中华急诊医学杂志  2018, Vol. 27 Issue (1): 51-56
多巴胺对兔心肺复苏早期血流动力学及脑氧代谢的影响
兰超, 王超, 吕震宇, 刘奇, 徐潇翔, 吕青, 叶华清     
450000 郑州,郑州大学第一附属医院急诊ICU河南省高等学校临床医学重点学科开放实验室
摘要: 目的 观察不同剂量多巴胺对家兔心肺复苏(CPR)早期血流动力学及脑氧代谢的影响。方法 根据多巴胺的不同剂量将健康成年家兔按随机数字法分为4组:对照组(control group, CG)、低剂量组(low dose group, LG)、中剂量组(moderate dose group, MG)、大剂量组(high dose group, HG),每组15只。电诱导致颤并进行CPR直至每组自主循环恢复(ROSC)家兔达到10只。记录各组ROSC即刻、15 min、30 min、60 min、120 min时的心输出量(CO)、平均动脉压(MAP)、心率(HR)、外周血管阻力指数(SVRI)、脑局部组织血氧饱和度(TOI),120 min后处死家兔取脑组织行HE染色,观察各组神经细胞损伤程度。各时间点组间比较采用重复测量的方差分析,多组定量资料的比较如符合正态性检验采用单因素方差分析,两两比较采用LSD-t检验;多组二分类资料采用χ2检验或Fisher确切概率法检验;生存曲线差异的比较采用Log-rank检验,以P < 0.05为差异有统计学意义。结果 各组间ROSC率差异无统计学意义;与CG和LG相比,MG的ROSC时间更低(277±15 vs. 190±12,P < 0.01;252±16 vs. 190±12, P=0.016),且120 min生存率更高(20% vs. 90%, χ2=9.899, P= 0.005; 30% vs. 90%, χ2=7.5, P=0.02);ROSC后各时间点MG的CO均高于其余各组(均P < 0.05);MG、HG在ROSC15 min后各时间点MAP均明显高于CG、LG(均P < 0.05);ROSC后各时间点HG的SVRI均明显大于同时刻其余各组(均P < 0.05);在ROSC 15 min、30 min时MG的TOI值明显大于同时刻其余各组(均P < 0.05);MG和HG的中位生存时间均大于CG和LG(均P < 0.05)。平均每高倍镜视野下MG坏死细胞数(28.4±1.0)显著低于其余各组(CG: 41.2±1.5;LG:41.0±2.0;HG:39.6±1.9)(均P < 0.01)。结论 中等剂量多巴胺可同时维持ROSC家兔MAP、CO在较高水平,对家兔早期脑氧代谢产生更有益的效果。
关键词: 多巴胺     心肺脑复苏     血流动力学     脑氧代谢     家兔    
Effect of dopamine on hemodynamics and cerebral oxygen metabolism in the early stage of post-resuscitation in rabbit with cardiac arrest
Lan Chao , Wang Chao , Lv Zhenyu , Liu Qi , Xu Xiaoxiang , Lv Qing , Ye Huaqing     
Emergency ICU, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University; Key Subject of Clinical Medicine Laboratory of Colleges and Universities of Henan Province, Zhengzhou 450000, China
Abstract: Objective To observe the effects of dopamine in different doses on hemodynamics and cerebral oxygen metabolism in the early stage of post-resuscitation in rabbit with cardiac arrest. Methods Healthy adult rabbits were randomly(random number) divided into 4 groups according to the different doses of dopamine administration: control group (CG), low dose group (LG), medium dose group (MG), high dose group (HG), (n=15 in each group). Ventricular fibrillation (VF) was induced by electricity and cardiopulmonary resuscitation (CPR) was performed subsequently as the experiment designed. When 10 rabbits with restoration of spontaneous circulation (ROSC) were got each group, it was enough for experiment carried out. Cardiac output (CO), mean arterial pressure (MAP), heart rate (HR), systemic vascular resistance index (SVRI) and the cerebral local tissue blood oxygen saturation (TOI) were observed at 0 min, 15 min, 30 min, 60 min, 120 min after ROSC. The animals were sacrificed at 120 min after ROSC, brain tissues were harvested for study by using HE staining. Repeated measure analysis of variance was used to determine the statistical significance among the four groups at different intervals. Multi-group quantitative data was analyzed by one way ANOVA and then further by LSD test for multiple comparisons. Chi-square test or Fisher's exact probabilities was applied for multi-group binomial classification variable. Log-rank test was used for comparisons of survival curves in four groups. A two-tailed value of P < 0.05 was considered statistically significant. Results There were no differences in the rate of ROSC among groups. Compared with CG and LG, ROSC time was shorter in MG(277±15 vs. 190±12, P < 0.01;252±16 vs. 190±12, P=0.016)with higher 120 min survival rate(20% vs. 90%, χ2=9.899, P=0.005; 30% vs. 90%, χ2=7.5, P=0.02). CO was higher in MG than that in other groups at all given intervals in the early stage of post-resuscitation(P < 0.05). MAP levels were significantly higher in MG and HG compared with CG and LG at given intervals 15 min after ROSC (P < 0.05). SVRI was significantly higher in HG than that in other groups at all given intervals after ROSC (P < 0.05). Compared with other groups, the TOI levels in MG were significantly higher than that in other groups at 15 min and 30 min after ROSC (P < 0.05). The median survival time in MG and HG was significantly longer than that in CG and LG. The number of cellular necrosis in MG(28.4±1.0)was significantly fewer than that in other groups (CG 41.2±1.5; LG 41.0±2.0;HG 39.6±1.9)(P < 0.01). Conclusion The moderate dose of dopamine might maintain MAP and CO at a higher level meeting the cerebral oxygen metabolism in the early stage of post-resuscitation from cardiac arrest in rabbits.
Key words: Dopamine     Cardiopulmonary cerebral resuscitation     Hemodynamic     Cerebral oxygen metabolism     Rabbit    

