控制失血,液体复苏和吸氧。吸氧是失血性休克基础治疗的常用措施之一,临床治疗休克病人普遍吸入较高浓度的氧气,而高浓度氧气的疗效也得到大量实验的支持。尽管如此,研究人员和临床医生也发现氧气可能带来负面影响,大量的证据显示高氧导致的自由基的爆发是失血性休克复苏后器官损伤甚至衰竭的一个主要原因。因此,为了减轻氧化应激损伤,研究人员提出了一种叫做低氧复苏的氧气利用策略,即复苏期间的吸氧浓度低于空气中的氧气浓度。低氧复苏的核心理念是通过减少氧自由基产生的“原料”,即氧气,达到控制氧化应激的目的。实验结果表明低氧复苏确实减轻了氧化应激损伤的发生,但由于可能的氧供不足会导致机体酸碱失衡改善不佳,进而影响生存率。到目前为止,失血性休克复苏过程中应如何使用氧气仍然存在争议。高氧复苏可以改善酸碱平衡,改善系统和组织氧合情况,但是会造成氧化损伤,加剧炎症反应,进而造成器官损伤;而低氧复苏可以改善氧化损伤和炎症反应,减轻器官损伤,但是不能改善酸碱平衡,并且会恶化系统和组织氧合情况。在缺血再灌注治疗过程中,为减轻再灌注损伤近年来出现一种叫做“后处理”的策略,这种方式被认为是一种简单有效的适应性治疗,即在恢复灌注之前进行几次短暂的重复的间歇性缺血和灌注,这种处理方式可明显减轻器官的损伤,恢复脏器功能。已有研究表明,适应性治疗能够在失血性休克复苏中发挥类似的保护作用,如低压复苏、低温复苏等。那么适应性治疗策略在氧气利用方面是否同样可以对机体发挥保护作用值得研究。在前期调研的基础上,本研究的第一部分提出了一种新的吸氧策略,即阶梯式提高吸氧浓度(Gradually Increased Oxygen Administration,GIOA)。该策略在复苏开始时给予较低浓度的氧气,避免了缺氧组织突然大量给氧导致的氧化应激的爆发,随后吸氧浓度逐渐提高,避免复苏后期氧供不足的缺陷。我们认为这种适应性的吸氧方式能够在改善机体氧合情况的同时减轻氧化应激损伤。我们进一步利用大鼠重度失血性休克模型,比较高氧复苏、常氧复苏、低氧复苏以及阶梯式提高吸氧浓度四组的各项指标,验证阶梯式提高吸氧浓度的氧利用策略的复苏效果。明确了该策略在失血性休克救治中的效果后,该策略在进一步应用之前需要优化关键的影响因素,包括起始吸氧浓度的选择、阶梯式提高吸氧浓度中低氧处理时间等,因此本研究的第二部分,针对阶梯式提高吸氧浓度策略的关键影响因素进行研究。除上述影响因素外,该策略临床应用之前仍有诸多因素需要优化,因此本研究的第三部分建立了细胞的缺氧-复氧模型,模拟动物水平的阶梯式提高吸氧浓度的氧利用策略,并通过存活率、细胞色素c含量等指标的检测验证该策略细胞水平的效果,同时证实利用该细胞模型模拟阶梯式提高吸氧浓度的氧利用策略的可行性,为该策略不断优化及机制研究奠定基础。本研究的开展为重度失血性休克救治中氧气的合理利用提供理论基础与实验依据。第一部分阶梯式提高吸氧浓度策略的提出及效果验证方法:采用控压方式制备大鼠重度失血性休克模型,雄性Wistar大鼠实验前禁食过夜,腹腔注射戊巴比妥钠麻醉,仰卧姿势固定于加热板上,分离股动脉用于放血,分离股静脉用于液体输注,中心静脉插管用于检测中心静脉血气,组织氧分压探头插入肝中5mm,用以测量肝组织氧分压。手术完成后稳定10min,经股动脉以0.4 m L/min的速度放血,直到平均动脉压达到38 mm Hg,随后维持平均动脉压在35-40 mm Hg 1h。模型制备完成后,开始液体复苏,同时根据吸氧方式不同随机分为4组(n=8):常氧组(Normo),氧气浓度在复苏期间始终为0.21;高氧组(Hypero),氧气浓度在复苏期间始终为0.50;低氧组(Hypo),氧气浓度在复苏期间从0.11增加到0.21,每10 min增加0.02;阶梯式提高吸氧浓度组(GIOA),氧气浓度在复苏期间从0.11增加到0.21,每5 min增加0.02,从0.21增加到0.50,每5 min增加0.05。