硫化氢在心搏骤停后的脑保护作用

殷勤 李春盛

心搏骤停是最危急的临床疾病，发生率和病死率很高。随着院前急救水平和生命支持技术的进步，心搏骤停患者的自主循环恢复率有了明显的提高，但是出院存活率并未得到明显的改善。其主要原因在于心搏骤停后机体经历了完全的缺血，导致全身多个脏器功能严重受损，自主循环恢复后机体又发生了严重的再灌注损伤，进一步加重了脏器功能损害，这一病理生理过程被命名为心搏骤停后综合征[1]。大脑是体内对缺血缺氧最敏感的脏器，相当一部分心搏骤停患者在自主循环恢复后会遗留永久性的神经功能障碍。因此，减轻心搏骤停后的脑损伤，最大程度地恢复脑功能一直是复苏领域研究的热点。尽管关于改善心搏骤停后脑功能的研究很多，但目前公认的有效方法只有亚低温治疗[2]。

传统观点认为硫化氢（hydRogen sulfide，H2S）是一种剧毒气体，随着研究的深入，研究人员发现哺乳动物体内存在H2S及其合成酶的表达，并发挥着重要的生理作用。目前认为H2S是继一氧化氮和一氧化碳之后机体内存在的第三种气体信号分子[3]。已有的研究证实了H2S对多个脏器的缺血-再灌注损伤具有保护作用[4]。由于大脑是心搏骤停后受损最严重的脏器，因此，研究人员对于H2S能否减轻心搏骤停后大脑的缺血性损伤，改善脑功能产生了浓厚的兴趣。近年来国内外关于H2S在心搏骤停后脑保护作用的研究逐渐增多，并取得了一些进展。

1 H2S的理化性质，合成和代谢途径

H2S是一种无色、有臭鸡蛋味的气体，分子质量为34，076，相对空气密度1，19，易溶于水和乙醇。H2S的脂溶性比水溶性高5倍，能够自由透过细胞膜[5]。

内源性H2S的合成底物主要为含硫氨基酸，如半胱氨酸和甲硫氨酸。有多种酶参与了内源性H2S的合成，其中最重要的两种酶是胱硫醚-β-合酶（cystathionine β-synthase，CBS）和胱硫醚-γ-裂解酶（cystathionine γ-lyase，CSE）。这两种酶在体内的分布有组织差异性，CBS在神经系统内高度表达，主要分布于海马、小脑、皮质和脑干等部位，而CSE主要表达于心脏、主动脉、肺动脉、肠系膜动脉、尾动脉和门静脉 [6]。

正常情况下内源性H2S以气体分子和硫氢化钠（sodium hydRosulfide，NaHS） 两种形式存在，NaHS可分解为钠离子和硫氢根离子，硫氢根离子和氢离子可结合为H2S，NaHS和H2S形成动态平衡。H2S在体内有三种转化途径：第一，体内大部分H2S在线粒体中被氧化，最终形成硫酸盐；第二，一部分H2S可被硫醇-S甲基转移酶裂解生成甲硫醇和二甲硫醚；第三，少数H2S可与高铁血红蛋白结合形成硫血红蛋白。H2S的体内代谢产物主要从肾脏排出，部分从肠道排出，少部分以原形从肺脏代谢[7]。

2 H2S在心搏骤停后的变化

关于心搏骤停后H2S变化的报道不多。蔺际等[8]的研究证实了大鼠心搏骤停后血清H2S的浓度存在动态变化，他们发现与对照组大鼠相比，心搏骤停组大鼠血清H2S含量迅速升高，于自主循环恢复后6 h达到高峰，随后回落到与对照组相似的水平，并且与体温和平均动脉压的变化呈负相关。根据这些结果他们推测H2S在心搏骤停后出现的先升高后回落的动态变化是机体对严重缺血的一种代偿反应，并参与体温和血压的调节。

3 H2S在心搏骤停后的脑保护作用及其机制

已有的研究证实H2S对大脑的缺血性损伤具有保护效应 [9-11]。而大脑是心搏骤停后受损最严重的脏器，因此近年来关于H2S在心搏骤停中的研究主要集中于探讨H2S的脑保护作用。研究结果初步证实，H2S可以通过降低基础代谢率，改善脑代谢等机制减轻脑损害，发挥脑保护作用。

