Impact de l'inhalation d'hydrogène gazeux pendant l'hypothermie thérapeutique sur l'hémodynamique cérébrale et l'oxygénation chez le porcelet asphyxié

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1615 (2023) Citer cet article

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Nous avons précédemment rapporté le potentiel neuroprotecteur de la thérapie combinée de ventilation au gaz hydrogène (H2) et de l'hypothermie thérapeutique (TH) en évaluant les résultats neurologiques à court terme et les résultats histologiques de porcelets d'encéphalopathie hypoxique-ischémique (HI) néonatale de 5 jours. Cependant, les effets du gaz H2 sur la circulation cérébrale et le métabolisme de l'oxygène et sur le pronostic étaient inconnus. Ici, nous avons utilisé la spectroscopie à résolution temporelle dans le proche infrarouge pour comparer la ventilation combinée au gaz H2 et le TH avec le TH seul. Les porcelets ont été divisés en trois groupes : insulte HI avec normothermie (NT, n = 10), insulte HI avec hypothermie (TH, 33,5 ± 0,5 °C, n = 8) et insulte HI avec hypothermie plus ventilation H2 (TH + H2, 2,1–2,7 %, n = 8). Une ventilation H2 et une TH ont été administrées et le volume sanguin cérébral (CBV) et la saturation en oxygène de l'hémoglobine cérébrale (ScO2) ont été enregistrés pendant 24 h après l'insulte. Le CBV était significativement plus élevé à 24 h après l'insulte dans le groupe TH + H2 que dans les autres groupes. ScO2 était significativement plus faible tout au long des 24 h après l'insulte dans le groupe TH + H2 que dans le groupe NT. En conclusion, la ventilation combinée au gaz H2 et la TH ont augmenté le VSC et diminué la ScO2, ce qui peut refléter un débit sanguin cérébral élevé pour répondre à une plus grande demande en oxygène pour les neurones survivants, par rapport à la TH seule.

L'hypothermie thérapeutique (TH) est le seul traitement standard permettant de minimiser les lésions cérébrales chez les nourrissons atteints d'encéphalopathie hypoxique-ischémique (HI) (HIE), permettant d'obtenir des taux de mortalité et d'invalidité plus faibles entre 12 et 18 mois1,2,3. Cependant, cette thérapie ne prévient pas les lésions cérébrales chez tous les nourrissons2,4. De nouveaux agents capables d'augmenter les effets de la TH sont nécessaires pour améliorer encore les résultats.

Le gaz hydrogène (H2) est devenu un axe majeur de recherche en médecine néonatale après la découverte de ses puissantes propriétés antioxydantes in vivo et in vitro pour des maladies de l'adulte telles que l'ischémie cérébrale5,6,7. H2 est considéré comme un agent antioxydant, anti-inflammatoire et anti-apoptotique qui agit comme un antioxydant thérapeutique et préventif en réduisant sélectivement les niveaux d'oxydants hautement actifs tels que le radical hydroxyle (•OH) et le peroxynitrite (ONOO-) dans les cellules en culture. En complément de la TH, nous avons précédemment signalé son potentiel neuroprotecteur grâce à une évaluation des résultats neurologiques à court terme et des résultats histologiques de la thérapie combinée chez des porcelets néonataux HIE de 5 jours8. En particulier, la ventilation combinée au gaz H2 et au TH a amélioré les lésions cérébrales par rapport au TH seul. Cependant, ni l'impact du gaz H2 sur l'hémodynamique et l'oxygénation cérébrales ni sa capacité à améliorer le pronostic ne sont connus.

