深低溫停循環(huán)腦損傷與保護(hù)的研究進(jìn)展

程偉偉(綜述)，姚建民(審校)

(1.北京軍區(qū)總醫(yī)院，北京100700;2.山西醫(yī)科大學(xué)，太原030001)

深低溫停循環(huán)技術(shù)(deep hypothermia ardiac arrest，DHCA)1953年問世，1959年首次應(yīng)用于心臟直視手術(shù)，之后逐漸得到廣泛應(yīng)用。鑒于DHCA可以增加術(shù)中視野，具有使手術(shù)在“無血”狀態(tài)下進(jìn)行、安全性好等明顯優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已從治療嬰幼兒復(fù)雜先心病等心內(nèi)直視手術(shù)擴(kuò)展到其他非心臟外科復(fù)雜手術(shù)、移植、重癥搶救和先天性畸形整形等方面。但由于DHCA期間提供的是一個(gè)缺血缺氧的環(huán)境，關(guān)于DHCA術(shù)后并發(fā)癥的研究逐漸增多，中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷更是DHCA技術(shù)在臨床應(yīng)用中的一個(gè)不可避免的并發(fā)癥?，F(xiàn)將對(duì)近年來DHCA腦損傷和腦保護(hù)的研究進(jìn)展予以綜述，并展望內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelialprogenitorcells，EPCs)可能在這方面的應(yīng)用。

1 DHCA腦損傷的機(jī)制

Jonas等［1］研究認(rèn)為，直腸溫度 18℃、停循環(huán)時(shí)間＞40 min，患者即出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，近期表現(xiàn)(如手足徐動(dòng)、短暫驚厥)，遠(yuǎn)期表現(xiàn)(如精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩、認(rèn)知障礙)的發(fā)生率明顯增高。目前，關(guān)于DHCA腦損傷機(jī)制主要有以下學(xué)說。

1.1 能量代謝耗竭學(xué)說 深低溫可通過降低代謝率而降低腦耗氧量，但并沒有完全抑制腦代謝。Hoffman等［2］研究指出，直腸溫度為20℃時(shí)腦氧需求為常溫時(shí)(37℃)的15%，大腦代謝仍然以較慢速度進(jìn)行。大腦是高能耗的器官，其90%能量來源于血液循環(huán)中的氧和從線粒體釋放出來的ATP，而DHCA期間腦組織無血供，這必將會(huì)造成腦缺氧缺血，進(jìn)而導(dǎo)致可逆或不可逆的腦損傷。加之再灌注時(shí)部分微循環(huán)再通障礙，即所謂“無再流損傷”，使腦再灌注時(shí)能量儲(chǔ)備下降及結(jié)構(gòu)損傷加重［3］。這是DHCA對(duì)腦損傷的基礎(chǔ)。

1.2 神經(jīng)元內(nèi)鈣超載學(xué)說 隨著DHCA時(shí)間的延長，ATP等高能底物供應(yīng)不足，而腦組織Na+-K+-ATP酶參與的Na+-K+交換約占細(xì)胞能耗的50%，此時(shí)Na+-K+-ATP酶活性下降，導(dǎo)致神經(jīng)元內(nèi)Na+增多，而Ca2+不能及時(shí)泵出細(xì)胞外，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞膜離子梯度破壞及膜除極、膜通透性增加，順濃度梯度內(nèi)流，致細(xì)胞內(nèi)Ca2+增多［4］。Ca2+超載可致細(xì)胞內(nèi)酸中毒、加重組織微循環(huán)障礙、激活一氧化氮合酶及NO生成增加等，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞水腫、腦組織水分增多［5］。

1.3 興奮性氨基酸的毒性學(xué)說 該學(xué)說認(rèn)為，興奮性氨基酸(excitative amino acid，EAA)在DHCA腦損傷中起主要作用。EAA是神經(jīng)傳導(dǎo)介質(zhì)，主要以谷氨酸、天冬氨酸及甘氨酸為主。在腦缺血缺氧時(shí)，氧和能量供應(yīng)不足，致神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞除極，突觸前膜電壓依賴性Ca2+通道開放，谷氨酸大量釋放到突觸間隙，而同時(shí)突觸前膜對(duì)谷氨酸重?cái)z取受到抑制，甚至運(yùn)輸方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)。大量EAA積聚可造成以Na+、Cl－、H2O內(nèi)流，細(xì)胞水腫為特征的急性損傷過程;亦通過激活EAA受體，使細(xì)胞貯存Ca2+釋放增加，細(xì)胞內(nèi)鈣超載造成遲發(fā)性神經(jīng)元變性壞死的遲發(fā)性損傷過程［6］。

