心脏骤停后缺血性脑损伤的药物性神经保护

摘要

心脏骤停在不同方面影响着患者的发病率和死亡率。很少有干预措施被证明可以促进心脏骤停后自主循环恢复(ROSC)和改善远期预后。ROSC后发生缺血再灌注损伤会导致氧供需失衡。心脏骤停后会发生多种事件，包括兴奋毒性、线粒体功能障碍、氧化应激和炎症，这些均会导致持续性脑损伤和细胞死亡。由于复杂的病理生理变化是全脑缺氧缺血的基础，应对不同阶段的神经元病理性级联反应制定针对性神经保护策略，这可作为心脏骤停患者减轻继发性神经损伤和改善神经系统预后和生存情况的一种手段。在这篇综述中，我们探讨了多种药物在心脏骤停后损伤通路中的潜在作用。目前与损伤通路最相关的药物治疗包括美金胺、吡仑帕奈、镁、丙泊酚、硫胺素、亚甲基蓝、维生素C、维生素E、辅酶 Q10、米诺环素、类固醇和阿司匹林。

关键词： 神经保护；心脏骤停；缺血再灌注；兴奋毒性；线粒体功能障碍；氧化应激；炎症。 

引言

心脏骤停是患者发病和死亡的主要原因，每年约有35万例院外和2万例院内心脏骤停病例发生。尽管针对心脏骤停领域的研究仍在继续，但院外心脏骤停(OHCA)和院内心脏骤停(IHCA)患者的存活率分别只有约10.8%和26.4%。在 IHCA 患者中，72%的死亡发生在自主循环恢复(ROSC)后，这表明心脏骤停后仍存在持续性损伤，并强调了心脏骤停后治疗和护理的重要性。许多心脏骤停存活后的患者出院后仍遭受了长期的并发症，如心脏骤停后的神经损伤和功能障碍。

心脏骤停后的神经系统损伤是一个多阶段过程，包括在心脏骤停期间的缺血性损伤和 ROSC 后的再灌注损伤（图 1）。缺血期通常持续时间很短（即几分钟），而再灌注损伤可持续数小时甚至数天。在缺血期，氧供需失衡会增加高能磷酸盐（如腺苷-5’-三磷酸（ATP））的消耗，通常由于ATP 依赖性离子泵功能障碍，膜内外离子梯度破坏，继而钠钙内流启动细胞死亡程序。此外，在缺血期超过5分钟时，谷氨酸作为一种兴奋性神经递质，通过N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDA）和α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸（AMPA）受体以时间依赖性方式释放，并通过开放线粒体通透性转换孔允许钠钙离子内流来诱导这些细胞死亡。再灌注期间细胞代谢紊乱和谷氨酸持续释放，由于活性氧（ROS）的大量释放，导致线粒体损伤和氧化应激的发生。大脑和心肌组织在缺氧一段时间后恢复氧供时出现的损伤加重，这种现象有时被称为“氧悖论”。此外，释放的细胞因子（如IL-1ra、IL-6、IL-8 和 IL-10）进一步加剧了神经损伤，基质金属蛋白酶通过内皮功能障碍、凝血功能和补体异常来加剧血管损伤并可能破坏血脑屏障（BBB）。已有研究证明钙离子、pH值和氧从缺氧期间的异常值急剧纠正到正常浓度，已被证明对包括心脏在内的多种组织是有害的。