大鼠在复苏结束后再观察1h处死。实验过程中,每隔10min记录大鼠平均动脉压、收缩压、舒张压、心率以及肝组织氧分压,检测放血前、休克后、复苏完成以及复苏后1h的动脉血气和中心静脉血气,观察期结束取大鼠肝脏,检测髓过氧化物酶活性、丙二醛水平、超氧化物歧化酶活性及过氧化氢酶活性,Hematoxylin-Eosin染色检测肝组织病理损伤,免疫组织化学染色评价肝组织肿瘤坏死因子-α和白介素-6表达情况。结果:GIOA组平均动脉压在整个复苏期间显著高于Hypo组,在40-60min显著高于Normo组;与Normo组和Hypo组相比,Hypero组平均动脉压明显改善;且Hypo组与Normo组没有显著差异。GIOA组碱剩余和碳酸氢根在复苏后及复苏后1h显著高于Normo组,碱剩余在复苏后显著高于Hypo组;血乳酸在复苏后显著低于Normo组及Hypo组;Hypo组与Normo组没有显著差异。GIOA组中心静脉血样饱和度在复苏后及复苏结束后1h显著高于Normo组;肝组织氧分压在复苏开始后20min到复苏结束后1h期间显著高于Hypo组,在复苏开始后30min到复苏结束后1h期间显著高于Normo组。不仅如此,GIOA组肝组织丙二醛水平显著低于Hypero组,过氧化氢酶活性显著高于Hypero组,且与Hypo组相比无显著差异。Hematoxylin-Eosin染色结果显示Hypero组肝组织病理损伤较其它三组严重,其它三组没有显著差异。免疫组织化学结果显示GIOA组和Hypo组肝组织肿瘤坏死因子-α和白介素-6的表达显著低于Hypero组和Normo组。结论:重度失血性休克复苏过程中,阶梯式提高吸氧浓度的氧利用策略在血流动力学、酸碱平衡及系统/组织氧合等指标上能够达到高氧复苏的效果,在氧化应激、炎症反应及组织损伤等指标上能够达到低氧复苏的效果。即阶梯式提高吸氧浓度的氧利用策略能够在改善氧合的同时减轻氧化应激损伤。第二部分阶梯式提高吸氧浓度策略的影响因素研究方法:采用第一部分中描述的方法制备大鼠重度失血性休克模型,模型制备完成后,开始液体复苏,同时根据吸氧方式不同随机分为5组(n=9):常氧组(Normo),在复苏阶段氧浓度维持在0.210;高氧组(Hypero),在复苏阶段氧浓度维持在0.500;常氧渐变到高氧组(GIOA1),在复苏阶段氧浓度以每20 min增加0.058的速度从0.210提高到0.500;长时间低氧渐变到高氧组(GIOA2),在复苏阶段氧浓度以每20 min增加0.015的速度从0.165提高到0.210,随后以每10 min增加0.058的速度从0.210提高到0.500;以及短时间低氧渐变到高氧组(GIOA3),在复苏阶段氧浓度以每10 min增加0.015的速度从0.165提高到0.210,随后以每15 min增加0.058的速度从0.210提高到0.500。复苏结束后继续观察2h,之后缝合伤口,观察96h存活率。实验过程中,使用多道生理仪监测大鼠平均动脉压、收缩压、舒张压、以及心率,检测放血前、休克后、复苏开始后1h、复苏开始后2h、复苏结束后1h以及复苏结束后2h的动脉血气和中心静脉血气,观察期结束取大鼠动脉血血浆,检测3-硝基酪氨酸、谷草转氨酶、谷丙转氨酶水平。结果:GIOA3组的平均存活时间显著长于Normo组,Hypero组和GIOA2组。复苏结束后2h,Normo组,GIOA1组和GIOA3组的血浆谷丙转氨酶浓度显著低于Hypero组和GIOA2组。