缺血性卒中高壓氧治療的研究現(xiàn)狀及展望

任梓齊，王叢，薛連璧

從1963年國(guó)內(nèi)外學(xué)者就開(kāi)始了高壓氧（hyperbaric oxygen，HBO）治療卒中，特別是缺血性卒中的研究工作。缺血性卒中是指腦組織局部供血?jiǎng)用}因血栓形成或栓子脫落等發(fā)生阻塞，供血中斷，造成腦組織細(xì)胞缺血缺氧，導(dǎo)致能量代謝障礙、鈣超載、磷酸酶及蛋白酶激活、花生四烯酸積聚、細(xì)胞骨架崩塌，最終腦組織缺血缺氧壞死。高壓氧治療是一種非藥物、非侵入性治療手段，它通過(guò)將患者置于密閉的高氣壓，通常＞1.4絕對(duì)大氣壓（atmosphere absolute，ATA）（1 ATA=0.1013 MPa）艙內(nèi)間斷吸高濃度氧的方式，利用物理學(xué)原理通過(guò)大幅度提高患者血液氧分壓，增加血液中物理溶解氧含量，擴(kuò)大血氧彌散距離，增加腦組織氧供，可以有效地克服梗死組織的微循環(huán)障礙，迅速將分子氧直接運(yùn)送至紅細(xì)胞無(wú)法通過(guò)的終末毛細(xì)血管血管處[1]，并增加紅細(xì)胞變形性，增加腦循環(huán)尤其微循環(huán)供氧，改善組織缺氧。

缺血性卒中開(kāi)始高壓氧干預(yù)的時(shí)間涵蓋了急性期和慢性期多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，治療方案也多種多樣，最常用方案為2.0～3.0 ATA，1～2 h，100% O2，治療次數(shù)從單次至幾十次不等，總治療劑量也尚無(wú)定論。目前高壓氧治療對(duì)缺血性卒中的作用研究很多，主要分為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究?jī)纱蟛糠帧４蟛糠謩?dòng)物實(shí)驗(yàn)及部分臨床研究支持高壓氧治療有神經(jīng)保護(hù)和促神經(jīng)重塑作用，尤其在缺血性卒中急性期開(kāi)展高壓氧治療可以更好地改善患者的臨床預(yù)后，但也有部分研究認(rèn)為高壓氧對(duì)缺血性卒中的治療無(wú)效，甚至有害。高壓氧治療缺血性卒中療效不一的原因復(fù)雜，現(xiàn)簡(jiǎn)要評(píng)述如下。

1 高壓氧治療缺血性卒中動(dòng)物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

目前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果傾向于支持高壓氧對(duì)腦缺血模型動(dòng)物的保護(hù)作用，可降低腦梗死體積，改善神經(jīng)功能障礙。與常壓氧相比，一定范圍內(nèi)的高壓氧治療對(duì)缺血性卒中的保護(hù)作用呈劑量依賴性，而高壓氧聯(lián)合常壓氧治療較單獨(dú)高壓氧治療并無(wú)額外獲益。Beynon和Veltkamp等[2-3]研究證實(shí)，高壓氧治療對(duì)大腦中動(dòng)脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）大鼠的效果明顯優(yōu)于常壓氧，MRIDWI序列可見(jiàn)高壓氧治療后大鼠的腦梗死體積減小。且缺血性卒中急性期給予高壓氧治療后，其神經(jīng)保護(hù)作用可持續(xù)到治療后一段時(shí)間。Henninger等[4]研究證實(shí)，MCAO模型大鼠建模成功后3 h給予高壓氧（2.5 ATA，1 h，100%O2）治療，5 h后MRI-DWI序列顯示大鼠病變區(qū)縮小，且這種高壓氧治療的腦保護(hù)作用可持續(xù)168 h。腦組織梗死區(qū)TTC染色亦證實(shí)高壓氧治療能降低腦梗死體積。