很少有干预措施可以提高心脏骤停后的 ROSC的发生率和远期预后，这可能包括适当和早期的心肺复苏 (CPR)、旁观者CPR、早期电除颤以及低温治疗。虽然这些干预措施主要侧重于缩短心脏骤停发作和 ROSC之间的延迟，从而改善心输出量并增加缺血期的脑氧输送，但阻止再灌注期发生的细胞损伤的具体干预措施尚未明确定义。心脏骤停后综合征的再灌注期可持续长达3天，这可能为治疗性干预提供一个较大的时间窗。除了心脏骤停后的标准治疗外，还可以在此期间针对特定损伤过程给予药物以保护神经元功能和减轻损伤。从心脏骤停到由神经元兴奋毒性和细胞死亡引起的脑损伤，这一级联反应是复杂的，但通路中的关键步骤为治疗性干预创造了机遇。这篇综述旨在探讨治疗心脏骤停后综合征的潜在的神经保护药物。本综述未涉及机械疗法如低温疗法、机械通气和光生物调节疗法，但对于理解和预防心脏骤停后脑损伤十分重要。

神经保护策略 

兴奋毒性、线粒体功能障碍、氧化应激和炎症都在心脏骤停后脑永久性损伤中发挥关键作用。针对神经元死亡级联反应中的不同通路进行多种药物类别的评估，结果各不相同（图2）。

兴奋性毒性 

兴奋毒性一直是神经保护策略的主要焦点，因为其在缺血级联反应中的早期作用会触发下游事件继而导致脑损伤。研究发现阻断 NMDA 受体的激活可尽量减轻兴奋毒性。Selfotel是一种强效的 NMDA 受体拮抗剂，旨在通过阻断 NMDA 受体激活来提供显著的神经保护作用。尽管动物实验研究效果较好，但 3 期临床试验显示出明显的不良反应，包括幻觉、精神状态改变以及死亡率增加。一项针对早期NMDA受体拮抗剂试验的回顾性研究表明，虽然阻断 NMDA 过度激活具有神经保护作用，但阻断正常的生理性NMDA受体激活可能会产生有害影响。新的研究着眼于效力较弱的NMDA受体拮抗剂，目的是抑制谷氨酸兴奋毒性的同时允许维持正常的生理活动。此外，虽然最初研究重点关注于NMDA受体，但目前AMPA 受体也同样重要。在越来越多的体内酸性环境中，如在心脏骤停的无氧状态期间，NMDA受体的活性下降，谷氨酸的毒性作用可能主要通过AMPA受体起作用，AMPA受体在这种无氧情况下占优势。此外，AMPA受体主要对钠离子具有通透性，但在缺血期间，受体的结构发生变化，对钠钙离子都具有通透性。AMPA 受体拮抗剂，如他仑帕奈、YM872、EGIS8332、ZK 200775 和 GYKI53505，可减轻局灶性或全脑缺血后患者的脑损伤，但这些化合物存在即溶解性差、半衰期短和肾小管结晶等问题，可能会限制在临床的应用。美金刚胺、吡仑帕奈、镁和丙泊酚都被描述为心脏骤停后这些兴奋性毒性途径的靶点。

美金刚胺

美金刚胺是一种非竞争性NMDA受体拮抗剂，在 NMDA 活化水平较高时显示拮抗剂活性增加，但在谷氨酸的生理水平下可允许正常 NMDA 受体活化。美金刚胺作为一种神经保护剂在临床前模型的潜力已经被认可。例如，美金刚胺可保护培养的皮层神经元、小脑颗粒细胞、视网膜神经节细胞和海马神经元，使其免受 NMDA受体介导的毒性作用。Volbracht等人发现经美金刚胺处理的神经元暴露于兴奋毒性刺激后，细胞死亡减少且活力增加。同样，在大鼠模型中对美金刚胺对缺血再灌注损伤的影响进行了评估。美金刚胺给药后显示BBB通透性降低，脑水肿和梗死体积缩小，这表明美金刚胺用于脑缺血的靶向治疗效果显著。美金刚胺还被证明可以显著改善缺血性卒中患者第 5 天的NIHSS评分并减少神经元损伤，还可促进中度创伤性脑损伤 (TBI) 患者的GCS评分更快恢复至正常。

