亞低溫治療對重癥病毒性腦炎患兒酸堿平衡及炎癥細(xì)胞因子水平的影響*

陳 鋒， 張芙蓉， 何生松

1 華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬武漢兒童醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，武漢 430016 2華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院感染科，武漢 430022

重癥病毒性腦炎(severe viral encephalitis，SVE)是兒童重癥監(jiān)護(hù)室的常見危重疾病，是兒童死亡和致殘的主要病因之一。不論是病毒的直接作用，還是病毒病原刺激神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等細(xì)胞因子大量產(chǎn)生和聚集，都會引起神經(jīng)細(xì)胞損傷[1]。臨床研究已證實(shí)亞低溫治療是對腦外傷、腦缺血缺氧及腦出血較為有效的腦保護(hù)措施，但亞低溫治療能否影響病毒感染后炎癥細(xì)胞因子引起的級聯(lián)反應(yīng)以及細(xì)胞凋亡鮮有研究和報道。因此，在初步證實(shí)亞低溫治療可以降低重癥病毒性腦炎患兒血清及腦脊液神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuron specific enolase，NSE)、S100B蛋白水平的基礎(chǔ)上[2]，本研究繼續(xù)探討亞低溫對病毒性腦炎患兒血清及腦脊液中TNF-α、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、白細(xì)胞介素-10(interleukin-10，IL-10)及可溶性凋亡相關(guān)因子(s-Fas)的影響。同時監(jiān)測亞低溫治療過程中患兒動脈血PO2、PCO2、pH值，腦脊液及血清中乳酸水平的變化，以探討亞低溫治療對重癥病毒性腦炎患兒酸堿平衡的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取2014年1月～2018年12月于武漢兒童醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科治療的重癥病毒性腦炎患兒。納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合病毒性腦炎診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]。②未合并顱腦及其他臟器嚴(yán)重外傷。③通過血液及腦脊液培養(yǎng)、結(jié)核菌素實(shí)驗(yàn)、高通量測序技術(shù)等，排除其它病原所致的腦炎、腦膜炎。④滿足下列6項(xiàng)中的2項(xiàng)及以上：高熱持續(xù)不退；頻繁抽搐或驚厥持續(xù)狀態(tài)；入院時格拉斯哥昏迷評分(GCS)≤8分；癱瘓；出現(xiàn)腦干癥狀如血壓波動、呼吸節(jié)律改變等；頭部影像學(xué)檢查(CT或MRI)顯示腦實(shí)質(zhì)和(或)腦干內(nèi)異常密度灶。排除標(biāo)準(zhǔn)：①入院時雙瞳散大；②持續(xù)性休克，血壓小于該年齡組第5個百分位或小于該年齡組正常值2個標(biāo)準(zhǔn)差，對血管活性藥物無反應(yīng)；③伴有嚴(yán)重的腦外傷、胸部、腹部及其他臟器外傷；④患有嚴(yán)重心肺疾患及糖尿??；⑤既往有腦損傷病史及神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤。

根據(jù)患兒家長是否同意接受亞低溫治療，將患兒分為亞低溫治療組和常規(guī)對照組，兩組患兒在年齡、體重、性別、格拉斯哥昏迷評分(GCS)等方面的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)，重癥病毒性腦炎患兒治療前一般資料對比分析見表1。本研究方案經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有治療獲得患兒監(jiān)護(hù)人的知情同意。

表1 兩組患兒治療前一般資料比較Table 1 Comparison of general informations in children with severe viral encephalitis before

1.2 研究方法

兩組患兒均給予常規(guī)抗病毒、吸氧、鎮(zhèn)靜、降顱壓、鼻飼安宮牛黃丸等治療。常規(guī)對照組患兒發(fā)熱時給予常規(guī)退熱處理；亞低溫治療組患兒在入院后24 h內(nèi)行亞低溫治療[全身使用控溫毯(美國Csz公司，Blanketroll型)，盡量在3～6 h內(nèi)將患兒肛溫降至32～35℃，最遲不超過12 h]，維持直腸溫度在32℃～35℃之間，必要時予呼吸機(jī)輔助通氣治療，治療時間一般為3～10 d。