L'hémodynamique cérébrale et l'oxygénation doivent être évaluées chez les nouveau-nés HIE avec ou sans TH car les changements de ces paramètres peuvent être des déterminants critiques de la gravité des lésions cérébrales9,10. La spectroscopie à résolution temporelle proche infrarouge (TRS) à trois longueurs d'onde est un mode avancé de spectroscopie proche infrarouge (NIRS) qui peut mesurer de manière non invasive et continue non seulement la saturation en oxygène de l'hémoglobine cérébrale (ScO2), mais également la valeur absolue du volume sanguin cérébral (CBV) au chevet du patient. L'hémodynamique cérébrale et le métabolisme peuvent également être supprimés par un traitement réussi de l'asphyxie avec TH11. Cependant, nous avons précédemment rapporté que les porcelets avec des activités neurales sévèrement supprimées après l'insulte HI montrent une suppression supplémentaire de l'hémodynamique cérébrale pendant TH après l'insulte, y compris une plus grande diminution du CBV, alors que les porcelets avec des activités neurales sévèrement supprimées montrent une plus grande augmentation du CBV pendant la normothermie après l'insulte10. Cependant, il n'y a aucun rapport sur la façon dont le gaz H2 peut avoir un impact sur l'hémodynamique cérébrale et l'oxygénation pendant TH après une insulte HI.

Nous avons émis l'hypothèse que la combinaison de la ventilation au gaz H2 avec TH modifierait l'hémodynamique cérébrale et l'oxygénation après une insulte HI, améliorant ainsi les résultats. Par conséquent, dans cette étude, nous avons comparé les changements de CBV et de ScO2 après une insulte HI chez le porcelet entre la ventilation combinée au gaz H2 et le TH et le TH seul.

Les poids corporels moyens (ET) étaient de 1683 (189) g dans le groupe NT [n = 10 ; cinq mâles (deux sont morts dans les 5 jours après l'insulte) et cinq femelles], 1806 (11,5) g dans le groupe TH [n = 8 ; huit mâles (deux morts) et deux femelles], et 1804 (108) g dans le groupe TH + H2 (n = 8 ; trois mâles et cinq femelles). Les quatre porcelets sont morts en raison d'une crise grave. Nous avons exclu deux porcelets du groupe TH car leurs valeurs initiales de ScO2 dépassaient 80 % et nos rapports précédents ont montré que même sous FiO2 : 1,0, la valeur de ScO2 ne dépassait pas 80 % (Fig. 1). La durée de LAEEG après l'insulte ne différait pas entre les groupes [moyenne (ET) : groupe NT, 25,4 (8,0) min ; groupe TH, 26,2 (13,2) min ; groupe TH + H2, 25,4 (10,2) min].

Étudier le diagramme de flux.

Les résultats histologiques peuvent être vus dans notre étude précédente12. Bien qu'il existe de légères différences par rapport aux travaux précédents dans le nombre de porcelets nouveau-nés et la composition des groupes, ce sont en grande partie les mêmes résultats que ceux que nous avons rapportés précédemment. Le groupe TH + H2 avait significativement moins de cellules TUNEL (+) dans le cortex dorsal (DCx) par rapport aux groupes NT et TH (Fig. 2A). Les nombres de cellules TUNEL (+) dans le DCx étaient les suivants : NT, 340,8 (259,8–452,8) ; TH, 306,3 (163,8–451,0) ; et TH + H2, 102,1 (0–137,5). Dans le cortex sensorimoteur (SMCx; Fig. 2B) et le cortex médio-temporal (MTCx; Fig. 2C), le groupe TH présentait significativement moins de cellules que le groupe NT. Les valeurs sont exprimées sous forme de médiane (écart interquartile) et p < 0,05 a été considéré comme statistiquement significatif.

Nombre de cellules TUNEL (+) dans trois régions du cortex cérébral, à savoir le cortex dorsal (A, DCx), le cortex sensorimoteur (B, SMCx) et le cortex médio-temporal (C, MTCx). Dans le DCx, significativement moins de cellules TUNEL (+) ont été observées dans le groupe TH + H2 par rapport aux groupes NT et TH (médiane avec intervalle interquartile). Une valeur p < 0,05 était considérée comme statistiquement significative. Dans le cortex sensorimoteur (SMCx) et le cortex médio-temporal (MTCx), le groupe TH présentait significativement moins de cellules que le groupe NT.

