亞低溫在脊髓損傷治療中的研究現(xiàn)狀

費華偉（綜述） 程 光 程愛國（審校）

1.河北聯(lián)合大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，河北唐山 063000；2.河北聯(lián)合大學(xué)附屬醫(yī)院，河北唐山 063000

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是骨科領(lǐng)域的一種常見疾病，損傷后果嚴(yán)重。脊髓損傷包括原發(fā)性脊髓損傷（如機(jī)械壓迫、切割、出血、電解質(zhì)外溢等）和繼發(fā)性脊髓損傷（如局部缺血、水腫、炎癥反應(yīng)、過氧化基團(tuán)異常等）。原發(fā)性損傷所產(chǎn)生的神經(jīng)損傷是不可逆的，而繼發(fā)性損傷具有可逆性且可以被控制[1]。脊髓損傷臨床上治療方法大致有外科手術(shù)、藥物、物理治療等。目前，有效限制或干預(yù)發(fā)生繼發(fā)性脊髓損傷（secondary spinal cord injury，SSCI），在治療急性脊髓損傷（acute spinal cord injury，ASCI）中更具有重要意義。近些年來，在亞低溫廣泛應(yīng)用于顱腦損傷的基礎(chǔ)上，又開展了應(yīng)用于脊髓損傷治療的研究和亞低溫預(yù)處理保護(hù)髓內(nèi)切開手術(shù)的研究?，F(xiàn)將亞低溫在脊髓損傷治療中的研究現(xiàn)狀綜述如下：

1 脊髓繼發(fā)性損傷的機(jī)制

1.1 興奮性氨基酸毒性作用

興奮性氨基酸（excitatory amino acid，EAA）主要包括谷氨酸（Glu）及天門冬氨基酸（Asp）。許多研究結(jié)果表明，EAA過度釋放會導(dǎo)致神經(jīng)組織損傷，把這種神經(jīng)損傷作用稱為EAA神經(jīng)毒性作用[2]。目前認(rèn)為EAA參與脊髓繼發(fā)性損傷的機(jī)制可能為[3-4]：①可使N-甲基-天冬氨酸（NMDA）等受體的陽離子通道開放，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的通透性改變，Na+、H2O內(nèi)流導(dǎo)致細(xì)胞水腫；②可激活離子型受體，使Ca2+大量內(nèi)流，胞內(nèi)過多的Ca2+激活DNA酶、蛋白酶引起DNA、蛋白質(zhì)和磷脂降解，破壞生物膜及細(xì)胞骨架；③激活代謝型受體，從而激活磷酸肌醇的代謝，引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡。

興奮性氨基酸毒性對脊髓損傷的作用還表現(xiàn)為：①脊髓損傷后興奮性氨基酸濃度增加；②脊髓缺血所致的脊髓損傷和興奮性毒性也可見于中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）缺血模型；③興奮性氨基酸受體拮抗劑治療實驗性脊髓損傷和缺血能有效改善神經(jīng)功能[5]。

1.2 脊髓缺血和缺血再灌注損傷

幾乎所有的研究均發(fā)現(xiàn)ASCI后脊髓血流量 （SCBF）顯著下降，且在創(chuàng)傷后最初數(shù)小時缺血逐漸加重。SCI后脊髓缺血與脊髓血管損傷、血管活性物質(zhì)釋放、微血管痙攣、微血栓形成、微血腫壓迫微血管等有關(guān)，從而導(dǎo)致脊髓血液循環(huán)障礙、組織缺血缺氧等一系列生理、生化和形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變。近年來許多學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)CNS中也存在內(nèi)皮素（ET），ET除具有強(qiáng)烈的縮血管作用外還可增加血管的通透性，進(jìn)而引起血-脊髓屏障的損害。Salzman等[6]研究了ET-1對大鼠脊髓繼發(fā)性損傷的作用，發(fā)現(xiàn)中等度打擊傷 （50 g/cm）后30 min、4、24 h，脊髓組織中ET-1水平明顯增加。還有研究發(fā)現(xiàn)ET的增高是引起SCI后4～24 h的主要缺血損傷因子[7]。因此SCI后的ET增高也是脊髓缺血的重要因素之一。在脊髓缺血解除后的血流再灌注可進(jìn)一步加重脊髓缺血的損傷。其可能的機(jī)制有氧自由基的產(chǎn)生及介導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化作用、興奮性氨基酸神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、細(xì)胞內(nèi)外離子的失衡、血-脊髓屏障通透性的改變等進(jìn)一步加重了脊髓繼發(fā)性損傷。