吡仑帕奈

吡仑帕奈是一种AMPA受体拮抗剂，临床上用于难治性癫痫的发作。在一项小样本量研究中，8 名缺氧后超难治性癫痫持续状态（SE）的患者尽管接受了至少三种抗癫痫药和三种麻醉药治疗，但只有 6 名患者的SE成功控制。值得注意的是，其中 4 名患者恢复至意识清醒。在大鼠脑缺血模型中，吡仑帕奈治疗可减少脑梗死体积、小胶质细胞活化、脑水肿以及促炎细胞因子。最后，Chen等人观察到吡仑帕奈可减轻TBI引起的脑水肿、挫伤体积并改善粗大运动功能障碍，并抑制促炎细胞因子（如 TNF-α、IL-1β）的表达并增加抗炎细胞因子的水平（如 IL -10、TGF-β1)（通过ELISA检测）。因此，吡仑帕奈可通过 AMPA 受体以及抗炎活性介导以降低谷氨酸的兴奋毒性。

镁

镁是一种内源性阳离子，有助于调控NMDA通道并抑制受体激活和钙离子内流。已针对镁应用于卒中人群的神经保护功能进行了广泛研究。在一项静脉注射硫酸镁治疗卒中的疗效试验中，将2589 名急性脑卒中发作 12 小时内的患者随机分配至24 小时内静脉注射硫酸镁组和安慰剂组。组间的死亡率或致残率未见明显差异，但亚组分析表明，早期静脉注射硫酸镁可能是有益的。FAST-Mag试验还发现，在1700名患者卒中发作后2小时内给予镁时，生存状况或功能状态未见显著改善。虽然在卒中患者中镁并未显示出太多益处，但在动物脑缺血模型中镁可降低谷氨酸活性并缩小脑梗塞面积。此外，一系列回顾性研究评估了早期复苏后应用硫酸镁治疗的作用。在单变量分析中，在复苏后阶段给予镁可提高生存率和神经系统预后。一项MAGIC随机试验将 IHCA 患者随机分配至镁治疗组与安慰剂治疗组，结果显示镁治疗组无生存获益。然而，根据Karnofsky指数衡量，镁治疗组存活至出院的患者表现出失能值降低以及功能独立性增加（70/自理vs 40/残疾，P = 0.041）。总之，关于镁作为神经保护剂的应用价值存在着不同的证据。

丙泊酚

丙泊酚是一种使用广泛、短效的镇静催眠剂，由于其起效迅速且能够快速穿过BBB，因此常用于ICU中。丙泊酚是一种GABAA激动剂和NMDA受体拮抗剂，还可以通过慢钙通道调控钙离子的流入。由于其多个作用靶点，丙泊酚可通过抑制兴奋毒性、降低脑需氧量和脑代谢以减轻神经细胞的代谢负担以保护神经。在大鼠脑缺血和再灌注模型中，与使用异氟醚组相比，丙泊酚治疗组可使梗死体积减少21%。在过量谷氨酸暴露的神经元细胞中，丙泊酚可减轻细胞损伤，这表现在神经元特异性烯醇化酶水平下降。此外，包括丙泊酚特异性结合位点在内的GABAA 激活受体，其在抑制由脑缺血和急性机械损伤引起的神经元死亡方面发挥了重要作用。最后，在再灌注损伤开始时输注丙泊酚30 分钟后，可显著抑制神经元凋亡，表现为抗凋亡基因（如Bcl-2）的表达增加和促凋亡基因BAX的表达减少。

线粒体功能障碍 

在心脏骤停后的缺血期间，线粒体功能受到干扰，有氧细胞代谢转变为无氧代谢。再灌注时氧供应恢复可使有氧代谢恢复，但正常的线粒体功能不会立即恢复。丙酮酸脱氢酶 (PDH) 是有氧代谢所必需的关键酶，可将丙酮酸转化为乙酰辅酶A进入柠檬酸循环。PDH在脑缺血时表达下调，其活性在ROSC后30分钟内可降低70%，并持续24小时甚至10天。维生素 B1（硫胺素）是 PDH 关键酶的辅助因子，其在心脏骤停后同样会减少，这表明硫胺素水平较低与 ROSC 后持续的线粒体活性减低之间存在潜在关联。补充硫胺素和亚甲蓝都是针对心脏骤停后线粒体功能障碍的潜在治疗方案。

