亚低温对继发性脑损伤保护作用的研究进展

【关键词】  脑损伤 继发性 亚低温

      0引言

    创伤性脑损伤（traumatic  brain  injury, TBI）占全身各部位损伤的第2位，病死率却达30%～50%左右［1］，居第1位. 我国每年因外伤致死者约10万人，伤数百万人，且随着社会的而逐渐增加. 在美国，颅脑损伤是其主要的致死原因，每年外伤致死的10万人中约50%是由于头部外伤所造成. TBI不仅发生在损伤瞬间,且发生于其后的数分钟到数天内，称为继发性脑损伤(SBI). 亚低温能降低组织代谢率，减轻脑损伤后的神经组织水肿等继发性脑损伤. 我们就亚低温(MHT)对继发性脑损伤的保护作用进行回顾和展望.

    1概述

    　早在20世纪50年代,低温就已应用于心血管直视手术,以保护脑及其他重要脏器,但由于心功能损害,室颤和凝血障碍等严重并发症而被人们放弃,仅被选择性用于某些复杂的心血管直视手术. 20世纪80年代后期, 国际上将低温划分为轻度低温(mild hypothermia)：33～35℃；中度低温(moderate hypothermia)：28～32℃；深度低温(profound hypothermia):17～27℃；超深低温(ultraprofound hypothermia)：16℃以下，前二者定义为MHT. 20世纪90年代以来,  MHT对缺血性和外伤性脑损伤后的脑保护作用再次引起国外学者的关注. 临床应用研究发现30～33℃ MHT能显著降低重型颅脑损伤患者的死亡率,改善患者神经功能预后,而不产生任何严重并发症［2］. 国内也陆续开展了这一方面的试验和临床应用研究. 目前对亚低温的方法、条件、机制等诸多方面有了较深入的认识,并且把亚低温治疗应用于临床,已形成一套比较完整的理论和方案［3］.

    2亚低温对实验动物缺血性脑损伤的保护作用

    　通过反复试验均证实，在缺血后给予MHT治疗能减少梗死灶面积，减轻脑神经元结构的破坏. 不同脑区对MHT的敏感性不同，在全脑缺血模型中，海马CAI区受损程度随MHT的度数降低而呈线性减轻，而对丘脑网状核的保护作用不明显. 为研究缺血后MHT是永久保护海马CAI区神经元还是仅推迟其损害，Huang等［4］用Koizumi法将SD鼠制作大脑中动脉局灶缺血(middle cerebral artery occlusion，MCAO)模型，缺血3 h再灌注72 h，分别观察缺血期MHT(MHTi ), 再灌注期MHT (MHTr ), (MHTi+MHTr)及常温组的脑梗死灶体积，发现MHTi组和MHTi+MHTr组梗死灶体积明显较常温组小(P<0.01).  Ooboshi等［5］研究了19～23 mo龄老龄鼠MHT的脑保护作用，在20 min暂时性前脑缺血过程中，保持海马区温度在36℃，33℃，30℃ ，1 wk后测定海马CAI区的神经组织病理损害，33℃组和30℃组的缺血损害明显好于36℃组. 另外，Maier等［6］认为，缺血期诱导的MHT维持(2 h)的神经保护作用可维持至少2 mo.

    3亚低温对临床脑损伤疗效的研究现状

    　20 世纪 90 年代，国内外神经外者相继开展了 30～35℃亚低温治疗重型颅脑损伤的临床和实验性研究. 1993 年,Pomeranz 等［7］发现 31～35℃低温能完全有效地防止实验性颅内高压动物模型伤后继发性颅内高压,也能明显减轻颅内高压所造成的脑病理损害程度和范围. 损伤后不同时程亚低温对实验性脑外伤动物弥漫性轴索损伤有显著治疗作用. 1996 年 Metz等［8］对10例特重型颅脑损伤患者（GCS 3～6分）采用32～33℃亚低温治疗，结果表明亚低温治疗能有效减低颅内高压，降低脑耗氧，明显提高重型颅脑损伤患者治疗效果. 2000年，Jiang等［9］报道了87例颅脑损伤患者亚低温治疗效果，认为持续亚低温能提高创伤性脑损伤患者预后. 2002年Soukup等［10］对58例重型颅脑患者进行前瞻性研究，发现亚低温组恢复良好率明显高于常温组,说明亚低温能显著降低重型颅脑伤患者死亡率. 2004年，陈荷红等［11］采用亚低温对重型颅脑损伤患者进行治疗，发现亚低温治疗能改善患者预后.

    4亚低温治疗脑损伤的可能机制

    4.1抑制代谢率实验证明，亚低温能降低代谢率，减少脑损伤后脑细胞氧耗量，从而减少了对能量的需求，改善细胞能量代谢，减少乳酸堆积，减轻代谢性酸中毒. 亚低温治疗能显著降低颅脑创伤患者颅内压和脑氧代谢率,能使伤后脑组织乳酸清除率恢复至正常水平. Marion 等［12］的临床研究表明,32～33℃亚低温治疗能使重型颅脑创伤患者的颅内压、脑氧代谢率均较常规组明显下降,可明显促进重型颅脑创伤患者神经功能恢复和改善预后. 陈荷红等［11］采用 Neurotrend?7TM 对重型颅脑损伤患者亚低温治疗过程中脑氧代谢进行观察，发现亚低温治疗能有效缓解重型颅脑损伤后脑组织缺氧及酸中毒，从而改善患者预后. Jiang等［13］通过对创伤大鼠脑细胞外液乳酸含量测定，发现亚低温能明显抑制脑损伤后乳酸水平的升高.

