Impacto de la inhalación de hidrógeno gaseoso durante la hipotermia terapéutica sobre la hemodinámica cerebral y la oxigenación en el lechón asfixiado

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 1615 (2023) Citar este artículo

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Anteriormente informamos sobre el potencial neuroprotector de la terapia combinada de ventilación con gas hidrógeno (H2) y la hipotermia terapéutica (TH) mediante la evaluación de los resultados neurológicos a corto plazo y los hallazgos histológicos de lechones con encefalopatía hipóxica-isquémica (HI) neonatal de 5 días. Sin embargo, se desconocían los efectos del gas H2 sobre la circulación cerebral y el metabolismo del oxígeno y sobre el pronóstico. En este caso, utilizamos espectroscopia de resolución temporal del infrarrojo cercano para comparar la ventilación combinada con gas H2 y TH con la TH sola. Los lechones se dividieron en tres grupos: insulto HI con normotermia (NT, n = 10), insulto HI con hipotermia (TH, 33,5 ± 0,5 °C, n = 8) e insulto HI con hipotermia más ventilación H2 (TH + H2, 2,1-2,7%, n = 8). Se administró ventilación H2 y TH y se registró el volumen sanguíneo cerebral (CBV) y la saturación de oxígeno de la hemoglobina cerebral (ScO2) durante 24 h después del insulto. CBV fue significativamente mayor a las 24 h después del insulto en el grupo TH + H2 que en los otros grupos. La ScO2 fue significativamente menor a lo largo de las 24 h posteriores a la agresión en el grupo TH + H2 que en el grupo NT. En conclusión, la ventilación combinada con gas H2 y TH aumentó el CBV y disminuyó la ScO2, lo que puede reflejar un flujo sanguíneo cerebral elevado para satisfacer una mayor demanda de oxígeno para las neuronas supervivientes, en comparación con la TH sola.

La hipotermia terapéutica (TH) es el único tratamiento estándar para minimizar la lesión cerebral en lactantes con encefalopatía hipóxico-isquémica (HI) (HIE), logrando tasas más bajas de muerte y discapacidad a los 12–18 meses1,2,3. Sin embargo, esta terapia no previene la lesión cerebral en todos los lactantes2,4. Se requieren nuevos agentes que puedan aumentar los efectos de la TH para mejorar aún más los resultados.

El gas hidrógeno (H2) se convirtió en un importante foco de investigación en medicina neonatal tras el descubrimiento de sus potentes propiedades antioxidantes in vivo e in vitro para enfermedades de adultos como la isquemia cerebral5,6,7. El H2 se considera un agente antioxidante, antiinflamatorio y antiapoptótico que actúa como antioxidante terapéutico y preventivo al reducir selectivamente los niveles de oxidantes altamente activos como el radical hidroxilo (•OH) y el peroxinitrito (ONOO−) en células cultivadas. Como complemento de la TH, informamos previamente su potencial neuroprotector a través de una evaluación de los resultados neurológicos a corto plazo y los hallazgos histológicos de la terapia combinada en lechones con EHI neonatal de 5 días8. En particular, la combinación de ventilación con gas H2 y TH mejoró las lesiones cerebrales en comparación con la TH sola. Sin embargo, no se conoce el impacto del gas H2 sobre la hemodinámica y la oxigenación cerebral ni su capacidad para mejorar el pronóstico.

La hemodinámica cerebral y la oxigenación deben evaluarse en los recién nacidos con HIE con o sin TH porque los cambios en estos parámetros pueden ser determinantes críticos de la gravedad de la lesión cerebral9,10. La espectroscopia de resolución temporal (TRS) de infrarrojo cercano de tres longitudes de onda es un modo avanzado de espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) que puede medir de manera no invasiva y continua no solo la saturación de oxígeno de la hemoglobina cerebral (ScO2) sino también el valor absoluto del volumen sanguíneo cerebral (CBV). ) junto a la cama. La hemodinámica y el metabolismo cerebrales también pueden suprimirse mediante el tratamiento exitoso de la asfixia con TH11. Sin embargo, informamos anteriormente que los lechones con actividades neurales severamente suprimidas después del insulto de HI muestran una mayor supresión de la hemodinámica cerebral durante la TH después del insulto, incluida una mayor disminución en el CBV, mientras que los lechones con actividades neurales severamente suprimidas muestran un mayor aumento en el CBV durante la normotermia después del insulto. el insulto10. Sin embargo, no hay informes sobre cómo el gas H2 puede afectar la hemodinámica cerebral y la oxigenación durante la TH después del insulto al HI.

Presumimos que la combinación de ventilación con gas H2 con TH alteraría la hemodinámica cerebral y la oxigenación después del insulto de HI, mejorando así los resultados. Por lo tanto, en este estudio, comparamos los cambios en CBV y ScO2 después del insulto de HI en el lechón entre la ventilación combinada con gas H2 y TH y TH sola.

