Hypoxia and reoxygenation in newborn piglets and human infants

Prosjektnummer: 1-502
Ansvarlig person: Ola Didrik Saugstad professor dr.med,
Institusjon: Oslo universitetssykehus HF
Prosjektkategori: Forskningsprosjekt
Helsekategori: Reproductive Health and Childbirth
Forskningsaktivitet: 7. Disease Management

2009

Hypoxia and reoxygenation in newborn piglets and human infantsNyfødte som blir født med oksygenmangel har tradisjonelt blitt gjenopplivet med 100% oksygen. Etter at vi for mer enn 20 år siden satt spørsmålstegn ved denne praksisen har store deler av verden endret sine rutiner på dette punktet. I dag blir de fleste nyfødte enten gjenopplivet med rom-luft eller med et lavere tilskudd av oksygen enn tidligere.En Cocrhane review indikerer at opp mot 200 000 barn kan reddes hvert år ved å unngå å bruke 100% oksygen. Midlene fra Helse Sør-Øst har derfor bidratt til en av de mest suksessrike i nyfødmedisinens historie. Fra mai 2005 til September 2008 mottok stipendiat Rønnaug Solberg støtte fra Helse Sør og Helse Sør-Øst. Fra 2008 har også bioingeniør Grethe Dyrhaug vært støttet av prosjektet. I prosjektperioden har det vært gjennomført tre eksperimentelle studier på spedgris, (RS1-3). I løpet av 2009 har vi fått nye resultater fra de to siste studiene. I RS-2 studien der spedgris var blitt utsatt for ekstrem oksygenmangel og deretter gjenopplivet med 21, 40 eller 100% oksygen, så vi at skade fra frie oksygenradikaler økte trinnvis i forhold til hvor mye oksygen som ble gitt. Skaden ble verifisert ved å måle isoprostan, isofuran, neuroprostan og neurofuran i hjernevev fra fremre del av hjernebarken 9 timer etter gjennomført gjenoppliving. Dersom 100% oksygen ble brukt til gjenoppliving førte det til en to til firedobling av verdiene. I RS-3 studien benyttet vi såkalt Metabolomics til å karakterisere forandringer etter alvorlig oksygenmangel og gjenoppliving. Vi fant fram til nye metabolitter som kunne predikere tiden spedgrisen hadde vært utsatt for oksygenmangel langt mer presist enn de parametre som brukes i dag. I tillegg fant vi at dersom 100% oksygen benyttes til gjenoppliving tar det lengre tid for kroppens metabolisme normaliseres. Cellenes energifabrikker, mitokondriene, ser ut til å restitueres langt raskere når gjenopplivingen ble gjort med rom-luft enn med 100% oksygen. I løpet av 2009 har vi også sluttført en analyse av hvordan genekspresjonen i øynene påvirkes når en tilfører 100% oksygen og at disse forandringene kan indikere dårligere beskyttelse av nervesystemet. Resultatene som er kommet i løpet av 2009 er presentert i internasjonale fora. Disse resultatene viser altså at det er en dose avhengig respons når det gjelder skadene oksygen gir ved gjenoppliving av nyfødte. Studien gir også ny innsikt i hvordan stoffskifte kommer i gang etter en oksygenmangel og gjenoppliving. Disse resultatene er så lovende at vi sammen med en Østerrisk gruppe (M Keller) har tatt ut en patent på en ny indikator for oksygenmangel. Det kommersielle potensialet av dette blir nå vurdert. Det er også blitt gjort en rekke analyser i forbindelse med andre prosjekter knyttet til denne bevilgningen. Vi har blant annet undersøkt hvordan en økende konsentrasjon av oksygen gir DNA skade i lever og lunge hos nyfødte mus. Stipendiat Yngve Sejersted har vist at lungene er mer resistent enn leveren når det gjelder oksygenets skadevirkninger på DNA. I et tredje arbeid på humane nevronceller i kultur har stipendiat Marit Dalen vist at mild hypotermi beskytter cellene, mens det ikke ble funnet noen effekt av forskjellige oksygenkonsentrasjoner. Alle disse resultatene er publisert i anerkjente internasjonale tidsskrift. Rønnaug Solberg har nå fått akseptert 3 artikler og den fjerde vil bli sendt inn i løpet av kort tid. Sammenskrivingen av hennes avhandling blir ferdig slik at hun kan levere inn arbeidet for viurdering av doktorgraden i løpet av vårsemesteret 2010. I 2008 ble Saugstad tildelt the Maternite Prize og et stort internasjonalt symposium, ”Recent advances in Neonatology” med mer enn 600 deltakere fra hele verden, ble arrangert til Saugstads ære. I 2010 har han fått Martha Philipsons pris, som er den største svenske anerkjennelsen innen Pediatri. Det er tatt ut en patent på grunnlag av denne studien.