1.3 離子失衡

ASCI后損傷區(qū)離子失衡在繼發(fā)性脊髓損害病理過程中的作用也已越來越受到人們的重視。實驗發(fā)現(xiàn)ASCI后，脊髓組織損傷區(qū)總鉀含量下降，總鈉量呈進(jìn)行性升高，損傷區(qū)鈉、鉀離子失衡，從而影響脊髓神經(jīng)的傳導(dǎo)功能。鈣離子的升高，加大了細(xì)胞內(nèi)、外的濃度梯度，同時細(xì)胞膜離子泵活性降低，ASCI后細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流超載，損傷部位周圍的Ca2+也流向損傷組織使損傷組織總Ca2+和細(xì)胞內(nèi)Ca2+都過度增高，細(xì)胞膜上Ca2+通道因缺血缺氧也超常開放，鈣離子順濃度差從細(xì)胞外液流向細(xì)胞內(nèi)，造成細(xì)胞內(nèi)高鈣。細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高可激活多種蛋白酶及磷酯酶A2，引起一系列生化反應(yīng)，致能量代謝紊亂產(chǎn)生大量的自由基；同時鈣離子增加能導(dǎo)致膜磷脂的過氧化和花生四烯酸代謝的加強(qiáng)，加重血管痙攣、組織缺血、微循環(huán)障礙等而形成惡性循環(huán)，加重繼發(fā)性SCI。還有研究表明，Ca2+參與脊髓微血管內(nèi)微血栓的形成，并收縮微血管，導(dǎo)致局部微循環(huán)障礙[8]。進(jìn)一步說明Ca2+在參與脊髓繼發(fā)性損傷中的重要性。

1.4 炎癥因子損傷

有研究表明SCI后1 h時，各炎癥性細(xì)胞因子mRNA表達(dá)明顯升高，其中IL-1β和IL-6表達(dá)于損傷后12 h達(dá)峰值，TNF-α于損傷后4 h達(dá)峰值，至損傷后72 h仍高于假手術(shù)組（P<0.05）[9]。 IL-1β、IL-6 和 TNF-α 是重要的炎癥性細(xì)胞因子，可誘發(fā)和促進(jìn)炎癥，加重炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡。早期產(chǎn)生的TNF-α還能活化血小板活化因子（PAF），PAF具有廣泛的激活炎癥細(xì)胞的能力，SCI后局部增多的PAF可進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞因子IL-1、IL-6和TNF的增加，促使傷區(qū)脊髓和鄰近脊髓微血管內(nèi)血栓形成、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、血管壁通透性增加，脊髓組織血流量減少，PAF具有直接收縮中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管作用或通過刺激白三烯釋放而產(chǎn)生微血管收縮效應(yīng)[10]，因此PAF也是介導(dǎo)炎癥SCI的關(guān)鍵因素之一。

1.5 神經(jīng)細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡也是SSCI的重要組成部分，病理研究證實脊髓損傷后出現(xiàn)的脊髓神經(jīng)細(xì)胞潰變及慢性脫髓鞘與細(xì)胞凋亡有關(guān)，脊髓神經(jīng)細(xì)胞死亡不是源于直接損傷而是細(xì)胞凋亡所致[11]。有研究證實，繼發(fā)性脊髓損傷中出現(xiàn)的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞死亡都是繼發(fā)細(xì)胞凋亡的結(jié)果。Li等[12]首先觀察了脊髓壓迫損傷后的細(xì)胞凋亡現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在脊髓損傷后的凋亡細(xì)胞，主要是少突神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，都分布在白質(zhì)的前索、側(cè)索和后索中，而灰質(zhì)中未見細(xì)胞凋亡。目前研究認(rèn)為有關(guān)脊髓損傷后繼發(fā)性細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)因素有三方面，即：①興奮性氨基酸的毒性作用和Ca2+介導(dǎo)的細(xì)胞損害；②自由基與一氧化氮的過度表達(dá)；③細(xì)胞因子（白介素、干擾素、腫瘤壞死因子）與化學(xué)因子（細(xì)胞膜中的花生四烯酸，花生四烯酸在環(huán)氧合酶的作用下降解后生成的前列腺素和廿烷類）的作用。脊髓損傷細(xì)胞凋亡還涉及到一系列基因的激活表達(dá)及調(diào)控。在脊髓損傷后細(xì)胞凋亡的研究中，目前研究較多的主要有Caspase，F(xiàn)as和 FasL 系統(tǒng)、p53、bcl-2、IEGs等。其中 Caspase-3是Caspase家族另一種重要的蛋白酶，Caspase-3的激活可誘導(dǎo)凋亡發(fā)生，在細(xì)胞凋亡早期的啟動與執(zhí)行過程中起著重要作用。