Les paramètres biochimiques tels que PaO2, PaCO2, pH, excès de base, lactate, glucose et hémoglobine au départ n'ont montré aucune différence significative entre les trois groupes (tableau 1). Le pH à 1 h après l'insulte était le plus bas dans le groupe TH, tandis que le pH entre 3 et 24 h après l'insulte était le plus bas dans le groupe TH + H2. La PaCO2 a été largement maintenue à une valeur constante pendant 24 h après l'agression dans tous les groupes et la PaO2 à 24 h après l'agression était la plus élevée dans le groupe TH + H2. L'hémoglobine était significativement plus faible 24 h après l'insulte HI dans le groupe TH + H2 que dans le groupe TH.

En ce qui concerne la fréquence cardiaque après la réanimation initiale, tous les groupes ont présenté une augmentation immédiate dans l'heure suivant l'insulte. Le groupe NT a montré le HR le plus élevé par rapport aux autres groupes tout au long des 24 h. En revanche, le groupe TH + H2 a montré le plus faible HR de 3 à 24 h de tous les groupes (Fig. 3). Pour MABP, tous les groupes ont présenté une augmentation de MABP dans les 6 h suivant l'insulte, et à partir de 12 h après l'insulte, MABP a maintenu une valeur constante dans tous les groupes (Fig. 4). Il n'y avait pas de différences significatives dans MABP entre les trois groupes tout au long de l'expérience globale.

Fréquence cardiaque (bpm) à la fin et à 1, 3, 6, 12 et 24 h après une agression hypoxique-ischémique dans les groupes normothermie (NT, n = 10), hypothermie thérapeutique (TH, n = 8) et TH avec inhalation de gaz hydrogène (TH + H2, n = 8). Les zones ombrées indiquent la période d'insulte hypoxique-ischémique. Les données sont des moyennes ± SD dans le groupe NT (cercle bleu), le groupe TH (carré rouge) et le groupe de gaz TH + H2 (triangle vert). *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001 par rapport au groupe NT.

Pression artérielle moyenne (MABP, mmHg) à la fin et à 1, 3, 6, 12 et 24 h après l'insulte hypoxique-ischémique dans les groupes normothermie (NT, n = 10), hypothermie thérapeutique (TH, n = 8) et TH avec inhalation de gaz hydrogène (TH + H2, n = 8).

Pour le CBV et le ScO2, tous les groupes ont montré un CBV diminué jusqu'à 12 h après l'insulte. A 24 h, les groupes NT et TH montraient toujours un CBV diminué, mais il était significativement plus élevé dans le groupe TH + H2 (Fig. 5). En revanche, la ScO2 était significativement plus faible dans le groupe TH + H2 que dans le groupe NT 24 h après l'insulte et était significativement plus faible à 1, 3 h par rapport au groupe TH (Fig. 6).

Volume sanguin cérébral (CBV, mL/100 g de cerveau) à la fin et à 1, 3, 6, 12 et 24 h après une attaque hypoxique-ischémique dans les groupes normothermie (NT, n = 10), hypothermie thérapeutique (TH, n = 8) et TH avec inhalation de gaz hydrogène (TH + H2, n = 8). ***p < 0,001 par rapport au groupe NT ; ####p < 0,0001 par rapport au groupe TH.

Saturation cérébrale en oxygène de l'hémoglobine (ScO2, %) à la fin et à 1, 3, 6, 12 et 24 h après une attaque hypoxique-ischémique dans les groupes normothermie (NT, n = 10), hypothermie thérapeutique (TH, n = 8) et TH avec inhalation de gaz hydrogène (TH + H2, n = 8). *p < 0,05, **p < 0,01 par rapport au groupe NT ; #p < 0,05, ##p < 0,01 par rapport au groupe TH.

Nous avons examiné la corrélation entre l'évolution du CBV 24 h après l'insulte HI (calculée en soustrayant la valeur à la fin de l'insulte HI de la valeur 24 h après l'insulte) et le nombre de cellules TUNEL (+) dans le cortex (Fig. 7) dans les groupes TH et TH + H2. Sur la figure 7A, le changement de CBV 24 h après l'insulte HI a montré une corrélation négative significative avec le nombre de cellules TUNEL (+) dans le DCx.