高壓氧治療降低缺血性卒中模型動(dòng)物腦梗死體積，改善神經(jīng)功能障礙的機(jī)制可能有以下幾點(diǎn)：

（1）改善腦組織供氧：高壓氧可顯著增加血液中物理溶解氧含量，擴(kuò)大血氧彌散距離，而不顯著改變血液黏稠度。改善缺血半暗帶區(qū)神經(jīng)元能量代謝，促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞存活[5]。

（2）改善腦細(xì)胞代謝：高壓氧有助于恢復(fù)細(xì)胞離子泵功能、調(diào)控線粒體ATP敏感鉀離子通道開(kāi)放、改善缺血后腦細(xì)胞代謝[6]。高壓氧降低缺血半暗帶內(nèi)血糖、丙酮酸、興奮毒性氨基酸如谷氨酸水平[7]。高壓氧還減少腦缺血模型大鼠紋狀體內(nèi)多巴胺釋放，降低細(xì)胞外多巴胺水平[8]。

（3）抑制腦缺血后細(xì)胞自噬、凋亡和壞死：腦缺血早期階段，梗死區(qū)周圍皮層內(nèi)神經(jīng)元壞死，隨后神經(jīng)元凋亡，自噬可能參與整個(gè)腦缺血過(guò)程。早期（3 h）給予MCAO模型大鼠高壓氧治療，可抑制神經(jīng)細(xì)胞自噬、減輕細(xì)胞凋亡和壞死程度，從而改善腦組織缺血損傷。高壓氧通過(guò)下調(diào)beclin1蛋白的表達(dá)抑制自噬；高壓氧亦下調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子-1α、胱天蛋白酶（caspase）-3和caspase-9等凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，抑制線粒體膜電位降低，抑制凋亡誘導(dǎo)因子自線粒體向細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)位等抑制細(xì)胞凋亡；高壓氧還通過(guò)下調(diào)胞襯蛋白（fodrin1）的表達(dá)抑制細(xì)胞壞死，從而降低腦梗死體積，促進(jìn)神經(jīng)功能缺損的恢復(fù)[9-15]。

（4）抑制腦缺血后氧化應(yīng)激作用：有研究證明，多次高壓氧治療能降低活性氧、活性氮和脂質(zhì)過(guò)氧化水平，增加抗氧化酶活性，從而減少腦梗死體積，減輕神經(jīng)功能障礙[16-17]。

（5）抑制腦梗死后炎癥反應(yīng)：多次高壓氧治療可通過(guò)抑制缺血性卒中模型動(dòng)物體內(nèi)的TNF-α和IL-1β等促炎性細(xì)胞因子的釋放、促進(jìn)IL-10等抗炎性細(xì)胞因子的釋放、下調(diào)炎性介質(zhì)環(huán)氧化酶-2的mRNA及蛋白表達(dá)、抑制髓過(guò)氧化物酶活力、降低梗死區(qū)中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)等機(jī)制減輕腦梗死區(qū)周圍局部炎癥反應(yīng)，從而發(fā)揮腦保護(hù)作用[16-18]。

（6）降低腦血管通透性，維持血腦屏障穩(wěn)定性，減輕水腫：缺血性卒中急性期給予高壓氧，通過(guò)MRI檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其降低MCAO模型動(dòng)物腦缺血后血腦屏障的通透性，顯著降低血管源性水腫，機(jī)制可能與高壓氧減輕缺血誘導(dǎo)的毛細(xì)血管層粘連蛋白-5水平，抑制血清MMP-9水平上調(diào)，進(jìn)而降低基底層退化有關(guān)[19-21]。此外，高壓氧治療維護(hù)血腦屏障的穩(wěn)定性，抑制局部腦缺血后的出血轉(zhuǎn)化，降低大鼠死亡率[22]。