硫胺素

鉴于正常线粒体功能的重要性以及PDH在有氧代谢中的重要作用，PDH 是神经保护干预的一大目标。如前所述，硫胺素是 PDH 的辅助因子，心脏骤停后补充硫胺素水平可通过电子传递链恢复正常PDH。一项评估硫胺素补充剂对小鼠脑缺血模型死亡率和神经系统预后作用的研究显示，与安慰剂组相比，硫胺素补充剂组10 天存活率和 PDH 活性可得到改善。在一项针对接受硫胺素或安慰剂治疗的OHCA患者的随机试验中，组间的28天死亡率无显著差异。硫胺素组患者在出院时往往有良好的神经系统预后，但差异无统计学意义。该研究还包括CPR时间大于平均值的 OHCA 患者，这可能会影响生存。在感染性休克中，虽然一些研究支持将硫胺素、氢化可的松和维生素C联合使用，通过增加有氧代谢和减少氧化应激来帮助减轻损害，但也有研究不支持这一联合疗法。由于心脏骤停与感染性休克具有相似的病理生理学特征，因此硫胺素可能在心脏骤停后综合征中具有与感染性休克中类似的益处。

亚甲蓝

亚甲蓝在治疗神经退行性疾病、缺血性脑损伤和TBI方面的潜在作用受到了研究人员的广泛关注。亚甲蓝的神经保护特性是由于它能够穿透BBB并通过电子传递链携带电子。这可以促进有氧代谢并减少无氧糖酵解，从而增加氧耗以及ATP形成。亚甲基蓝的电子携带能力还提供了一种抗氧化特性，并为正常的线粒体功能提供支持。在一项接受亚甲蓝治疗的TBI患者的研究中，发现受损大脑半球水肿显著减少，这对于降低TBI相关死亡率至关重要。此外，在TBI 后24和72小时，亚甲蓝治疗后存活的神经元数量明显增加。在全脑缺血的大鼠模型中，亚甲蓝治疗可减少神经元的死亡并改善线粒体功能，还明显改善了学习和记忆缺陷（这在大鼠逃生行为中得到了证明）。在猪心脏骤停模型中，与对照组相比，亚甲蓝治疗明显提高了总体存活率，并降低了氧化应激和神经元损伤的血清标志物水平。最后，与心脏骤停相关的多器官缺血可激活一氧化氮合酶并刺激一氧化氮 (NO)的产生。NO通过直接激活可溶性鸟苷酸环化酶诱导血管舒张，从而增加环磷酸鸟苷（cGMP）的产生。在心脏骤停期间和之后立即发生的NO介导的血管过度舒张可能会通过降低灌注压来影响复苏的成功率。因此，使用亚甲蓝可以抵消NO介导的舒血管作用，可能会通过增加平均动脉压继而增加脑灌注压，这对于心脏骤停后的管理十分重要。

抗氧化剂 

在心脏骤停期间，由于能量和氧储存的耗尽，全身性缺血导致细胞和组织损伤。尽管氧分压减低，但主要通过线粒体氧化磷酸化解偶联后产生ROS。复苏成功后，再灌注期间生成大量ROS，主要通过以下分子机制介导，包括线粒体电子传递链反应、上调NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶、脂氧合酶、环氧合酶和诱导型一氧化氮合酶以及儿茶酚胺的氧化。特别是当无抗氧化剂作用的情况下，大量释放的ROS会破坏蛋白质、膜脂和DNA，进而诱导凋亡细胞的死亡以及细胞和器官功能障碍。内皮功能障碍可导致对内皮依赖性血管扩张剂和血管收缩剂的作用减弱从而诱导低血压。虽然ROS本身通常难以检测，但可通过脂质过氧化过程的下游细胞死亡通路作为替代物测量。在暴露于心脏骤停 15 分钟的狗模型中，脂质过氧化产物丙二醛显著升高，则表明ROS水平较高。Kinuta等人证明在局灶性脑缺血后多种抗氧化剂的水平降低，如α-生育酚（维生素 E）、抗坏血酸（维生素 C）和泛醌 10（辅酶 Q10 (CoQ10)）。这些维生素可能通过中和 ROS 而在神经保护方面发挥作用。