Relation entre la variation du CBV 24h après l'insulte HI et le nombre de cellules TUNEL (+) (A, DCx ; B, SMCx ; C, MTCx). Le changement de CBV 24 h après l'insulte HI est calculé en soustrayant la valeur à la fin de l'insulte HI de la valeur 24 h après l'insulte HI. Le changement de CBV 24 h après l'insulte HI a montré une corrélation négative significative avec le nombre de cellules TUNEL (+) dans le DCx (A).

Dans cette étude, nous avons constaté que, par rapport à un groupe TH, notre groupe TH + H2 montrait (1) une fréquence cardiaque plus faible avec une pression artérielle constante, (2) un VSC plus élevé et une ScO2 plus faible. Ces résultats indiquent que la ventilation combinée au gaz H2 et TH pourrait améliorer l'hémodynamique et l'oxygénation cérébrales et contribuer ainsi à réduire les lésions cérébrales.

Dans des études antérieures sur des animaux, des moutons et des porcelets atteints de lésions cérébrales ont montré une augmentation du débit sanguin cérébral (CBF) et du CBV dans les 24 h suivant l'insulte IH13,14,15. Ces changements hémodynamiques cérébraux pourraient refléter une diminution du métabolisme de l'oxygène ainsi qu'une hyperémie due à une défaillance énergétique secondaire causée par une altération de l'autorégulation cérébrale. Dans le cadre clinique, il a déjà été rapporté que les nouveau-nés HIE avec des résultats défavorables présentaient des augmentations du CBV ou de la ScO2 de 6 à 24 h après la naissance9,16,17. Cependant, le TH est susceptible de réduire le CBF et le CBV car il peut induire une diminution associée au refroidissement du taux métabolique cérébral10,18. Fait intéressant, il a été rapporté que les moutons fœtaux avec un CBF accru pendant TH après une insulte HI avaient un meilleur résultat19. De plus, nous avons précédemment rapporté qu'une diminution plus importante du CBV pendant TH après une insulte était corrélée à des activités neuronales plus supprimées10.

Dans cette étude, nous avons cherché à déterminer comment l'inhalation de gaz H2 modifie la circulation cérébrale et l'oxygénation pendant le TH. En utilisant un modèle de porc néonatal, nous avons constaté que le gaz H2 en combinaison avec le TH était plus efficace que le TH seul pour réduire les lésions cérébrales et accélérer la récupération de la fonction motrice. Néanmoins, la différence dans la circulation cérébrale et les changements du métabolisme de l'oxygène entre TH + H2 et TH seul n'était toujours pas claire.

Nous avons précédemment rapporté la relation entre CBV et ScO2 avec des lésions cérébrales chez le porcelet asphyxié, en nous concentrant sur l'utilisation de TRS pour mesurer la circulation cérébrale et le métabolisme de l'oxygène. Dans ces études, nous avons constaté que la relation entre les modifications du CBV et les lésions cérébrales était différente pour TH que pour NT10,14. Ainsi, le CBV a été considéré comme un indicateur utile de l'effet du traitement sur la circulation cérébrale. Nous avons également émis l'hypothèse que les changements de CBV dans TH + H2 seraient différents de ceux de TH seul et que cette différence de circulation pourrait être liée aux effets cérébroprotecteurs de TH + H2 dans la présente étude. Wintermark et al.20 ont découvert que, chez les nourrissons humains HIE présentant de graves lésions cérébrales, telles que mesurées par IRM, un CBF élevé et un ScO2 élevé étaient également observés en même temps, et ils ont émis l'hypothèse que ce résultat pourrait refléter une diminution de la demande en oxygène malgré une augmentation de l'apport en oxygène. Dans notre étude, dans le groupe TH + H2, nous avons émis l'hypothèse que le CBV plus élevé reflétait un CBF plus élevé, ce qui donne que la ScO2 était plus élevée 24 h après l'insulte HI et que la ScO2 était faible, pas élevée, en raison d'une demande en oxygène considérablement accrue car les cellules normales étaient capables de maintenir leur fonction. Bien que l'examen de l'équilibre entre la demande et la consommation cérébrales en oxygène soit vital, cette étude n'a pas été en mesure d'analyser la demande en oxygène et les taux de consommation d'oxygène, et donc une enquête plus approfondie est nécessaire.

