Application of Electroencephalogram, Short Latency Somatosensory Evoked Potential and Transcranial Doppler Ultrasound in the Determination of Brain Death
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摘要:
目的 探究脑电图、短潜伏期体感诱发电位和经颅多普勒超声在脑死亡判定中的价值和应用。 方法 收集昆明市第一人民医院经临床判定为脑死亡的患者31例，对每位患者均进行2次脑电图、短潜伏期体感诱发电位和经颅多普勒超声检测，根据脑死亡确认实验标准将其分为脑死亡阳性组和脑死亡阴性组，比较3种检查方式的敏感性、特异性和准确性。 结果 脑电图的敏感性、特异性和准确性均高于短潜伏期体感诱发电位和经颅多普勒超声检测，其敏感性为100%、特异性为75%和准确性为93.55%。脑死亡组脑电图和短潜伏期体感诱发电位阳性人数显著高于非脑死亡组，差异有统计学意义（P < 0.05）。 结论 ROC曲线分析显示脑电图对诊断脑死亡效果佳。 -
关键词:
- 脑死亡 /
- 脑电图 /
- 短潜伏期体感诱发电位 /
- 经颅多普勒超声
Abstract:Objective To explore the value and application of electroencephalogram, short latency somatosensory evoked potential and transcranial Doppler ultrasound in the determination of brain death. Methods 31 patients with brain death in our hospital were enrolled. Each patient was tested twice by electroencephalogram, short latency somatosensory evoked potential and transcranial Doppler ultrasound. According to the experimental standard of brain death confirmation, they were divided into brain death positive group and brain death negative group. The sensitivity, specificity and accuracy of the three tests were compared. Results The sensitivity, specificity and accuracy of EEG were higher than those of short latency somatosensory evoked potentials and transcranial Doppler, with sensitivity of 100%, specificity of 75% and accuracy of 93.55%. The number of positive EEG and short latency somatosensory evoked potential in brain death group was significantly higher than that in non-brain death group, the difference was statistically significant （P < 0.05）. Conclusion ROC curve analysis showed that electroencephalogram was effective in diagnosing brain death. -