2008

Hypoksi og reoksygenering av nyfødteI denne studien undersøker vi effekten av å bruke vanlig luft i motsetning til 100% oksygen ved gjenoppliving av nyfødte. Det har store helsemessige gevinster å utvikle bedre gjenopplivings metoderHvert år fødes det 130-140 millioner barn i verden. Av disse har 4 millioner oksygenmangel ved fødselen og 5-10 millioner vil trenge en eller annen form for gjenoppliving ved fødselen. Det dør omtrent 1 million av oksygenmangel ved fødselen og et like stort antall utvikler skader, hovedsakelig hjerneskader som cerebral parese, epilepsi, redusert mental og kognitiv kapasitet. Tradisjonelt ble nyfødte gjenopplivet med 100% oksygen helt til undertegnede (OD Saugstad)for snart 30 år siden reiste spørsmål ved dette. Vi har i løpet av disse årene vist at gjenoppliving med romluft er like effektivt som å bruke 100% oksygen. De siste årene har vi og etterhvert en rekke andre grupper vist at 100% oksygen kan være skadelig både ved dyreforsøk og hos mennesker. En stor metaanalyse av Saugstad et al, 2008 viser at dødeligheten blir redusert 30% ved å bruke romluft i stedet for 100% oksygen. Det svarer til 2-300, 000 sparte liv hvert år på verdensbasis, sansynligvis det mest effektive norske medisinske forskningsprosjekt noensinne. Midlene fra Helse Sør er blitt brukt til å lønne først en stipendiat (Rønnaug Solberg) og bioingeniør. Vi har nå rekruttert en ny stipendiat. Vi har vist i en nyfødt grisemodell at ved å bruke 100% oksygen i forhold til romluft ved gjenoppliving etter oksygenmangel finner vi økt dannelse av det giftige hydroksylradikalet. Det blir en øket DNA skade, og vi finner aktivering og hemning av en rekke gener. Disse funnene er stort sett relatert til oksygenkonsentrasjonen vi gir. Det betyr at det er en lineær sammenheng mellom den skade/forandring vi finner og oksygenkonsentrasjonen i innådningsluften. Vi har testet ut 21% (romluft), 40%, 60% og 100% oksygen Vi er nå i samarbeid med en polsk forskningsgruppe i gang med å analysere det totale genomet hos nyfødte mus som blir gjenopplivet med romluft eller 100% oksygen. Dette vil gi oss unike resultater. Resultatene vår og andres de siste årene har bidratt til at man nå over hele verden har eller er i ferd med å endre rutinene for gjenoppliving av nyfødte, slik at oksygeneksponeringen er blitt kraftig redusert. To studier, en fra Sverige og en fra USA, har vist en sammenheng mellom oksygeneksponering ved fødselen og senere utvikling av barnekreft. Vi er nå i gang med å studere hvilke mekanismer som evt gjør seg gjeldende. I 2009 vil Rønnaug Solberg gjøre ferdig sin doktoravhandling.