    4.2保护血脑屏障,减轻脑水肿国内外学者对亚低温对脑创伤后血脑屏障的保护作用进行了深入的研究. Jiang 等［14］研究发现正常脑温动物伤后大脑半球、丘脑、海马等部位血脑屏障明显破坏,而 30℃低温治疗动物伤后血脑屏障几乎完全正常. 损伤前和伤后30 min开始亚低温治疗，33～35℃能显著减轻脑挫裂伤区血脑屏障通透性. Tokutomi等［15］评价了31例重型颅脑损伤患者治疗中，亚低温对颅内压的影响，发现 35.5℃能减低颅内压，改善脑灌注压.

    4.3抑制内源性脑损伤因子对脑细胞的损害作用脑损伤会导致兴奋性氨基酸、乙酰胆碱、多巴胺、去甲肾上腺素、5?羟色胺、氧自由基、Ca2+、内源性阿片肽等内源性毒物质异常释放，这些内源性毒物质会加重继发性脑细胞损害. 大量实验研究发现，亚低温能有效地抑制脑损伤后内源性毒物质生成和释放，从而有效地减轻继发性脑损害发病过程. 30℃低温能有效降低实验性脑外伤后脑脊液中乙酰胆碱含量,减轻乙酰胆碱对脑神经元的毒性作用. 黄慧玲等［16］研究发现亚低温治疗明显降低了脑创伤后致伤区外侧正常脑组织细胞外液 NO 的水平,从而防止创伤后脑组织的继发性损害.

    4.4减少脑细胞结构蛋白破坏，促进脑细胞结构和功能修复脑损伤后脑细胞蛋白的合成明显降低,特别是重要的细胞结构蛋白微管相关蛋白?2(microtubule associated protein?2)含量也显著降低. 30℃低温能够减轻实验性脑外伤后海马区微管相关蛋白?2的丢失，从而维持微管的正常功能，使受损伤神经细胞得以恢复. 亚低温减少脑损伤后微管相关蛋白的丢失作用及促进蛋白合成抑制的恢复作用是脑损伤后可逆性受损神经细胞功能恢复基础,与亚低温疗法 的神经功能保护作用密切相关.

    4.5减轻弥漫性轴索损伤弥漫性轴索损伤是导致颅脑伤死残的主要病理基础,尤其是脑干网状上行激活系统轴索损伤是导致长期昏迷的确切因素. 损伤后不同时程亚低温能显著减少实验性脑外伤后弥漫性轴索损伤程度, 对实验性脑外伤动物弥漫性轴索损伤有显著治疗作用，为亚低温治疗颅脑伤提供了有力的病理形态学证据.

    4.6抑制细胞凋亡细胞凋亡是由基因控制的细胞主动性死亡过程，是引起神经元迟发性死亡的重要机制. 脑缺血应用MHT治疗时，早期反应基因(如c?fos, c?jun , c?myc)的表达明显增强，这些基因的表达产物可进一步在转录水平激活一些重要的后期基因，从而可以提高细胞对缺血的耐受力. 原癌基因bcl可能是一种后期基因，在早期反应基因的激活下表达增加，合成保护性蛋白bcl?2，抑制细胞凋亡. Phanithi等［17］亦发现MHT可使脑缺血TUNEL阳性细胞减少，同时还发现WIT组bcl的表达增加，有害蛋白Bax ,Fas和细胞色素c,caspase基因的表达均较常温组明显减少.

    4.7抑制自由基清除剂的消耗和脂质过氧化反应生理情况下，人体内自由基与自由基清除剂处于平衡状态，缺血后平衡被打破，自由基增多，引发链式脂质过氧化反应，使细胞膜脂质微环境改变，引起钙超载，最终导致细胞死亡. 常温脑缺血缺氧再灌注时，脂质过氧化反应产物丙二醛含量明显增高，自由基清除剂超氧化物歧化酶(SOD)活性明显下降，神经元核膜、线粒体、内质网等结构严重受损. MHT降低花生四烯酸的代谢率，并可能抑制自由基、烷基及其他生物活性代谢物产生. MHT还使脑脊液和脑组织丙二醛含量明显下降，SOD活性明显升高，神经元超微结构损害明显减轻.

    4.8抑制一氧化氮合酶（iNos）的活性，减少一氧化氮(No)的合成NO可以自由穿过细胞膜，参与机体许多生理和病理过程. 一般认为诱生型iNOS激活产生的大量NO与脑损伤有关，而内皮型NOS(eNOS)激活产生的NO是维持脑血流量的重要因素. NO和氧自由基(O2-)反应产生的过氧化亚硝基阴离子及其降解产物均具有强大毒性. 缺血后正常体温组亚硝酸盐浓度明显升高，cGMP水平升高了3倍，NOS活性显著升高，而MHT组则无这些变化. Kumur等［18］也通过实验证实了MHT能抑制脑缺血再灌注引起的颈静脉内NO升高.

    4.9其他可能的机制有的学者从另外的角度来解释亚低温的作用机制，如受损后脑组织的炎症反应程度作为评价亚低温疗效的指标. 亚低温可以通过有效地抑制某些细胞因子介导的脑组织炎 症反应达到脑创伤后的效果. 国外学者Chatzipanteli等［19］发现亚低温能抑制炎症反应过程.

    5亚低温治疗脑损伤的展望

    现有的实验结果表明，无论动物实验和临床实践都证明30℃～35℃的亚低温具有肯定的脑保护疗效. 但从临床应用的方面，我们还应进一步深入探讨亚低温的最佳适应证、时间窗、温度窗及亚低温实施方法等问题；虽然我们还不清楚其具体的保护机制，但可以预见的是，随着医学、细胞及分子生物学的飞速，我们在不久的将来会研究发现亚低温脑保护的机制，并将其有效地应用于临床实践.

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