氢气与低体温管理联合治疗院外心脏骤停：HYBRID II试验后分析中氢气对脑缺血后神经学结局影响的有效性

Tamura, Tomoyoshi MD1,2; Narumiya, Hiromichi MD3; Homma, Koichiro MD1,2; Suzuki, Masaru MD4;  Efficacy of Inhaled Hydrogen on Neurologic Outcome Following Brain Ischemia During PostCardiac Arrest Care (HYBRID II) Study Group. Combination of Hydrogen Inhalation and Hypothermic Temperature Control After Out-of-Hospital Cardiac Arrest: A Post hoc Analysis of the Efficacy of Inhaled Hydrogen on Neurologic Outcome Following Brain Ischemia During PostCardiac Arrest Care II Trial. Critical Care Medicine ():10.1097/CCM.0000000000006395, August 12, 2024.

作者：Tamura, Tomoyoshi MD1,2; Narumiya, Hiromichi MD3; Homma, Koichiro MD1,2; Suzuki, Masaru MD4; HYBRID II研究组

本文发表在《重症监护医学》杂志，是日本氢医学研究中最严格最重要的临床试验项目，从2017年开始，2021年受疫情影响提前中断，虽然研究规模没有达到预期数300多人的计划，但仍然获得了明确有效的结论。从这个意义上说，氢气的有效作用远远超过预期。研究从神经功能改善，患者生存率等方面都显示出氢气的作用。更值得重视的是，氢气吸入浓度仅仅2%，氢气吸入时间只有区区18小时。

摘要

目的：HYBRID II试验（jRCTs031180352）表明，氢气吸入可能减少心脏骤停后的脑损伤（PCABI）。然而，低温目标体温管理（TTM）和氢气吸入联合治疗的结果尚不清楚。本研究旨在探讨氢气吸入与低温TTM联合治疗在院外心脏骤停（OHCA）后的疗效。

设计：多中心随机对照试验的事后分析。

设置：十五个日本ICU。

患者：参加HYBRID II试验的心源性OHCA患者。

干预措施：氢气混合氧气（氢气组）与单独氧气（对照组）。

测量结果和主要结果：

根据机构协议，TTM的目标温度设定为32-34°C（TTM32–TTM34）或35-36°C（TTM35–TTM36）。使用广义估计方程分析了氢气+ TTM32–TTM34与90天良好神经学结局之间的关联。比较了在TTM32–TTM34和TTM35–TTM36下，氢气组和对照组的90天生存率。分析包括72名有结果数据的患者（氢气组[n=39]和对照组[n=33]）。TTM32–TTM34分别在氢气组和对照组的25名（64%）和24名（73%）患者中实施（p=0.46）。在TTM32–TTM34下，氢气组和对照组分别有17名（68%）和9名（38%）患者实现了良好的神经学结局（相对风险：1.81 [95% CI, 1.05–3.66], p<0.05）。氢气+ TTM32–TTM34与良好的神经学结局独立相关（调整后的优势比为16.10 [95% CI, 1.88–138.17], p=0.01）。然而，与仅TTM32–TTM34相比，氢气+ TTM32–TTM34并没有改善生存率（调整后的风险比为0.22 [95% CI, 0.05–1.06], p=0.06）。

结论：与仅使用TTM32–TTM34相比，氢气+ TTM32–TTM34与心源性OHCA后的神经学结局改善有关。氢气吸入是减少PCABI的一个有前景的治疗选择，当与TTM32–TTM34联合使用时。

本研究关键点

问题：目标体温管理（TTM）和氢气吸入的联合是否与心源性院外心脏骤停（OHCA）后改善的结局有关？

发现：在这项随机对照试验的事后分析中，与仅使用TTM32–TTM34相比，氢气吸入与32至34°C的TTM（TTM32–TTM34）联合治疗与90天神经学完好存活率提高有关。在TTM35–TTM36下，氢气吸入并未改善结局。

