复苏后脑微血管痉挛与毛细血管功能衰竭——实验性窒息性心脏骤停后的观察

《Journal of the American Heart Association》：Postresuscitation Cerebral Vasospasm and Capillary Failure After Experimental Asphyxial Cardiac Arrest

　　

背景：脑血流紊乱被认为是心脏骤停（CA）后继发性脑损伤的重要因素。本研究旨在探讨窒息性CA恢复自主循环（ROSC）后脑微循环的变化，研究人员假设ROSC后周细胞（Pericyte）收缩会损害脑毛细血管血流。 方法：研究使用表达血小板衍生生长因子受体β（PDGFRβ）启动子调控tdTomato荧光报告基因的小鼠（n=19，雌雄各半），术前3周植入慢性颅窗。制作4分钟窒息性CA模型并行心肺复苏，同一组小鼠在ROSC后3小时和24小时采用双光子显微镜评估脑血流动力学。 结果：CA组13只中9只实现ROSC；分别有6只和5只存活至ROSC后3小时和24小时随访。ROSC后3小时和24小时动脉血压组间无差异。ROSC后3小时，CA组软脑膜动脉和穿通小动脉比假手术组（Sham）收缩（小动脉直径CA组12.2 μm [95% CI 10.9–13.4] vs Sham组15.6 μm [95% CI 13.8–17.5]；P=0.003）。一阶及二至三阶毛细血管直径同样减小（一阶毛细血管直径CA组3.9 μm [95% CI 3.5–4.2] vs Sham组5.3 μm [95% CI 4.8–5.9]；P=0.002）。血管痉挛伴全毛细血管网红细胞（RBC）流速减慢（静脉上游二至三阶毛细血管：CA组0.78 mm/s [95% CI 0.46–1.09] vs Sham组2.14 mm/s [95% CI 1.73–2.55]；P<0.001）及毛细血管停滞（Capillary Stalling）增加。ROSC后3小时动–静脉平均通过时间（Mean Transit Time, MTT）延长，相对通过时间异质性（Relative Transit-Time Heterogeneity, RTH=CTH/MTT）降低。至ROSC后24小时，血管直径、血流速度、通过时间及毛细血管停滞均与Sham组无差异。 结论：ROSC后3小时出现的脑血管痉挛与脑微循环障碍及毛细血管流停滞增加相关。

论文解读：《Postresuscitation Cerebral Vasospasm and Capillary Failure After Experimental Asphyxial Cardiac Arrest》发表于Journal of the American Heart Association

一、研究背景与目的

心脏骤停（Cardiac Arrest, CA）成功复苏后，继发性脑损伤是患者致残和致死的首要原因，约占死亡总数的三分之二。恢复自主循环（Return of Spontaneous Circulation, ROSC）后，患者常出现进行性神经功能恶化，其机制涉及缺血-再灌注损伤、血脑屏障破坏及脑血管调节功能障碍。既往临床与临床前研究提示ROSC后存在脑血流（Cerebral Blood Flow, CBF）低灌注或高灌注不均现象，但其微观机制不明，可能涉及微血栓形成、血细胞黏度改变或血管张力失调。特别值得注意的是，脑毛细血管周细胞（Pericyte，包绕于毛细血管壁的壁细胞，具收缩蛋白可主动调节毛细血管管径）在缺氧条件下可发生收缩，导致微循环障碍，但CA后体内活体（in vivo）脑微血管（特别是毛细血管层级）的具体变化尚缺乏直接证据。因此，研究人员假设窒息性CA后ROSC早期会出现周细胞介导的毛细血管收缩及毛细血管流停滞（Capillary Stalling，指毛细血管内红细胞短暂停止流动的现像），从而引起脑微循环障碍。

二、主要关键技术方法

研究人员选用转基因C57BL/6NRj小鼠（n=19，雌雄各半），其PDGFRβ启动子驱动Cre重组酶并与Cre依赖性荧光报告系交配，使脑周细胞特异性表达tdTomato红光蛋白。术前3周植入慢性颅窗（Chronic Cranial Window）。CA模型为4分钟窒息性停跳加标准心肺复苏，Sham组行相同手术但不窒息。同一只小鼠在ROSC后3 h和24 h分别进行活体双光子显微镜（Two-Photon Microscopy）成像：采用线扫描（Line-Scan）模式测毛细血管直径与红细胞速度（Radon变换算法），时间序列扫描结合罗丹明6G标记白细胞评估毛细血管停滞，静脉推注白蛋白-Alexa Fluor 680采用指示剂稀释法计算动-静脉平均通过时间（Mean Transit Time, MTT）与毛细血管通过时间异质性（Capillary Transit-Time Heterogeneity, CTH）。图像分析与数据统计由对分组盲态的研究人员进行，采用线性混合模型及置换t检验。