Los pesos corporales medios (SD) fueron 1683 (189) g en el grupo NT [n = 10; cinco machos (dos murieron dentro de los 5 días posteriores al insulto) y cinco hembras], 1806 (11,5) g en el grupo TH [n = 8; ocho machos (dos muertos) y dos hembras], y 1804 (108) g en el grupo TH + H2 (n = 8; tres machos y cinco hembras). Los cuatro lechones murieron debido a un ataque severo. Excluimos a dos lechones del grupo TH porque sus valores de referencia de ScO2 superaban el 80 % y nuestros informes anteriores mostraban que, incluso con FiO2:1,0, el valor de ScO2 no superaba el 80 % (fig. 1). La duración de LAEEG después del insulto no difirió entre los grupos [media (DE): grupo NT, 25,4 (8,0) min; grupo TH, 26,2 (13,2) min; grupo TH + H2, 25,4 (10,2) min].

Diagrama de flujo del estudio.

Los resultados histológicos pueden verse en nuestro estudio anterior12. Aunque existen ligeras diferencias con trabajos anteriores en el número de lechones recién nacidos y la composición de los grupos, estos son en gran medida los mismos resultados que informamos anteriormente. El grupo TH + H2 tenía significativamente menos células TUNEL (+) en la corteza dorsal (DCx) en comparación con los grupos NT y TH (Fig. 2A). El número de células TUNEL (+) en el DCx fue el siguiente: NT, 340,8 (259,8–452,8); TE, 306,3 (163,8–451,0); y TH + H2, 102,1 (0-137,5). En la corteza sensoriomotora (SMCx; Fig. 2B) y la corteza mediotemporal (MTCx; Fig. 2C), el grupo TH mostró significativamente menos células en comparación con el grupo NT. Los valores se expresan como mediana (rango intercuartil) y se consideró estadísticamente significativo p < 0,05.

Número de células TUNEL (+) en tres regiones de la corteza cerebral, a saber, la corteza dorsal (A, DCx), la corteza sensoriomotora (B, SMCx) y la corteza mediotemporal (C, MTCx). En el DCx, se observaron significativamente menos células TUNEL (+) en el grupo TH + H2 en comparación con los grupos NT y TH (mediana con rango intercuartílico). Un valor de p < 0,05 se consideró estadísticamente significativo. En la corteza sensoriomotora (SMCx) y la corteza mediotemporal (MTCx), el grupo TH mostró significativamente menos células en comparación con el grupo NT.

Los parámetros bioquímicos como PaO2, PaCO2, pH, exceso de base, lactato, glucosa y hemoglobina al inicio del estudio no mostraron diferencias significativas entre los tres grupos (Tabla 1). El pH 1 h después de la agresión fue el más bajo en el grupo TH, mientras que el pH entre 3 y 24 h después de la agresión fue el más bajo en el grupo TH + H2. La PaCO2 se mantuvo en gran medida en un valor constante durante las 24 horas posteriores a la agresión en todos los grupos y la PaO2 a las 24 horas después de la agresión fue más alta en el grupo TH + H2. La hemoglobina fue significativamente más baja 24 h después del insulto de HI en el grupo TH + H2 que en el grupo TH.

En cuanto a la FC después de la reanimación inicial, todos los grupos exhibieron un aumento inmediato dentro de 1 h después del insulto. El grupo NT mostró la FC más alta en comparación con los otros grupos a lo largo de las 24 h. En cambio, el grupo TH + H2 mostró la FC más baja de 3 a 24 h de todos los grupos (fig. 3). Para MABP, todos los grupos exhibieron un aumento de MABP dentro de las 6 h posteriores al insulto, y desde las 12 h después del insulto, MABP mantuvo un valor constante en todos los grupos (Fig. 4). No hubo diferencias significativas en MABP entre los tres grupos a lo largo de todo el experimento.

Frecuencia cardiaca (lpm) al final y a las 1, 3, 6, 12 y 24 h tras insulto hipóxico-isquémico en normotermia (NT, n = 10), hipotermia terapéutica (TH, n = 8) y TH con hidrógeno grupos de inhalación de gas (TH + H2, n = 8). Las áreas sombreadas indican el período de insulto hipóxico-isquémico. Los datos son medias ± SD en el grupo NT (círculo azul), grupo TH (cuadrado rojo) y grupo de gas TH + H2 (triángulo verde). *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001 frente al grupo NT.

Presión arterial media (MABP, mmHg) al final y a las 1, 3, 6, 12 y 24 h después del insulto hipóxico-isquémico en normotermia (NT, n = 10), hipotermia terapéutica (TH, n = 8) y TH con grupos de inhalación de gas hidrógeno (TH + H2, n = 8).

Para CBV y ScO2, todos los grupos mostraron una disminución de CBV hasta 12 h después del insulto. A las 24 h, los grupos NT y TH seguían mostrando un CBV disminuido, pero fue significativamente mayor en el grupo TH + H2 (fig. 5). Por el contrario, la ScO2 fue significativamente menor en el grupo TH + H2 que en el grupo NT 24 h después del insulto y fue significativamente menor a las 1, 3 h en comparación con el grupo TH (Fig. 6).

