研究背景心脏骤停(cardiac arrest,CA)是当前严重的公众健康问题。心肺复苏(cardiopulmonaryresuscitation,CPR)成功后机体多系统的病理生理变化,称为“心脏骤停后综合征(post-cardiac arrest syndrome,PCAS)”。近年来,自主循环恢复(return of spontaneous circulation,ROSC)在院外心脏骤停(out of hospital cardiacarrest,OHCA)出现的比例不断升高,但存活出院率和预后情况却无明显改善。由于脑组织对缺氧和缺血的低耐受性及缺血/再灌注的特殊反应,脑损伤在PCAS中首当其冲,严重影响了复苏成功患者的预后。在CA/CPR后的病理生理过程存在持续数小时到数天的继发损害机制,缺血/低氧内环境导致细胞毒性水肿首发,肿胀的神经细胞反过来抑制脑内氧的传递和利用,进一步加重脑水肿的发生,形成相互叠加的恶性循环,造成CA患者在ICU停留时间长、治疗有效率低且病情发展难以预估的局面,因此,CA患者的脑水肿问题成为脑复苏治疗和预后的研究重点。尽管缺血缺氧是造成细胞性水肿的主要原因,但由于现有的啮齿类动物CA模型对脑水肿的检测手段有限,现有方法敏感性低,结果很不可靠。小动物神经影像学的发展为脑水肿现象的分析提供了更多的途径和证据。通过磁共振弥散加权成像及磁共振波谱建立稳定、无创且可量化及动态观察的脑水肿及脑结构/代谢比变化评价指标,对更好地解决利用啮齿类动物CA/CPR模型模拟临床CA/CPR患者脑水肿及代谢的动态变化,以及为实验性药物或治疗手段的评价提供更客观可信的证据,有重要的实践意义。研究目的本研究将在大鼠的窒息性心脏骤停/心肺复苏模型(ACA/CPR model)模型上:1、采用小动物核磁共振的弥散加权成像(DWI)及磁共振波谱(MRS)观察大鼠CA/CPR后脑组织的结构损伤和代谢变化;2、通过DWI和MRS评估格列本脲在CA/CPR模型中是否有减轻脑水肿或有害代谢损伤的效果。方法SD雄性大鼠实施窒息性的心脏骤停5分钟/心肺复苏(CA-5/CPR)造模(n= 11)和假手术处理(n = 5)。在ROSC后10分钟随机分到溶媒对照组和格列本脲组,对16只大鼠在基线及ROSC6、24、48、72h分次采集7.0T高磁场MRI的DWI及~1H-MRS序列扫描图像,通过表观弥散系数值(ADC值)及代谢物变化分析,评价脑损伤/脑水肿进展情况,配合神经功能评分(neurological deficit score,NDS)及72h后处死取脑行尼氏染色和MAP2、GFAP、Iba-1免疫组化染色。结果(1)大鼠心脏骤停/心肺复苏后存在随时间波动的异常水弥散。ROSC6h可见DWI上明显的全脑高信号,ADC值显著降低,ROSC24h后,全脑ADC值显著回升,异常信号及递减的ADC值主要表现在局部的大脑皮层和海马区,双侧海马及大脑皮层ROI以外的组织ADC值在24～72h无显著变化。而后1～3天大脑皮层与海马表现出信号逐步增强的趋势,且在72h海马CA1区信号增强明显高于海马其余分区。与溶媒对照相比,格列本脲治疗显著降低大鼠CA/CPR后72h时DWI上高信号区的范围及信号强度,提高了该区域的ADC值,两组相比差异有统计学意义(p<0.05)。(2)~1H-MRS结果显示,大鼠CA/CPR后海马区的谷氨酸+谷氨酰胺水平显著高于基线;NAA+NAAG在复苏后显著降低且具有时间递减性;复苏后6h出现高耸的乳酸峰;多种代谢物变化与病理结果或神经功能损伤表现出同步趋势。(3)形态学及神经功能结果与DWI和MRS结果吻合——CA/CPR后72h尼氏染色可见海马CA1区胞体固缩、深染或缺失,神经元数量明显减少,神经元树突的弥漫性断裂、明显的星形胶质细胞数量增多及激活;格列本脲能减轻ACA/CPR后神经元的丢失、树突的损伤、抑制星形胶质细胞和小胶质细胞的活化;CA/CPR后,大鼠神经功能评分明显降低,3天内逐渐好转,格列本脲使神经功能恢复速度更显著。结论(1)磁共振弥散加权成像DWI和表观弥散系数ADC能反映CA/CPR存在极早期(数小时内)缺血缺氧导致的全脑细胞水肿及再灌注期(1-3天)系统性脑损害造成的细胞毒性水肿,随时间增加而逐渐加重且提示与病理可见的延迟性神经元丢失相关。格列本脲能有效缓解该迟发性的细胞毒性水肿,减少海马区神经元丢失,优化大鼠神经功能的恢复。(2)磁共振频谱MRS反映CA/CPR后存在脑代谢异常,乳酸(Lac)峰的出现反映了 CA/CPR模型在复苏早期缺氧状态下的糖酵解及能量代谢障碍,谷氨酸升高在72h内持续存在,可能发挥兴奋毒性损害作用,tNAA降低与神经元丢失的病理改变吻合。通过~1H-MRS对各种代谢物变化的监测,体现CA/CPR模型的病理损伤过程,为该模型的开发应用和药物有效性的验证提供更多的证据。