肺栓塞（pulmonary embolism）是一种常见且可能致命的肺血管疾病[1]，寻找新的药物一直是临床研究热点。急性右心衰竭是肺栓塞患者主要死亡原因，右心的炎症因子改变在肺栓塞发病中非常重要，可以作为肺栓塞的发生、发展及预后评估指标[2]。肺栓塞与中性粒细胞趋化因子（cytokine-induced neutrophil chemoattractants，CINC）相关的炎症效应密切相关[3-4]，中性粒细胞相关的炎症在肺栓塞后的多种并发症中发挥作用。灯盏花素广泛用作治疗心血管疾病，具有强大的心血管药理作用。多项药理研究表明，灯盏花素对缺血性疾病及肺外的血栓性疾病具有治疗作用[5-6]。本课题前期研究显示：灯盏花素有抗急性肺栓塞的作用，灯盏花素可以下调肺组织单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemoattractant -1，MCP-1）、白细胞介素-13（interleukins-13，IL-13）基因、蛋白水平发挥肺栓塞保护作用[7]，但灯盏花素对右心的炎症因子影响如何还不得而知。本研究拟通过大鼠肺栓塞模型评估灯盏花对其右心室的保护作用，并通过检测右心室 CINC-1、CINC-2 基因及蛋白表达水平，验证灯盏花对肺栓塞后右心室炎症损伤的保护作用机制。
1. 材料与方法
1.1 药物与试剂
灯盏花素购自广东彼迪药业有限公司（批号：20180101）；医用低分子肝素购自河北常山生化药业股份有限公司（批号：F402180807）；PCR引物设计：Beacon Designer 7.90；引物合成：广州invitrogen Trizol Reagent：Lifetech 15596026； WB 试剂：RIPA 裂解液、BCA 蛋白浓度测定试剂盒、SDS-PAGE 蛋白上样缓冲液（6X）均购自碧云天，内参一抗：β-actin 抗体购自 abcam 生物医药公司，CINC1 抗体批号 ab86436、CINC2 抗体批号 ab220431；检测二抗：山羊抗小鼠（HRP标记）通用型二抗，购自美国 CST公司，批号 cst 7074，7076。
1.2 动物
SD雄性大鼠30只，周龄7～9周，体重250～300 g，购自昆明医科大学，许可证号：SCXK（滇）K2015-0002，标准喂养室 温 20 ℃， 湿度 60%。本研究符合昆明医科大学实验动物伦理委员会所制定的伦理学标准 。
1.3 仪器
上海UNICO全波长分光光度计；Thermo酶标仪；ABI StepOne定量PCR仪；BIO-RAD凝胶成像仪；BIO-RAD垂直电泳槽；BIO-RAD湿式转膜槽；威恒电子天平；其林贝尔静音混合仪。
1.4 方法
1.4.1 制备自体血栓
每组大鼠标记称重并记录，大鼠尾静脉取血 600 μL，立马注入外径 1 mm 导管，37 ℃温箱进行孵育 30 min，放入 -20 ℃冰箱中 1 min，进行血栓凝固，30 min后将导管置入 70 ℃水浴锅 10 min。取出导管并将导管用刀片切成 2 mm长度，显微镊取出血栓，放入装有0.002 L生理盐水离心管中，制备自体静脉血栓。
1.4.2 肺栓塞模型建立及给药处理
（1）SD 大鼠随机分为 5 组（每组６只）：假手术组（Control），模型组（Model），灯盏花素低剂量组（Bre10 g/L），灯盏花素高剂量组（Bre 20 g/L），低分子肝素阳性药组（LMWH 10.250 IU/L），使用小动物生理仪监测大鼠的心率与呼吸次数。（2）造模 用 2% 戊巴比妥钠进行动物麻醉后，所有组均沿颈前正中线做长约 2 cm的切口，钝性分离大鼠右侧的颈总静脉，并用导管将混有自体血栓 20 个栓子的0.002 L生理盐水注入到颈总静脉，缝合切口。假手术组：右侧颈总静脉注射0.002 L生理盐水；模型组及给药各组：右侧颈总静脉注射0.002 L生理盐水+血栓块（20个）。（3）给药处理 经大鼠肺栓塞灯盏花素量效实验确定灯盏花素最佳低、高剂量分别为10 g/L及20 g/L（表1），于建立模型前 2 h，假手术组与模型组腹腔注射0.002 L生理盐水，灯盏花素低剂量、高剂量与低分子肝素阳性药组腹腔分别注射低剂量灯盏花素（10 g/L）、高剂量灯盏花素（20 g/L）及低分子肝素（10.250 IU/L）。血栓输注 24 h 后，再次记录大鼠的心率与呼吸次数，观察大鼠一般情况。打开腹腔切断下腔动静脉放血处死动物，取右下肺组织 HE 染色；右心室组织放入 0.001 L trizol裂解液（-80 ℃保存），后期进行 Q-PCR 及 WB。