Volumen sanguíneo cerebral (CBV, mL/100 g cerebro) al final y a las 1, 3, 6, 12 y 24 h tras insulto hipóxico-isquémico en normotermia (NT, n = 10), hipotermia terapéutica (TH, n = 8), y TH con grupos de inhalación de gas hidrógeno (TH + H2, n = 8). ***p < 0,001 frente al grupo NT; ####p < 0,0001 frente al grupo TH.

Saturación de oxígeno de la hemoglobina cerebral (ScO2, %) al final y a las 1, 3, 6, 12 y 24 h del insulto hipóxico-isquémico en normotermia (NT, n = 10), hipotermia terapéutica (TH, n = 8), y TH con grupos de inhalación de gas hidrógeno (TH + H2, n = 8). *p < 0,05, **p < 0,01 frente al grupo NT; #p < 0,05, ##p < 0,01 frente al grupo TH.

Examinamos la correlación entre el cambio en CBV 24 h después del insulto HI (calculado restando el valor al final del insulto HI del valor 24 h después del insulto) y el número de células TUNEL (+) en la corteza (Fig. 7) en los grupos TH y TH + H2. En la Fig. 7A, el cambio en CBV 24 h después de la agresión HI mostró una correlación negativa significativa con el número de células TUNEL (+) en DCx.

Relación entre el cambio en CBV 24 h después del insulto HI y el número de células TUNEL (+) (A, DCx; B, SMCx; C, MTCx). El cambio en CBV 24 h después del insulto HI se calcula restando el valor al final del insulto HI del valor 24 h después del insulto HI. El cambio en CBV 24 h después del insulto HI mostró una correlación negativa significativa con el número de células TUNEL (+) en el DCx (A).

En este estudio, encontramos que, en comparación con un grupo TH, nuestro grupo TH + H2 mostró (1) una FC más baja con presión arterial constante, (2) un CBV más alto y una ScO2 más baja. Estos resultados indican que la ventilación combinada con gas H2 y TH podría mejorar la hemodinámica cerebral y la oxigenación y, por lo tanto, ayudar a reducir las lesiones cerebrales.

En estudios previos en animales, ovejas y lechones con lesiones cerebrales mostraron un aumento del flujo sanguíneo cerebral (CBF) y CBV dentro de las 24 h posteriores a la agresión HI13,14,15. Estos cambios hemodinámicos cerebrales podrían reflejar una disminución en el metabolismo del oxígeno junto con hiperemia debido a una falla energética secundaria causada por una autorregulación cerebral alterada. En el entorno clínico, se informó previamente que los recién nacidos con HIE con resultados adversos exhibieron aumentos en el CBV o ScO2 de 6 a 24 h después del nacimiento9,16,17. Sin embargo, es probable que la TH reduzca el CBF y el CBV porque puede inducir una disminución asociada con el enfriamiento en la tasa metabólica cerebral10,18. Curiosamente, se ha informado que los fetos de ovejas con aumento de CBF durante TH después de un insulto de HI tuvieron un mejor resultado19. Además, informamos anteriormente que una mayor disminución en CBV durante TH después de un insulto se correlacionó con más actividades neuronales suprimidas10.

En este estudio, nuestro objetivo fue abordar cómo la inhalación de gas H2 altera la circulación cerebral y la oxigenación durante la HT. Usando un modelo de cerdo recién nacido, descubrimos que el gas H2 en combinación con TH era más eficaz que la TH sola para reducir el daño cerebral y acelerar la recuperación de la función motora. Sin embargo, la diferencia en los cambios en la circulación cerebral y el metabolismo del oxígeno entre TH + H2 y TH sola aún no estaba clara.

Anteriormente informamos sobre la relación de CBV y ScO2 con el daño cerebral en el lechón asfixiado, centrándonos en el uso de TRS para medir la circulación cerebral y el metabolismo del oxígeno. En esos estudios, encontramos que la relación entre los cambios de CBV y el daño cerebral era diferente para TH que para NT10,14. Por lo tanto, se consideró que el CBV era un indicador útil del efecto del tratamiento en la circulación cerebral. También planteamos la hipótesis de que los cambios de CBV en TH + H2 serían diferentes de los de TH solo y que esta diferencia en la circulación podría estar relacionada con los efectos cerebroprotectores de TH + H2 en el presente estudio. Wintermark et al.20 encontraron que, en bebés humanos con HIE con daño cerebral severo, según lo medido por resonancia magnética, también se observaron al mismo tiempo un CBF alto y una ScO2 alta, y especularon que este resultado puede reflejar una demanda de oxígeno disminuida a pesar de un aumento. suministro de oxígeno. En nuestro estudio, en el grupo TH + H2, especulamos que el CBV más alto reflejaba un CBF más alto dado que la ScO2 era más alta 24 h después del insulto de HI y que la ScO2 era baja, no alta, como resultado de una demanda de oxígeno mucho mayor debido a la normalidad. las células pudieron mantener su función. Aunque el examen del equilibrio entre la demanda y el consumo de oxígeno cerebral es vital, este estudio no pudo analizar la demanda de oxígeno y las tasas de consumo de oxígeno y, por lo tanto, se necesita más investigación.

