氢气吸入改善窒息新生猪模型右心功能：一项改善缺氧缺血性脑病心血管预后的机制探索

《Scientific Reports》：Association between hydrogen gas inhalation and cardiac output in an asphyxiated piglet model

本研究针对缺氧缺血性脑病(HIE)新生儿常伴严重心血管功能障碍的临床难题，探索了氢气(H2)吸入对窒息后心功能的影响。研究人员通过新生猪模型发现，2.2%-2.7% H2吸入6小时可显著提升右心室心输出量(CO)，降低心肌肌钙蛋白T水平，提示氢气可通过保护心肌细胞、改善右心功能为HIE综合治疗提供新策略。

　　

在新生儿重症监护室，每1000名活产婴儿中就有1-3名会遭遇围产期窒息，进而发展为缺氧缺血性脑病（HIE）。这些患儿中约80%会出现心血管系统功能障碍，表现为心输出量（CO）降低、心肌收缩力下降、全身性低血压和肺动脉高压。特别值得注意的是，右心功能不全是影响HIE神经预后的关键因素之一。然而，从复苏期开始就能实施的心血管管理手段却十分有限。

传统上，治疗性低温是HIE的标准疗法，但其对心脏功能的保护作用有限，甚至可能诱发肺血管收缩，加重持续性肺动脉高压（PPHN）。分子氢（H₂）作为一种新型医疗气体，因其小分子特性易于穿透组织，并通过选择性中和细胞毒性氧自由基发挥抗氧化作用。先前研究表明，氢气联合低温治疗可改善脑血流动力学和氧合状态，加速神经功能恢复。但氢气对窒息后心脏功能，特别是右心功能的影响尚不明确。

为解决这一科学问题，日本香川大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项创新性研究，首次在新生猪窒息模型中系统评估了氢气吸入对双心室功能的影响。研究人员将17只24小时内的新生猪随机分为两组：缺氧缺血（HI）组（n=10）和HI加氢气吸入（HI-H₂）组（n=7）。所有动物均经历约40分钟的HI损伤（通过降低吸入氧浓度至4%诱导低振幅脑电图）和10分钟复苏（100%氧气）。HI-H₂组在复苏后接受6小时2.2%-2.7%氢气吸入。研究团队通过经胸超声心动图监测6小时内双心室每搏输出量（SV）和心输出量（CO），并检测血清心肌肌钙蛋白T水平以评估心肌损伤。

研究采用的主要技术方法包括：建立标准化的新生猪缺氧缺血模型（通过调节吸入氧浓度诱导低振幅脑电图）；使用超声心动图（Xario100S，12MHz探头）定量评估双心室功能参数（包括心室每搏输出量、心输出量、右心室流出道速度时间积分-RVOT VTI）；通过动脉血气分析监测生理指标；采用电化学发光免疫分析法（ECLIA）高灵敏度检测血清心肌肌钙蛋白T浓度。

心脏功能动态变化

HI组猪崽在窒息后呈现典型的心功能紊乱模式：左心室CO在复苏后1小时开始逐渐下降，至4小时已显著低于基线水平；右心室CO在0.5小时即开始下降，2小时达最低点，之后仅部分恢复。与之形成鲜明对比的是，HI-H₂组左心室CO保持相对稳定，未出现显著下降；而右心室CO在复苏后呈现持续上升趋势，约2小时起超过基线水平，5小时达到峰值（图1E-H）。统计分析显示，HI-H₂组右心室CO在5小时显著高于HI组（p=0.023），且0-6小时整体曲线下面积（AUC）也显著更大（p=0.041，效应量d=1.02），表明氢气吸入带来了持续的血流动力学改善而非偶然波动。

右心室功能特异性改善

进一步分析发现，两组间左心室参数（SV和CO）在6小时时无显著差异，但HI-H₂组右心室SV、RVOT VTI和CO均高于HI组（图3，4）。RVOT VTI的增加提示肺动脉阻力可能降低，因为临床研究表明RVOT VTI与肺血管阻力（PVR）呈负相关。然而，作为PVR替代指标的肺动脉加速时间（PAAT）在两组间无显著差异（补充图1），说明氢气改善右心功能的机制可能不仅限于降低肺血管阻力。

心肌保护证据

血清心肌肌钙蛋白T检测为氢气的心肌保护作用提供了生化证据。HI-H₂组在损伤后6小时的肌钙蛋白T水平显著低于HI组（0.10±0.02 vs. 0.16±0.04 ng/mL，p=0.048），表明氢气吸入减轻了心肌细胞损伤（图5）。这一发现与既往研究相呼应：Hayashida等发现氢气吸入可缩小大鼠心肌缺血再灌注损伤范围，Sakai和Chen分别证实氢气能对抗猪心肌顿抑和梗死，并通过激活PI3K/Akt信号通路发挥保护作用。

机制探讨与临床意义

研究人员提出多种机制解释氢气的右心功能保护作用：首先，氢气可能通过抗氧化效应减轻氧化应激对心肌细胞的直接损伤；其次，氢气可能调节肺血管张力，虽然本研究未直接证实肺动脉压力变化，但既往研究显示氢气可抑制巨噬细胞聚集、降低氧化应激，缓解 monocrotaline 诱导的大鼠肺动脉高压；此外，新生儿心肌对缺血的先天耐受性（依赖一氧化氮信号通路）可能部分解释了左心室功能相对稳定，而更易受缺血影响的右心室则从氢气干预中获益更明显。

这项研究首次证实了氢气吸入对窒息后右心功能的改善作用，为HIE综合管理提供了新思路。氢气治疗的优势在于其易于实施（可直接连接呼吸回路）、安全性高（低于4%浓度无爆炸风险），且能同时针对脑保护和心功能改善。未来研究需扩大样本量、延长观察时间，并深入探索分子机制，但现有证据已支持将氢气吸入作为改善HIE患儿心血管预后的潜在辅助治疗策略。