维生素C

维生素C是一种有效的水溶性抗氧化剂。维生素C提供电子形成抗坏血酸自由基，这是一种自由基清除剂。脑损伤患者的抗氧化剂减少，血清维生素C 水平显著低于健康对照组。研究发现，维生素C水平与神经系统损伤的严重程度成反比。维生素 C 具有清除 ROS 的能力，因此可以减少脂质过氧化，如前所述，脂质过氧化与细胞死亡通路有关。在暴露于谷氨酸的神经元培养物中，维生素C治疗可减轻损伤并减少细胞死亡（27.3% vs 2.1%，P < 0.05）。维生素C可显著促进神经元儿茶酚胺的合成，它直接为神经分泌囊泡内的多巴胺β-羟化酶贡献一个电子，使多巴胺羟基化形成去甲肾上腺素。大脑中的去甲肾上腺素会增加觉醒并提高警觉性。

维生素E

维生素E是一种亲脂性抗氧化剂，主要作用是抑制脂质过氧化并终止多不饱和脂肪酸 (PUFA) 的氧化。这一功能对于确保细胞膜和依赖大量PUFA的系统（如中枢神经系统）的完整性至关重要。在病理和高氧化应激条件下，维生素E通过防止PUFA过氧化进一步起到了神经保护作用。Khanna等人发现维生素 E 作用于关键检查点分子，以防止谷氨酸和卒中引起的神经退行性变。维生素 E 和维生素C的组合也被证明具有协同作用。在大鼠研究中，Chen等人证明维生素 C 和 E 通过降低 NADPH 氧化酶活性来抑制氧化应激，并通过增加超氧化物歧化酶的激活来增加抗氧化剂的活性，以对抗脑缺血后的ROS。使用组合抗氧化剂可能会比单一抗氧化剂更有效地抵消的 ROS 水平增加带来的影响。

辅酶Q10

辅酶Q10（CoQ10）是一种脂溶性电子载体，在线粒体的电子传递链中发挥作用，并已被证明在神经退行性疾病中具有神经保护作用。最近，已有研究将CoQ10作为心脏骤停时抑制氧化应激的一种方式。Damian等人评估了 49 名 OHCA 患者3 个月时生存率，这些患者在CPR后随机接受5 天的低温和CoQ10联合治疗或安慰剂治疗。在这项研究中，接受CoQ10的患者更有可能在 3 个月时存活（P = 0.04）。根据GCS评分，幸存者的神经系统预后也有改善的趋势。此外，24小时内血清 s100 蛋白平均水平是神经元损伤的标志物，其在CoQ10治疗组中也显著降低，这表明心脏骤停后的神经元损伤减少。

抗炎药物

由于心脏骤停的炎症反应，复苏后时期也被描述为脓毒症样综合征。在心脏骤停后出现全身缺血状态时，大脑和各器官中自由基形成和氧化损伤迅速发展。这种损伤触发代谢级联反应的激活，促进白细胞和内皮细胞释放促炎细胞因子和可溶性受体。已有研究证明，与健康志愿者相比，OHCA患者的TNF-α、sTNFRII、IL-1、IL-6、IL-8和IL-10的水平升高，另外还检测到内毒素升高，这可能与肠道缺血和心脏骤停期间的细菌易位有关。循环中的炎症细胞和募集到缺血区的常驻巨噬细胞通过增加微血管通透性、细胞毒性损伤和氧化应激来诱发局部炎症变化。与脓毒症一样，炎症反应在正常细胞失衡中起着重要作用，并进一步导致细胞死亡、功能状态恶化以及死亡率增加。用于靶向炎症细胞因子和炎症途径的药物可能有助于减轻再灌注损伤后可能出现的永久性损伤。

