中风治疗临床研究2017年文献

氢气治疗脑缺血临床试验报告

背景：氢分子（H2）作为一种治疗性抗氧化剂。在多个动物实验中，吸入1-4%的氢气对改善脑梗塞有效。因此，为了实际应用，需要一项随机对照临床研究来评估吸入氢气的效果。在这里，我们评估了H2治疗对急性脑梗塞的影响。

方法：通过这项随机对照临床研究，我们评估了H2治疗在急性期轻度至中度严重程度的国家卫生研究院卒中量表（NIHSS）评分（NIHSS=2-6）的脑梗塞患者中的安全和有效性。我们招募了50名患者（H2组和对照组各25人），治疗时间窗口为6到24小时。H2组吸入3% 氢气（每天两次，每次1小时），对照组接受常规静脉药物治疗前7天。评估包括每日生命体征、NIHSS评分、运动功能指标、每周血液化学检查和为期2周的研究期间的大脑磁共振成像（MRI）扫描。

结果：H2组没有显示出显著的不良反应，并且氧饱和度有所提高。发现了以下显著效果：MRI的相对信号强度表明了梗塞部位的严重程度、临床上量化卒中严重程度的NIHSS评分以及根据巴塞尔指数判断的运动功能评估。

结论：H2治疗在急性脑梗塞患者中是安全且有效的。这些结果表明了氢气广泛和普遍应用的潜力。

Ono H, Nishijima Y, Ohta S, Sakamoto M, Kinone K, Horikosi T, Tamaki M, Takeshita H, Futatuki T, Ohishi W, Ishiguro T, Okamoto S, Ishii S, Takanami H. Hydrogen Gas Inhalation Treatment in Acute Cerebral Infarction: A Randomized Controlled Clinical Study on Safety and Neuroprotection. J Stroke Cerebrovasc Dis. 2017 Nov;26(11):2587-2594.

一、引言

分子氢（H2）作为一种治疗性抗氧化剂，在大鼠模型中，吸入1-4%的氢气对改善脑梗塞非常有效。在正常氧气复苏期间吸入氢气被证明可以改善心脏骤停大鼠模型的神经学结果。除了广泛的动物实验外，还报道了超过20项临床研究检验H2的有效性，包括双盲初步临床试验。此外，对急性脑缺血或心脏骤停后的患者进行了氢气吸入的安全性检查。因此，需要一项随机对照临床研究来评估这种治疗的整体益处。

在此我们进行了一项随机对照临床研究，调查氢气治疗在急性脑梗塞患者和轻度至中度严重程度的国家卫生研究院卒中量表（NIHSS）评分（NIHSS=2-6）患者中的安全和有效性。在这项研究中，我们旨在通过更广泛的安全检查和对临床条件进行更客观的评价来评估氢气吸入的临床价值。我们的目标还包括加速可能的发展，将氢气疗法发展为实际治疗的新工具。

二、材料和方法

研究设计和参与者

对于这项随机对照研究，我们招募了50名急性脑梗塞患者，包括25名研究患者（H2组）和25名对照患者（对照组）。他们的ID号码用于随机化。这项研究不是以完全盲法进行的，因为缺少安慰剂机器；然而，数据收集和分析是以盲法进行的，不向护理人员和其他人员（如放射科医生和运动功能师）透露每位患者的组别名称。

纳入标准如下：（1）治疗时间窗口为6到24小时；（2）神经功能缺损（NIHSS评分）为2-6；（3）小到中等大小的磁共振成像（MRI）病变（在任何单个主要脑血管灌注区域内扩散加权图像切片的最大直径为.5-3.0厘米（图1））。缺血性卒中亚型根据急性卒中治疗试验Org 10172的分类进行分类。

图1 试验概况。根据材料和方法部分，共招募了50名患者并进行随机分组。

排除了主要动脉明显闭塞和在多个脑血管供血区域内散在的多重病变。其他排除标准包括：严重的未控制糖尿病、肝和肾功能障碍、严重心脏病特别是心房颤动、严重肺病伴有肺炎、哮喘和胸腔积液（图1）。任何有急性脑出血证据的患者以及接受过纤溶酶原激活剂治疗或正在服用抗凝药物的患者也被排除在外。