研究意义：氢气吸入与TTM32–TTM34的联合治疗与心源性OHCA后改善的结局有关。

正文

在美国、欧洲、亚洲和大洋洲，院外心脏骤停（OHCA）的年发病率约为每10万人中的40-100人。尽管在心脏骤停（CA）患者的院前和重症护理方面取得了进展，但OHCA的医院出院生存率和30天生存率仅为5%至16%。心脏骤停后的脑损伤（PCABI）是CA幸存者中死亡和残疾的主要原因。

目前应用于自主循环恢复（ROSC）后的神经保护疗法仅限于支持性干预和目标体温管理（TTM）。考虑到CA后当前院内复苏护理的不满意结果，迫切需要一种新的针对PCABI的神经保护干预措施。正文

氢气是一种温和的抗氧化剂，它能选择性地减少细胞毒性羟基自由基。氢气具有抗氧化、抗炎和抗凋亡的特性，并可减轻缺血再灌注损伤。我们之前报告过，在心脏骤停（CA）的实验模型中，吸入氢气改善了神经功能和存活率，其中在常温目标体温管理（TTM35–TTM36）和低温TTM（TTM32–TTM34）下单独吸入2%氢气产生了相似的神经保护效果。此外，氢气吸入与TTM32–TTM34的结合在改善神经功能和存活率方面显示出协同效应。最近的一项随机试验，即心脏骤停后脑缺血期间吸入氢气对神经学结局的影响（HYBRID II试验），评估了氢气吸入在改善OHCA后神经学结局的效果。该研究未完成，主要终点未达到统计学意义。然而，次要结果表明氢气可能增加OHCA后的神经完整存活率。在HYBRID II试验中，温度控制在32至36°C之间，但目标温度没有随机选择，而是按照机构协议确定。因此，目标体温和氢气吸入联合治疗对结果的影响仍然不清楚。我们假设，与单独使用TTM32–TTM34相比，氢气吸入与TTM32–TTM34的联合治疗（氢气+ TTM32–TTM34）在改善OHCA后的结果方面具有协同效应。近期的随机试验对CA后的温度控制提出了许多问题，包括最佳目标温度。考虑到复苏后CA患者的大量异质性，TTM32–TTM34可能在一些亚群体中提供更好的神经保护（11,12）。此外，基于临床前观察，单独使用TTM32–TTM34的神经保护可能不是最优的，而氢气+ TTM32–TTM34可能会提供额外的神经保护（7）。为了验证我们的假设，我们对HYBRID II试验数据进行了二次分析，并评估了氢气+ TTM32–TTM34在OHCA后对结果的影响。

研究方法这项研究是对HYBRID II试验（在日本医疗信息网络注册号UMIN000019820和日本临床试验注册中心jRCTs031180352）的事后分析，这是一项于2017年2月1日至2021年9月30日在日本15个机构进行的多中心双盲试验，随机分配了73名患者进行90天随访（8）。HYBRID II试验得到了庆应大学认证机构审查委员会的批准（HYBRID II；批准日期：2015年11月17日），并遵循了1975年赫尔辛基宣言。根据HYBRID II试验协议（13），患者被随机分配到氢气组（39名患者吸入2%氢气混合氧气）和对照组（34名患者仅吸入氧气）（图S1）。本研究按照加强流行病学观察性研究报告指南（14）进行。患者HYBRID II试验包括了心源性OHCA后的昏迷成人患者。主要排除标准是已知的严重神经胶质损伤需要日常生活辅助、与创伤相关的OHCA以及吸入50%氧气时氧饱和度低于94%（8）。在当前分析中，包括了HYBRID II试验中的72名参与者，排除了一个缺乏结果数据的撤回患者。气体吸入方法干预措施是在ICU入院后18小时内吸入盲法研究气体（图S1）。氢气组吸入2%氢气与调节氧气，对照组吸入调节氧气。在干预期间，使用研究气体吸入系统（图S2A, https://links.lww.com/CCM/H572）以强制性容量控制通气机械通气患者。治疗医生从预定义的呼吸机和研究气流速率组合列表中选择最佳通气设置（图S2D）以达到以下通气目标：外周氧饱和度大于等于94%或动脉氧分压和二氧化碳分压分别为85–150托和35–45托。呼气末正压不受限。当需要超过50%的氧气浓度来维持通气目标时，停止试验气体吸入。完成研究干预后，患者与研究气体吸入系统断开连接，并连接到ICU呼吸机进行定制通气，包括压力控制通气。