表 1 灯盏花素对大鼠肺栓塞影响的量效关系（$\bar x \pm s $ ）Table 1. Dose-effect relationship of breviscapine on pulmonary embolism in rats （$\bar x \pm s $ ）组别 假手术组 模型组 灯盏花素组 大鼠（只） 5 5 5 5 5 灯盏花素剂量（g/L） 0 0 10 20 50 心率（次/min） 358 ± 9 418 ± 27** 390.5 ± 9# 366 ± 15## 434 ± 69 呼吸（次/min） 78 ± 7 89 ± 8* 76.8 ± 9# 79 ± 8# 97 ± 15 应激反应（n） 0 1 0 1 5 中度以上出血（n） 0 0 0 0 2 与假手术组比较，*P < 0.05，**P < 0.01； 与模型组比较，#P < 0.05，##P < 0.01。 1.4.3 HE染色
右下肺组织放入 50 mL 4% 多聚甲醛（常温固定备用），脱水包埋制备切片，经苏木精-伊红染色后于显微镜下观察肺组织的病理变化，普通光学显微镜下观察显色结果并分别在4 倍镜、10 倍镜下拍照。每组６例大鼠 ，每张切片随机选5 个高倍视野。
1.4.4 Q-PCR检测mRNA表达
Q-PCR引物序列如下（ F代表上游引物forward；R代表下游引物reverse），见表2。
表 2 Q-PCR引物序列Table 2. Q-PCR primer sequences序列 基因 产物长度 TATGGAATCCTGTGGCATC β actin-F 87 GTGTTGGCATAGAGGTCTT β actin--R GTCATAGCCACACTCAAG CINC1-F 75 TTGGACAATCTTCTGAACC CINC1-R CTCTCAAGGATGGTCAAG CINC2-F 81 GGCTCTTCAGTAACTTCT CINC2-R 取20 mg大鼠右心室组织，液氮研磨后，提取总RNA，逆转录合成cDNA，反应体积为20 µL，42 ℃ 温育60 min，70 ℃ 加热10 min后终止反应，冰浴冷却，得到逆转录的cDNA第一条链。进行Q-PCR扩增，放入ABI Stepone仪器中。
设置PCR循环反应条件，预变性，变性（95 ℃）15 s，退火及延伸 （60 ℃） 30 s，共40～45循环，对循环产物进行溶解曲线分析，反应结束，收集信息，做Ct值分析。Q-PCR的实验结果采用2-△△Ct法进行分析， > 1，参考公式2-△△Ct==2^-[（Ct实验组目的基因-Ct实验组内参基因）-（Ct对照组目的基因-Ct对照组内参基因）]，得到Ct数据后再与内参作除法比较。
1.5 Western-blot检测蛋白表达
取 -80 ℃ 的肺栓塞大鼠左下肺，每100 mg组织中加入500 μL的RIPA裂解液（含50 μL蛋白酶抑制剂），剪碎组织后，冰浴环境下用超声细胞破碎仪匀浆20 s，冰浴上静置裂解 20 min。4 ℃，12 000 r/min离心10 min，收集上清液，根据BCA试剂盒测定蛋白浓度。10% 的 SDS-聚丙烯酰胺凝胶，每孔加入蛋白样品 50 μg， 进行电泳；然后进行湿转转膜（260 mA 转膜 70 min 至 PVDF 膜上）； 5% 脱脂奶粉室温封闭 2 h；特异性一抗（1∶1 000）封闭 4 ℃ 过夜， TBST 洗膜3次； 二抗IgG-HＲP （1∶5 000） 室温封闭 1 h， TBST 洗膜3次， 每次15 min。将 PVDF 膜置于化学发光成像仪进行成像，采用 Image Lab 分析软件对各组条带的光密度值进行分析。
1.6 统计学处理
研究数据采用SPSS 18.0统计学软件进行分析，计量资料采用均数±标准差（
$\bar x \pm s $ ）表示，两组间比较使用独立样本 t 检验，多组间的比较使用单因素方差分析（One-way ANOVAs），统计结果采用Graphpad Prism 8.0作柱状图，P < 0.05为差异有统计学意义。2. 结果
2.1 大鼠一般状况，生命体征情况
模型组大鼠心率、呼吸次数增快、面色青紫，各组分别给与灯盏花素低、高剂量及低分子肝素后有所改善。心率监测显示：假手术组（356±14）次/min，模型组（428±31）次/min，灯盏花素低剂量组（374±25）次/min，灯盏花素高剂量组（357±19）次/min，低分子肝素组（385±33）次/min。模型组大鼠与与假手术组相比，模型组心率增快有明显统计学意义（t = 5.15，P < 0.01）；灯盏花素低剂量组与模型组比较，心率下降有明显统计学意义（t = 3.30，P < 0.01）；灯盏花素高剂量组与模型组比较，心率下降有明显统计学意义（t = 4.75，P < 0.01）；低分子肝素组与模型组比较，心率下降有明显统计学意义（t = 2.30，P < 0.01） ，见表3，图1。