（7）誘導(dǎo)細(xì)胞增生和神經(jīng)再生：高壓氧治療可促進(jìn)海馬區(qū)及梗死區(qū)周圍組織細(xì)胞增生，其機(jī)制與調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸酶1-γ及減少泛素化依賴的環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白降解相關(guān)[23]。高壓氧治療還能刺激骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增生和動(dòng)員其至梗死區(qū)、促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞增生，且此作用與高壓氧治療療程相關(guān)，長(zhǎng)期多次高壓氧治療效果優(yōu)于單次高壓氧。高壓氧治療可促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)因子的表達(dá)，促進(jìn)和刺激神經(jīng)再生[24]。Hu等[25]研究證實(shí)，MCAO大鼠造模成功后7 d開(kāi)始給予高壓氧治療仍具有促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)新生，促進(jìn)卒中慢性期的運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)及記憶功能恢復(fù)，其機(jī)制可能與活性氧/缺氧誘導(dǎo)因子-1α/β-連環(huán)蛋白通路相關(guān)。

（8）促進(jìn)血管新生及側(cè)支循環(huán)建立：高壓氧治療使血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)上調(diào)，誘導(dǎo)內(nèi)皮祖細(xì)胞動(dòng)員至梗死區(qū)促進(jìn)血管新生，發(fā)揮腦保護(hù)作用，降低腦梗死體積，促進(jìn)神經(jīng)功能缺損的恢復(fù)[1，6，26]。

雖然大部分研究認(rèn)為高壓氧治療在動(dòng)物模型中對(duì)腦缺血發(fā)揮保護(hù)作用，但也有研究發(fā)現(xiàn)高壓氧治療可能加重腦組織損傷，增加腦梗死體積，認(rèn)為其機(jī)制與高壓氧通過(guò)活性氧誘導(dǎo)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK 1/2）活化，破壞自噬流有關(guān)[27]。

高壓氧對(duì)于腦缺血?jiǎng)游锏谋Ｗo(hù)或損傷作用可能與腦缺血后給予高壓氧治療的時(shí)間窗有關(guān)。腦缺血后高壓氧治療的最佳時(shí)間窗目前尚無(wú)定論，大部分研究認(rèn)為在缺血3～6 h治療時(shí)間窗內(nèi)開(kāi)始高壓氧治療或延遲但多次高壓氧治療均可減輕腦組織損傷、改善神經(jīng)功能障礙。Badr等[28]研究認(rèn)為高壓氧對(duì)腦缺血再灌注模型大鼠有雙重作用，6 h內(nèi)予高壓氧治療降低腦梗死體積，而6～24 h后高壓氧治療增加腦梗死體積，認(rèn)為腦缺血后高壓氧治療的最佳時(shí)間窗可能是發(fā)病6 h內(nèi)。除治療時(shí)間窗外，單次高壓氧治療持續(xù)時(shí)間對(duì)缺血性卒中治療也非常關(guān)鍵。本課題組開(kāi)展了MCAO模型大鼠建模3 h后給予單次9 h和18 h的高壓氧治療研究，發(fā)現(xiàn)早期長(zhǎng)時(shí)程高壓氧治療可有效降低大鼠腦梗死體積，改善大鼠缺血早期神經(jīng)行為功能，其中9 h干預(yù)受益最佳，而18 h干預(yù)組盡管時(shí)間增加了一倍，但獲益無(wú)增加，且有加重氧化應(yīng)激損傷的傾向[29]。

2 高壓氧治療缺血性卒中的臨床研究

雖然大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明高壓氧治療對(duì)缺血后腦組織發(fā)揮保護(hù)作用，但高壓氧治療對(duì)缺血性卒中患者作用的臨床研究不多，且樣本量小，高壓氧干預(yù)時(shí)機(jī)和高壓氧治療方案差異較大，目前高壓氧治療對(duì)缺血性卒中的臨床作用無(wú)一致觀點(diǎn)。

