心肺复苏基础研究热点与展望*

曹钰 王智渊 姚鹏 唐颂龄 马雯 周法庭

(1. 四川大学华西临床医学院·华西医院急诊科/急诊医学研究室，四川 成都 610041；
2. 四川大学灾难医学中心，四川 成都 610041)

心脏骤停(Cardiac arrest，CA)是全球重大公共卫生问题，并随着新冠大流行愈发突出[1-2]。作为救治CA患者的关键技术，心肺复苏在既往的60余年间已得到极大发展，但是总体救治效率仍不理想。美国院外心脏骤停(Out-of-hospital cardiac arrest，OHCA)和院内心脏骤停(In-hospital cardiac arrest，IHCA)患者的出院存活率仅分别为10%～12%和25%；
而我国OHCA和IHCA患者出院存活率分别低于1%和10%，良好神经功能预后比则更低[3-4]。因此，如何提升复苏质量以及改善复苏后神经功能预后一直是心肺复苏研究的重点。影响其发展的一个核心问题就是心肺复苏相关机制复杂，导致临床救治措施效力不清晰。开展深入的基础研究有利于剖析心肺复苏时的生理学特点和复苏后脏器病理损伤及分子机制，为开展新的临床心肺复苏救治策略拓展思路。本课题组通过检索Pubmed数据库近三年发表的心肺复苏基础研究相关的文章发现，高质量胸外心脏按压、复苏时和复苏后药物治疗、目标温度管理和复苏后脑损伤机制等方面是当前心肺复苏基础研究的热点。本文针对上述研究热点进行述评，以期为心肺复苏基础和临床研究提供参考。

1.1 胸外心脏按压

1.1.1 基于生理参数的反馈 按压生理参数的变化是按压质量最直接的体现，故以生理参数指导心肺复苏的策更具优势。Naim等[5]率先证实，与固定深度的按压策略相比，以收缩压100 mm Hg和冠脉灌注压(Coronary perfusion pressure，CPP)大于20mmHg为目标，调整按压深度可显著提高CA猪的短期存活率。同样，Lautz等[6]亦证实，与固定深度的按压策略相比，以90mmHg的收缩压为目标，调整按压深度的按压策略可显著提高CA猪的24小时存活率和神经功能预后。近期，Lampe等[7]基于CA猪模型心肺复苏周期、按压指数、按压频率和颈动脉血流等参数构建随机森林算法，并证明颈动脉血流结合复苏持续时间和压缩率等信息可准确预测下一次按压时的颈动脉血流，从而有利于动态调整按压策略。此外，Sebastian等[8]通过猪心肺复苏实验证实，基于生理参数的机器学习闭环控制算法调整按压深度可显著提高复苏时猪CPP和和颈动脉血流。可见基于关键生理参数的自反馈决策和调控有望提升临床患者胸外心脏按压质量。

1.1.2 按压与除颤对气溶胶产生的影响 新型冠状病毒肺炎的大流行给心肺复苏带来新的挑战。气管插管、支气管镜检查等气道管理产生的气溶胶可给医务人员带来巨大风险，明确心肺复苏是否会产生气溶胶对于降低SARS-CoV-2等呼吸道病原体的传播风险具有重要作用。Couper等[9]和Perkins等[10]通过系统回顾临床研究和模拟人研究发现，除颤和胸外按压与气溶胶的产生关系尚不清楚。而近期，Hsu等[11]比较未行气管插管的CA猪模型室颤期、胸外按压期和除颤期产生的气溶胶直径和数量，结果显示，单纯胸外按压不会产生明显的气溶胶，但在除颤后立即进行胸外按压，气溶胶生成显著增加。可见，尚需进一步开展临床前研究，以明确除颤对于气溶胶产生的影响。