三、研究结果

（一）Vasospasm of First- to Third-Order Capillaries and Reduced Capillary Blood Flow Velocity Were Observed 3 Hours After ROSC（ROSC后3小时观察到一至三阶毛细血管痉挛及毛细血管血流速度降低）

通过双光子线扫描测量不同分支阶数的毛细血管直径发现，ROSC后3小时CA组一阶（First-order）及二至三阶（Second- to third-order）毛细血管（具包绕的鞘状周细胞Ensheathing Pericytes）直径显著小于Sham组（一阶：3.9 μm vs 5.3 μm，P=0.002），而四阶及以上远端毛细血管无明显差异。同步测得上述一阶毛细血管内红细胞速度显著降低，接近静脉侧的前几阶毛细血管亦见流速减慢，提示低阶毛细血管（邻近穿通小动脉处）周细胞收缩致管腔变窄，进而引起微循环流速下降。

（二）Increased Cerebral Capillary Stalling 3 Hours After ROSC Associated With Increased Leukocyte Adhesion（ROSC后3小时脑毛细血管停滞增加且关联白细胞黏附增加）

时间序列成像结合白细胞荧光标记显示，ROSC后3小时CA组毛细血管停滞发生率（Stalling Incidence）及点患病率（Point Prevalence）较Sham组升高；其中由白细胞嵌塞（Leukocyte Plugging）引起的停滞比例也显著高于Sham组，表明缺血-再灌注后早期炎症反应致白细胞黏附参与了微循环无流现象。至ROSC后24小时，各项停滞参数组间无差异。

（三）Constriction of Cerebral Pial Arteries and Penetrating Arterioles 3 Hours but Not 24 Hours After ROSC（ROSC后3小时而非24小时软脑膜动脉与穿通小动脉收缩）

从Z-stack影像分析血管直径得知，ROSC后3小时CA组软脑膜动脉（Pial Artery，大脑中动脉分支）及穿通小动脉（Penetrating Arteriole）直径较Sham组明显缩小，而软脑膜静脉及穿通微静脉无变化。至ROSC后24小时，上述动脉及小动脉直径恢复且与Sham组无差别，提示早期血管痉挛是可逆的。

（四）Prolonged Capillary Transit Time and Capillary Transit Time Heterogeneity After Cardiac Arrest（心脏骤停后毛细血管通过时间延长及通过时间异质性变化）

采用指示剂稀释法测得ROSC后3小时CA组从软脑膜动脉到软脑膜静脉的平均通过时间（MTT）较Sham组延长，CTH本身未达统计学显著差异，但相对通过时间异质性（RTH = CTH/MTT）在CA组降低。ROSC后24小时MTT与CTH均恢复至Sham水平，RTH组间也无差异。

四、讨论与结论总结

研究人员在讨论中指出，本研究首次在活体动物模型中证实CA复苏后早期（3 h）存在全脑微循环障碍：软脑膜动脉、穿通小动脉及一/二至三阶毛细血管（包绕收缩型周细胞）发生血管痉挛，致毛细血管红细胞流速下降、平均通过时间延长及白细胞相关性毛细血管停滞增加；该现象不依赖全身血压异常或去甲肾上腺素残留效应，并在ROSC后24 h自行恢复正常。可能的机制包括缺血-再灌注诱导的壁细胞内Ca²⁺超载或Ca²⁺敏感性增高、星形胶质细胞释放20-HETE等血管活性物质引发周细胞与平滑肌收缩。与缺血性卒中模型相似，针对内皮素受体拮抗或免疫调节减轻白细胞黏附的策略，在未来或可改善CA后脑灌注。研究局限性包括未监测CA即刻及ROSC即刻超早期血流、种属差异及未做长期神经行为学评估。

原文结论翻译：ROSC后3小时出现的脑血管痉挛伴脑微循环受损及毛细血管流停滞增加。微血管功能障碍在ROSC后24小时恢复正常，提示CA后早期存在治疗时间窗，针对脑血管痉挛的干预可能改善CA后脑灌注与神经预后。