附图 S1.HYBRIDII试验方案的示意图概述。在重症监护病房（ICU）入院后，患者被随机分为氢气组（H2）或对照组，比例为1：1。气瓶标签在致盲时用布盖紧密密封。使用前后由机构和工厂人员检查，确定是否保持致盲。分配表由分配经理保密，直到密钥打开为止。研究干预措施为在ICU入院后吸入研究气体18 h。所有患者均使用温度反馈装置控制温度（见TTM部分）。主要结果是良好的神经系统结果，脑表现类别（CPC）为1或2个，随机分组后90天的生存率。ROSC：自发循环。

TTM协议

在HYBRID II试验中，所有患者都接受了目标体温管理（TTM）治疗，并遵守了指南。根据机构协议选择了32至36°C之间的目标温度。使用表面或血管内温度反馈设备尽快达到目标温度，最好是在自主循环恢复（ROSC）后8小时内。目标温度维持了24小时，然后在48小时内被动升温至36°C。对于接受36°C治疗的患者，ROSC后将温度维持在36°C达72小时。治疗性轻度低温通常被定义为目标温度低于35°C。因此，我们将TTM32–TTM34和TTM35–TTM36分别定义为目标温度低于35°C和35–36°C。

神经学结局

两名获得认证的神经学家，对分组情况不知情，评估了心脏骤停（CA）后90天的神经学结局。良好的神经学结局被定义为脑功能分类评分为1或2（详见补充方法）。

结果测量

主要结果是CA后90天的良好神经学结局，次要结果是CA后存活至90天。

统计分析

描述性统计以均值±标准差、中位数与四分位距或数字与百分比表示。使用Fisher精确检验和带有Tukey多重比较的方差分析测试比较两组和四组间的频率。进行了多变量逻辑回归分析，使用广义估计方程进行调整，以调整患者特征（年龄和性别）、CA和复苏信息（目击状态、旁观者心肺复苏实施、初始可电击节律、CA持续时间以及从ROSC开始到气体吸入开始的时间），并考虑机构内的聚集效应。Log-rank测试和Cox比例风险回归分析比较了两组间的存活率。上述患者人口统计学、CA特征和复苏信息在Cox比例风险模型中进行了调整。敏感性分析的方法见补充材料。所有分析均作为双侧测试进行，统计学显著性设定为p < 0.05。所有统计分析均使用SPSS（IBM Statistics, 版本29.0; IBM Corp., Armonk, NY）进行。

结果

在氢气组和对照组中，分别有25名（64%）和24名（73%）患者实施了TTM32–TTM34（p = 0.46；图1A）。在参与的15个机构中，有11个（73%）机构在该试验期间将TTM32–TTM34作为机构协议中的默认设置（图1B）。此外，在TTM32–TTM34下治疗的患者中，34°C是被选择最多的目标温度（47名患者[96%]；图S3）。因此，尽管TTM35–TTM36迅速普及，但在本试验中相对较少的患者（23名[32%]患者）在部分机构（4家[27%]机构）下接受了TTM35–TTM36治疗。此外，每组在选择表面或血管内设备时未发现偏差（表S1）。

图1. 目标温度的选择。A，在氢气（H2）和对照气体（CTL）组中，主要选择了32°C和34°C的目标体温管理（TTM32–TTM34）。在H2组和CTL组中，选择TTM32–TTM34和目标温度在35至36°C之间的TTM（TTM35–36）的比例相似（p = 0.46）。B，显示了在各个机构中，H2组和CTL组中分别接受TTM32–TTM34或TTM35–TTM36治疗的患者数量。大多数机构将TTM32–TTM34作为机构协议中的默认设置。