Sin embargo, en la práctica clínica, no es muy factible transportar a un bebé con EHI gravemente lesionado a la sala de resonancia magnética para obtener imágenes. También es difícil monitorear de forma continua y no invasiva el FSC y el CMRO2 al lado de la cama. Aunque TRS no puede medir estos parámetros, puede medir de forma no invasiva y continua no solo la ScO2 sino también el CBV absoluto al lado de la cama al mismo tiempo, lo que es más útil para estimar de forma no invasiva y continua la hemodinámica y la oxigenación cerebral en comparación con la ScO2 sola.

Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que demuestra que el gas H2 mejora la hemodinámica cerebral y la oxigenación durante la TH después de la agresión al HI. Se cree que la TH protege contra la lesión por reperfusión a través de múltiples mecanismos, incluida la supresión de radicales libres, enzimas y reacciones excitatorias e inflamatorias19,21, además de la protección física directa de las membranas, similar al gas H26. Sin embargo, a diferencia del gas H2, la TH suprime el sistema cardiovascular. Especulamos que el gas H2 puede mejorar la función cerebral y cardiovascular incluso en condiciones de TH. Domoki et al. sugirió que la ventilación con H2 aumentaba la reactividad cerebrovascular a la hipercapnia después de la agresión en el lechón22. En un modelo de isquemia cerebral global en ratas, la inhalación de gas H2 palió el edema cerebral y la alteración de la barrera hematoencefálica, redujo la apoptosis neuronal y mejoró la función neurológica23. Las especies reactivas de oxígeno (ROS) destruyen directamente lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, dañando las células del endotelio vascular y la membrana basal24. Otro estudio informó que el H2 redujo la transformación hemorrágica en un modelo de rata con isquemia/reperfusión cerebral focal y que la reducción de los agentes oxidantes podría aumentar la supervivencia de las células endoteliales, las neuronas y las células gliales25. En el presente estudio, especulamos que la reducción de ROS potentes y la consiguiente disminución del edema cerebral pueden haber sido responsables del aumento del CBV y la menor ScO2. Además, Hayashida et al. informaron que la inhalación de gas H2 puede mejorar la función ventricular izquierda después del retorno de la circulación espontánea (ROSC) en la rata adulta26, y su resultado que muestra una FC más baja en el grupo TH + H2 en comparación con el grupo TH después de ROSC está de acuerdo con nuestros resultados.

Este estudio tiene algunas limitaciones. Los detalles del mecanismo de la neuroprotección inducida por H2 siguen sin estar claros, pero es probable que impliquen la inhibición de la lesión oxidativa y la neuroinflamación. Sin embargo, prácticamente no tenemos información sobre el mecanismo subyacente a la neuroprotección inducida por H2 observada en este estudio. En consecuencia, examinaremos biomarcadores relacionados con múltiples mecanismos, incluida la supresión de radicales libres, enzimas y reacciones excitatorias e inflamatorias, además de la protección física directa de las membranas. La lesión de HI representa una perturbación biológica compleja que puede conducir a una falla energética secundaria y muerte celular a través de necrosis y/o apoptosis.

En conclusión, encontramos que la ventilación con gas H2 combinada con TH se asocia con un CBV más alto y una ScO2 más baja después del insulto de HI en comparación con TH solo y, por lo tanto, especulamos que el aumento de CBV en el grupo TH + H2 refleja la capacidad del gas H2 para mejorar el deterioro hemodinámico inducido por TH. Este impacto del gas H2 en la hemodinámica cerebral y el metabolismo del oxígeno puede proporcionar una clave para dilucidar su mecanismo neuroprotector.

El protocolo de estudio fue aprobado por el Comité de uso y cuidado de animales de la Universidad de Kagawa (15070-1) y se llevó a cabo de acuerdo con las pautas de Investigación con animales: informes de experimentos in vivo (ARRIVE) y todas las demás pautas y regulaciones aplicables.

Veintiocho lechones recién nacidos (Camborough; Daiwa Chikusan, Kagawa, Japón) dentro de las 24 horas del nacimiento y con un peso de 1,5 a 2,1 kg se obtuvieron para el estudio y se dividieron en tres grupos: lechones insultados con HI tratados con NT (grupo NT, n = 10), lechones insultados con HI tratados con TH (grupo TH, n = 10) y lechones insultados con HI tratados con TH y ventilación con gas H2 (grupo TH + H2, n = 8). Los lechones de este estudio incluyeron cuatro lechones muertos adicionales que se excluyeron de un estudio anterior12 (grupo NT, n = 2; grupo TH, n = 2) y dos lechones adicionales en el grupo TH + H2.