1.3 標(biāo)本采集及檢測

患兒于入院后以及治療后24、48、72 h及10 d各時點(diǎn)行動脈血?dú)夥治?Radiometer ABL80 FLEX血?dú)夥治鰞x)測定血PO2、PCO2、pH值，并抽取靜脈血，高速離心后取上清，置-70℃冰箱保存待測。患兒均于入院后48 h內(nèi)(急性期)行腰椎穿刺，于住院第10～14天(恢復(fù)期)再次行腰椎穿刺，采集腦脊液，置-70℃冷凍保存待測。采用英國Rondox公司生產(chǎn)的乳酸試劑盒，通過日立7170全自動生化儀測定血清及腦脊液乳酸水平(正常值范圍：0.5～2.2 mmol/L)。采用酶聯(lián)免疫試劑盒(均購自武漢博士德公司)檢測患者血清及腦脊液TNF-α、IL-6、IL-10及s-Fas水平，標(biāo)本儲存和實(shí)驗(yàn)步驟嚴(yán)格按照試劑盒說明書操作。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 亞低溫治療對患兒動脈血PO2、PCO2、pH的影響

最初入選共108例，治療過程中，亞低溫治療組和常規(guī)治療組分別有6例和4例患兒家長放棄繼續(xù)治療，兩組分別死亡3例和2例，最終納入統(tǒng)計(jì)的病例數(shù)為93例。

在降溫前，亞低溫治療組和常規(guī)對照組的動脈血PO2、PCO2無顯著性差異(P>0.05)；而降溫48、72 h及治療后10 d，亞低溫治療組動脈血PO2、PCO2均低于常規(guī)對照組(均P<0.05)。亞低溫治療過程中，動脈血pH值在各時點(diǎn)無明顯變化(P>0.05)，血pH值大致在正常范圍波動內(nèi)，兩組比較，血pH值在各時點(diǎn)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)。見表2。

表2 亞低溫治療對患兒動脈血PO2、PCO2、pH值的影響Table 2 Effect of mild hypothrmia on expression of PO2,PCO2 and pH in arterial blood at different time

2.2 亞低溫治療對患兒血清乳酸及細(xì)胞因子TNF-α、IL-6、IL-10、s-Fas水平的影響

降溫治療48 h及72 h后，亞低溫治療組的血清乳酸水平明顯低于對照組(均P<0.05)，治療10 d后，兩組患兒血清乳酸水平均較治療前有所下降，但兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表3。患兒血清TNF-α、IL-6水平在亞低溫治療后72 h及治療后10 d均明顯低于常規(guī)治療組(均P<0.05)；在治療48、72 h后，亞低溫治療組IL-10水平均高于常規(guī)治療組(均P<0.05)，s-Fas水平均明顯低于常規(guī)治療組(均P<0.05)。見表3。

表3 兩組患兒不同時間點(diǎn)的血清乳酸及細(xì)胞因子水平Table 3 Expression of lactate and cytokines in serum at different time

2.3 亞低溫治療對患兒腦脊液乳酸及細(xì)胞因子水平的影響

亞低溫治療組的患兒腦脊液乳酸水平在急性期及恢復(fù)期均低于對照組(均P<0.05)。亞低溫治療組患兒恢復(fù)期腦脊液TNF-α水平明顯低于常規(guī)治療組，兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；腦脊液IL-6水平在急性期及恢復(fù)期，亞低溫治療組均明顯低于常規(guī)治療組，兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.01)；腦脊液IL-10水平在急性期及恢復(fù)期，兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)；亞低溫組的患兒腦脊液s-Fas水平在急性期明顯低于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。見表4。

表4 亞低溫治療對患兒腦脊液中乳酸及細(xì)胞因子水平的影響Table 4 Expression of lactate and cytokines in cerebrospinal fluid(CSF)at different time