2007

Gjenoppliving av nyfødtePå verdensbasis er det ca 4 mill nyfødte hvert år som trenger å bli gjenopplivet. Dersom 100% oksygen benyttes, har forskningsresultat vist mer skade og høyere dødelighet sammenlignet med vanlig luft. Også dette prosjektet viser at 100% oksygen gir skade på proteiner og tegn til DNA skade. Vi har sett at gen-reguleringen påvirkes og at for mye oksygen setter i gang negative prosesser i flere av kroppens organer.I dette prosjektet har vi etterlignet den situasjonen spedbarn kan komme i dersom for eksempel morkaken løsner eller navlesnoren blir avklemt. Forsøkene har vært utført på spedgris, 12-36 timer gamle. Vi har hittil funnet at å gi enten 40 %, 60 % eller 100 % oksygen gir en klar trinnvis økning i oksygeninnholdet i blodet (hyperoksi) og et økt oksydativt stress noe som kan skade kroppens celler og molekyler. Vi har også sett at det forsvaret vi har mot dette; det antioxidativet forsvaret, avtar sterkt straks det gis mer oksygen enn det vi har i vanlig luft. I urinundersøkelser har vi kunnet påvise slik oksygenbetinget skade på proteiner og DNA. Også i levervev fører høye doser oksygen til betydelige endringer bla i noen enzymer som er sterkt involvert i reguleringen av kar-nydannelser og videreutvikling av kreft. I begge undersøkelser finner vi at jo mer oksygen som gis, desto større er disse økningene. Vi har også sett på forskjeller i hvordan gener uttrykkes etter gjenoppliving med 100 % eller romluft og vi har undersøkt kapasiteten til å reparere DNA skader. Ved å undersøke hjernevev har vi funnet at det etter en forutgående periode med oksygenmangel er ekstra skadelig å få tilført ekstra oksygen. I en ny studie gjennomført høsten 2007, ser vi på endringer i genene i hjernen og øynene i løpet av den første timen etter at vi har startet gjenopplivingen. Vi synes det er veldig viktige resultater som er kommet frem så lagt i prosjektet. Vi har påvist at jo mer oksygen som gis ved gjenoppliving, desto mer øker det oksydative stresset og dess mer såkalte oksygenradikaler dannes. Oksygenradikalene fører til skade på proteiner og vi finner også tegn til økt DNA skade. Dette gjør bekymringen enda større for langtidseffekter av for mye oksygen. Vi tror mange nyfødte kan reddes og at mange unngår å få forskjellige sen-skader ved at en går over til å bruke vanlig luft som utgangspunkt ved gjenoppliving.

Vitenskapelige artikler

Sejersted Yngve, Aasland Anne L, Bjørås Magnar, Eide Lars, Saugstad Ola D

Accumulation of 8-oxoguanine in liver DNA during hyperoxic resuscitation of newborn mice.

Pediatr Res 2009 Nov;66(5):533-8.

PMID: 19668103

Solberg Rønnaug, Andresen Jannicke H, Pettersen Solveig, Wright Marianne S, Munkeby Berit H, Charrat Eliane, Khrestchatisky Michel, Rivera Santiago, Saugstad Ola Didrik

Resuscitation of Hypoxic Newborn Piglets with Supplementary Oxygen induces Dose-dependent Increase in Matrix Metalloproteinase-activity and Down-regulates Vital Genes.

Pediatr Res 2009 Dec.

PMID: 20010314

Dalen Marit Lunde, Frøyland Elisabeth, Saugstad Ola Didrik, Mollnes Tom Eirik, Rootwelt Terje

Post-hypoxic hypothermia is protective in human NT2-N neurons regardless of oxygen concentration during reoxygenation.

Brain Res 2009 Mar;1259():80-9. Epub 2008 des 31

PMID: 19146835

Maltepe Emin, Saugstad Ola

Oxygen in health and disease: Regulation of oxygen homeostasis - Clinical implications.

Pediatr Res 2008 Oct. Epub 2008 okt 10

PMID: 18852690

Andresen Jannicke Hanne, Godang Kristin, Munkeby Berit H, Stray-Pedersen Babill, Saugstad Ola Didrik

Nicotine in a small-to-moderate dose does not cause a significant increase in plasma catecholamine levels in newborn piglets.