1.2 药物治疗

1.2.1 肾上腺素 肾上腺素的管理是高级生命支持的重要组成部分，但是其使用一直存在争议。Putzer等[12]在CPR 猪模型中比较不同剂量肾上腺素对血流动力学、脑氧合和脑代谢参数的影响。结果显示：两种剂量的肾上腺素均可引起CPP短暂升高，但脑组织氧饱和度及能量代谢并未改善。另有研究[13]显示，在持续低流量体外生命支持期间给予肾上腺素可增加脑灌注压、局部脑血流量、脑氧合并改善脑代谢。而在仔猪心肺复苏过程中，研究者亦观察到肾上腺素使用的早期可伴随脑血流和氧合水平的增加，但在第三次给药后效果显著减弱[14]。可见，肾上腺素对脑血流和代谢的调节机制尚不清楚。既往研究显示，肾上腺素的β-肾上腺素能受体(AR)作用可增加复苏后心肌功能障碍的严重程度，并可能导致难治性心室颤动和不良神经功能预后。而艾司洛尔作为短效 β1 选择性肾上腺素能阻断剂，可能抵消不利的β-AR效应[15]。基于此，Lu等[16]通过构建CA大鼠模型发现，肾上腺素联合艾司洛尔可改善血流动力学和氧代谢，减轻心肌细胞凋亡和线粒体自噬。此外，Ruggeri等[17]发现肾上腺素联合艾司洛尔可减少复苏后脑皮质神经元变形/坏死、小胶质细胞活化，降低血清NSE水平，从而起到神经保护的作用。可见，肾上腺素联合艾司洛尔可能减轻复苏后患者心脑损伤，但仍需要增加临床前研究进行验证。

1.2.2 聚乙二醇-20k 聚乙二醇-20k(PEG-20k)是一种混合细胞不透水剂，可通过微循环中的非能量依赖性水转移减少缺血损伤并在低流量状态期间改善微循环流量。Yang等[18]和Liang等[19]均通过心肺复苏大鼠模型实验证明，与肾上腺素相比，使用PEG-20k可显著改善大鼠复苏后舌下微循环、心脑功能以及生存情况，这可能与其上调 SIRT1/PGC1-α的表达和抑制 NLRP3炎性体相关。而Guo等[20]研究发现，在大鼠CPR过程中给予PEG-20k可改善大脑微循环，减轻脑水肿。此外，Ge等[21]研究证明，心肺复苏时主动脉灌注PEG-20k可使CA大鼠冠状动脉灌注压提高至与肾上腺素相同的程度，从而改善复苏后的心脑功能，延长存活时间。可见，复苏过程中使用聚乙二醇-20k可能是一种潜在的复苏后心脑损伤治疗策略，但仍需大动物实验进一步研究。

1.2.3 新型细胞渗透肽 Li等[22]研究显示，在CPR期间给予靶向Akt1及其作用分子的药物具有模拟亚低温保护的作用潜力。然而，这种保护需要在CA前 30 分钟进行预处理。为改善CA治疗期间PTEN抑制的发生，研究者设计一种基于PTEN的 C 端 PDZ 结合基序的 TAT 融合细胞渗透肽(TAT-PTEN9c)，这种 20 个氨基酸的肽特异性阻断内源性 PTEN 与其细胞膜接头 MAGI2 的结合，并且有效地增强心肌细胞中的Akt活性，并改善葡萄糖代谢，防止渗透性损伤和早期心血管衰竭和死亡。但是，TAT-PTEN9c对复苏时心脏保护作用的分子机制尚不清楚，且需大动物进一步研究。

2.1 目标温度管理 2015年美国心脏病学会(American Heart Association, AHA)发布的《心肺复苏和心血管急救指南》建议对心肺复苏后昏迷患者进行目标温度管理(Targeted Temperature Management, TTM)，应在患者自主循环恢复后24小时内选择并维持其核心目标温度在32℃到36℃之间[23]。但ROSC后昏迷患者治疗性低体温的最佳温度尚未确定，同时TTM除具有神经功能保护作用外是否还存在其他脏器功能保护作用仍需探索。