心脏骤停(cardiac arrest, CA)是临床最严重的急危重症,由于血压瞬间降低使大脑、心脏等重要脏器灌注不足,可致意识瞬间丧失,而及时有效的心肺复苏(cardiopulmonary resuscitation, CPR)是提高CA患者存活率的保障[1]。多巴胺是临床上常用的血管活性药物,具有升高血压、改善心脑等重要脏器血供的作用。多巴胺具有明显的剂量依赖性,小剂量多巴胺[2~5 μg/(kg·min)]以激动外周多巴胺受体和β受体为主,前一作用使肾脏、肠系膜、冠脉动脉和脑血管扩张,后一作用对心脏有轻至中等程度的正性肌力作用;中等剂量多巴胺[5~10 μg/(kg·min)]明显激动β1受体而兴奋心脏,加强心肌收缩力,同时也兴奋α受体,使外周血管轻度收缩;大剂量多巴胺[> 10 μg/(kg·min)]主要激动α受体,也兴奋β受体,发挥收缩血管效应和正性肌力作用[2]。早期研究证实多巴胺用于CPR不仅可以提高心电活动恢复率,同时可提高自主循环恢复(ROSC)率[3-4],可改善ROSC后全身及大脑血供,对早期脑复苏有益[5]。然而关于多巴胺的剂量对于CPR早期血流动力学及脑氧饱和度的影响缺少相关研究。本实验对CPR早期家兔利用不同剂量的多巴胺进行升压治疗,观察不同剂量多巴胺对CPR早期兔血流动力学变化的作用及脑氧代谢的影响,以期对临床CPR时多巴胺剂量的选择提供参考。