表 3 灯盏花素对大鼠肺栓塞生命体征影响（$\bar x \pm s $ ）Table 3. The effect of breviscapine on the vital signs of pulmonary embolism in rats （$\bar x \pm s $ ）组别 假手术组 模型组 灯盏花素组 低分子肝素组 大鼠（只） 6 6 6 6 6 药物剂量 0 0 10 g/L 20 g/L 10.250 IU/L 心率（次/min） 356 ± 14 428 ± 31** 374 ± 25# 357 ± 19## 385 ± 33## 呼吸（次/min） 82 ± 9 94 ± 9* 76 ± 37 84 ± 10 83 ± 7# 与假手术组比较，*P < 0.05，**P < 0.01； 与模型组比较，#P < 0.05，##P < 0.01。 
图 1 给药后大鼠心率、呼吸变化与假手术组比较，*P < 0.05， **P < 0.01; 与模型组比较，#P < 0.05， ##P < 0.01。采用 Graphpad Prism 8.0 作柱状图，数据用均数±标准差表示，n = 6。 假手术组（Control），模型组（Model），灯盏花素低剂量组（Bre10 g/L），灯盏花素高剂量组（Bre20 g/L），低分子肝素阳性药组（LMWH 10.250 IU/L）。Figure 1. Changes in heart rate and respiration in rats after administration呼吸监测显示：假手术组呼吸（82±9）次/min，模型组（94±9）次/min，灯盏花素低剂量组（76±37）次/min，灯盏花素高剂量组（84±10）次/min，低分子肝素组（83±7）次/分。模型组大鼠与与假手术组比较，模型组呼吸增快有统计学意义（t = 2.44，P < 0.05）；低分子肝素组与模型组比较，呼吸下降有统计学意义（t = 2.34，P < 0.05），见表3，图1。
2.2 病理学改变
HE染色肺组织病理的变化显示：假手术组肺动脉内干净无血栓，模型组肺小动脉内血管内多发血栓，肺动脉内血管内间质炎症反应明显，肺泡内红色炎症样物质渗出，右心室扩张，可确定肺栓塞模型组大鼠上述指标相比正常组有损伤，造模成功。分别给予高、低剂量灯盏花素后，上述病理改变分别在4倍镜、10倍镜下好转，肺血管内多发血栓减轻、间质炎症反应减轻、肺泡内红色炎症样物质减少，见图2。
图 2 各组大鼠肺组织病理检查a：假手术组（Control）；b：模型组（Model）；ｃ：灯盏花素低剂量组（Bre10 g/L）；ｄ：灯盏花素高剂量组（Bre20 g/L）；ｅ：低分子肝素阳性药组（LMWH 10.250 IU/L）；HE染色。Figure 2. Pathological examination of lung tissue of rats in each group2.3 Q-PCR显示基因水平改变
各组右心室Q-PCR结果：CINC-1的溶解曲线Ct值与内参比值显示假手术组（1.19±0.18），模型组（15.11±2.35），灯盏花素低剂量组（7.40±1.50），灯盏花素高剂量组（2.27±0.45），低分子肝素组（3.20±0.58）。与假手术组比较，模型组比值明显升高，差别具有明显统计学意义（t = 14.46，P < 0.01）；与模型组比较，灯盏花素低剂量组比值明显降低，差别具有明显统计学意义（t = 6.77，P < 0.01）；与模型组比较，灯盏花素高剂量组比值明显降低，差别具有明显统计学意义（t = 13.13，P < 0.01）；与低分子肝素组比较，灯盏花素高剂量组比值明显降低，差异具有统计学意义（t = 3.06， P < 0.05），见图3。