Néanmoins, dans la pratique clinique, il n'est pas très faisable de transporter un nourrisson EHI gravement blessé vers la salle d'IRM pour l'imagerie. Il est également difficile de surveiller en continu et de manière non invasive le CBF et le CMRO2 au chevet du patient. Bien que le TRS ne puisse pas mesurer ces paramètres, il peut mesurer de manière non invasive et continue non seulement la ScO2, mais également le CBV absolu au chevet du patient en même temps, ce qui est plus utile pour estimer de manière non invasive et continue l'hémodynamique et l'oxygénation cérébrales par rapport à la ScO2 seule.

À notre connaissance, il s'agit de la première étude à montrer que le gaz H2 améliore l'hémodynamique cérébrale et l'oxygénation pendant le TH après une agression HI. On pense que la TH protège contre les lésions de reperfusion via de multiples mécanismes, y compris la suppression des radicaux libres, des enzymes et des réactions excitatrices et inflammatoires19,21, en plus de la protection physique directe des membranes, similaire au gaz H26. Cependant, contrairement au gaz H2, le TH supprime le système cardiovasculaire. Nous avons émis l'hypothèse que le gaz H2 pourrait améliorer la fonction cérébrale et cardiovasculaire même dans des conditions TH. Domoki et al. ont suggéré que la ventilation H2 augmentait la réactivité cérébrovasculaire à l'hypercapnie après une insulte chez le porcelet22. Dans un modèle d'ischémie cérébrale globale chez le rat, l'inhalation de gaz H2 atténue l'œdème cérébral et la perturbation de la barrière hémato-encéphalique, réduit l'apoptose neuronale et améliore la fonction neurologique23. Les espèces réactives de l'oxygène (ROS) détruisent directement les lipides, les protéines et les acides nucléiques, endommageant les cellules endothéliales vasculaires et la membrane basale24. Une autre étude a rapporté que H2 réduisait la transformation hémorragique dans un modèle de rat ischémique cérébral focal/reperfusion et que la réduction des agents oxydatifs pourrait stimuler la survie des cellules endothéliales, des neurones et des cellules gliales25. Dans la présente étude, nous avons émis l'hypothèse que la réduction des ROS puissants et la diminution consécutive de l'œdème cérébral pourraient avoir été responsables de l'augmentation du CBV et de la baisse de la ScO2. De plus, Hayashida et al. ont rapporté que l'inhalation de gaz H2 peut améliorer la fonction ventriculaire gauche après le retour de la circulation spontanée (ROSC) chez le rat adulte26, et leur résultat montrant un HR inférieur dans le groupe TH + H2 par rapport au groupe TH après ROSC est en accord avec nos résultats.

Cette étude présente certaines limites. Les détails mécanistes de la neuroprotection induite par H2 restent flous mais impliquent probablement l'inhibition des lésions oxydatives et de la neuroinflammation. Cependant, nous n'avons pratiquement aucune information sur le mécanisme sous-jacent à la neuroprotection induite par H2 observée dans cette étude. En conséquence, nous examinerons des biomarqueurs liés à de multiples mécanismes, notamment la suppression des radicaux libres, des enzymes et des réactions excitatrices et inflammatoires, en plus de la protection physique directe des membranes. La lésion HI représente une perturbation biologique complexe qui peut entraîner une défaillance énergétique secondaire et la mort cellulaire par nécrose et/ou apoptose.

En conclusion, nous avons constaté que la ventilation au gaz H2 combinée au TH est associée à un CBV plus élevé et à une ScO2 plus faible après une insulte HI par rapport au TH seul et nous supposons donc que l'augmentation du CBV dans le groupe TH + H2 reflète la capacité du gaz H2 à améliorer la déficience hémodynamique induite par le TH. Cet impact du gaz H2 sur l'hémodynamique cérébrale et le métabolisme de l'oxygène peut fournir une clé pour élucider son mécanisme neuroprotecteur.

Le protocole d'étude a été approuvé par le comité de protection et d'utilisation des animaux de l'Université de Kagawa (15070–1) et a été mené conformément aux directives de la recherche animale : rapports d'expériences in vivo (ARRIVE) et à toutes les autres directives et réglementations applicables.