1 材料与方法

主要仪器及试剂:PiCCO监测仪组件(PiCCO2 PC8500,德国PULSION公司);脑氧监护仪组件(EGOS-600A,苏州爱琴生物医疗电子有限公司);除颤仪(TEC-5602,日本光电工业株式会社);电刺激仪(上海变压器厂);心电监护仪(PVM-2701,上海光电医用电子仪器有限公司);呼吸机(ResMed Ellsee 260,瑞思迈医疗器械有限公司);双腔静脉导管(CV-402-10 4F,威海急危重症医疗制品有限公司);动脉导管(PVPK2013L07-A 3F,迈柯唯(上海)医疗设备有限公司);小儿气管插管(3.5 #,河南驼人医疗器械集团有限公司);小儿喉镜(TD-C-IV,浙江优异医疗器械有限公司);微量输液泵(Space注射泵,贝朗医疗(上海)国际贸易有限公司);肝素钠盐水(2 500 U肝素钠注射液加入500 mL生理盐水);20 %乌拉坦溶液(江都市新华化工有限公司)。

1.1 动物分组及给药

60只健康成年雄性家兔,体质量为3.0~3.5 kg,由河南省实验动物中心提供[许可证号:SYXK(豫)2016-0002],本实验经郑州大学动物实验伦理委员会批准;实验开始前根据多巴胺的不同剂量将家兔按随机数字法分为4组:对照组(control group, CG;n=15);低剂量组(low dose group, LG;n=15):15 μg/(kg·min);中等剂量组(moderate dose group, MG;n=15):30 μg/(kg·min);大剂量组(high dose group, HG;n=15):60 μg/(kg·min)。分别建立CA模型并进行CPR直到每组ROSC家兔达到10只。

1.2 动物模型制备及实验流程

健康成年雄性家兔,术前12 h禁食不禁水,经耳缘静脉注射20%乌拉坦溶液5 mL/kg诱导麻醉[6],留置静脉留置针用于补液,以家兔对疼痛刺激无反应、角膜反射消失且生命体征平稳为麻醉成功标志。连接心电监护仪;小儿喉镜明示下气管插管进行有创通气;无菌操作下分离右侧颈外静脉及股动脉,分别置入双腔静脉导管及动脉导管接PiCCO监测系统;放置脑氧监测仪探头;将两支针灸针分别置于兔皮下沿心脏长轴方向,连接电刺激仪,给予30 V 50 Hz交流电持续刺激5 s,如未出现室颤,则待心电监护恢复正常波形时,给予重复刺激,直至心电监护仪显示室颤波形,室颤3 min后给予胸外心脏按压(频率为150~200次/min,深度为胸廓前后径的1/3),同时给予呼吸机辅助呼吸(儿童容控模式;PEEP:0 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa);潮气量:10 mL/kg;呼吸频率:40次/min;吸氧体积分数为100 %);如心电波形未复律则每间隔2 min推肾上腺素0.02 mg/kg[7-8]。根据分组自心脏按压开始时给予不同剂量的多巴胺持续泵入,胸外按压2 min后,如心电监护提示室颤波形则给予非同步双向波10 J进行电除颤1次,之后继续给予胸外心脏按压。ROSC指标:恢复室上性心律,并可触及股动脉搏动,平均动脉压≥60 mmHg并且维持10 min以上[9]。如经复苏15 min后未能恢复自主循环则视为复苏失败。

1.3 观察指标及方法

PiCCO记录CA模型制备前、ROSC后即刻、15、30、60、120 min的血流动力学指标,即平均动脉压(MAP)、心率(HR)、心输出量(CO)、外周血管阻力指数(SVRI)。脑氧监测仪监测相应时间点的脑局部组织血氧饱和度(TOI)。并记录各组ROSC时间、复苏成功率及2 h存活率。观察终点仍存活的家兔以静脉注射10 %氯化钾的方法处死。然后小心取出家兔大脑置于配置好的甲醛溶液中固定,送至郑州大学第一附属医院病理科切片染色。

1.4 统计学方法

采用SPSS 21.0统计软件进行分析,计量资料以均值±标准差(x±s)表示,各时间点组间比较采用重复测量的方差分析,多组定量资料的比较依据是否符合正态性检验采用单因素方差分析或Kruskal-Wallis H秩和检验,两两比较采用LSD-t检验;多组二分类资料采用χ2检验或Fisher确切概率法检验;利用GraphPad Prism5统计软件进行生存分析,各组生存曲线差异的比较采用Log-rank检验;应用ImageJ软件对病理图片中细胞进行计数;以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 复苏前的生理学及复苏数据