各组患者的特征是平衡的（表S2）。然而，与其它组相比，对照气体组中接受TTM35–TTM36治疗的目击性心脏骤停和旁观者心肺复苏实施案例相对较少。此外，在接受对照气体+ TTM32–TTM34治疗的患者中，乳酸水平和序贯器官衰竭评估评分在吸入气体前较其它组高。尽管如此，儿茶酚胺指数、血流动力学参数和动脉血气分析结果表明，对照气体+ TTM32–TTM34组的患者仅需要最小剂量的儿茶酚胺，并保持稳定的血流动力学。从ROSC到达到目标温度的时间，在TTM35–TTM36治疗的患者中比TTM32–TTM34治疗的患者中倾向于更长（表S2）。多变量方法考虑了治疗组之间这些轻微不平衡的特征。

昏迷后的心脏骤停患者处于危急状态，无论采取何种干预措施，他们都面临着发生不良事件（AE），包括死亡的风险。由于没有针对心脏骤停临床试验的AE或严重AE的标准定义，我们根据常见术语标准4.0版为AE定义了一个可验证的测量标准（见补充方法和表S3-S5）。尽管在参与的患者中观察到了几起AE，但在氢气组和对照组中，无论是TTM32–TTM34还是TTM35–TTM36下，AE的发生率没有显著差异（表1；以及表S6-S9）。

在TTM32–TTM34下，氢气组和对照组中分别有17名（68%）和9名（38%）患者在90天时达到了良好的神经学结局（相对风险：1.81 [95% CI, 1.05–3.66]，p < 0.05；图2A）。相比之下，在TTM35–TTM36下，氢气组和对照组中分别有5名（36%）和4名（44%）患者达到了良好的神经学结局（相对风险：0.80 [95% CI, 0.30–2.27]，p > 0.99）（图2B）。由于HYBRID II试验中目标温度的选择不是随机的，我们试图分析氢气+ TTM32–TTM34是否与良好的神经学结局相关。使用广义估计方程模型进行的调整分析显示，氢气和TTM32–TTM34的组合与90天时良好神经学结局的更高比率相关（调整后的OR 16.10 [95% CI, 1.88–138.17]，p = 0.01；表2）。使用多变量逻辑回归分析进行的敏感性分析表明，氢气+ TTM32–TTM34的组合与90天时良好的神经学结局独立相关（表S10, https://links.lww.com/CCM/H572）。

表2. - 氢气+目标体温管理32-目标体温管理34与90天时良好的神经学结局相关

图2.氢气（H2）吸入与目标体温管理（TTM）32–TTM34的联合治疗与改善90天神经学结局相关。良好的和不良的神经学结局分别被定义为随机化后90天时的脑功能分类（CPC）为1或2和3–5。A，显示了在TTM32–TTM34下，每种气体治疗达到良好或不良神经学结局的患者数量。在TTM32–TTM34下，与对照气体吸入相比，H2吸入显著增加了达到良好神经学结局的患者比例（p < 0.05）。B，显示了在TTM35–TTM36下，每种气体治疗达到良好或不良神经学结局的患者数量。在TTM35–TTM36下，H2吸入并未改善神经学结局（p = 0.99）。良好和不良分别表示良好的和不良的神经学结局。CTL = 对照气体，neuro = 神经学结局。

随后，我们评估了目标温度选择和氢气吸入对存活的影响。在TTM32–TTM34下，随机化后90天内生存的患者数量在氢气组和对照组中分别为22名（88%）和13名（54%）（相对风险：0.62 [95% CI, 0.39–0.88]，p = 0.01）。Kaplan-Meier估计显示，与单独TTM32–TTM34相比，氢气+ TTM32–TTM34提高了随机化后直到90天的生存概率（p = 0.01；图3A）。Cox比例风险回归分析显示，氢气+ TTM32–TTM34的组合呈现较低的调整后风险比趋势（调整后风险比：0.22 [95% CI, 0.05–1.06]，p = 0.06）（表S11）。相反，在TTM35–TTM36下，随机化后90天内生存的患者数量在氢气组和对照组中分别为11名（79%）和7名（78%）（p > 0.99）。Kaplan-Meier估计显示，氢气+ TTM35–36没有显著提高直到90天的生存概率（p = 0.93）（图3B）。

图3. 氢气（H2）吸入与目标体温管理（TTM）32–TTM34的联合治疗与90天生存率提高相关。Kaplan-Meier估计展示了在TTM32–TTM34（A）和TTM35–TTM36（B）下氢气（H2）和对照气体（CTL）的生存概率。事件定义为死亡，数据在每位患者研究期的结束时被截尾，即在90天时。