Los lechones se anestesiaron inicialmente con isoflurano al 1%-2% en aire utilizando una mascarilla. Luego, cada lechón fue intubado y ventilado mecánicamente usando un ventilador infantil. La vena y la arteria umbilicales se canularon utilizando un catéter umbilical neonatal para infusión por goteo y monitorización de la presión arterial/muestra de sangre, respectivamente. Después de la canulación, se utilizó bromuro de pancuronio a una dosis inicial de 0,1 mg/kg, seguido de una infusión de 0,1 mg/kg/h para inducir la parálisis. A continuación, se administró citrato de fentanilo a una dosis inicial de 10 μg/kg, seguida de infusión a 5 μg/kg/h para anestesia. Se infundió continuamente una solución de mantenimiento de electrolitos más glucosa al 2,7 % (KN3B; Otsuka Pharmaceutical Co., Tokio, Japón) a una velocidad de 4 ml/kg/h a través de la vena umbilical. Se tomaron muestras de sangre arterial durante todo el experimento en momentos críticos y cuando estaba clínicamente indicado. A continuación, cada lechón se colocó bajo un calentador radiante para mantener una temperatura rectal media (desviación estándar [DE]) de 39,0 (0,5) °C. El gas inspirado se preparó mezclando gases de oxígeno y nitrógeno (N2) para obtener las concentraciones de oxígeno requeridas para el experimento. La ventilación se ajustó para mantener la tensión arterial de oxígeno (PaO2) y la tensión arterial de dióxido de carbono dentro de sus rangos normales.

Utilizamos un sistema TRS infrarrojo cercano portátil de tres longitudes de onda (TRS-10, 21; Hamamatsu Photonics KK, Hamamatsu, Japón) y conectamos una sonda a la cabeza de cada lechón. Los optodos emisor y detector de luz se colocaron en la región parietal a una distancia interoptode de 30 mm. El sistema TRS en nuestra institución utiliza una técnica de conteo de fotón único correlacionada en el tiempo para la detección y se ha detallado en otros lugares27,28,29. Las concentraciones de oxihemoglobina y desoxihemoglobina se calcularon a partir de sus coeficientes de absorción usando ecuaciones asumiendo que la absorción de fondo se debe solo al 85 % (en volumen) de agua. ScO2 y CBV se calcularon como se describió previamente27,28,29.

La actividad neural se midió mediante electroencefalografía de amplitud integrada (aEEG) (Nicolet One; Cardinal Health, Inc., Dublin, OH). Todos los dispositivos eléctricos y el blindaje de malla de cobre estaban conectados a tierra. La señal se mostró en una escala semilogarítmica a baja velocidad (6 cm/h). Las mediciones se realizaron cada segundo. Se colocaron agujas de electrodos chapadas en oro en las posiciones P3 y P4, que correspondían a las regiones parietales izquierda y derecha de la cabeza. Una amplitud máxima < 5 µV se definió como EEG de baja amplitud (LAEEG).

Debido a que los detalles se informaron en nuestros estudios previos30,31, aquí proporcionamos solo un breve resumen del protocolo de insulto HI. La hipoxia se indujo reduciendo la concentración de oxígeno inspirado del ventilador al 4% después de al menos 120 min de estabilización desde la inducción anestésica inicial. Para obtener un patrón LAEEG (< 5 µV), la concentración de oxígeno inspirado se redujo aún más si fue necesario, con los ajustes necesarios para evitar un paro cardiopulmonar. Desde el inicio de la LAEEG, se continuó con el insulto durante 30 min. La FiO2 disminuyó (disminuciones del 1 %) o aumentó (incrementos del 1 %) durante la agresión para mantener el LAEEG, la frecuencia cardíaca (FC) (> 130 latidos/min) y la presión arterial media (MABP) (> 70 % de la línea de base). ). LAEEG se mantuvo durante 20 min. Para los 10 minutos finales de la agresión de 30 minutos, si la MABP excedía el 70 % de la línea de base, se inducía hipotensión al disminuir la FiO2. La reanimación se realizó cuando el valor de CBV cayó por debajo del 30 % y/o la MABP disminuyó por debajo del 70 % del valor inicial. La hipoxia se terminó con reanimación con oxígeno al 100%. Se utilizó NaHCO3 para corregir un déficit de bases (exceso de bases por debajo de -5,0 mEq/L) para mantener un pH de 7,3–7,5. Después de 10 minutos de FiO2 al 100 %, la frecuencia del ventilador y la FiO2 se redujeron gradualmente para mantener una SpO2 de 95 a 98 %. Medimos los niveles de gases en sangre, glucosa, lactato y hemoglobina utilizando un analizador de gases en sangre (ABL90 FLEX PLUS; Radiometer Co., Ltd., Copenhague, Dinamarca).