總之，DHCA腦損傷是多種因素的綜合作用，各種毒性作用往往是協(xié)同作用的。

2 DHCA與腦保護(hù)

隨著對(duì)DHCA技術(shù)致腦損傷的不斷深入研究，出現(xiàn)各種在DHCA條件下的腦保護(hù)方法，目前研究最多的是DHCA時(shí)的灌注方法，主要包括經(jīng)上腔靜脈逆行腦灌注(retrograde cerebral perfusion，RCP)和選擇性順行腦灌注(selective antegrade cerebral perfusion，SACP)。另外，腦保護(hù)液、麻醉藥物等也成為腦保護(hù)的研究發(fā)展方向。

2.1 RCP與腦保護(hù) RCP腦保護(hù)技術(shù)是1980年Mills最先用來治療和預(yù)防體外循環(huán)中氣體栓塞的，之后該技術(shù)逐漸應(yīng)用于各種手術(shù)中。Ye等［7］對(duì)豬行RCP后，灌注液10%經(jīng)毛細(xì)血管回流到動(dòng)脈系，發(fā)現(xiàn)該方法的優(yōu)勢是提供了一定的營養(yǎng)，保持大腦的低溫狀態(tài)，提高行為性和組織病理的保護(hù);同時(shí)證實(shí)了低溫狀態(tài)下腦代謝仍在進(jìn)行。RCP能有效地延長DHCA腦保護(hù)的安全時(shí)限，這對(duì)心臟手術(shù)者來說意義巨大。原新會(huì)等［8］認(rèn)為，采用RCP方法至少可延長DHCA時(shí)間至90 min。最近的臨床資料表明，RCP技術(shù)超過60 min，神經(jīng)損害的危險(xiǎn)性增加。真正有效的RCP技術(shù)要求相對(duì)高的灌注壓或束閉下腔靜脈，這些均增加了腦部并發(fā)癥的發(fā)生。因此，在RCP技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意掌握其適應(yīng)證及預(yù)防其可能發(fā)生的危險(xiǎn)。

2.2 SACP與腦保護(hù) Bachet等［9］從1986年開始將SACP法應(yīng)用于主動(dòng)脈弓手術(shù)。Okita等［10］研究了主動(dòng)脈弓置換術(shù)中兩種不同腦保護(hù)方法的效果，認(rèn)為兩種腦保護(hù)方法病死率均是可接受的水平，而SACP組的暫時(shí)性腦功能紊亂患者明顯低于RCP組。SACP雖然可降低主動(dòng)脈弓置換術(shù)中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，但發(fā)生率仍在 2.5%～3.8%［11］。影響此并發(fā)癥的因素除患者本身狀態(tài)、手術(shù)操作、圍術(shù)期血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定和停循環(huán)時(shí)間外，SACP中缺少有效的灌注監(jiān)測指標(biāo)也是導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥差異的重要原因。

3 深低溫間斷停循環(huán)與腦保護(hù)

深低溫間斷停循環(huán)(interrupted-DHCA，I-DHCA)是停循環(huán)與再循環(huán)相結(jié)合的一種新方法。Langley等［12］在研究發(fā)現(xiàn)，用I-DHCA技術(shù)(停循環(huán)60 min，每停15 min轉(zhuǎn)流1 min)腦矢狀竇氧飽和度、酸中毒程度較DHCA組有明顯的改善，且腦超微結(jié)構(gòu)未見細(xì)胞基底膜增厚，神經(jīng)原、星形膠質(zhì)細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)正常，有別于DHCA組腦超微結(jié)構(gòu)的明顯微循環(huán)床改變，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞嚴(yán)重水腫。目前認(rèn)為I-DHCA可延長總的停循環(huán)許可時(shí)間，并在一定程度上減輕腦水腫。I-DHCA技術(shù)的關(guān)鍵是建立最佳的停循環(huán)和再循環(huán)時(shí)間，避免大腦的長時(shí)間缺氧。

