Hydrogen-Rich Saline Improves Survival and Neurological Outcome after Cardiac Arrest and Cardiopulmonary Resuscitation in Rats. | 水素入り生理食塩水はラットの心肺停止／蘇生後の生存率と神経学的予後を向上させる

Anesth Analg. 2014 Jun 16.

Hydrogen-Rich Saline Improves Survival and Neurological Outcome after Cardiac Arrest and Cardiopulmonary Resuscitation in Rats.

From the Departments of Anesthesiology, and Gastrointestinal Surgery, Xijing Hospital, Fourth Military Medical University,

Abstract

BACKGROUND::

Sudden cardiac arrest is a leading cause of death worldwide. Three-fourths of cardiac arrest patients die before hospital discharge or experience significant neurological damage. Hydrogen-rich saline, a portable, easily administered, and safe means of delivering hydrogen gas, can exert organ-protective effects through regulating oxidative stress, inflammation, and apoptosis. We designed this study to investigate whether hydrogen-rich saline treatment could improve survival and neurological outcome after cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation, and the mechanism responsible for this effect.

METHODS::

Sprague-Dawley rats were subjected to 8 minutes of cardiac arrest by asphyxia. Different doses of hydrogen-rich saline or normal saline were administered IV at 1 minute before cardiopulmonary resuscitation, followed by injections at 6 and 12 hours after restoration of spontaneous circulation, respectively. We assessed survival, neurological outcome, oxidative stress, inflammation biomarkers, and apoptosis.

RESULTS::

Hydrogen-rich saline treatment dose dependently improved survival and neurological function after cardiac arrest/resuscitation. Moreover, hydrogen-rich saline treatment dose dependently ameliorated brain injury after cardiac arrest/resuscitation, which was characterized by the increase of survival neurons in hippocampus CA1, reduction of brain edema in cortex and hippocampus, preservation of blood-brain barrier integrity, as well as the decrease of serum S100β and neuron-specific enolase. Furthermore, we found that the beneficial effects of hydrogen-rich saline treatment were associated with decreased levels of oxidative products (8-iso-prostaglandin F2α and malondialdehyde) and inflammatory cytokines (tumor necrosis factor-α, interleukin-1β, and high-mobility group box protein 1), as well as the increased activity of antioxidant enzymes (superoxide dismutase and catalase) in serum and brain tissues. In addition, hydrogen-rich saline treatment reduced caspase-3 activity in cortex and hippocampus after cardiac arrest/resuscitation.

CONCLUSIONS::

Hydrogen-rich saline treatment improved survival and neurological outcome after cardiac arrest/resuscitation in rats, which was partially mediated by reducing oxidative stress, inflammation, and apoptosis.

Anesth Analg. 2014 Jun 16.

水素入り生理食塩水は
ラットの心肺停止／蘇生後の
生存率と神経学的予後を向上させる

第四軍医大学　西京病院　麻酔学教室・消化器外科

＜要旨＞

背景

心臓突然死は世界的に主要な死因の一つです。心肺停止状態の患者の3/4が病院到着前に死亡するか、脳に著しいダメージを負うことになります。水素入り生理食塩水は持ち運び可能で、投与も容易、さらに水素ガスを運ぶという意味でも非常に安全という利点がありますが、水素入り生理食塩水は酸化ストレスや炎症、アポトーシスを抑制することで人体に対して保護作用を発揮します。

私たちは、水素入り生理食塩水が心肺停止／蘇生後の生存率や神経学的予後を改善することができるかどうか、そしてその効果のメカニズムについて調べるため、本研究を計画しました。

方法

SDラットを窒息により8分間の心肺停止状態にしました。用量の異なる水素入り生理食塩水と普通の生理食塩水を心肺蘇生1分前に投与し、さらに自己心拍再開から6時間後と12時間後にもそれぞれ注射による投与を行いました。その後、私たちはラットの生存率、神経学的予後、酸化ストレス、炎症バイオマーカー、アポトーシスを評価しました。

結果

水素入り生理食塩水を与えると、用量依存的に心肺停止／蘇生後の生存率および神経学的予後が改善しました。さらに水素入り生理食塩水の投与によって、用量依存的に海馬CA1野の神経細胞の生存率が増加し、大脳皮質や海馬の浮腫が減少するとともに、血液脳関門の保持や血清S100βと神経特異的エノラーゼの減少見られたことから心肺停止／蘇生後の脳障害を緩和することがわかりました。

さらに私たちは水素入り生理食塩水の投与によって、血清や脳組織中の酸化物（8-イソPGF2α・マロンジアルデヒド）と炎症サイトカイン（TNF-α・IL-1β・HMGB1）が減少し、抗酸化酵素（SOD・カタラーゼ）活性が上昇していることを確認しました。加えて水素入り生理食塩水の投与により、心肺停止／蘇生後の大脳皮質と海馬のカスパーゼ-3活性が減少していました。