Después del insulto HI, los 28 lechones se aleatorizaron en tres grupos: insulto HI con normotermia (grupo NT, n = 10), insulto HI con TH (grupo TH, 33,5 ± 0,5 °C, n = 10) e insulto HI con TH con ventilación H2 (grupo TH + H2, 2,1–2,7 % H2, n = 8). La hipotermia de todo el cuerpo se logró utilizando una manta de enfriamiento (Medicool; MAC8 Inc., Tokio, Japón) después de la reanimación. Los lechones se enfriaron a 33,5 ± 0,5 °C durante 24 h y luego se volvieron a calentar a 1 °C/h usando una manta. Como temperatura corporal se utilizó la temperatura rectal. La temperatura de la incubadora se mantuvo entre 28 y 32 °C. Para la inhalación de H2 se utilizaron dos tipos de cilindros, uno con una mezcla de gases compuesta por 3,8% H2 y 96,2% N2, y el otro 100% O2, como en un estudio previo8. La concentración de H2 dependía del requerimiento de oxígeno de cada lechón. Por lo tanto, la concentración de H2 estuvo normalmente entre 2,1 y 2,7 (rango de FiO2, 0,21-0,4) durante la terapia. Se suministró gas H2 a través del ventilador durante 24 h. La concentración de gas H2 se midió con un monitor de gas portátil (TP-70D; Riken Keiki Co., Ltd., Tokio, Japón). Después de 24 h de tratamiento, la mezcla gaseosa H2-N2 se reemplazó nuevamente por un compresor de aire. Para los lechones que recibieron TH, su temperatura se controló automáticamente para mantener la temperatura objetivo (temperatura rectal, 33–34 °C) durante la TH y se volvió a calentar a 1 °C/h mediante una manta de enfriamiento. La anestesia se detuvo al comienzo del período de recalentamiento. Para lechones NT, la temperatura rectal fue monitoreada continuamente para mantener un rango normal (38-39 °C) bajo el calentador radiante bajo anestesia-ventilación por 24 h después del insulto. A continuación, se detuvo la anestesia y se extubó al lechón.

El día 5 después de la agresión, se perfundió el cerebro de cada animal con solución salina al 0,9 % y paraformaldehído tamponado con fosfato al 4 %. Los bloques coronales de la sustancia gris, la sustancia blanca, el hipocampo y el cerebelo se incluyeron en parafina y se cortaron con un micrótomo en secciones de 4 μm de espesor. A intervalos regulares, se examinaron tres secciones de cada muestra. Se realizaron ensayos de etiquetado de extremo de muesca de dUTP mediado por desoxinucleotidil transferasa terminal (TUNEL) con un kit de detección de apoptosis in situ con peroxidasa ApopTag Plus (ApopTag; EMD Millipore Corp., Burlington, MA) de acuerdo con el protocolo del fabricante. Las células TUNEL (+) se contaron en tres áreas de la materia gris cortical: la corteza dorsal (DCx), la corteza sensoriomotora (SMCx) y la corteza mediotemporal (MTCx), como se informó anteriormente12.

Se utilizó GraphPad Prism 7.02 (GraphPad Software, La Jolla, CA) para todos los análisis estadísticos. Todos los valores se expresan como la media ± DE de los datos fisiológicos y de gases en sangre y de la duración del LAEEG después de la agresión en los grupos TH y TH + H2. Los datos fisiológicos, los datos de gases en sangre, la duración total de LAEEG y la medición de HR, MABP, CBV y ScO2 se compararon entre los tres grupos en cada punto de tiempo utilizando un análisis de varianza (ANOVA) de medidas repetidas de dos vías seguido de la publicación de Tukey. análisis especial. Para la comparación de cada punto de tiempo con el valor inicial, las correlaciones entre la duración de LAEEG después del insulto y la diferencia de CBV después del insulto de HI se calcularon mediante el análisis de Spearman. Se consideró significativo un valor de p < 0,05.

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Gluckman, PD et al. Enfriamiento selectivo de la cabeza con hipotermia sistémica leve después de la encefalopatía neonatal: ensayo aleatorizado multicéntrico. Lancet (Londres, Inglaterra). 365(9460), 663–670 (2005).

Artículo Google Académico

Jacobs, SE, Berg, M., Hunt, R., Tarnow‐Mordi, WO, Inder, TE, Davis, PG Enfriamiento para recién nacidos con encefalopatía hipóxico-isquémica. Sistema de base de datos Cochrane. Rev. 1 (2013).

Shankaran, S. et al. Resultados en la infancia después de la hipotermia por encefalopatía neonatal. N. ingl. J.Med. 366(22), 2085–2092 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Natarajan, G., Pappas, A. y Shankaran, S. Resultados en la infancia después de la hipotermia terapéutica para la encefalopatía hipóxico-isquémica neonatal (HIE). Semin. perinatol. 40(8), 549–555 (2016).