2.1.1 最佳目标温度 Hao等[24]将实验猪分为假手术组、正常体温组、目标体温33℃组及目标体温35℃组，比较各组猪存活率及神经功能。与正常体温组相比，目标体温管理可显著改善CA猪的生存率及神经功能，其可能机制为减轻大脑组织内炎症反应以发挥神经保护作用。相较于目标体温35℃组，33℃组的抗炎作用更强，其神经功能保护作用更佳，提示在TTM期间33℃明显优于35℃。而在Dae等[25]发现维持治疗性低体温为33℃或36℃具有相同的神经功能保护作用。无论是33℃或者36℃的目标体温管理均可抑制大脑小胶质细胞的激活与极化，减轻小胶质细胞炎症因子合成及分泌，减轻神经元细胞凋亡，发挥神经保护作用。综上，关于TTM的最佳温度尚无定论，仍需更多研究从有效性、安全性等多方面进行评估。

2.1.2 其他脏器功能保护 ①肾脏功能保护：TTM除有确切的神经保护作用外，近来也被证实其肾脏保护作用。研究者将心肺复苏大鼠分为正常体温管理组和目标体温管理组，首先观察到目标体温管理组大鼠生存率明显高于正常体温组[26]。随后比较两组大鼠血清及肾脏组织损伤标志物水平，发现目标体温管理组大鼠血清尿素氮、肌酐和乳酸脱氢酶水平显著降低，同时肾脏组织学损伤减轻，肾脏丙二醛水平降低，细胞凋亡减少。上述结果提示治疗性低体温可能通过抗氧化应激及抗炎作用减轻肾脏组织细胞凋亡进而减轻心肺复苏后肾损伤。②肠道功能保护：近年来，TTM的脑外保护作用还包括肠道保护作用。Wang等[27]比较正常体温组和目标体温组心肺复苏大鼠ROSC后1 h、4 h及6 h肠道微循环情况，并在ROSC6h取材，分析比较两组大鼠肠道组织形态学变化、全身和肠道局部炎症因子、肠道损伤标志物以及肠道上皮屏障功能等。研究结果发现目标体温管理可显著改善复苏后各时间点肠道微循环情况，降低全身及肠道局部炎症反应，同时TTM可减轻肠道上皮紧密连接和粘附连接损伤，而上述作用可能依赖NF-κB信号通路活性。综上，目标体温管理可能通过减轻肠道上皮屏障功能损伤降低局部炎症，进而显著改善心肺复苏后肠道功能损伤。

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2.2 药物治疗 心肺复苏后全身组织器官经历缺血再灌注损伤，包括炎症、氧化应激等，可表现为内皮屏障受损、线粒体损伤及内质网应激等，目前已有相应药物针对上述病理改变进行治疗。

2.2.1 选择性 eIF2α去磷酸化抑制剂 心肺复苏后大脑皮层可发生内质网应激，而在ROSC后24 h大脑皮质内质网应激显著。Salubrinal作为一种选择性 eIF2α去磷酸化抑制剂，可通过抑制大鼠大脑皮质过量内质网应激，保护线粒体结构及功能完整性、稳定HIF-1α结构，减轻大脑细胞凋亡，从而改善CA后神经功能[28]。

2.2.2 谷胱甘肽还原酶抑制剂 CA后大脑中谷胱甘肽还原酶(GSNOR)被大量激活，大脑中S-亚硝基化蛋白降低[29]，加重心肺复苏后神经功能损伤。而在CA小鼠中给予谷胱甘肽还原酶抑制剂SPL-334.1或者行GSNOR基因敲除后，可发现脑组织中S-亚硝基化蛋白升高，心肺复苏后小鼠存活率提高，小鼠神经功能改善[30]。

