远隔缺血预处理对健康成年人脑血流自动调节功能的影响及机制研究

发布时间：2020-05-30 22:42

【摘要】：第一部分健康成年人脑血流自动调节功能日间节律的研究背景与目的:人体的许多功能都具有昼夜节律,昼夜节律的紊乱通常会导致疾病。动态脑血流自动调节(dynamic cerebral autoregulation,d CA)是通过调整脑小动脉的直径稳定脑血流量,维持正常的神经功能的过程。目前d CA的日间节律尚不清楚。本研究旨在探索d CA的日间节律,为d CA作为评估脑血管功能的指标提供数据支持。对象与方法:本研究拟纳入51名健康成年人,并在6个预定时间点(8:00,9:00,11:00,14:00,17:00)进行d CA监测。d CA通过伺服体积描记器联合经颅多普勒超声评估。从每个受试者实时同步记录脑血流速度(cerebral blood flow velocity,CBFV)和连续动脉血压(arterial blood pressure,ABP)10分钟。使用MATLAB(Math Works,Inc.,US)分析记录的数据。通过传递函数分析(Transfer Function Analysis,TFA),分析ABP和CBFV之间的动态关系。然后从TFA导出0.06至0.12Hz频率范围内的相位差(phase difference,PD),增益和相干函数以评估d CA。应用重复测量方差分析比较不同时间点观察值的差异。结果:本研究共纳入51名健康成年人(38.294±13.279岁,40名女性)。根据实验设计每个受试者接受了6次d CA监测。所有记录的相干函数大于0.40。从8:00到20:00,PD在12小时内没有显著变化(P=0.233)。收缩压,舒张压和平均动脉压在各个时间点的差异具有统计学意义(P0.001)。心率在12小时内保持稳定(P=0.052)。女性或男性独立分析与总体受试者分析的结果一致。结论:健康成年人早8时至晚8时dCA的节律保持平稳,不受ABP波动的影响。d CA在日间多次测量一致性较好,可应用于评价脑血管功能。第二部分远隔缺血预处理对脑血流自动调节功能作用的研究背景与目的:远隔缺血预处理(remote ischemic preconditioning,RIPC),是指在周围组织或器官进行短暂的缺血/再灌注处理,使得远隔组织和/或器官获得对随后的长期缺血损伤的抵抗力。在心血管疾病方面的研究表明,RIPC可显著降低动物和人类心肌缺血后的梗死面积。一些动物和临床研究表明RIPC在脑缺血再灌注损伤和脑小血管疾病中具有类似的有益作用。研究表明RIPC激活神经元信号和体液因子诱导其对远隔组织和器官的保护作用,但其潜在的机制,特别是在大脑中的机制尚不清楚。动态脑血流自动调节(dynamic cerebral autoregulation,d CA)是脑血管系统的独特功能,对脑血流动力学的稳定至关重要。d CA在临床上可以预测脑血管病的发生和预后。既往的研究表明,RIPC可以调节几种具有血管活性的细胞因子,这可能会影响d CA。然而,RIPC是否可以调节人类的d CA仍然未知。该研究旨在探索RIPC对健康成年人d CA的影响。研究对象与方法:本研究拟纳入50名健康成年志愿者(年龄18至70岁,性别不限,亚洲人)进行自身对照研究。首先在对照日连续7次(7:00,9:00,11:00,14:00,17:00和20:00,以及第二天的8:00)进行d CA监测,在RIPC日,在7:20-8:00进行RIPC,在与对照日相同个的7个时间点再次进行d CA监测。d CA通过伺服体积描记器和经颅多普勒超声评估。从每个受试者实时同步记录10分钟CBFV和连续ABP。使用MATLAB(Math Works,Inc.,US)分析ABP和CBFV的数据。通过传递函数分析(Transfer Function Analysis,TFA)分析ABP和CBFV之间的动态关系,通过TFA导出0.06至0.12Hz频率范围内的PD,增益和相干函数以评估d CA。使用重复测量的混合线性模型比较RIPC和不同时间点之间的相位差,增益,平均动脉压和心率的差异。结果:本研究对58名健康成年志愿者进行了资格评估,并排除了8名不符合入选标准或拒绝参加的志愿者。本研究共招募了50名健康成年人(34.54±12.01岁,22名男性(44%))。由于低相干函数,2名受试者的数据未进入统计分析。因此,该研究共纳入48名受试者数据,用于d CA数据的统计分析。混合线性模型确定了干预(P=0.0006)和时间点(P=0.0024)对PD的高度显著影响,但二者没有交互作用(P=0.4836)。与对照日和RIPC日的相同时间点的PD值相比,PD在RIPC后3小时内没有显著改变。从RIPC后6小时开始,PD值显著增加,并且该增加持续至少18小时直至RIPC后24小时。对照日和RIPC日之间的增益没有显著差异。结论:本研究发现健康成年人在RIPC后6小时至24小时dCA持续改善。我们的研究为RIPC诱导神经保护提供了证据,RIPC可通过改善d CA提高脑血管功能的新方法。第三部分远隔缺血预处理对神经保护因子和炎症相关因子作用的研究背景与目的:远隔缺血预处理(remote ischemic preconditioning,RIPC),是指在周围组织或器官进行短暂的缺血/再灌注处理,使得远隔组织和/或器官获得对随后的长期缺血损伤的一定抵抗力。在心血管疾病的研究表明,RIPC可显著降低动物和人类心肌缺血后的梗死面积。