复苏结束后2h时间点,GIOA2组和GIOA3组的血浆3-硝基酪氨酸浓度要显著低于Normo组和Hypero组;GIOA3组的中心静脉血氧饱和度要显著高于Normo组,GIOA1和Normo组之间没有差别。此外,复苏结束后2h时间点,GIOA3组的平均动脉压要显著高于GIOA2组,而GIOA1和GIOA2组却没有显著差异。结论:(1)相对于常氧复苏和高氧复苏,阶梯式提高吸氧浓度能够显著延长存活时间;(2)复苏初始阶段的低氧状态可能是必要的;(3)低氧状态不能持续过长时间。第三部分阶梯式提高吸氧浓度策略的细胞模型的建立及验证方法:利用大鼠H9C2细胞系建立细胞缺氧-复氧模型,缺氧之前,吸出旧的培养基,加入等量的Opti-MEM I培养基。缺氧12h之后,在不同的氧气浓度下复氧4h,根据复氧方式不同分为3组:常氧组(Normo),复氧阶段氧浓度维持在0.210;高氧组(Hypero),复氧阶段氧浓度维持在0.500;以及阶梯式提高吸氧浓度组(GIOA),复氧阶段逐渐提高氧气浓度,以每20 min增加0.015的速度从0.165提高到0.210,随后以每30 min增加0.058的速度从0.210提高到0.500。三组细胞复氧结束后放入正常培养箱中继续培养4h,之后检测各组细胞存活率,细胞内氧自由基含量,细胞色素c含量以及细胞内钙离子浓度。结果:复氧结束后4h,Normo组细胞存活率为50±6%,Hypero组细胞存活率为47±11%,GIOA组细胞存活率为74±10%,并且GIOA组的存活率显著高于Normo组和Hypero组。细胞内氧自由基含量结果显示Normo组的荧光强度为1.59±0.08,Hypero组的荧光强度为1.92±0.20,GIOA组的荧光强度为1.13±0.31,表明Hypero组细胞内氧自由基含量显著高于Normo组和GIOA组,并且Normo组细胞内氧自由基含量显著高于GIOA组。细胞色素c含量结果显示Normo组吸光值是对照组的1.23±0.04倍,Hypero组吸光值是对照组的1.29±0.05倍,GIOA组的吸光值是对照组的1.20±0.04倍,表明GIOA组的细胞色素c含量显著低于Hypero组。细胞内钙离子浓度结果显示Normo组的荧光强度为10.19±0.70,Hypero组的荧光强度为11.28±0.55,GIOA组的荧光强度为8.68±0.27,表明Hypero组细胞内钙离子浓度显著高于GIOA组。结论:本实验利用大鼠H9C2细胞系缺氧-复氧模型证实,相对于常氧复苏和高氧复苏,阶梯式提高吸氧浓度策略能够起到细胞保护作用和线粒体保护作用。全文总结:1.本论文深入研究目前各种吸氧方式的优势与劣势,首次提出阶梯式提高吸氧浓度策略,使高氧复苏和低氧复苏的益处和副作用互相平衡,为失血性休克复苏吸氧策略提供了新思路;2.利用大鼠重度失血性休克模型验证阶梯式提高吸氧浓度的效果:同时改善氧合情况和氧化应激,改善血流动力学,改善酸碱平衡,改善存活情况;3.进一步利用大鼠重度失血性休克模型研究阶梯式提高吸氧浓度的实施细节,证明阶梯式提高吸氧浓度在复苏初始阶段的低氧状态可能是必要的,并且低氧状态不能持续过长时间;4.利用大鼠心肌细胞H9C2缺氧-复氧模型,证明了阶梯式提高吸氧浓度具有一定的细胞保护作用和线粒体保护作用;5.建立细胞用连续调节氧气浓度系统,为进一步阶梯式提高吸氧浓度策略的机制研究和细节优化奠定基础。
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【学位授予单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R459.7

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