治疗

所有患者在入院后的第二天（第2天）开始接受日常运动功能和评估。

H2治疗组通过常规非再呼吸面罩每天吸入3% 氢气两次，每次1小时，持续7天。氢气由日本静冈县沼津市的Nishijima氢气发生器提供。使用气相色谱法检查浓度。为了确认充分吸入，在第2天氢气吸入即将结束时，额外抽取静脉血样进行气相色谱法测量血液中的H2水平，如前所述。

在H2组中，医生将H2视为神经保护剂和抗氧化剂，并避免给予依达拉奉。他们从第二天开始使用奥扎格雷作为B级药物。

对照组没有接受氢气吸入，但在其他方面，对任何其他药物包括B级药物没有任何限制。因此，主治医生自然会按照指南选择证据B级药物，如依达拉奉（每12小时静脉注射30毫克，持续14天），一种自由基清除剂，用于神经保护和抗氧化效果，奥扎格雷（每12小时静脉注射80毫克，持续14天）作为抗血小板药物，以及阿加曲班（第一天静脉注射60毫克，然后每12小时10毫克，持续4天）作为抗凝药。在对照组中，所有患者都接受了依达拉奉，76%的患者接受了奥扎格雷，24%的患者同时接受了阿加曲班。

评估

每天三次检查生命体征，如血压、脉搏率、体温、每日食物摄入量和通过脉搏血氧仪测量的氧饱和度，如有异常则更频繁地检查。NIHSS评分每天都以盲法记录，持续两周。在运动功能部门作为常规评估的一部分，以盲法记录巴塞尔指数（BI）、布鲁姆斯特伦阶段（BRS）、改良兰金评分（mRS）和功能独立性量表（FIM）的分数。

血液测试

在第1、7和14天抽取患者的静脉血样进行常规血液测试，包括肝脏、肾脏、胰腺、心脏酶和电解质，以及对外围血细胞计数进行盲法检查。入院时进行心电图检查，之后根据需要再次进行检查。

MRI评估

在入院后的第1天（第3、5、7、10和14天）重复进行脑部MRI扫描。梗塞部位被确定为弥散加权图像中的高信号区域。异常情况通过大小（体积）和严重程度（MRI信号强度）来评估。大小（=A）通过使用医学数字成像和通信（DICOM）（弗吉尼亚州罗斯林）的兴趣区域（ROI）软件手动围绕梗塞核心，并通过自动计数获得。严重程度（B和C）作为梗塞核心ROI（=B）和镜像位置的对侧正常大脑ROI（=C）中像素的平均MRI信号强度，同样由DICOM软件自动计算。梗塞与正常大脑之间的信号强度比计算为B/C。

在连续MRI扫描中使用相对MRI信号强度（=RSI）比较弥散加权图像。

本研究中使用的RSI是梗塞的大小（A）和信号强度比（B/C）的乘积。

对于所有连续延伸的梗塞切片重复进行计算。在多个梗塞的情况下，以完全相同的方式获取所有梗塞部位的计算结果。如之前所报告，获得的数据是可重复和可靠的。

本研究的批准

我们获得了所有患者家属书面的知情同意。这项临床研究的方案得到了Nishijima医院伦理委员会的批准，并预先注册如下：临床试验注册-JMACCT ID: JMA-IIA00142

统计分析

所有统计分析都是使用EZR版本1.29（埼玉医科大学埼玉医疗中心，日本埼玉）进行的，这是R（统计计算基金会，奥地利维也纳）的一个图形用户界面。使用Kolmogorov-Smirnov检验评估正态性，使用方差分析（ANOVA）和Mauchly球形度检验以及Greenhouse-Geisser和Huynh-Feld校正评估序列数据差异的统计学意义。对于非参数数据，使用Mann-Whitney U检验。在整个研究过程中，我们没有考虑任何分析的调整因素。