Neonatology 2008;94(4):279-83. Epub 2008 sep 11

PMID: 18784424

Andresen Jannicke H, Solberg Rønnaug, Løberg Else Marit, Munkeby Berit H, Stray-Pedersen Babill, Saugstad Ola Didrik

Resuscitation with 21 or 100% oxygen in hypoxic nicotine-pretreated newborn piglets: possible neuroprotective effects of nicotine.

Neonatology 2008;93(1):36-44. Epub 2007 jul 12

PMID: 17630496

Saugstad Ola Didrik

To oxygenate or not to oxygenate--that is the question.

Am J Physiol Heart Circ Physiol 2008 Oct;295(4):H1371-2. Epub 2008 aug 15

PMID: 18708440

Andresen Jannicke Hanne, Saugstad Ola Didrik

Effects of nicotine infusion on striatal glutamate and cortical non-protein-bound iron in hypoxic newborn piglets.

Neonatology 2008;94(4):284-92. Epub 2008 sep 11

PMID: 18784425

Saugstad Ola Didrik, Ramji Siddarth, Soll Roger F, Vento Maximo

Resuscitation of newborn infants with 21% or 100% oxygen: an updated systematic review and meta-analysis.

Neonatology 2008;94(3):176-82. Epub 2008 jul 9

PMID: 18612215

Solberg R, Andresen JH, Escrig R, Vento M, Saugstad OD

Resuscitation of hypoxic newborn piglets with oxygen induces a dose-dependent increase in markers of oxidation.

Pediatr Res 2007 Nov;62(5):559-63.

PMID: 18049371

Solberg R, Andresen JH, Saugstad OD, Wright MS

Resuscitation with Oxygen decreases BDNF and increases Caspase-3

Pediatric Academic Societies, Baltimore, May 2009

Solberg R, Arduini A, Escrig R, Sastre J

Resuscitation with pure oxygen vs room-air down regulates VEGFR2 and HIF-1a in newborn piglets retina and may indicate less neur

Pediatric Academic Societies, Baltimore, May 2009

Solberg R, Enot D, Deigner H-P, Saugstad O, Keller M

Metabolomic characterization of hypoxia-reoxygenation injury in piglets

ESPNIC, Verona 2009

Solberg R, Arduini A, Escrig R, Sastre J

resuscitation with pure oxygen vs room- down regulates HIF-1a and VEGFa in newborn pigs choroid.

European Society for Paediatric Research, Hamburg, October 2009

Solberg R, Enot D, Deigner H-P, Koal T, Scholl-Burg S, Saugstad O, Keller M

New insights into asphyxia and biomarker discovery:

European Society for Paediatric Research, Hamburg, October 2009

Saugstad OD

Resuscitation of the Newborn

Conn's Current Therapy, Saunders, Philadelphia 2009

Rønnaug Solberg 1, Jannicke H Andresen 1, Rachel Escrig 2, Maximo Vento 2, and Ola Didrik Saugstad 1

DOSE DEPENDANT INCREASE OF HYDROXYL RADICAL FORMATION AND DNA OXIDATION BY NEWBORN RESUSCITATION WITH 40%, 60% OR 100%.

International Workshop of Surfactant Replacement, 7-10 June 2007, Ancona, Italy.

Rønnaug Solberg, Jannicke H. Andresen, Solveig Pettersen, Berit H. Munkeby, Ola Didrik Saugstad.

Resuscitation with 100% Oxygen Alters Metalloproteinase (MMP) Gelatinase Activity in Newborn Piglets Liver.

European Society of Paediatric Research Annual Meeting, Prague Oct 6-8 2007:

R Solberg 1, JH Andresen 1, VM Olsen 1, M Wright 1, OD Saugstad 1.

High Oxygen Concentration by Resuscitation Alters Gene Expression

Poster: Pediatric Academic Societies Annual meeting, Toronto May 3-8, 2007

R Solberg 1, JH Andresen 1, VM Olsen 1, M Wright 1, OD Saugstad 1.

High Oxygen Concentration by Resuscitation Alters Gene Expression

Poster: Pediatric Academic Societies Annual meeting, Toronto May 3-8, 2007

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til eRapport

Personvern - Informasjonskapsler