一些动物和临床研究表明RIPC在脑缺血再灌注损伤和脑小血管疾病中具有类似的有益作用。研究表明RIPC能激活神经元信号和体液因子诱导其对远隔组织和器官的保护作用,但其潜在的机制,特别是在大脑中的机制尚不清楚。既往的研究表明,RIPC可以调节几种具有血管活性细胞因子,如腺苷、缓激肽、一氧化氮或亚硝酸盐等。此外,最近的研究表明RIPC在动物模型中具有神经保护和炎症调节功能。然而RIPC是否能调节人类神经保护和炎症相关细胞因子尚不清楚。本研究旨在评估RIPC对静脉血中30种细胞因子的影响,包括5种神经保护因子和25种炎症相关细胞因子,并试图证明RIPC可以通过差异性调节血液中一系列神经保护和炎症相关细胞因子发挥神经保护作用。研究对象与方法:本研究拟纳入50名健康成年志愿者(年龄18至70岁,男性和女性,亚洲人)。本研究为自身对照研究。在基线和RIPC后1小时收集静脉血标本,并使用蛋白质芯片定量监测30种神经相关细胞因子,包括5种神经保护因子和25种炎症相关细胞因子。神经保护因子包括脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF),神经胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor,GDNF),β-神经生长因子(β-nerve growth factor,β-NGF),睫状神经营养因子(ciliary neurotrophic factor,CNTF)和血管内皮生长因子-A(vascular endothelial growth factor-A,VEGF-A,也是有效的血管活性因子)。炎症相关细胞因子包括白细胞介素-1α(interleukin-1α,IL-1α),白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β),白细胞介素-4(interleukin-4,IL-4),白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6),白细胞介素-8,(interleukin-8,IL-8),白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10),白细胞介素-18(interleukin-18,IL-18),干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ),单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1),巨噬细胞炎症蛋白-1β(macrophage inflammatory protein-1β,MIP-1β),基质金属蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2),基质金属蛋白酶-3(matrix metalloproteinase-3,MMP-3),基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9),金属蛋白酶组织抑制因子-1(tissue inhibitor of metalloproteinases-1,TIMP-1),肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α),转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1),C-反应蛋白(C-reactive protein,CRP),粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF),嗜酸细胞活化趋化因子(eotaxin,EOT),嗜酸细胞活化趋化因子-2(eotaxin-2,EOT-2),嗜酸细胞活化趋化因子-3(eotaxin-3,EOT-3),脂联素(Adiponectin),肿瘤坏死因子受体超家族成员6(tumor necrosis factor receptor superfamily member 6,Fas),白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor,LIF),胸腺和激活调节趋化因子(thymus and activation-regulated chemokine,TARC)。在基线和RIPC后1小时比较多种细胞因子的检测值,应用Bonferroni校正进行多重比较。通过将粗P值乘以多重比较的次数(6)获得调整的P值。结果:本研究对58名健康成年志愿者进行了资格评估,并排除了8名不符合入选标准或拒绝参加的志愿者。本研究共招募了50名健康成年人(34.54±12.01岁,22名男性,44%)。RIPC后1小时,静脉血清中VEGF-A和GDNF与基线水平相比显著增加(P=0.0006,P0.0001)。TGF-β1,LIF,MMP-9和TIMP-1的水平显著高于基线水平(P=0.0030,P=0.0372,P0.0001,P0.0001)。相反,MCP-1的水平显著低于基线水平(P=0.0234)。结论:本研究发现RIPC后1小时后血清中VEGF-A、GDNF、TGF-β1、MMP-9、TIMP-1、LIF升高,MCP-1降低,RIPC可能通过调控神经保护因子和炎症相关因子发挥神经保护和炎症调节作用。
【图文】：