Vingt-huit porcelets nouveau-nés (Camborough ; Daiwa Chikusan, Kagawa, Japon) dans les 24 h suivant la naissance et pesant de 1,5 à 2,1 kg ont été obtenus pour l'étude et divisés en trois groupes : porcelets insultés par HI traités avec NT (groupe NT, n = 10), porcelets insultés par HI traités avec TH (groupe TH, n = 10) et porcelets insultés par HI traités avec TH et H2 (groupe TH + H2, n = 8). ). Les porcelets de cette étude comprenaient quatre porcelets morts supplémentaires qui avaient été exclus d'une étude précédente12 (groupe NT, n = 2 ; groupe TH, n = 2) et deux porcelets supplémentaires dans le groupe TH + H2.

Les porcelets ont d'abord été anesthésiés avec 1 à 2 % d'isoflurane dans l'air à l'aide d'un masque facial. Chaque porcelet a ensuite été intubé et ventilé mécaniquement à l'aide d'un ventilateur pour nourrisson. La veine et l'artère ombilicales ont été canulées à l'aide d'un cathéter ombilical néonatal pour la perfusion goutte à goutte et la surveillance de la pression artérielle/prélèvement sanguin, respectivement. Après canulation, le bromure de pancuronium a été utilisé à une dose initiale de 0,1 mg/kg, suivi d'une perfusion à 0,1 mg/kg/h pour induire une paralysie. Ensuite, le citrate de fentanyl a été administré à une dose initiale de 10 μg/kg, suivi d'une perfusion à 5 μg/kg/h pour l'anesthésie. Une solution d'entretien d'électrolytes plus 2,7 % de glucose (KN3B ; Otsuka Pharmaceutical Co., Tokyo, Japon) a été perfusée en continu à un débit de 4 mL/kg/h via la veine ombilicale. Des échantillons de sang artériel ont été prélevés tout au long de l'expérience à des moments critiques et lorsque cela était cliniquement indiqué. Chaque porcelet a ensuite été placé sous un réchauffeur radiant pour maintenir une température rectale moyenne (écart-type [ET]) de 39,0 (0,5) °C. Le gaz inspiré a été préparé en mélangeant des gaz d'oxygène et d'azote (N2) pour obtenir les concentrations d'oxygène requises pour l'expérience. La ventilation a été ajustée pour maintenir la tension artérielle en oxygène (PaO2) et la tension artérielle en dioxyde de carbone dans leurs plages normales.

Nous avons utilisé un système portable TRS proche infrarouge à trois longueurs d'onde (TRS-10, 21 ; Hamamatsu Photonics KK, Hamamatsu, Japon) et avons attaché une sonde à la tête de chaque porcelet. Les optodes émettrices et détectrices de lumière ont été positionnées dans la région pariétale à une distance interoptode de 30 mm. Le système TRS de notre institution utilise une technique de comptage de photons uniques corrélée dans le temps pour la détection et a été détaillée ailleurs27,28,29. Les concentrations d'oxyhémoglobine et de désoxyhémoglobine ont été calculées à partir de leurs coefficients d'absorption en utilisant des équations supposant que l'absorption de fond n'est due qu'à 85 % (en volume) d'eau. ScO2 et CBV ont été calculés comme décrit précédemment27,28,29.

L'activité neuronale a été mesurée par électroencéphalographie à amplitude intégrée (aEEG) (Nicolet One ; Cardinal Health, Inc., Dublin, OH). Tous les appareils électriques et le blindage en treillis de cuivre étaient mis à la terre. Le signal était affiché sur une échelle semi-logarithmique à faible vitesse (6 cm/h). Les mesures ont été effectuées toutes les secondes. Des aiguilles d'électrode plaquées or ont été placées aux positions P3 et P4, qui correspondaient aux régions pariétales gauche et droite de la tête. Une amplitude maximale < 5 µV a été définie comme un EEG de faible amplitude (LAEEG).