各组家兔身长、体质量、ROSC率之间的差异均无统计学意义(均P > 0.05)。与CG和LG相比,MG的ROSC时间更低(277±15 vs. 190±12,P < 0.01;252±16 vs. 190±12, P=0.016),而120 min生存率更高(20% vs. 90%, χ2=9.899, P=0.005; 30% vs. 90%, χ2= 7.5, P=0.02),差异均有统计学意义;MG的ROSC时间(s)高于HG(190±12 vs. 143±11 P=0.149),同时120 min生存率高于HG(χ2=1.25 P=0.582),差异均无统计学意义(表 1)。

表 1 四组家兔身长、体质量及ROSC时间的比较(x±s Table 1 Comparison of the rabbit height, weight and ROSC time among four groups(x±s)
组别 身长
(cm)
体质量
(kg)
ROSC时间
(s)
ROSC率 120 min生存率
CG 55.1±0.9 3.2±0.03 277±15 10/15 2/10
LG 56.0±0.7 3.3±0.04 252±16 10/14 3/10
MG 54.2±0.8 3.2±0.04 190±12ab 10/11 9/10b
HG 53.9±0.7 3.3±0.05 143±11ab 10/12 7/10a
注:与CG比较,aP < 0.05;与LG比较,bP < 0.05;与HG比较,cP < 0.05;CG为对照组;LG为低剂量组;MG为中剂量组;HG为高剂量组
2.2 各组血流动力学和脑氧代谢的比较

MG在ROSC即刻、15、30、60、120 min时CO均高于其余各组(均P < 0.05),差异有统计学意义;MG、HG在ROSC 15、30、60、120 min MAP均明显高于CG、LG(均P < 0.05),差异有统计学意义;MG在ROSC后各时间点HR明显高于CG、LG,差异有统计学意义(均P < 0.05);HG的SVRI在ROSC后各时间点均明显大于同时刻其余各组(均P < 0.05),差异有统计学意义;ROSC后各组TOI值均升高,在ROSC 15 min、30 min时MG的TOI值明显大于同时刻其余各组(均P < 0.05),差异有统计学意义(表 2)。