2 亞低溫治療脊髓損傷的機(jī)制

亞低溫治療重型顱腦損傷的溫度應(yīng)控制在33～35℃[13-14]，這一亞低溫已被國內(nèi)外學(xué)者所認(rèn)定并廣泛應(yīng)用著。目前，一般認(rèn)為亞低溫的脊髓保護(hù)作用機(jī)制主要包括以下幾個方面。

2.1 有效抑制脊髓水腫，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞功能

在SSCI發(fā)生發(fā)展過程中，脊髓缺血導(dǎo)致局部腫脹，引起脊髓水腫，后者進(jìn)一步加重了脊髓局部缺血，造成惡性循環(huán)。低溫可使脊髓血管收縮，降低血管通透性，減少血液外滲和出血，減輕脊髓組織水腫；另一方面抑制損傷段脊髓組織產(chǎn)生興奮性氨基酸（EAA）、氧自由基反應(yīng)（FR），減輕脂質(zhì)過氧化，減少超氧化物歧化酶（SOD）的消耗，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞對糖的利用，保持 Na+-K+-ATP酶活性，從而穩(wěn)定細(xì)胞膜，抑制Na+、Ca2+、Cl-、H2O 等過度內(nèi)流，減輕脊髓水腫，繼而保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞功能[15]。

2.2 減少神經(jīng)細(xì)胞氧耗及Ca2+內(nèi)流，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定

脊髓組織耗氧主要有兩種途徑：一是維持細(xì)胞的電生理活性；二是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[16]。低溫主要抑制后一種氧耗，通過降低中樞神經(jīng)細(xì)胞氧耗，減少乳酸蓄積，而維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。在正常供氧條件下，中心體溫每降低1℃，脊髓代謝率可降低6%～7%，當(dāng)降溫至30℃時，脊髓代謝率降低，減少氧耗約50%，這樣就改善氧的供需關(guān)系和脊髓的缺血缺氧狀態(tài)[17]。近年的實驗研究也證明，在ASCI早期存在著大量的Ca2+內(nèi)流[18]。細(xì)胞內(nèi)鈣超載是SSCI病理機(jī)制的一個關(guān)鍵因素，已被公認(rèn)為是細(xì)胞死亡的最后共同通道。亞低溫能明顯阻滯缺氧去極化及神經(jīng)元Ca2+內(nèi)流，還能降低中樞神經(jīng)組織ATP的消耗而降低Ca2+內(nèi)流。日本學(xué)者M(jìn)ITANI用熒光微定量法技術(shù)證實了低溫能抑制缺氧時Ca2+內(nèi)流[19]，降低胞漿中Ca2+濃度。

2.3 抑制內(nèi)源性毒性產(chǎn)物對神經(jīng)組織的毒害

脊髓損傷后，損傷段組織內(nèi)產(chǎn)生一系列毒性物質(zhì)（包括自由基、興奮性氨基酸、NO、5-羥色胺等）是加重繼發(fā)性脊髓損傷的主要原因[20]。亞低溫可以阻止這類毒性物質(zhì)的生成和釋放。有實驗結(jié)果表明[21]，亞低溫能明顯減輕胞外谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、甘氨酸（Gly）和?；撬幔═au）的過度釋放。亞低溫還在一定程度上減輕了氨基酸興奮毒性作用。

2.4 抑制自由基產(chǎn)生，抑制脊髓炎癥反應(yīng)，減少神經(jīng)細(xì)胞損傷[22]

亞低溫可減少SCI后早期前炎癥細(xì)胞因子 （如細(xì)胞素IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α、自由基、干擾素等）的合成釋放，減輕脊髓炎癥反應(yīng)，還可以增加脊髓腦脊液對流，有利于有害物質(zhì)的清除[23]。亞低溫還可保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞，抑制自由基的產(chǎn)生，減輕脂質(zhì)過氧化和再灌注，降低神經(jīng)細(xì)胞消耗對超氧化物歧化酶（SOD）的作用。有報道顯示低溫還能保護(hù)過氧化氫酶等其他抗氧化酶[17]。

2.5 改善脊髓缺血再灌注后神經(jīng)功能的惡化

亞低溫能夠明顯改善脊髓缺血再灌注后神經(jīng)功能的惡化，減少中性粒細(xì)胞浸潤及HL-8在脊髓組織中的表達(dá)，抑制脊髓缺血再灌注后炎癥反應(yīng)，減少缺血再灌注后的過度充血[24]，阻止遲發(fā)性的EAA釋放，阻斷毒性物質(zhì)對神經(jīng)細(xì)胞的損害，從而減輕脊髓繼發(fā)性損傷。