Artículo Google Académico

Ohsawa, I. et al. El hidrógeno actúa como un antioxidante terapéutico al reducir selectivamente los radicales de oxígeno citotóxicos. Nat. Medicina. 13(6), 688–694 (2007).

Artículo CAS Google Académico

Htun, Y., Nakamura, S., Kusaka, T. Hidrógeno y gases terapéuticos para la encefalopatía hipóxico-isquémica neonatal: complementos neuroprotectores potenciales en la investigación traslacional. pediatra Res. (2020).

Liu, L. et al. La inhalación de gas hidrógeno atenúa la lesión cerebral en ratones con ligadura cecal y punción mediante la inhibición de la neuroinflamación, el estrés oxidativo y la apoptosis neuronal. Res. cerebral. 1589, 78–92 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Htun, Y. et al. La ventilación con hidrógeno combinada con hipotermia leve mejora los resultados neurológicos a corto plazo en un modelo de lechones con hipoxia-isquemia neonatal de 5 días. ciencia Rep. 9(1), 4088 (2019).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Nakamura, S. et al. Medición simultánea de la saturación de oxígeno de la hemoglobina cerebral y el volumen sanguíneo en recién nacidos asfixiados mediante espectroscopia de resolución temporal de infrarrojo cercano. Desarrollo cerebral 37(10), 925–932 (2015).

Artículo Google Académico

Jinnai, W. et al. Relación entre la supresión neural prolongada y la disfunción hemodinámica cerebral durante la hipotermia en lechones asfixiados. Desarrollo cerebral 40(8), 649–661 (2018).

Artículo Google Académico

Buckley, EM, Patel, SD, Miller, BF, Franceschini, MA & Vannucci, SJ Monitoreo in vivo de la hemodinámica cerebral en la rata inmadura: Efectos de la hipoxia-isquemia y la hipotermia. desarrollo Neurosci. 37, 407–416 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Htun, Y., Nakamura, S., Nakao, Y., Mitsuie, T. & Nakamura, M. La ventilación con hidrógeno combinada con hipotermia leve mejora los resultados neurológicos a corto plazo en un modelo de lechones con hipoxia-isquemia neonatal de 5 días. ciencia Rep. 9(1), 4088 (2019).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Marcas, KA et al. Vasodilatación retardada y oxigenación alterada después de isquemia cerebral en fetos de oveja. pediatra Res. 39(1), 48–54 (1996).

Artículo CAS Google Académico

Nakamura, S. et al. Relación entre los cambios tempranos en el volumen sanguíneo cerebral y la actividad electrocortical después de un insulto hipóxico-isquémico en lechones recién nacidos. Desarrollo cerebral 36(7), 563–571 (2014).

Artículo Google Académico

Nakamura, M. et al. Medición del volumen de sangre cerebral mediante espectroscopia de resolución temporal de infrarrojo cercano y evaluación histopatológica después de un insulto hipóxico-isquémico en lechones recién nacidos. En t. J. Dev. Neurosci. Apagado. J. Int. Soc. desarrollo Neurosci. 42, 1–9 (2015).

Artículo Google Académico

Meek, JH et al. Hemodinámica cerebral anormal en recién nacidos con asfixia perinatal relacionada con el resultado. Arco. Dis. Niño. Ed. Fetal Neonatal. 81(2), F110–F115 (1999).

Artículo CAS Google Académico

Toet, MC et al. Saturación de oxígeno cerebral y actividad eléctrica cerebral antes, durante y hasta 36 horas después del procedimiento de cambio arterial en recién nacidos sin daño cerebral preexistente: su relación con el resultado del desarrollo neurológico. Exp. Res. cerebral. 165(3), 343–350 (2005).

Artículo Google Académico

Okubo, K. et al. Metabolismo cerebral y flujo sanguíneo cerebral regional durante el enfriamiento sistémico moderado en lechones recién nacidos. pediatra En t. 43(5), 496–501 (2001).

Artículo CAS Google Académico

Gunn, AJ, Gunn, TR, de Haan, HH, Williams, CE y Gluckman, PD Rescate neuronal dramático con enfriamiento prolongado selectivo de la cabeza después de isquemia en fetos de cordero. J. Clin. investigando 99(2), 248–256 (1997).

Artículo CAS Google Académico

Wintermark, P., Hansen, A., Warfield, SK, Dukhovny, D. & Soul, JS Espectroscopia de infrarrojo cercano versus resonancia magnética para estudiar la perfusión cerebral en recién nacidos con encefalopatía hipóxico-isquémica tratados con hipotermia. Neuroimagen 85 (Pt 1), 287–293 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Wassink, G., Gunn, ER, Drury, PP, Bennet, L. y Gunn, AJ Los mecanismos y el tratamiento de la encefalopatía por asfixia. Frente. Neurosci. 8, 40 (2014).

Artículo Google Académico

Domoki, F. et al. El hidrógeno es neuroprotector y preserva la reactividad cerebrovascular en cerdos recién nacidos asfixiados. pediatra Res. 68(5), 387–392 (2010).