表 2 不同时间点相关血流动力学及脑氧代谢监测指标的变化(x±s Table 2 Changes of hemodynamics and cerebral oxygen metabolism at different intervals(x±s)
组别 时点 CO (L/min) MAP (mmHg) HR (次/min) SVRI TOI (%)
CG 基值 3.7±0.1 96.0±2.4 218±5 1 214±14 62.7±0.8
  即刻 2.9±0.1 70.0±1.6 176±5 1 254±21 52.5±0.4
  ROSC 15 min 3.0±0.1 74.0±1.5 183±7 1 281±18 53.5±0.7
  ROSC 30 min 3.0±0.1 75.0±2.6 190±9 1 308±21 52.4±1.0
  ROSC 60 min 3.0±0.1 77.0±2.7 199±11 1 249±18 59.0±0.8
  ROSC 120 min 3.1±0.1 78.0±1.3 192±8 1 267±24 59.1±0.7
LG 基值 3.9±0.1 96.0±2.4 219±5 1 194±11 62.2±0.8
  即刻 2.8±0.1 70.0±1.9 172±4 1 286±14 52.7±0.5
  ROSC 15 min 3.0±0.1 70.0±0.8a 192±9 1 244±23 53.9±0.7
  ROSC 30 min 3.1±0.1 69.0±1.8 188±10 1 256±16 54.4±1.2
  ROSC 60 min 3.0±0.1 75.0±2.1 192±9 1 264±19 58.2±1.4
  ROSC 120 min 3.1±0.2 74.0±1.7 199±7 1 279±20 57.6±1.3
MG 基值 3.7±0.1 99.0±2.8 228±5 1 210±15 63.2±0.9
  即刻 3.6±0.1abc 70.0±1.5 226±7abc 1 249±16c 52.5±0.5
  ROSC 15 min 3.5±0.2abc 85.0±1.0ab 218±6ab 1 251±16c 58.9±1.1abc
  ROSC 30 min 3.6±0.1abc 88.0±3.0ab 227±9abc 1 231±22ac 59.1±0.7abc
  ROSC 60 min 3.6±0.1abc 93.0±2.0ab 221±8ab 1 215±19c 58.9±1.1
  ROSC 120 min 3.7±0.1abc 91.0±1.9ab 223±7ab 1 291±20c 59.2±0.7
HG 基值 3.8±0.1 99.0±2.0 227±5 1 200±12 61.6±0.6
  即刻 2.9±0.1 72.0±1.6 207±5ab 3 299±22ab 52.6±0.4
  ROSC 15 min 2.9±0.1 81.0±0.8ab 209±10a 3 258±28ab 53.8±0.7
  ROSC 30 min 2.9±0.2 88.0±3.1ab 200±6 3 005±20ab 53.3±0.9
  ROSC 60 min 2.9±0.3 88.0±1.7ab 202±11 2 950±22ab 56.8±1.2
ROSC 120 min 2.9±0.4 89.0±2.0ab 208±11 2 866±17ab 56.8±0.7
注:与CG比较,aP < 0.05;与LG比较,bP < 0.05;与HG比较,cP < 0.05;CG,对照组;LG,低剂量组;MG,中剂量组;HG,高剂量组;CO,心输出量;MAP,平均动脉压;HR,心率;SVRI,血管外阻力指数;TOI,局部组织氧饱和度
2.3 四组生存曲线比较

MG和HG的中位生存时间均大于CG和LG(MG vs. CG χ2=11.62. P=0.001;MG vs. LG χ2=8.521, P=0.004;HG vs. CG χ2=8.010, P=0.005;HG vs. LG χ2=5.137, P=0.023)(均P < 0.05),生存曲线差异有统计学意义,MG和HG的生存率大于CG和LG的家兔。MG和HG家兔生存曲线比较(χ2=1.385, P=0.239),生存率差异无统计学意义(图 1)。

图 1 四组家兔的生存率比较(log-rank法检验) Figure 1 Survival analysis of rabbits in four groups(log-rank test)
2.4 脑组织病理

各组脑组织细胞均显示不同程度的水肿,胞核固缩,细胞坏死(图 2),其中平均每高倍镜视野下可见坏死细胞数为(CG: 41.2±1.5;LG:41.0±2.0;MG:28.4±1.0;HG:39.6±1.9),MG坏死细胞数显著低于其余各组(均P < 0.01),差异有统计学意义。

A: CG组; B: LG组; C: MG组; D: HG组 图 2 四组家兔大脑海马区组织HE染色(HE×400) Figure 2 HE staining of rabbit brain hippocampus tissue in four groups(HE×400)
3 讨论

尽管CA后CPR技术在不断进步[10],患者仍有较高的病死率,仅有不到20%的CPR患者可以存活到出院,而且出院后患者的短期病死率也居高不下[11-13]。肾上腺素作为CPR时的一线药物,是公认有效且应用最广泛的、提高现场复苏成功率的药物,但近年来其作为一线复苏药物的局限性已经被多次报道[14-15]。临床上,低血压尤其是长时间CA及ROSC后的低血压,常提示血流动力学不稳定及较差的心脏泵血功能,引起组织发生缺氧和代谢障碍,导致患者最终不能存活[16]。此时,血管活性药物的应用常常能起到重要的作用。