2.6 抑制神經(jīng)元凋亡

細(xì)胞凋亡是程序性細(xì)胞死亡，在SSCI中發(fā)揮了重要作用，因此，在ASCI治療中阻斷凋亡過程將更有價值[25]。亞低溫通過抑制興奮性氨基酸的釋放，減少自由基的產(chǎn)生，減輕炎癥反應(yīng)而抑制細(xì)胞凋亡。另一方面亞低溫可能還通過凋亡的調(diào)節(jié)系統(tǒng)來抑制細(xì)胞凋亡。亞低溫狀態(tài)下抑制細(xì)胞凋亡可能還與降低了神經(jīng)元代謝，抑制核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB易位，抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）活性，降低核酸內(nèi)切酶活性等因素有關(guān)。

3 亞低溫的實施

脊髓低溫的實施有多種方法，大體可分為兩類：全身降溫和局部降溫。

3.1 全身降溫的方法

全身降溫有傳導(dǎo)降溫、空氣對流降溫和血液降溫等方法，醫(yī)用自動調(diào)溫毯是一種較好的全身降溫工具，可控性好且具有降溫、復(fù)溫雙重功能。在全身降溫治療的過程中可能出現(xiàn)以下并發(fā)癥：①心率減慢、血壓下降、各種心律失常、心臟指數(shù)下降及復(fù)溫性低血壓；②復(fù)溫速度過快易引起顱內(nèi)壓“反跳”增高；③血黏度增加、凝血機(jī)制障礙、凝血酶原時間和促凝血酶原時間延長、血小板減少引起出血傾向；④低溫促使鉀離子向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移引起低血鉀癥；⑤低溫期間免疫功能受到抑制，易發(fā)生呼吸道感染、泌尿道感染及壓瘡；⑥低溫狀態(tài)下促腎上腺皮質(zhì)激素、腎上腺素的分泌均受抑制；⑦低溫治療過程中會發(fā)生胰酶活性增加和血小板降低。但是在治療過程中只要注意采用正確的亞低溫方法和全面監(jiān)護(hù)，上述并發(fā)癥則不會發(fā)生或可被及時糾正和避免，并不影響其治療作用[26-27]。

3.2 局部降溫的方法

局部降溫可通過局部低溫液體灌注或植入熱能交換器而獲得。Albin在動物實驗中采用了5℃的等滲生理鹽水進(jìn)行受損段的局部低溫灌注，灌注時間持續(xù)2.5 h結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗組動物的神經(jīng)功能恢復(fù)較對照組明顯。Black等[28]曾對脊髓局部低溫灌注的降溫速率進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在實施降溫過程中的前3 min，脊髓降溫速率最快，降溫幅度可達(dá)17.1℃左右。經(jīng)過快速降溫期后，在接下來的18 min溫度下降緩慢，幅度只有2.3℃。在21 min脊髓溫度基本處于平臺期，達(dá)到最低溫度6.7℃。所以局部降溫具有降溫速度快、降溫深度強(qiáng)、對全身系統(tǒng)影響小等優(yōu)點。但是局部低溫也有其缺點：一般需要急診手術(shù)，對手術(shù)技術(shù)要求較高并且需要特殊的降溫裝置，并且有降低受損脊柱節(jié)段穩(wěn)定性的風(fēng)險；同時患者也很難接受僅僅為實施低溫治療而行椎板切除術(shù)。臨床上亞低溫技術(shù)能增加脊髓對缺血的耐受性，降低了術(shù)后截癱的發(fā)生率，并已在胸腹主動脈瘤手術(shù)中應(yīng)用獲得成功。

近年來，隨著手術(shù)技術(shù)的提高和脊髓內(nèi)腫瘤及脊髓內(nèi)其他病變手術(shù)治療的增多，脊髓切開手術(shù)其本身也是一種損傷，常會因為術(shù)中牽拉暴露等操作而導(dǎo)致脊髓損傷，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重不良后果。目前對于脊髓損傷前實施低溫預(yù)處理進(jìn)行脊髓保護(hù)方面的研究較少。本學(xué)科開展了亞低溫局部干預(yù)脊髓切開髓內(nèi)手術(shù)的急性脊髓損傷的實驗性研究，提示在施行脊髓內(nèi)手術(shù)前先進(jìn)行局部脊髓低溫預(yù)處理可明顯減輕因手術(shù)操作而引起的銳性脊髓繼發(fā)性損傷。

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