图 3 Q-PCR检测灯盏花素干预肺栓塞大鼠右心室CINC-1、CINC-2基因表达与假手术组比较，**P < 0.01；与模型组比较，##P < 0.01；与低分子肝素组比较，&P < 0.05。采用Graphpad Prism 8.0作柱状图，数据用均数±标准差表示，n = 6。 假手术组（Control），模型组（Model），灯盏花素低剂量组（Bre10 mg/mL），灯盏花素高剂量组（Bre20 mg/mL），低分子肝素阳性药组（LMWH 10.250 IU/L）。Figure 3. Q-PCR detection of right ventricular CINC-1 and CINC-2 gene expression in rats with breviscapine intervention with pulmonary embolism各组右心室Q-PCR结果：CINC-2的溶解曲线Ct值与内参比值显示假手术组1.27±0.26，模型组11.89±1.82，灯盏花素低剂量组6.12±1.11， 灯盏花素高剂量组2.63±0.94，低分子肝素组3.41±0.92。与假手术组比较，模型组比值明显升高，差别具有明显统计学意义（t = 14.14，P < 0.01）；与模型组比较，灯盏花素低剂量组比值明显降低，差别具有明显统计学意义（t = 6.62，P < 0.01）；与模型组比较，灯盏花素高剂量组比值明显降低，差别具有明显统计学意义（t = 11.06，P < 0.01）；与低分子肝素组比较，灯盏花素高剂量组比值没有统计学意义（t = 1.45，P > 0.05），见图3。
2.4 Western-blot显示蛋白表达水平改变
各组右心室CINC-1的Western-blot结果：CINC-1蛋白表达水平与内参比值显示假手术组（0.393±0.168），模型组（0.879±0.132），灯盏花素低剂量组（0.616±0.145），灯盏花素高剂量组0.411±0.74，低分子肝素组0.576±0.138。与假手术组比较，模型组比值明显升高，差别具有明显统计学意义（t = 5.57，P < 0.01）；与模型组比较，灯盏花素低剂量组比值明显降低，差别具有明显统计学意义（t = 3.29， P < 0.01）；与模型组比较，灯盏花素高剂量组比值明显降低，差别具有明显统计学意义（t = 7.58，P < 0.01）；与低分子肝素组比较，灯盏花素高剂量组比值明显降低，差别具有统计学意义（t = 2.58， P < 0.05），见图4，图5。
图 4 WB检测肺栓塞大鼠右心室CINC-1、CINC-2蛋白表达Figure 4. The protein expression of CINC-1 and CINC-2 in the right ventricle of rats with pulmonary embolism detected by WB
图 5 WB检测灯盏花素干预肺栓塞大鼠右心室CINC-1、CINC-2蛋白表达与假手术组比较，**P < 0.01；与模型组比较，##P < 0.01；与低分子肝素组比较，&P < 0.05。采用Graphpad Prism 8.0作柱状图，数据用均数±标准差表示，n = 6。 假手术组（Control），模型组（Model），灯盏花素低剂量组（Bre10 g/L），灯盏花素高剂量组（Bre20 g/L），低分子肝素阳性药组（LMWH 10.250 IU/L）。Figure 5. WB detection of right ventricular CINC-1 and CINC-2 protein expression in rats with breviscapine intervention with pulmonary embolism各组右心室 CINC-2 的 Western-blot 结果：CINC-2 蛋白表达水平与内参比值显示假手术组 0.462±0.229，模型组 0.934±0.250，灯盏花素低剂量组0.730±0.220，灯盏花素高剂量组 0.506±0.171，低分子肝素组 0.677±0.199。与假手术组比较，模型组比值明显升高，差别具有明显统计学意义（t = 3.41，P < 0.01）；与模型组比较，灯盏花素高剂量组比值明显降低，差别具有明显统计学意义（t = 3.47，P < 0.01）；与模型组比较，灯盏花素低剂量组比值差别无统计学意义（t = 1.50，P > 0.05）；与低分子肝素组比较，灯盏花素高剂量组比值差别无统计学意义（t = 1.60，P > 0.05），见图4，图5。
3. 讨论