多巴胺具有剂量依赖性,不同剂量的多巴胺用于CPR时可能对血流动力学及脑氧代谢产生不同的作用。目前国内外还缺乏此方面的动物实验研究。人与动物对同一药物的耐受性相差很大。一般情况下,动物的耐受性比人大,也就是单位体质量动物的用药量比人要大。本实验对多巴胺剂量的选择参考药理学实验方法将人与兔进行等效剂量换算[17]。正常情况下大脑阻力血管具有自动调整作用,使一定范围内的血压变化并不改变大脑的灌注量[18],有的学者在研究CA复苏后患者脑血流量自动调节功能时发现,在CA复苏后的急性期,大脑的自动调节功能受损或缺失[19],有观点认为此时大脑的灌注主要取决于脑灌注压(cerebral perfusion pressure, CPP)的大小,CPP等于MAP与颅内压之差,而在CA早期颅内压升高并不明显,因此认为提高MAP可增加CPP,从而改善脑氧饱和度。而在另一个关于不同血管活性药物应用对于脑氧饱和度影响的临床研究中提示尽管苯肾上腺素可维持比多巴胺相对较高的MAP,然而其脑氧饱和度却较前降低[20],另外几项研究也得到了相似的结果[21-23]。以上结果出现的主要机制在于相关血管活性药物刺激分布于心血管系统的α受体,引起血管收缩,从而使SVRI升高,由于心脏的舒张功能受损相对较轻,而收缩功能显著下降,从而引起短暂的充血性心力衰竭,导致CO及脑血流量下降,使大脑不能得到充足的氧供,以至于脑氧饱和度较前下降[24]。以上研究表明MAP增加并不是确保脑氧饱和度的先决条件,应增加CO以维持脑氧饱和度在最佳范围。本研究结果表明MG与HG均可维持MAP在较高的水平,提高心脑重要器官的灌注,缩短ROSC时间,有助于自主循环的恢复。而HG主要作用于α肾上腺素受体,收缩外周阻力血管从而使MAP维持在较高的水平,在CPR早期可增加脑灌注,但同时升高的SVRI也增加了心脏的后负荷,使CO减少。相比较其余各组,MG可同时维持较高的CO及MAP,具有更高的120 min生存率。提示在经过室颤后应用中等剂量的多巴胺可能更有助于早期脑功能的恢复。

成功的CPR不仅要实现ROSC,更重要的是维持重要脏器的氧供。CA期间持续的大脑缺血缺氧,以及随后的CPR再灌注造成的中枢神经系统损伤是CA患者最主要的死亡原因[25]。对于CPR时脑氧饱和度的精确测量可为大脑对CPR的反应提供重要信息。而近红外光谱技术可利用氧合血红蛋白及还原血红蛋白对于红外光吸收所表现出光谱的差异来测得局部脑氧饱和度,具有便携无创的特点,成为CA这种危急情况下监测脑氧饱和度变化可能的选择[26]。研究表明近红外光谱技术可通过监测脑氧饱和度的变化来指导复苏[27],并可能成为预测ROSC的一种较好的方法[25]。另有研究表明标准CPR期间大脑局部血氧饱和度并无明显改善,而在ROSC后大脑局部血氧饱和度则升高较快[28]。本实验观察到ROSC后各组TOI值均升高,在ROSC 15 min、30 min时MG的TOI值明显较其余各组高,考虑与MG较高的CO及MAP增加了脑组织灌注相关,提示中等剂量多巴胺可能更有助于兔ROSC早期脑功能恢复。

本研究中,各组ROSC 120 min时存活家兔的脑组织标本经HE染色提示各组脑组织细胞均显示不同程度的水肿,胞核固缩,细胞坏死,而中MG较其余各组细胞水肿程度轻及坏死数量少,提示MG更有助于脑细胞损伤的恢复。

本研究的局限之处在于,由于种属差异,本实验结论仅适用于家兔室颤模型,而其他动物模型复苏所需最佳剂量有待后续实验研究;本实验可为临床CPR时中等剂量多巴胺的应用提供参考,而确定不同因素所致的CA所需多巴胺的最佳剂量仍需大量的基础及临床研究。

综上所述,中等剂量的多巴胺持续应用于家兔早期CPR,可维持较高的MAP和CO,增加脑组织灌注,减轻CA家兔ROSC早期脑细胞损伤。

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