讨论

在HYBRID II试验中，无论分配到哪种气体，TTM32–TTM34都是主要选择的目标温度。尽管此试验中没有随机选择目标温度，但在两个治疗组中都同样选择了TTM32–TTM34。氢气+ TTM32–TTM34与随机化后90天的良好神经学结局相关。在考虑了患者、复苏和机构间异质性后，氢气+ TTM32–TTM34独立与良好神经学结局相关。相反，在TTM35–TTM36下，氢气吸入未显示出神经保护或生存益处。

许多出版物报告了吸入氢气在从临床前模型到COVID-19患者的疾病治疗和预防中的有效性，没有发现任何氢气使用的不良效应。我们也发现在心脏骤停后的患者中，与氢气吸入相关的任何AE都没有增加。同样，在当前分析中，没有发现与氢气+ TTM32–TTM34相关的特定AE（表1）。与氢气吸入相关的严重AE包括窒息和爆炸。氢气是一种在环境温度和压力下在4%至75%浓度之间易燃的气体。为了消除我们氢气吸入系统中的爆炸风险，我们使用了低于最低可燃阈值4%的氢气在氮气中预稀释。

吸入氢气在各种动物模型中减轻了肺损伤，如出血性休克、呼吸机引起的肺损伤和辐射引起的肺损伤。然而，氢气+ TTM32–TTM34并未与改善氧合相关。该研究排除了严重呼吸窘迫的患者；因此，在严重低氧血症的心脏骤停后患者中吸入氢气的安全性尚未确定。同样，氢气对OHCA后的血流动力学参数没有影响。这一发现与心脏骤停的临床前模型结果一致。值得注意的是，临床前模型的研究建议，吸入氢气可能具有双向血流动力学效应。例如，氢气吸入通过增强副交感神经活动显示出抗高血压效果，并通过减弱高渗透性产生加压效果。因此，吸入氢气可能通过不同机制发挥血流动力学效应，但当前证据表明，氢气吸入不影响心脏骤停后的急性血流动力学。

TTM32–TTM34被认为通过减少大脑氧气消耗和多因素化学及物理机制发挥神经保护作用。然而，最近的大型临床试验结果表明，对于心脏骤停后选定的患者群体，TTM35–36甚至预防发热提供了与TTM32–TTM34相似的神经保护。尽管如此，单一目标温度是否适合所有患者仍不清楚。推测遭受中等至重度PCABI的患者可能需要TTM32–TTM34。因此，当前专家意见认为，一些PCABI患者群体可能受益于33至36°C之间的温度控制。我们的结果显示，氢气+ TTM35–TTM36与对照气体+ TTM32–TTM34之间的神经学结局相似，表明单独使用氢气或TTM32–TTM34可能没有提供足够的神经保护来改善结局。相反，氢气+ TTM32–TTM34的组合发挥了叠加的神经保护效应，并与改善的结局相关。尽管是一项初步研究，我们的结果可能解释了在不考虑目标温度的情况下分析时的统计不显著性。这让人想起我们在心脏骤停大鼠模型中的先前结果，其中单独的TTM32–TTM34和氢气+ TTM35–36发挥了相似的神经保护作用。值得注意的是，在这个心脏骤停实验模型中，氢气吸入减弱了白细胞介素-6的增加，而单独的TTM32–TTM34则没有明显效果，同时氢气+ TTM32–TTM34的组合进一步提供了改善神经功能和生存的协同效应。