3，1 降低基础代谢率

在2005年的一项重要研究中，Blackstone等[12]将小鼠放置在百万分之八十浓度的H2S中，在最初的5 min内小鼠的氧消耗量减少了50%，二氧化碳排出量减少了60%，6 h后基础代谢率下降90%，随着代谢的降低核心体温降低至15℃，而脱离H2S 之后小鼠的基础代谢率会逐渐恢复正常，这些结果表明H2S具有降低基础代谢率的作用。在另一项实验中，研究人员将小鼠预先放置于百万分之一百五十浓度的H2S中20 min，再转入5%的低氧环境中，小鼠的存活时间比没有经过H2S预处理的小鼠明显延长，提示H2S预处理可以降低小鼠对氧供的需要，在随后的缺氧性损害中能起到保护作用[13]。根据上述实验，Knapp等[14]对于H2S能否降低心搏骤停大鼠的基础代谢率进行了研究。实验结果表明在复苏前1分钟给予外源性H2S供体硫化钠（sodium sulfide）可以产生亚低温效应，但与安慰剂相比Na2S并没有额外的降温作用，同时大鼠自主循环恢复后第3天的神经功能明显改善，但第7天的神经功能并没有明显改善。

值得注意的是，关于H2S降低基础代谢率的研究大多是以小鼠或大鼠为实验对象，而在关于大型哺乳动物的研究中并没有得到同样的结果。在一项以猪为实验对象的研究中，研究人员发现吸入H2S并不能降低猪的基础代谢率，相反还会促进代谢[15]。另一项以绵羊为实验对象的研究也发现吸入H2S对于基础代谢率 没有影响[16]。研究人员推测这可能与啮齿类动物体表面积/质量比值更大有关，因此给予外源性H2S后小鼠和大鼠的基础代谢率能明显降低。

3，2 改善脑代谢

心搏骤停后大脑的血供急剧减少，无氧代谢显著增强，产生大量乳酸等有害物质，严重影响了脑功能。有研究表明心搏骤停患者的乳酸水平升高是预后不良的危险因素，而加快乳酸的清除可以明显改善预后[17]。Wei等[18]的研究发现在兔心搏骤停模型中，复苏时吸入含0，008%H2S的氧气后血清H2S浓度明显升高，并且大脑的氧代谢和葡萄糖代谢明显改善，表现为大脑的氧摄取和葡萄糖摄取增加，同时乳酸生成明显减少，神经功能损伤明显减轻[18]。

3，3 减轻脑水肿

脑水肿是心搏骤停后神经功能缺损的重要原因，病理生理机制十分复杂，主要包括细胞源性脑水肿和血管源性脑水肿。细胞源性脑水肿与脑缺血后的细胞能量代谢障碍有关，血管源性脑水肿与血脑屏障通透性的改变有关[19]。郭涛等[20]的研究表明，外源性H2S供体NaHS可以降低复苏后脑组织的含水量，减轻脑水肿程度，并上调巢蛋白的表达，增加神经元对缺血的抵抗力。最近的一项研究证实Na2S可以抑制基质金属蛋白酶9的合成，减轻基质金属蛋白酶9对血脑屏障的破坏，维持血脑屏障的完整性，从而减轻血管源性脑水肿[21]。

3，4 抑制神经元凋亡

脑缺血缺氧会显著激活凋亡通路，导致严重的神经元凋亡，这是缺血缺氧后脑功能障碍的重要机制[22]。张自立等[23]的研究发现给予NaHS可以上调脑组织抗凋亡基因bax的表达，并降低促凋亡基因bcl-1的表达，减轻神经元凋亡，而应用CBS抑制剂羟胺会明显减少大脑内H2S的含量，同时大鼠脑组织凋亡程度明显加重。在另一项研究中，吸入含0，008%H2S的氧气可以显著减少家兔海马区活化型半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶-3阳性神经元的数量，抑制神经元凋亡，从而改善复苏后的神经功能[24]。Minamishima等[25]在小鼠心搏骤停模型中发现复苏前一分钟给予Na2S具有显著的抗神经元凋亡效应，进一步的研究显示这种保护效应与外源性H2S促进大脑皮质糖原合成酶激酶-3β信号通路的磷酸化以及抑制一氧化氮合酶3的去磷酸化密切相关。

4 否定H2S脑保护作用的研究

尽管目前大多数研究证明了H2S在心搏骤停中的脑保护作用，但是也有研究对H2S的效果持否定态度。 DeRwall等[26]在一项关于猪心肺复苏的研究中发现尽管给予大剂量的Na2S可以抑制大脑纹状体区小胶质细胞的激活，但这并不能改善复苏后的神经功能，同时Na2S也没有提高复苏成功率。这些结果提示H2S的脑保护作用还没有得到研究人员的一致认可，还需要更加深入的研究加以探讨。

5 展望

作为公认的第三种气体信号分子，H2S对缺血-再灌注损伤的保护作用已经得到了证实，但目前关于心搏骤停后脑保护作用的研究还处于初步阶段。进一步研究H2S的种属特异性、作用机制、给药方式和时间，有可能为减轻心搏骤停后脑损伤提供新的思路，具有可观的临床前景。

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（收稿日期：2013-04-25）

（本文編辑：郑辛甜）

DOI：10，3760/cma，j，issn，1671-0282，2014，01，027

作者单位：100043 北京，首都医科大学附属北京朝阳医院急诊科

通信作者：李春盛，Email：lcscyyy@sohu，com

P108-110