3 討論

低溫療法是一種應(yīng)用物理降溫方法，將患者體溫降低到可控制低溫狀態(tài)，從而達(dá)到治療疾病目的的治療方法。國內(nèi)學(xué)者將28～35℃輕中度低溫劃分為亞低溫。大量實(shí)驗(yàn)提示：亞低溫能顯著降低機(jī)體新陳代謝及組織器官氧耗，促進(jìn)有氧代謝，改善微循環(huán)，降低受損腦組織的氧耗量，從而減輕腦缺血缺氧的程度，阻止繼發(fā)性損傷的發(fā)展[4-5]。

有研究發(fā)現(xiàn)，30～32℃亞低溫時重型腦創(chuàng)傷患者腦能量代謝可降至常溫時的40%，而腦組織氧含量則處于正常水平，說明亞低溫能減少腦耗能和氧耗量[6-7]。本研究發(fā)現(xiàn)，亞低溫治療48、72 h及治療后10 d，重癥病毒性腦炎患兒血PO2明顯低于常規(guī)對照組，可能與亞低溫時氧和血紅蛋白結(jié)合不易解離有關(guān)，并不表明腦組織的缺血缺氧損害會加重。因?yàn)榈蜏貭顟B(tài)下，氧不僅在血液中的溶解度增加，腦組織對氧的利用率也明顯提高(常溫時，血中溶解的氧僅有2%～3%被腦組織利用)[8]。并且，此時腦代謝顯著降低，因此亞低溫雖然使PO2降低，但腦組織仍能獲得相對足夠的氧。同時段測得的血PCO2與正常對照組比較呈下降趨勢，也說明亞低溫未加重缺血缺氧性腦損傷。

血清乳酸水平反映全身各臟器氧供和代謝狀態(tài)的總和，但其易受到全身其他因素影響，如寒顫、局部微循環(huán)障礙等，導(dǎo)致局部組織缺氧加重，乳酸生成增加。因此，血乳酸水平不能單獨(dú)反映腦代謝的情況，故本研究監(jiān)測腦脊液乳酸變化。本研究發(fā)現(xiàn)，病毒性腦炎患兒腦脊液及血乳酸濃度明顯升高，考慮是因?yàn)槟X炎后腦細(xì)胞水腫，引發(fā)腦細(xì)胞代謝增加，腦細(xì)胞處于缺血缺氧狀態(tài)，從而引起線粒體功能障礙，丙酮酸不能進(jìn)入三羧酸循環(huán)而轉(zhuǎn)化成乳酸[9]。經(jīng)治療，腦脊液及血清乳酸濃度均下降，表明患兒全身性炎癥反應(yīng)綜合征和腦組織對氧的供求狀態(tài)的改善。早在2002年，Soukup等[10]用微透析方法監(jiān)測重型顱腦損傷患者在亞低溫治療過程中局部腦脊液的生化變化，發(fā)現(xiàn)亞低溫狀態(tài)明顯降低了腦脊液乳酸水平。本研究結(jié)果也表明亞低溫治療后，腦脊液乳酸水平較血乳酸下降明顯，說明亞低溫治療能降低腦代謝率，改善腦組織氧供/氧耗平衡，證實(shí)了亞低溫狀態(tài)的腦保護(hù)作用。本研究發(fā)現(xiàn)，亞低溫治療在降低重癥病毒性腦炎患兒動脈血PO2的同時，也明顯降低了動脈血PCO2及腦脊液乳酸水平，但對血pH值的影響不大，各時段測得的動脈血pH值均波動在正常范圍內(nèi)，提示在亞低溫治療過程中，還有另外的代謝途徑導(dǎo)致pH值降低，尚有待進(jìn)一步研究。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，TNF-α主要由腦星形膠質(zhì)細(xì)胞及小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，不論是病毒的直接作用，還是病毒抗原刺激神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞均可誘導(dǎo)TNF-α、IL-6、IL-10等細(xì)胞因子的大量產(chǎn)生和聚集，介導(dǎo)炎性細(xì)胞因子級聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，破壞血-腦屏障，參與病毒性腦炎的病理生理過程[11-12]。Zhu等[13]認(rèn)為，TNF-α可以通過增強(qiáng)腦內(nèi)皮細(xì)胞中一氧化氮毒性，破壞血腦屏障的完整性和增加其通透性。孫健偉等[14]發(fā)現(xiàn)頭部亞低溫治療可降低新生兒缺氧缺血性腦病患兒血清IL-6和血漿ET-1水平，減少了神經(jīng)毒性作用和抑制腦血流減少，保護(hù)腦組織。Orrock等[15]發(fā)現(xiàn)，亞低溫可以降低新生兒缺氧缺血性腦病患兒血清TNF-α水平。本研究發(fā)現(xiàn)，亞低溫治療后72 h及治療后10 d，重癥病毒性腦炎患兒血清TNF-α、IL-6較常規(guī)治療組明顯降低，患兒恢復(fù)期腦脊液TNF-α、IL-6水平也均明顯低于常規(guī)治療組，表明亞低溫治療可降低重癥病毒性腦炎患兒TNF-α、IL-6水平，抑制機(jī)體炎癥反應(yīng)，與Orrock等研究結(jié)果基本一致。因此，檢測腦脊液或血清TNF-α、IL-6水平對預(yù)測重癥病毒性腦炎患兒腦損傷程度可能具有重要的臨床價值。魏亮等[16]研究發(fā)現(xiàn)，亞低溫治療通過上調(diào)IL-10表達(dá)水平降低腦出血后多臟器功能障礙綜合征(MODS)發(fā)生率。本研究也發(fā)現(xiàn)，血清IL-10水平在亞低溫治療48、72 h后較常規(guī)治療組明顯升高，說明亞低溫治療重癥病毒性腦炎可通過上調(diào)IL-10，抑制機(jī)體免疫反應(yīng)，保護(hù)腦組織細(xì)胞，但兩組患兒腦脊液IL-10水平在急性期及恢復(fù)期無明顯差異，這可能與人體腦脊液中IL-10濃度低有關(guān)，仍需進(jìn)一步研究。