2.2.3 MCC950NLRP3 炎性体的激活可能是引起心肺复苏后免疫和神经病理学的关键发病机制之一，是ROSC后脑损伤的潜在治疗靶点。而MCC950作为一种高效选择性的NLRP3炎性体抑制剂，在心肺复苏后应用MCC950可能减轻复苏后脑损伤。Jiang和Zheng等[31-32]在心肺复苏大鼠中使用MCC950可阻断NLRP3炎性体激活，降低循环中IL-1β水平，改善脑微循环，减轻脑水肿，提高大鼠ROSC后24小时存活率并改善神经功能损伤，其神经功能保护作用可能与其对小胶质细胞焦亡作用的抑制相关[33]。MCC950除对心肺复苏后脑损伤的保护作用外，还存在对复苏后缺血再灌注心肌损伤的保护作用。在心肺复苏大鼠中应用MCC950可显著降低血浆中心肌损伤标志物水平及心肌细胞凋亡水平[34]，同时可改善心肌细胞线粒体功能，提高心功能[19]。综上，MCC950可通过抗炎、抗凋亡及抗焦亡等机制减轻心肺复苏后心脑损伤。

2.2.4 硫化氢 Li等[35]研究发现大鼠心肺复苏后吸入硫化氢(H2S)可改善血脑屏障完整性，减轻脑水肿程度，进而改善复苏后神经功能，提高心肺复苏后大鼠存活率。其保护机制可能与增加Claudin-5、Occludin和ZO-1等紧密连接蛋白的表达有关。近年来已研发出H2S靶向控释系统[36]，该系统具有优异的生物相容性、可控释放H2S模式、心脑靶向特性以及磁共振成像无创示踪等能力，可通过抗细胞凋亡、抗炎和抗氧化应激等作用减轻心肺复苏后心脑组织缺血再灌注损伤[37]。

2.2.5 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)已用于改善通过Sirtuins途径介导的线粒体功能障碍和代谢紊乱。大鼠心肺复苏模型提示[38]，NAD治疗可改善复苏后平均动脉压、心脏射血分数，降低神经功能缺损评分；
同时NAD可恢复ATP及呼吸复合物1水平。进一步进行机制分析发现NAD可激活Sirtuin3通路，下调线粒体NDUFA9乙酰化。上述结果提示外源性NAD治疗可通过激活Sirtuin3-NDUFA9去乙酰化，减轻复苏后的心肌和神经功能障碍。

2.2.6 右美托咪定 近年来的多项研究证实，右美托咪定对大脑及心脏局部缺血再灌注损伤存在保护作用。Shen等[39]在心肺复苏猪模型中使用右美托咪定以观察其对心肺复苏后心脑组织的治疗作用。结果发现，右美托咪定治疗组的心脏和脑损伤显著降低，心脏和大脑的组织炎症、氧化应激、细胞凋亡和坏死性凋亡显著减轻，且高剂量右美托咪定的心脑保护作用更强。这提示，右美托咪定对心肺复苏后心脑损伤具有显著改善作用，且存在剂量依赖性。

3.1 线粒体功能障碍 心肺复苏后全脑经历缺血再灌注损伤，造成神经功能损害，其脑损伤的涉及的经典机制主要包括能量代谢障碍，细胞内钙超载，氧化/硝化应激，兴奋性毒性以及炎症反应等。其中，近期复苏后线粒体功能障碍的关注度最高。

线粒体功能障碍是能量代谢障碍的重要病理过程，最新研究发现外源性NAD+治疗可减轻复苏后的神经功能障碍，其机制与线粒体复合物I呼吸能力的保存和三磷酸腺苷的产生相关，提示Sirtuin3-NDUFA9去乙酰化参与复苏后脑损伤能量代谢障碍过程[38]。另有研究证实，CA和I/R损伤后线粒体呼吸功能受损，主要受影响的呼吸状态为复合体I相关呼吸，其机制可能与SIRT1/PGC-1α通路的抑制有关[41]。此外，线粒体功能障碍可能与线粒体磷脂的变化有关。研究显示，复苏后大脑线粒体的磷脂水平发生显著变化，其原因与CA后大脑中多不饱和脂肪酸供应减少相关[42]。