有研究者認(rèn)為，在缺血性卒中的急性期，高壓氧治療是安全的，且有效改善神經(jīng)功能障礙。Nighoghossian等[30]報(bào)道證實(shí)了高壓氧治療缺血性卒中患者的安全性，且有改善神經(jīng)功能障礙的趨勢(shì)。McCormick等[31]回顧性分析了22例急性缺血性卒中患者發(fā)病1～5 h內(nèi)予高壓氧治療后其神經(jīng)功能恢復(fù)情況，發(fā)現(xiàn)缺血性卒中后3 h內(nèi)給予高壓氧治療效果最佳，且高壓氧可增強(qiáng)rt-PA溶栓的治療效果。Chen等[32]報(bào)道，給予急性缺血性卒中患者單次高壓氧治療（2.5 ATA，100 min，100% O2）后hs-CRP水平降低，循環(huán)中內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)目（屬于骨髓單核細(xì)胞亞群，可促進(jìn)缺血或梗死區(qū)血管再生，并替換功能障礙的內(nèi)皮細(xì)胞）增加，改善患者的短期臨床預(yù)后（1個(gè)月Barthel指數(shù)、NIHSS評(píng)分和mRS評(píng)分）。

有研究者認(rèn)為，在缺血性卒中的慢性恢復(fù)階段，高壓氧治療也具有改善神經(jīng)功能障礙的作用。Efrati等[33]的一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究選取74例伴有運(yùn)動(dòng)功能障礙的缺血性或出血性卒中發(fā)病后6～36個(gè)月患者，予高壓氧治療（2.0 ATA，90 min，100% O2，每天1次，連續(xù)40次），患者的神經(jīng)功能和生活質(zhì)量均獲得了顯著改善，且SPECT圖像顯示高壓氧治療使腦細(xì)胞代謝活動(dòng)增加，提示高壓氧治療促進(jìn)卒中后神經(jīng)可塑性。Boussi-Gross等[34]對(duì)91例缺血和出血性卒中發(fā)病后3～180個(gè)月的患者予高壓氧治療（2.0 ATA，90 min，100% O2，40～60次），發(fā)現(xiàn)高壓氧治療能明顯改善患者的記憶力和認(rèn)知功能，SPECT顯示與改善腦代謝相關(guān)。Hadanny等[35]對(duì)162例發(fā)病超過(guò)3個(gè)月的缺血性和出血性卒中患者進(jìn)行回顧性分析，同樣發(fā)現(xiàn)高壓氧治療顯著改善患者的認(rèn)知功能。

也有研究認(rèn)為高壓氧治療對(duì)缺血性卒中患者的康復(fù)無(wú)效，甚至有害。Bennett等[36]對(duì)11項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)（randomized controlled trial，RCT）的共705例患者進(jìn)行薈萃分析后，認(rèn)為高壓氧治療并不能改善缺血性卒中患者的臨床預(yù)后。Rusyniak等[37]進(jìn)行一項(xiàng)隨機(jī)前瞻雙盲隊(duì)列研究入選了33例未接受溶栓治療的急性缺血性卒中患者，分別給予高壓氧治療（2.5 ATA，60 min，100% O2）和常壓氧治療，結(jié)果顯示24 h兩組NIHSS評(píng)分無(wú)差異；3個(gè)月時(shí)對(duì)照組NIHSS評(píng)分、mRS評(píng)分、格拉斯哥預(yù)后評(píng)分（GOS）優(yōu)于高壓氧暴露組，認(rèn)為高壓氧對(duì)急性缺血性卒中患者可能無(wú)效，甚至有害。

此外，關(guān)于高壓氧預(yù)處理在缺血性卒中的作用，有研究認(rèn)為，高壓氧預(yù)處理促進(jìn)腦組織對(duì)缺血缺氧預(yù)適應(yīng)，增加對(duì)缺血再灌注損傷的耐受性，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，其機(jī)制可能通過(guò)抑制p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）、環(huán)氧化酶-2的表達(dá)和上調(diào)沉默信息調(diào)節(jié)因子1（Sirt1）表達(dá)等。

3 高壓氧治療缺血性卒中研究展望

縱觀國(guó)內(nèi)外高壓氧治療缺血卒中的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床研究現(xiàn)狀，臨床及科研人員應(yīng)重視以下研究方向：