CAS Google Académico

Nagatani, K. et al. Efecto del gas hidrógeno en la tasa de supervivencia de ratones después de la isquemia cerebral global. Choque 37(6), 645 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Fellman, V. & Raivio, KO Lesión por reperfusión como mecanismo de daño cerebral después de la asfixia perinatal. pediatra Res. 41(5), 599–606 (1997).

Artículo CAS Google Académico

Chen, CH et al. El gas hidrógeno redujo la transformación hemorrágica potenciada por hiperglucemia aguda en un modelo de rata con isquemia focal. Neurociencia 169(1), 402–414 (2010).

Artículo CAS Google Académico

Hayashida, K. et al. La inhalación de gas hidrógeno reduce el tamaño del infarto en el modelo de rata de lesión por isquemia-reperfusión miocárdica. Bioquímica Biografía. Res. común 373(1), 30–35 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Ijichi, S. et al. Cuantificación de la hemoglobina cerebral en función de la oxigenación mediante espectroscopia de resolución temporal del infrarrojo cercano en un modelo de hipoxia en lechones. J. Biomédica. Optar. 10(2), 024026 (2005).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Ijichi, S. et al. Cambios en el desarrollo de las propiedades ópticas en recién nacidos determinados por espectroscopia de resolución temporal del infrarrojo cercano. pediatra Res. 58(3), 568–573 (2005).

Artículo Google Académico

Kusaka, T. et al. Evaluación de la circulación cerebral y el metabolismo del oxígeno en bebés utilizando luz infrarroja cercana. Desarrollo cerebral 36(4), 277–283 (2014).

Artículo Google Académico

Nakamura, S. et al. El volumen de sangre cerebral combinado con EEG de amplitud integrada puede ser una guía adecuada para controlar el insulto hipóxico/isquémico en un modelo de lechón. Desarrollo cerebral 35(7), 614–625 (2013).

Artículo Google Académico

Yamato, SH et al. La edaravona intravenosa más hipotermia terapéutica ofrece una neuroprotección limitada en el lechón recién nacido hipóxico-isquémico. Neonatología 117(6), 713–720 (2020).

Artículo CAS Google Académico

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Este trabajo fue apoyado por JSPS KAKENHI Número de subvención JP 16H06276 (AdAMS). Nos gustaría agradecer a los estudiantes de medicina de la Facultad de Medicina de la Universidad de Kagawa (Kagawa, Japón) que ayudaron con este estudio.

Departamento de Pediatría, Facultad de Medicina, Universidad de Kagawa, Mikicho 1750-1, Kitagun, Takamatsu, Kagawa, 761-0793, Japón

Shinji Nakamura, Yasuhiro Nakao, Yinmon Htun, Aya Morimoto, Makoto Arioka, Sonoko Kondo, Ikuko Kato y Takashi Kusaka

Centro de Ingeniería Médica, Hospital Universitario de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japón

tsutomu mitsuie

Centro Materno Perinatal, Facultad de Medicina, Universidad de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japón

Kosuke Koyano y Yukihiko Konishi

Departamento de Anatomía y Neurobiología, Facultad de Medicina, Universidad de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japón

Ken-ichi Ohta y Takanori Miki

Centro de Educación Clínica de Posgrado, Hospital Universitario de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japón

Saneyuki Yasuda

Departamento de Patología y Defensa del Huésped, Facultad de Medicina, Universidad de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japón

masaki ueno

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SN, YN, HY y TK participaron en el diseño del estudio inicial y escribieron el texto principal. SN, KK y SK obtuvieron el apoyo financiero necesario para este proyecto y proporcionaron materiales de estudio. Este estudio fue apoyado financieramente por JSPS KAKENHI Grant números 19K08253 (SN), 19K08349 (KK), 17K10178 (SK), 22K15923 (YN) y 22K07822 (TK) y la Asociación de Antiguos Alumnos de la Facultad de Medicina de la Facultad de Medicina de la Universidad de Kagawa Sanjukai Research Aid R1 -1 (SN). T.Mitsuie, AM, YK y MA llevaron a cabo los experimentos con animales y registraron los datos fisiológicos y de gases en sangre. KO, SY y T.Miki contribuyeron al análisis de datos y realizaron el análisis estadístico. Todos los miembros redactaron el artículo y lo revisaron críticamente.

Correspondencia a Shinji Nakamura.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Nakamura, S., Nakao, Y., Htun, Y. et al. Impacto de la inhalación de gas hidrógeno durante la hipotermia terapéutica sobre la hemodinámica cerebral y la oxigenación en lechones asfixiados. Informe científico 13, 1615 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28274-z

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Recibido: 24 de octubre de 2022

Aceptado: 16 enero 2023

Publicado: 28 enero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28274-z

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Impacto de la inhalación de hidrógeno gaseoso durante la hipotermia terapéutica sobre la hemodinámica cerebral y la oxigenación en el lechón asfixiado