在脓毒性心肌病的实验大鼠模型中，VA-ECMO治疗期间的高氧状态会加剧氧化应激并导致多器官损伤

《Journal of Translational Medicine》：Severe hyperoxia during VA-ECMO promotes oxidative stress and multi-organ injury in an experimental rat model of septic cardiomyopathy

　　

摘要

背景

在观察性研究中，静脉动脉式体外膜氧合治疗期间的高氧环境与不良临床结局相关。然而，其因果关系及最佳氧浓度目标仍不明确。在高氧环境下，氧化应激和器官损伤可能会加剧，尤其是在存在全身性炎症和缺血性休克的情况下。本研究旨在利用大鼠体外膜氧合模型，探讨在VA-ECMO治疗早期，膜肺氧分压的不同剂量对全身氧化应激及早期多器官损伤指标的影响，并研究活性氧在其中的机制作用。

方法

在这项随机实验研究中，Sprague–Dawley大鼠被分为正常组以及通过LPS诱导脓毒性心肌病而出现心源性休克的组。这些大鼠分别处于30%、60%和90%的膜氧分压水平，对应正常氧环境、中度高氧环境和重度高氧环境。每个终点分析组至少包含5只动物。为应对LPS可能导致的死亡，每个脓毒性心肌病组最初分配9只大鼠。部分动物接受了ROS清除剂Tempol的处理。所有大鼠均接受3小时的VA-ECMO治疗，之后再观察3小时。在多个时间点检测血液气体参数及全身氧化应激指标。在实验结束时，采集血液和组织样本，用于分析氧化应激指标、炎症细胞因子以及心脏、肺、肝和肾组织的组织学损伤情况。

结果

不同的膜氧分压水平在VA-ECMO治疗期间导致动脉血PaO?和SaO?出现明显且稳定的差异。在正常大鼠和休克大鼠中，重度高氧环境（膜氧分压=90%）相比正常氧环境（膜氧分压=30%）或中度高氧环境（膜氧分压=60%），会引发更严重的全身氧化应激、代谢性酸中毒，以及肺、肝和肾的结构性损伤。相比之下，心肌损伤并未因膜氧分压的变化而出现显著差异。在没有休克的动物中，这类高氧引起的改变相对较轻，且在停止VA-ECMO治疗后大多会减轻；而休克则显著增加了动物对重度高氧引起的早期多器官损伤的易感性。值得注意的是，在正常或休克大鼠中，中度高氧环境（膜氧分压=60%）并未导致比正常氧环境（膜氧分压=30%）更严重的氧化应激或器官损伤。Tempol的应用可减轻氧化应激、缓解组织学损伤，并缩小不同膜氧分压组之间的差异。

结论

在这项需要VA-ECMO支持的脓毒性心肌病早期大鼠模型中，VA-ECMO治疗期间的重度高氧环境（膜氧分压=90%）会通过活性氧介导的机制加剧代谢紊乱和早期多器官损伤。在该短期临床前模型的限制下，中度高氧环境（膜氧分压=60%）并未导致比正常氧环境（膜氧分压=30%）更严重的早期损伤指标，这表明在某些情况下，VA-ECMO治疗中的氧暴露上限可能比之前认为的更宽。

临床试验编号

不适用。