统计分析方法得到了埼玉医科大学埼玉医疗中心的专家咨询和批准。

三、试验结果

患者

患者在2014年10月1日至2016年1月28日之间入组；研究的结束日期（最后一名患者完成随机研究的时间）是2016年2月28日。图1显示了这项随机研究的试验概况。

H2组患者的平均年龄为76.0岁，对照组为73.3岁。H2组中有12名患者，对照组中有9名患者年龄超过80岁。这些差异在统计学上不显著（学生t检验，P=.44）。两组的其他基线特征也相似，没有显著差异（表1）。

Table 1 Baseline characteristics

缩写：MRI，磁共振成像；NIHSS，国立卫生研究院卒中量表；RSI，相对MRI信号强度。

生命体征和实验室测试

在14天内每天检查的生命体征在H2组和对照组之间没有显著差异，除了氧饱和度水平，与对照组相比，H2组显示出显著改善（P=0.03）（图2）。此外，在第1、7和14天进行的血液测试结果之间两组没有统计学差异（图3）。这些值意味着对于急性脑梗死患者来说，H2是安全的。

图2 Vital signs.

图3 实验室血液测试。

在吸入3% 氢气1小时后，H2的平均血液浓度为24.5µM。由于在大气压下H2的饱和水平约为800µM，因此约24µM（800µM × 0.03 = 24µM）是充分吸入的合理水平。

MRI改善情况

在两组中，梗塞部位和其他区域均未见到颅内出血的MRI迹象。关于梗塞部位的严重程度，使用RSI进行了计算。第1天的初始值在H2组中从28到855不等（平均241），在对照组中从18到1,895不等（平均272）（图4，A）。在第7天和第14天，RSI的顺序变化在H2组和对照组之间显著不同（分别为P=0.025和P=0.028）。此外，经过对数转换后，两组之间的总顺序变化具有统计学意义（P=0.002）（图4，B），表明H2组的改善更为明显。

图4 脑梗死部位磁共振成像（MRI）信号强度的变化。

H2组在第10天的RSI晚期升高幅度较小（第1天的152%），而第14天的RSI降低（第1天的121%）至几乎正常范围，相比之下，对照组第14天的RSI仍然非常高，为第1天RSI的219%，这表明与对照组相比，H2组在梗死部位的病理变化严重程度要小得多，且更快地接近正常化。

神经学改善

由NIHSS评分代表的神经学状态随时间在两组中均显示出改善，且H2组的改善更为显著（图5）。从入院后第3天到第5天，对照组的平均NIHSS评分略有增加（症状恶化），而在H2组中未见到入院后评分的显著增加。

图5 神经学改善的变化。

随后，两组的评分开始改善，并且两组之间存在显著差异。在H2组中，每次评估日的改善都更为显著，所有评估日都具有统计学意义（第5天和第14天的P<.01，第3天、第7天、第9天和第11天的P<.001）。

中风运动功能量表评分

通过使用BI、BRS、mRS和FIM的运动功能评分评估了患者的日常活动（ADL）能力，为期两周（图6）。由于9名患者（H2组3名，对照组6名）无法每天前往运动功能部门，这些患者的数据从最终评估中排除。

图6 运动功能康复指数的变化。

在两组的运动功能过程中均未发现并发症。所有指数的评分在两组中都逐渐改善，并且在mRS、BRS和FIM方面，H2组显示出更多的改善趋势。两组之间的BI差异具有统计学意义（图6，右上）（P<.05）。

研究局限性

本研究有几个局限性。本研究招募的患者数量为50名。应该测试更多患者以获得更明确的结论。患者的日常活动（ADL）能力仅从运动功能数据评估了2周。需要更长期的评估。然而，看来H2治疗显然达到了“首先，不造成伤害”的治疗资格，因为其使用没有涉及任何风险。

讨论

许多研究强烈表明，H2具有治疗和预防应用的潜力。有几种方法可以摄入或消耗H2：吸入氢气、饮用溶于水的H2（H2水）、注射溶于生理盐水的H2（H2生理盐水）、进行H2浴或向眼睛滴入H2生理盐水。