随着各地诊断水平的提高，肺栓塞被越来越多的重视，每年的肺栓塞确诊病例不断增加。在美国，每年诊治超过 600 000例 急性肺栓塞病例，肺栓塞是急诊科的常见疾病[8]。来自发达国家的一项十年的研究显示：肺栓塞和深静脉血栓的在癌症患者中高发，而且发生肺栓塞后死亡风险极高[9]。肺栓塞危害极大，常常引起急性右心衰竭、呼吸衰竭、呼吸困难、胸痛甚至猝死等严重并发症。基于western-blot 和蛋白组学的研究，肺栓塞导致肺动脉高压和肺部损伤，激活炎症系统，导致肺部、右心多种炎症微蛋白表达差异，炎症因子可以作为肺栓塞很好的评估指标。肺栓塞的治疗一直是临床棘手的问题，主要的治疗方案包括抗凝和溶栓药物治疗，但是核心的抗凝药物肝素可能诱导血小板减少症、致命性出血、截肢，急性心肌梗塞和中风等致命的并发症[10]，而溶栓治疗大规模 meta 分析甚至显示其导致的主要器官出血率高达 6%，颅内出血率高达 2%[11]。新的治疗肺栓塞的药物开发很有必要。
CINC 系列因子包括中 CINC-1、CINC-2（α、β）等，在嗜中性粒细胞浸润的炎症中扮演重要角色[12]。Watts等[13]报道肺栓塞使中性粒细胞右心导致功能障碍，CINC-1、CINC-2 的巨噬细胞聚集在右心衰肌细胞损伤的心脏地区，电子显微镜显示肌细胞坏死和炎症细胞的吞噬作用，CINC 系列炎症因子可以作为肺栓塞评估指标。本研究显示：肺栓塞模型组大鼠心率、呼吸有增快，差别具有统计学意义，病理示大鼠肺组织内见动脉血栓、右心室扩张，提示肺栓塞可以导致右心衰，诱发大鼠生命体征恶化。Q-PCR、WB 显示模型组大鼠右心室心肌 CINC1及CINC-2 基因、蛋白水平明显升高，结果有明显统计学差异（P < 0.01），可能的机制为急性肺栓塞广泛堵塞下游肺血管床，诱发肺动脉高压及急性右心衰相关炎症反应，而急性右心衰继发右心室明显增大、扩张、炎症反应，增加了炎症因子 CINC-1及 CINC-2 水平。
灯盏花素对缺血性疾病及肺外的血栓性疾病具有治疗作用。也有较强的抗炎效应。灯盏花素还有有抗急性肺栓塞的作用，HU等在大鼠急性肺栓塞模型中证实了灯盏花素对肺栓塞动物动脉血气的氧分压、二氧化碳分压水平异常具有改善作用，但具体机制及药物作用的靶点未明确[14]。本课题前期研究显示灯盏花素有肺内抗肺栓塞作用[7]，但对肺栓塞继发右心损伤的炎症机制未知。本研究显示灯盏花素高、低剂量组及低分子肝素组均能改善肺栓塞大鼠心率、呼吸次数及显著下调明显升高的 CINC-1 及 CINC-2 基因和蛋白水平，提示灯盏花素具有改善肺栓塞后大鼠心率及呼吸增快的效应，CINC-1及 CINC-2 可能作为灯盏花素发挥抗肺栓塞炎症作用的新靶点。另外，在大鼠右心 CINC-1 基因和蛋白表达水平上，灯盏花素高剂量组优于阳性药低分子肝素组和灯盏花素低剂量组，灯盏花素具有剂量相关性。这一结果证实了灯盏花素在肺栓塞大鼠模型中具有改善右心室中性粒细胞驱化因子的作用可能优于低分子肝素。
灯盏花素可以下调急性肺栓塞大鼠右心室 CINC-1、CINC-2 的基因和蛋白表达水平，可能发挥抗肺栓塞炎症的作用。
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表 1 3种检测方法对脑死亡的诊断价值比较（%）
Table 1. Comparison of the diagnostic value of three testing methods for brain death （%）
项目 敏感性 特异性 准确性 EEG 100.00 75.00 93.55 SLSEP 95.65 50.00 83.87 TCD 86.96 12.50 67.74 
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表 2 3种检测结果的比较[n（%）]
Table 2. Comparison of the results of the three tests [n（%）]
检查方式 脑死亡阳性组（n = 23） 脑死亡阴性组（n = 8） 合计 χ2 P EEG 21.390 < 0.001* 阳性 23（100） 2（25） 25 阴性 0（0） 6（75） 6 SLSPE 9.144 0.002* 阳性 22（95.65） 4（50） 26 阴性 1（4.35） 4（50） 5 TCD 0.002 0.968 阳性 20（86.96） 7（87.5） 27 阴性 3（13.04） 1（12.5） 4 *P < 0.05。
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