米诺环素

米诺环素是一种四环素抗生素，已在多种神经退行性疾病中显示出其神经保护特性。米诺环素的神经保护机制包括抗炎、抗凋亡和抗氧化。在暴露于NMDA诱导神经毒性的神经元培养物中，米诺环素已被证明可减少NO释放、炎性细胞因子以及小胶质细胞活化。在过去几年中，有大量研究证明米诺环素在各种急性神经损伤动物模型中的疗效。值得注意的是，在大鼠短暂性局灶性缺血模型中，当缺血发作4小时后给予米诺环素时可发现皮质梗塞面积减少了56%。在诱导小鼠心脏骤停后进行 CPR 时，ROSC后30 分钟腹腔注射米诺环素可发现神经元死亡、小胶质细胞活化以及炎性细胞因子均显著减少。这些研究结果已在其他研究中得到了证实。米诺环素的神经保护作用已在急性缺血性中风患者中得到广泛研究。在一项针对426名急性缺血性或出血性卒中患者的meta分析中，与安慰剂组相比，米诺环素治疗组通过改善 NIHSS量表、改良Rankin量表和Bethel 指数评分显著改善了功能预后。 

皮质类固醇

炎症通过刺激细胞局部反应和招募炎症细胞到缺血区从而介导持续的神经损伤。在心脏骤停后应用皮质类固醇具有多方面作用，包括通过抑制中性粒细胞迁移、抑制细胞因子释放、改善局部微血管通透性以及减少水肿来减轻炎症反应。在感染性休克等情况下使用皮质类固醇是有益的，并且由于感染性休克和心脏骤停二者之间炎症细胞因子谱的相似性，在心脏骤停后患者中应用皮质类固醇可能是同样有益的。Mentzelopoulos 等人的一项研究表明，在 CPR 期间联合使用肾上腺素、血管加压素和甲泼尼龙并且在ROSC后给予氢化可的松，这可能会提高出院时存活率并改善神经功能状态。据推测，甲泼尼龙可增强血管加压素和肾上腺素的血管加压作用，并可能会改善围心脏骤停期的血流动力学以缩短 ROSC 时间，从而减轻脑缺血，促进神经功能恢复。然而，尚未有研究发现单独使用类固醇可完全减轻CPR 后再灌注相关炎症。 

阿司匹林

阿司匹林具有多种药理活性，可能在心脏骤停后具有神经保护作用。复苏后阶段包括一段脑血流中断期和短暂无复流期。无复流现象是由包括微血栓形成等微血管变化引起的。更长时间的停搏会导致更多的微循环障碍，需要更高的平均动脉压来维持脑灌注压。阿司匹林具有抗炎作用，可能有助于减少局部炎症和细胞水肿以最大程度地减轻灌注不足；并具有抗血小板作用，可最大程度地抑制心脏骤停后发生的微血栓形成。最后，已有研究表明阿司匹林与维生素C联合使用可显著抑制急性缺血性卒中患者的氧化应激。

结论 

心脏骤停后缺血再灌注损伤进展至神经细胞死亡是一个复杂的过程，涉及多个关键通路，包括兴奋毒性、线粒体功能障碍、氧化应激以及持续炎症反应。目前，尚无关于心脏骤停后级联反应和继发性神经元损伤有关通路的针对性干预措施。虽然许多药物已显示出可喜的结果，但目前尚无统一的标准的治疗缺血性脑损伤的管理。通过所探讨的神经保护药物组合的多模式方法可能会发挥的协同作用来    减轻神经元损伤并改善心脏骤停后的总体存活率和功能预后。 

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