再灌注损伤,临床试验,瓣膜置换术,治疗药物

图 2.1.1 远隔缺血处理的分类—引自 Zhou G et al. Front Neurol. 2018Figure 2.1.1 Classification of remote ischemic preconditioningFrom Zhou G et al., Front Neurol. 2018一些临床前研究也评估了 RIPostC 和 RIPerC 减轻缺血/再灌注损伤的潜力。有临床证实 RIPostC 可以减轻成人和儿童经皮冠状动脉介入/心脏手术后缺血/再灌注损伤。除此之外，RIPerC 可显著减少瓣膜置换术患者的心肌损伤。目前，RIPC 尚未广泛应用于临床，有大型临床试验正在进行，以寻求最佳临床转化的方式。2.1.3 远隔缺血处理的方法如果以分析治疗药物的方式来考虑 RIC，其确切剂量、药代动力学和药效学仍不清楚。众多临床前试验已经证实，对小鼠或大鼠的大脑、肠系膜、肠道[66]、肾脏[62; 67]、腹主动脉[68]、骨骼肌[69]进行缺血预处理，都可以产生持续多器官保护能力（包括脑）。然而这些方式并不能完全直接向临床转化，对于临床试验，

预处理,机制,表型,保护反应

图 2.2.1 预处理脑保护作用的机制—引自 Gidday JM. Nat Rev Neurosci.2006;7(6):437-48Figure 2.2.1 Cerebroprotection by preconditioning.From Gidday JM. Nat Rev Neurosci. 2006;7(6):437-48注：这种神经保护需要几种特异性刺激和暂时性反应级联，通过多种效应分子共同建立 IT表型。在未经预处理的大脑中，缺血诱导的有害反应（红色箭头）由先天性保护反应调节，也由缺血激活，引起经典的损伤表型[157]。而 IT 表型是由预处理诱导的缺血事件前和缺血事件后的保护反应，二者都由专门和共享的效应物级联反应组成。这些级联中的效应因子，是根据基因表达的变化而从头合成的蛋白质（由不同的传感器，转导因子和转录因子触发），或者是通过翻译后修饰而被激活的已经存在蛋白质。因此，甚至在缺血事件之前，预处理已经建立了潜在的脑保护表型。当缺血发生时，这些反应可以直接发挥保护作用，也可与其他由缺血事件触发的特定的保护性反应结合在一起。除了直接消除促进损伤的级联反应（细红色箭头），这些反应使大脑对缺血性损伤更具抵抗力，统称为 IT 表型的基础。从广义上讲，，CPC 和 IT 表型的获得是由特定刺激在特定时间引起的特定适
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R743

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