深低溫停循環(huán)再灌注腦損傷的機(jī)制是復(fù)雜的，深低溫停循環(huán)中不同的輔助灌注方式及腦保護(hù)措施直接或間接地影響到這些機(jī)制，并由此對(duì)腦組織產(chǎn)生正面或負(fù)面的影響。隨著研究的進(jìn)一步深入，綜合應(yīng)用各種腦保護(hù)措施，將可以獲得更為有效的腦保護(hù)效果。

4 DHCA腦損傷與血管內(nèi)皮細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞的關(guān)系

血腦屏障是機(jī)體維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在腦內(nèi)，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接行使著血腦屏障的主要功能，是血腦屏障功能的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。而在DHCA時(shí)，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞亦受到不同程度的損傷。陳綱等［13］研究發(fā)現(xiàn)，常溫體外循環(huán)即可引起內(nèi)皮細(xì)胞相關(guān)性腦血管功能障礙，深低溫時(shí)對(duì)腦血管功能的損害更為嚴(yán)重，并且認(rèn)為DHCA對(duì)內(nèi)皮功能的更大損害可能與低溫對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的損傷作用及更為嚴(yán)重的低灌注狀態(tài)和缺血/再灌注損傷相關(guān)。黃海波等［14］也在研究中發(fā)現(xiàn)，深低溫停循環(huán)的狀態(tài)下機(jī)體循環(huán)中異常的炎癥環(huán)境對(duì)腦血管內(nèi)皮緊密連接蛋白有損傷和破壞作用，使血腦屏障通透性異常增高，并認(rèn)為Occludin表達(dá)改變?cè)谘X屏障破壞中起重要作用。因此，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷可能對(duì)DHCA術(shù)后中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷產(chǎn)生重要作用。

EPCs是一類能夠分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞，具有高增殖潛能。EPCs不僅參與胚胎血管生成，在出生后的血管新生和內(nèi)皮損傷后的修復(fù)中起著重要作用，也可遷移到其他缺血、炎癥及腫瘤組織中，形成新生血管。有研究［15-17］發(fā)現(xiàn)，組織缺血、炎癥、藥物等均可促進(jìn)EPCs從骨髓動(dòng)員入血。隨著研究的深入，國內(nèi)外關(guān)于EPCs應(yīng)用的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)報(bào)道越來越多。Kalka等［18］通過外周血獲取EPC，在體外擴(kuò)增后移植給模型動(dòng)物治療后肢缺血性病變，可修復(fù)損傷的血管，明顯改善患肢癥狀，促進(jìn)側(cè)支循環(huán)的建立。Losordo等［19］采用外周血干細(xì)胞心肌內(nèi)注射的方法治療難治性心絞痛患者，取得較好療效。王世宏等［20］在此基礎(chǔ)上，改為冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射干細(xì)胞，并進(jìn)行臨床對(duì)照研究，發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞治療組患者心肌灌注缺損面積明顯小于對(duì)照組。Yidan等［21］在野百合堿誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓動(dòng)物模型中，骨髓或臍血來源的EPC移植治療能使肺動(dòng)脈阻力明顯下降，右心室肥厚改善，動(dòng)物存活率增高，肺組織中有大量側(cè)支循環(huán)形成。Mitsuru等［22］則使用外周血來源的EPC，經(jīng)體外擴(kuò)增后直接注射到野百合堿所致肺動(dòng)脈高壓模型動(dòng)物肺組織中，觀察到可有效降低平均肺動(dòng)脈壓，增加心排血量和降低肺血管阻抗，組織學(xué)檢查提示肺小動(dòng)脈中膜厚度變薄，并有新生血管形成。馬彩艷等［23］進(jìn)一步探討了臨床上應(yīng)用EPC移植治療兒童原發(fā)性肺動(dòng)脈高壓的可行性，發(fā)現(xiàn)經(jīng)EPC治療的患者6 min步行距離、平均肺動(dòng)脈壓、心排血量、肺血管阻力等觀察指標(biāo)均有明顯改善，且未發(fā)現(xiàn)與EPC移植有關(guān)的不良反應(yīng)。Zhang等［24］研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)EPCs可參與腦卒中后的血管新生過程，使得腦供血得以顯著改善。以上關(guān)于EPCs的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究和臨床研究的結(jié)果為利用EPCs防治DHCA血管內(nèi)皮損傷及中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷提供了一定依據(jù)，但是仍需要大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)加以證實(shí)。相信，隨著DHCA腦保護(hù)研究的不斷深入，EPCs定會(huì)發(fā)揮其在這一領(lǐng)域的重要作用。

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