Étant donné que les détails ont été rapportés dans nos études précédentes30,31, nous ne fournissons ici qu'un bref aperçu du protocole d'insulte HI. L'hypoxie a été induite en réduisant la concentration d'oxygène inspiré du ventilateur à 4 % après au moins 120 min de stabilisation à partir de l'induction anesthésique initiale. Pour obtenir un schéma LAEEG (< 5 µV), la concentration d'oxygène inspiré a été encore réduite si nécessaire, avec des ajustements nécessaires pour éviter un arrêt cardiopulmonaire. Dès le début du LAEEG, l'insulte a été poursuivie pendant 30 min. La FiO2 a été diminuée (diminutions de 1 %) ou augmentée (incréments de 1 %) pendant l'insulte pour maintenir le LAEEG, la fréquence cardiaque (FC) (> 130 battements/min) et la pression artérielle moyenne (MABP) (> 70 % de la ligne de base). LAEEG a été maintenu pendant 20 min. Pendant les 10 dernières minutes de l'insulte de 30 minutes, si la MABP dépassait 70 % de la ligne de base, une hypotension était induite en diminuant la FiO2. La réanimation a été effectuée lorsque la valeur CBV est tombée en dessous de 30 % et/ou la MABP est tombée en dessous de 70 % de la ligne de base. L'hypoxie a été stoppée par une réanimation avec 100% d'oxygène. Le NaHCO3 a été utilisé pour corriger un déficit en bases (excès de bases inférieur à − 5,0 mEq/L) afin de maintenir un pH de 7,3 à 7,5. Après 10 min de FiO2 à 100 %, la fréquence du ventilateur et la FiO2 ont été progressivement réduites pour maintenir une SpO2 de 95 à 98 %. Nous avons mesuré les taux de gaz sanguins, de glucose, de lactate et d'hémoglobine à l'aide d'un analyseur de gaz sanguins (ABL90 FLEX PLUS ; Radiometer Co., Ltd., Copenhague, Danemark).

Après l'insulte HI, les 28 porcelets ont été randomisés en trois groupes : l'insulte HI avec normothermie (groupe NT, n = 10), l'insulte HI avec TH (groupe TH, 33,5 ± 0,5 °C, n = 10) et l'insulte HI avec TH avec ventilation H2 (groupe TH + H2, 2,1–2,7 % H2, n = 8). L'hypothermie du corps entier a été obtenue à l'aide d'une couverture réfrigérante (Medicool; MAC8 Inc., Tokyo, Japon) après réanimation. Les porcelets ont été refroidis à 33,5 ± 0,5 °C pendant 24 h puis réchauffés à 1 °C/h à l'aide d'une couverture. La température rectale a été utilisée comme température corporelle. La température de l'incubateur a été maintenue entre 28 et 32 °C. Pour l'inhalation d'H2, deux types de bouteilles ont été utilisées, l'une contenant un mélange gazeux comprenant 3,8 % H2 et 96,2 % N2, et l'autre 100 % O2, comme dans une précédente étude8. La concentration en H2 dépendait des besoins en oxygène de chaque porcelet. Par conséquent, la concentration de H2 était généralement comprise entre 2,1 et 2,7 (gamme FiO2, 0,21–0,4) pendant le traitement. Le gaz H2 a été délivré par le ventilateur pendant 24 h. La concentration de gaz H2 a été mesurée par un moniteur de gaz portable (TP-70D ; Riken Keiki Co., Ltd., Tokyo, Japon). Après 24 h de traitement, le mélange gazeux H2-N2 a de nouveau été remplacé par un compresseur d'air. Pour les porcelets ayant reçu TH, leur température a été automatiquement contrôlée pour maintenir la température cible (température rectale, 33–34 °C) pendant TH et réchauffée à 1 °C/h par une couverture réfrigérante. L'anesthésie a été arrêtée au début de la période de réchauffement. Pour les porcelets NT, la température rectale a été surveillée en continu pour maintenir une plage normale (38 à 39 ° C) sous le réchauffeur radiant sous anesthésie-ventilation pendant 24 h après l'insulte. L'anesthésie a ensuite été arrêtée et le porcelet a été extubé.