此外，Huang等[43]通过大鼠心肺复苏实验发现，远端缺血后适应可抑制心肺复苏后线粒体吞噬相关蛋白水平的降低，提高线粒体膜电位，上调mt-Atp6/Rpl13比值，降低线粒体中PINK1和parkin的蛋白水平，而提高细胞质中PINK1的水平，抑制过度激活的自噬，从而起到神经保护作用[43]。但有研究认为远端缺血后适应通过抑制P53线粒体易位诱导的凋亡和Parkin介导的自噬来改善心肺复苏后的神经功能[44]。而Ji等[45]研究证实，与心脏线粒体相比，大脑线粒体在CA和复苏过程中对全身性缺血更为敏感，尤其复合体I对大脑线粒体损伤高度敏感，提示CA时对大脑线粒体活性和线粒体功能的治疗性保留可能改善复苏后的神经功能。复苏后，随着自噬的增强，海马线粒体膜电位逐渐降低，神经元凋亡逐渐增强，提示自噬可能过度激活从而加重CA-CPR后的脑损伤[46]。

3.2 细胞外微囊泡改变 细胞外微囊泡在细胞间通讯及转运作用已经受到广泛研究，研究显示内皮细胞、胶质细胞、周细胞和神经元等脑实质细胞通过分泌细胞外微囊泡及其内容物等参与全脑缺血再灌注损伤的病理生理过程，而lncRNA/microRNA/mRNA网络在缺氧反应性疾病的发病机制中起重要作用。

多项研究已证实，脑内皮细胞来源的细胞外微囊泡对缺血再灌注损伤后神经元的增殖、突触重建等功能均发挥有利作用，从而减轻神经元损伤[47-49]。小胶质细胞来源的细胞外微囊泡在缺血再灌注损伤中同样发挥神经保护作用，其机制主要与减轻神经元氧化应激损伤、减轻神经元凋亡，促进神经元增殖有关，而miR-124，miR-137及miR-135a-5p等内容物的具体作用机制还需要进一步研究[50-52]。星形胶质细胞来源的细胞外微囊泡主要通过其内容物减轻神经元凋亡，涉及的多个信号通路，包括cir-cSHOC2/ Mir-7670-3p/SIRT1轴、miR-34c/ TLR7 NF-κB/MAPK轴、miR-17-5p/BNIP2轴等[53-55]。lncRNA/miRNA/mRNA轴在CA-CPR中参与星形细胞-小胶质细胞交互的分子机制的进一步研究提示，LncRNA GAS5/miR-137可能参与星形细胞-小胶质细胞的通信，通过调控CA-CPR过程中INPP4B抑制PI3K/Akt信号激活，且miR-137过表达可减弱小鼠CA-CPR后小胶质细胞凋亡和神经炎症，表现出明显更好的行为测试[56]。虽然少突胶质细胞及周细胞来源的细胞外微囊泡在脑缺血再灌注损伤中的相关研究较少，但证据仍然支持其对神经元发挥一定的保护作用[57-58]。虽然大量的研究集中在其他脑实质细胞分泌的细胞外微囊泡对缺血再灌注损伤中的神经元的调控作用，但缺血再灌注损伤下神经元自身分泌的细胞外微囊泡及其内容物miRNAs也表现出显著差异，其具体作用及机制还需要更深入的研究[59]。

3.3 免疫功能障碍 Zhao等[60]通过心肺复苏小鼠实验证明，CA-CPR后，促炎细胞因子在大脑中被诱导，继而激活下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴。该研究首次证实CA-CPR导致免疫抑制，如在循环和免疫器官中的大量免疫细胞的损失，以及剩余免疫细胞的功能损害，其特征是淋巴器官剧烈萎缩伴随大量免疫细胞的损失和脾脏淋巴细胞免疫功能的降低，而这种受损的免疫力一定程度上是由HPA轴介导的。这提示，靶向HPA轴可能是一种可行的免疫治疗方法，以保持CA-CPR后的免疫稳态，从而改善复苏后CA患者的预后。与该研究结果一致，另有研究发现CA后系统性淋巴减少且伴随着胸腺和骨髓中的T和B淋巴生成受损，提示CA-CPR对神经系统和免疫系统均有显著影响，并显著损害T细胞和B细胞的淋巴功能[61]。