氢气最初被引入作为细胞毒性氧化剂的选择性清除剂。然而，氧化应激高峰是在再灌注后几分钟之后，在HYBRID II试验中，氢气吸入明显是其后数小时才开始的。这表明氢气通过不同的机制减轻了PCABI。氢气在心脏骤停后如何减轻神经损伤的确切机制尚未完全阐明。短暂的细胞缺血-再灌注损伤导致炎症途径的激活和下游免疫反应的激活。越来越多证据表明，免疫介导的细胞损伤是心脏骤停后的一个关键因素。作为氢气潜在目标的免疫细胞及其反应值得研究。氢气在心脏骤停后神经保护的另一个作用可能涉及对铁死亡的抑制。铁死亡是一种由于铁积累和脂质过氧化导致的细胞死亡形式。氢气替换氧化卟啉的羟基形成氢化物Fe3+-卟啉。这种氢化物作为烷基自由基的清除剂，抑制了脂质过氧化的链反应和随后的铁死亡。铁死亡的延迟发作可以解释为什么延迟的氢气吸入提供神经保护。最近的一项研究报告说，氢气吸入减轻了蛛网膜下腔出血后的神经元铁死亡并抑制了神经炎症。

TTM32–TTM34与氢气 + TTM32–TTM34之间的直接比较显示，氢气 + TTM32–TTM34显示出较高的脑血容量和较低的脑血红蛋白氧饱和度。较低的脑血红蛋白氧饱和度水平表明大脑中的氧气需求或消耗较高，暗示神经活动得到改善。我们没有直接测量患者的脑血流或脑氧代谢率；然而，这些临床前结果暗示，添加氢气减轻了与TTM32–TTM34相关的心血管系统的有害抑制，并改善了脑微循环和氧气利用。据报道，氢气通过维持线粒体结构和功能来改善氧气利用。

此外，低温延迟了外周血单核细胞中炎症细胞因子产生的峰值。因此，TTM32–TTM34可能在启动氢气吸入的延迟方面具有较少的缺点，部分原因是通过减弱炎症反应。基于这些事实，我们推测氢气和TTM32–TTM34相互抵消了缺点，实现了更好的神经保护效果。

我们的发现与之前研究一致，显示药物和TTM32–TTM34之间有协同效应。此外，最近提出了多药混合疗法，通过同时针对多个途径来减轻PCABI。这一概念与我们的结果相符，并强调了对抗PCABI的多方面方法的重要性。氢气吸入很容易地与其他神经保护鸡尾酒疗法和TTM结合使用。

两组吸入对照气体的患者人口统计学特征平衡（表1），并且获得良好神经学结局的患者比例相似（图2，A和B）。因此，这两组之间生存差异的原因不清楚（图3，A和B）。因为在这个试验中每个机构大多只选择一个目标温度，所以我们无法分析机构内温度对结果的比较。未来开展氢气和目标温度的双因素随机设计将解决这一点。

这项研究的一个意外发现是，TTM35–TTM36组达到目标温度的时间比TTM32–TTM34组长。这可能是因为与TTM32–TTM34组相比，由于体温和目标温度之间的差异较小，设备的冷却努力可能相对较轻，导致在36.1到36.5°C之间温度波动的时间更长。

我们承认这项研究的几项局限性。首先，因为这是一次样本量小的事后分析，结果必须谨慎解读。尽管在各种调整混杂因素后结果统计学上是稳健的，但未来涉及选择目标温度的研究将证实我们的结果。其次，尚不清楚氢气 + TTM32–TTM34如何有助于改善结局。后续对氧化应激标志物和细胞因子的分析可能会支持当前的发现。第三，两个目标温度没有明确的分隔。这是因为研究当时的指南建议选择32到36°C之间的目标温度。考虑目标温度的未来研究将证实我们的结果。尽管存在这些局限性，氢气具有几个独特的特点，使其在紧急和危重病医学领域中很有前景。首先，吸入的氢气从肺部通过血液扩散到包括大脑在内的细胞器中。其次，氢气浓度在吸入开始后几分钟内饱和。第三，氢气在低至1% v/v的浓度下介导效应。第四，氢气没有明显的不良效应。解决上述局限性的未来研究将证实我们的分析结果。

结论

在HYBRID II试验中，氢气 + TTM32–TTM34与心脏源性OHCA后神经学完好存活率增加相关。然而，与单独的TTM35–TTM36相比，氢气 + TTM35–TTM36并没有显著改善神经学结果或存活率。氢气吸入是多方面方法中的一个有希望的治疗选项，包括TTM32–TTM34以减轻PCABI。

科学网—氢气可以提高心脏骤停复苏后生存率