Au jour 5 après l'insulte, le cerveau de chaque animal a été perfusé avec une solution saline à 0,9 % et du paraformaldéhyde tamponné au phosphate à 4 %. Des blocs coronaux de la matière grise, de la matière blanche, de l'hippocampe et du cervelet ont été inclus dans de la paraffine et coupés avec un microtome en sections de 4 μm d'épaisseur. A intervalles réguliers, trois sections de chaque échantillon ont été examinées. Des essais de marquage dUTP (TUNEL) médié par la désoxynucléotidyl transférase terminale ont été effectués avec un kit de détection d'apoptose in situ à la peroxydase ApopTag Plus (ApopTag; EMD Millipore Corp., Burlington, MA) conformément au protocole du fabricant. Les cellules TUNEL (+) ont été comptées dans trois zones de la matière grise corticale - le cortex dorsal (DCx), le cortex sensorimoteur (SMCx) et le cortex médio-temporal (MTCx) - comme indiqué précédemment12.

GraphPad Prism 7.02 (GraphPad Software, La Jolla, CA) a été utilisé pour toutes les analyses statistiques. Toutes les valeurs sont exprimées en moyenne ± SD pour les données physiologiques et gaz du sang et pour la durée de LAEEG après l'insulte dans les groupes TH et TH + H2. Les données physiologiques, les données sur les gaz sanguins, la durée totale du LAEEG et la mesure de la FC, de la MABP, de la CBV et de la ScO2 ont été comparées entre les trois groupes à chaque instant à l'aide d'une analyse de variance (ANOVA) répétée à deux voies suivie de l'analyse post-hoc de Tukey. Pour la comparaison de chaque point de temps avec la valeur de référence, les corrélations entre la durée de LAEEG après l'insulte et la différence CBV après l'insulte HI ont été calculées en utilisant l'analyse de Spearman. Une valeur de p < 0,05 était considérée comme significative.

Les ensembles de données générés pendant et/ou analysés pendant la présente étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Ce travail a été soutenu par JSPS KAKENHI Grant Number JP 16H06276 (AdAMS). Nous tenons à remercier les étudiants en médecine de la Faculté de médecine de l'Université de Kagawa (Kagawa, Japon) qui ont contribué à cette étude.

Département de pédiatrie, Faculté de médecine, Université de Kagawa, Mikicho 1750-1, Kitagun, Takamatsu, Kagawa, 761-0793, Japon

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

Centre de génie médical, Hôpital universitaire de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japon

Tsutomu Mitsuie

Centre périnatal maternel, Faculté de médecine, Université de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japon

Kosuke Koyano et Yukihiko Konishi

Département d'anatomie et de neurobiologie, Faculté de médecine, Université de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japon

Ken-ichi Ohta et Takanori Miki

Centre de formation clinique postdoctorale, Hôpital universitaire de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japon

Saneyuki Yasuda

Département de pathologie et de défense de l'hôte, Faculté de médecine, Université de Kagawa, Takamatsu, Kagawa, Japon

Masaki Ueno

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SN, YN, HY et TK ont participé à la conception initiale de l'étude et ont rédigé le texte principal. SN, KK et SK ont obtenu le soutien financier nécessaire pour ce projet et ont fourni du matériel d'étude. Cette étude a été soutenue financièrement par les numéros de subvention JSPS KAKENHI 19K08253 (SN), 19K08349 (KK), 17K10178 (SK), 22K15923 (YN) et 22K07822 (TK) et l'Association des anciens élèves de la faculté de médecine de l'École de médecine de l'Université de Kagawa Sanjukai Research Aid R1-1 (SN). T.Mitsuie, AM, YK et MA ont effectué les expériences sur les animaux et enregistré les gaz sanguins et les données physiologiques. KO, SY et T.Miki ont contribué à l'analyse des données et effectué l'analyse statistique. Tous les membres ont rédigé l'article et l'ont révisé de manière critique.

Correspondance à Shinji Nakamura.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Nakamura, S., Nakao, Y., Htun, Y. et al. Impact de l'inhalation d'hydrogène gazeux pendant l'hypothermie thérapeutique sur l'hémodynamique cérébrale et l'oxygénation chez le porcelet asphyxié. Sci Rep 13, 1615 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28274-z

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Reçu : 24 octobre 2022

Accepté : 16 janvier 2023

Publié: 28 janvier 2023

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

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