由于吸入的氢气作用迅速，它可能适合在紧急情况下通过快速增加H2水平来防御急性氧化应激。

此外，在许多急性临床情况中，过量液体是被禁止的，口服给药实际上是不可能的。因此，吸入可能是H2治疗的最安全方式。

本研究的大多数患者年龄超过75岁，包括九十岁以上的老人。用氢气吸入治疗没有观察到不良反应和并发症，并且改善了氧饱和度水平。这些发现表明，即使是老年患者，H2也具有广泛使用的潜力。在本研究中，由于患者成功随机分为2组，每组的基线特征相似，无显著差异，如表1所述。因此，我们没有考虑任何分析的调整因素。

在梗死的大脑组织中，会发生各种病理过程，如能量衰竭、膜完整性丧失、炎症、兴奋性毒性、氧化应激、坏死、凋亡以及由血脑屏障破坏引起的组织水肿，最终大脑组织变得不可逆转地损伤。

除了H2作为抗氧化剂的作用外，H2还能调节各种信号转导通路和许多基因的表达，包括参与炎症的基因。H2在低浓度下对信号转导产生多重影响的分子机制尚不清楚。最近的一项研究表明，增加的氧化应激触发自由基链反应，随后产生可能有助于修改信号转导和基因表达的磷脂衍生介质。

氢气(H2)和依达拉奉都具有清除羟基自由基的能力；然而，之前的一项报告指出，在大鼠模型的脑梗死中，H2比依达拉奉更有效。

我们的医生选择给所有对照组患者使用依达拉奉，此外还有阿加曲班（对照组的24%）和奥扎格雷（对照组的76%和H2组的100%）同时使用。由于阿加曲班和奥扎格雷的效果似乎相似，H2的明显优势不可能受到这些药物的影响。

因此，这项研究表明，吸入H2的效果比给予依达拉奉更为有益。

目前的MRI发现表明，与对照组相比，H2组在脑梗死部位发生的病理变化较轻，且恢复得更快。在第14天，RSI达到了几乎正常的水平，第10天的晚期升高最小，这通常是由于炎症介质导致的血脑屏障破坏而引起的血管源性水肿和水分子外渗所致。在对照组中，最大和最小的RSI都比H2组显著更差。这些发现可能表明，由于血管源性水肿最小，H2组的脑梗死部位在第5天已经开始恢复，而在对照组中即使到了第14天也没有出现晚期升高的趋势。这些MRI扫描数据表明，H2除了对脑梗死的核心病变区域起作用外，还可能在半暗带区域发挥作用。因此，如果治疗开始得更早，甚至在血管内治疗之前或期间，H2治疗可能会更有效。

作为氢气吸入效果的评估，H2组的NIHSS评分显著优于对照组。特别是在第3天，观察到H2组有显著改善，而在较早的时间点，对照组的NIHSS评分变得更糟。

从运动功能数据评估了患者的日常活动（ADL）能力，使用了BI、BRS、mRS和FIM指数。H2组的BI评分显示出比对照组更显著的改善，而BRS、mRS和FIM指数的更好改善在H2组只显示了趋势。BRS评估四肢的肌肉功能，因此可能不直接与ADL水平相关。FIM可能是最详细的评估方法。

然而，运动和认知部分的混合评估可能会稀释我们研究中身体损伤严重性的意义。mRS已被用于更慢性和长期评估研究；然而，在这项研究中，我们只评估了这些指数2周。因为许多康复效果比较研究需要至少几个月或更长时间才能在H2组和对照组之间显示出显著差异，短期检查可能看不到显著差异。

BI更多地针对躯体功能障碍或身体功能紊乱，并评估与ADL相关的活动，如进食、穿衣、括约肌控制、浴缸或淋浴转移等。从这个意义上说，通过BI评分评估的H2治疗在2周内似乎是一个巨大的成就。

结论

吸入氢气对于急性脑梗死患者是安全且有效的。因此，氢气疗法作为急性脑梗死的一种新颖且安全的治疗方法具有实际应用潜力。