腦損傷后神經(jīng)細(xì)胞凋亡在繼發(fā)性腦損傷中有重要作用，s-Fas是調(diào)控細(xì)胞凋亡的重要因子[17]。有研究報道[18]，亞低溫治療可明顯降低重型顱腦損傷患者血清中sFas、sFasL的表達(dá)，抑制神經(jīng)細(xì)胞的損傷和凋亡，改善重型顱腦損傷患者的預(yù)后。本研究發(fā)現(xiàn)，重癥病毒性腦炎患兒外周血sFas的表達(dá)在腦損傷后48、72 h達(dá)到高峰，提示腦損傷后神經(jīng)細(xì)胞的凋亡于48～72 h達(dá)到高峰，表明重癥病毒性腦炎患兒顱腦損傷嚴(yán)重程度可使用相關(guān)凋亡因子的表達(dá)量來直觀評估，并對臨床預(yù)后起到預(yù)測作用。亞低溫治療可顯著降低重癥病毒性腦炎患兒血清及腦脊液sFas表達(dá)，說明亞低溫治療可能通過減少細(xì)胞凋亡實(shí)現(xiàn)對腦細(xì)胞的保護(hù)作用。

綜上所述，亞低溫可降低重癥病毒性腦炎患兒血清及腦脊液TNF-α、IL-6及s-Fas水平，抑制凋亡，并在治療初期提高IL-10水平，抑制免疫反應(yīng)。但本研究樣本量較小，尚需要進(jìn)一步擴(kuò)大臨床樣本量以證實(shí)本研究結(jié)論，而且在以后的研究中尚需進(jìn)一步解決亞低溫的持續(xù)時間、作用時機(jī)、相關(guān)并發(fā)癥、作用機(jī)制等問題。