3.4 代谢改变 既往研究普遍认为，在脑缺氧损伤的急性期，大脑葡萄糖代谢会出现明显抑制，并持续数小时[62-63]。而最新的证据显示，CA-CPR后大脑所有区域的绝对葡萄糖摄取水平在复苏早期增强，其差异可能与关键免疫因子TLR2的功能有关[64]。此外，Choi等[65]基于代谢组学开发组织特异性代谢图谱，发现CA 20分钟后，心脏和肾脏的代谢改变比大脑和肝脏更严重；
而经过30分钟的体外循环复苏后，心脏和肝脏的代谢改变得到改善，但大脑和肾脏的代谢改变则变得更加严重，提示脑损伤可能是由复苏而非缺血直接引起的；
这一结果显示当前复苏方案的局限性，需要开发针对单个器官的针对性干预措施。

MRI测量正常扩散系数(Apparent diffusion coefficient, ADC)可对ROSC患者的脑损伤进行定量分析。ADC下降常提示复苏患者预后不良，但其敏感性与选取的脑组织区域相关。尾状核ADC下降预测复苏患者预后不良的敏感性仅46.9%，而皮层可达66%～90.6%[66-67]。Guo等[68]通过构建窒息大鼠CA模型发现，大鼠脑皮质、丘脑和海马的血流恢复情况与其复苏后24小时的神经功能预后显著相关。近期，Wei等[69]通过MRI动态测量大鼠CA模型的脑血流(Cerebral blood flow，CBF)、氧摄氧分数(Oxygen extraction fraction，OEF)和脑氧代谢率(Cerebral metabolic rate of oxygen，CMRO)。结果发现，CBF、OEF和CMRO均在ROSC后3小时内随时间逐渐增加。其中预后较好的大鼠CBF和CMRO增加较快。ROSC 3小时 CBF和CMRO与24小时神经功能评分呈正相关。这些发现揭示CA后的脑生理变化，并提示MRI测量的脑灌注和代谢可能提供一个潜在的生物标志物，指导CA后管理。

正电子发射断层扫描(Positron emission computed tomography，PECT)是一种分子成像技术，可以检测脑组织葡萄糖摄取情况，进而评估大脑的能量代谢。近期，Zhang等[70]采用18F-FDG PET分析心肺复苏后小鼠脑组织葡萄糖代谢变化，结果发现复苏后小鼠中脑、延髓、脑桥、脑室和海马等葡萄糖摄取较对照组显著增加。基于上述葡萄糖摄取规律，Kim等[71]采用18F-FDG PET评估心肺复苏后大鼠的神经功能预后，发现18F-FDG PET的敏感性和特异性分别达到90%和100%。提示PECT是一种潜在的脑损伤和神经功能预后手段。

当前临床心肺复苏面临胸外按压质量难以突破、治疗药物严重缺乏等诸多亟待解决的问题和挑战。而上述心肺复苏基础研究成果有望应用于未来的临床实践中。其中，基于生理参数的个体化自反馈胸外按压是复苏质量提升的发展方向；
H2S、MCC950、右美托咪定和二甲双胍等药物有良好的治疗前景，但需要加大临床前研究进行验证；
肾上腺素联合其他药物治疗可能减轻其对心脑功能的不良影响；
改善能量代谢的药物是复苏后心脑损伤治疗的发展方向；
心肺复苏细胞外囊泡介导的损伤相关分子机制和免疫功能障碍的研究有望找到新的治疗靶点。提升心脏骤停患者救治效力的道阻且长，但是随着基础研究的深入和临床验证，相信心肺复苏救治困局终将柳暗花明，更上一层楼。

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