（1）“時(shí)間就是大腦”：缺血性卒中發(fā)生后高壓氧干預(yù)的最佳時(shí)機(jī)、壓力方案、持續(xù)時(shí)間、頻次和總的劑量學(xué)仍是當(dāng)前需要深入研究的重點(diǎn)。在治療的最佳時(shí)間窗內(nèi)，采用最佳的高壓氧治療方案，充分利用高壓氧治療來(lái)克服循環(huán)障礙，迅速有效地改善梗死組織缺氧，抑制炎性反應(yīng)，減輕腦水腫，降低顱內(nèi)壓，挽救損傷腦組織，進(jìn)而降低死亡率、致殘率。本課題組對(duì)缺血性卒中超早期（3 h內(nèi)）采用2.0 ATA壓力，單次長(zhǎng)時(shí)程（9 h和18 h）干預(yù)方案的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，就是基于有文獻(xiàn)證實(shí)幕上大血管梗死的自然病理過(guò)程9～18 h的理論，力爭(zhēng)早期單次高壓氧干預(yù)時(shí)間涵蓋整個(gè)自然病理周期，充分發(fā)揮高壓氧改善組織缺氧的優(yōu)勢(shì)，抑制甚至逆轉(zhuǎn)病理過(guò)程，挽救缺血腦組織，研究取得了初步成績(jī)，這方面的研究還有許多內(nèi)容亟待開(kāi)展。

（2）目的性氧療：高壓氧治療作為改善梗死組織缺氧的一種治療手段，目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)顯示，高壓氧治療采用的壓力、單次持續(xù)時(shí)間，以及為克服可能發(fā)生氧毒性所采取的吸氧濃度方案、治療頻次和總的治療劑量都存在很大的盲動(dòng)性。建立一套以腦電、腦血流、顱內(nèi)壓、腦灌注壓和腦組織氧分壓，特別是梗死區(qū)域組織氧分壓監(jiān)測(cè)為目標(biāo)的目的性高壓氧治療方案是未來(lái)高壓氧治療缺血性卒中和其他顱腦疾病的研究方向。

（3）血管再通后的輔助治療：高壓氧聯(lián)合藥物和血管介入治療是高壓氧治療缺血性卒中的研究方向之一，改善缺血梗死區(qū)微循環(huán)。已有研究報(bào)道高壓氧聯(lián)合rt-PA治療增加急性缺血性卒中患者溶栓療效，促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)[31]。超飽和氧聯(lián)合經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療降低急性心肌梗死患者梗死面積[38]，目前在缺血性卒中領(lǐng)域需進(jìn)一步研究。

（4）高壓氧聯(lián)合抗氧化藥物治療：高壓氧同藥物作用類似，其治療作用與不良反應(yīng)取決于高壓氧的應(yīng)用方式。急性期大劑量高壓氧治療可加重氧化應(yīng)激反應(yīng)，但長(zhǎng)期高壓氧治療卻能提高機(jī)體抗氧化能力[16-17，39]。急性期高壓氧聯(lián)合抗氧化藥物治療有可能進(jìn)一步改善缺血性卒中神經(jīng)功能障礙，減少不良反應(yīng)，增加臨床獲益，是未來(lái)高壓氧治療的研究方向之一。已有研究報(bào)道高壓氧聯(lián)合依達(dá)拉奉治療急性期缺血性卒中患者，有進(jìn)一步改善神經(jīng)功能障礙趨勢(shì)[40]。

（5）高質(zhì)量的臨床多中心RCT研究：現(xiàn)有的臨床研究結(jié)果提示高壓氧治療可使缺血性卒中患者獲益，但也有小樣本量的RCT報(bào)道未能證實(shí)高壓氧對(duì)缺血性卒中患者的神經(jīng)保護(hù)作用。由于既往臨床研究質(zhì)量不高，高壓氧治療方案設(shè)計(jì)不合理，尚缺乏足夠循證醫(yī)學(xué)證據(jù)，亟待高質(zhì)量的臨床多中心RCT研究。