深低溫停循環腦損傷與保護的研究進展

程偉偉(綜述)，姚建民(審校)

(1.北京軍區總醫院，北京100700;2.山西醫科大學，太原030001)

深低溫停循環技術(deep hypothermia ardiac arrest，DHCA)1953年問世，1959年首次應用于心臟直視手術，之后逐漸得到廣泛應用。鑒于DHCA可以增加術中視野，具有使手術在“無血”狀態下進行、安全性好等明顯優點，現已從治療嬰幼兒復雜先心病等心內直視手術擴展到其他非心臟外科復雜手術、移植、重癥搶救和先天性畸形整形等方面。但由于DHCA期間提供的是一個缺血缺氧的環境，關于DHCA術后并發癥的研究逐漸增多，中樞神經系統損傷更是DHCA技術在臨床應用中的一個不可避免的并發癥。現將對近年來DHCA腦損傷和腦保護的研究進展予以綜述，并展望內皮祖細胞(endothelialprogenitorcells，EPCs)可能在這方面的應用。

1 DHCA腦損傷的機制

Jonas等［1］研究認為，直腸溫度 18℃、停循環時間＞40 min，患者即出現神經系統并發癥，近期表現(如手足徐動、短暫驚厥)，遠期表現(如精神運動發育遲緩、認知障礙)的發生率明顯增高。目前，關于DHCA腦損傷機制主要有以下學說。

1.1 能量代謝耗竭學說 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℃時腦氧需求為常溫時(37℃)的15%，大腦代謝仍然以較慢速度進行。大腦是高能耗的器官，其90%能量來源于血液循環中的氧和從線粒體釋放出來的ATP，而DHCA期間腦組織無血供，這必將會造成腦缺氧缺血，進而導致可逆或不可逆的腦損傷。加之再灌注時部分微循環再通障礙，即所謂“無再流損傷”，使腦再灌注時能量儲備下降及結構損傷加重［3］。這是DHCA對腦損傷的基礎。

1.2 神經元內鈣超載學說 隨著DHCA時間的延長，ATP等高能底物供應不足，而腦組織Na+-K+-ATP酶參與的Na+-K+交換約占細胞能耗的50%，此時Na+-K+-ATP酶活性下降，導致神經元內Na+增多，而Ca2+不能及時泵出細胞外，導致神經細胞膜離子梯度破壞及膜除極、膜通透性增加，順濃度梯度內流，致細胞內Ca2+增多［4］。Ca2+超載可致細胞內酸中毒、加重組織微循環障礙、激活一氧化氮合酶及NO生成增加等，進而導致細胞水腫、腦組織水分增多［5］。

1.3 興奮性氨基酸的毒性學說 該學說認為，興奮性氨基酸(excitative amino acid，EAA)在DHCA腦損傷中起主要作用。EAA是神經傳導介質，主要以谷氨酸、天冬氨酸及甘氨酸為主。在腦缺血缺氧時，氧和能量供應不足，致神經元和膠質細胞除極，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，而同時突觸前膜對谷氨酸重攝取受到抑制，甚至運輸方向發生逆轉。大量EAA積聚可造成以Na+、Cl－、H2O內流，細胞水腫為特征的急性損傷過程;亦通過激活EAA受體，使細胞貯存Ca2+釋放增加，細胞內鈣超載造成遲發性神經元變性壞死的遲發性損傷過程［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同作用的。

2 DHCA與腦保護

隨著對DHCA技術致腦損傷的不斷深入研究，出現各種在DHCA條件下的腦保護方法，目前研究最多的是DHCA時的灌注方法，主要包括經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，腦保護液、麻醉藥物等也成為腦保護的研究發展方向。

2.1 RCP與腦保護 RCP腦保護技術是1980年Mills最先用來治療和預防體外循環中氣體栓塞的，之后該技術逐漸應用于各種手術中。Ye等［7］對豬行RCP后，灌注液10%經毛細血管回流到動脈系，發現該方法的優勢是提供了一定的營養，保持大腦的低溫狀態，提高行為性和組織病理的保護;同時證實了低溫狀態下腦代謝仍在進行。RCP能有效地延長DHCA腦保護的安全時限，這對心臟手術者來說意義巨大。原新會等［8］認為，采用RCP方法至少可延長DHCA時間至90 min。最近的臨床資料表明，RCP技術超過60 min，神經損害的危險性增加。真正有效的RCP技術要求相對高的灌注壓或束閉下腔靜脈，這些均增加了腦部并發癥的發生。因此，在RCP技術應用中應注意掌握其適應證及預防其可能發生的危險。

2.2 SACP與腦保護 Bachet等［9］從1986年開始將SACP法應用于主動脈弓手術。Okita等［10］研究了主動脈弓置換術中兩種不同腦保護方法的效果，認為兩種腦保護方法病死率均是可接受的水平，而SACP組的暫時性腦功能紊亂患者明顯低于RCP組。SACP雖然可降低主動脈弓置換術中的中樞神經系統并發癥，但發生率仍在 2.5%～3.8%［11］。影響此并發癥的因素除患者本身狀態、手術操作、圍術期血流動力學穩定和停循環時間外，SACP中缺少有效的灌注監測指標也是導致中樞神經系統并發癥差異的重要原因。

3 深低溫間斷停循環與腦保護

深低溫間斷停循環(interrupted-DHCA，I-DHCA)是停循環與再循環相結合的一種新方法。Langley等［12］在研究發現，用I-DHCA技術(停循環60 min，每停15 min轉流1 min)腦矢狀竇氧飽和度、酸中毒程度較DHCA組有明顯的改善，且腦超微結構未見細胞基底膜增厚，神經原、星形膠質細胞及血管內皮細胞形態正常，有別于DHCA組腦超微結構的明顯微循環床改變，腦血管內皮細胞嚴重水腫。目前認為I-DHCA可延長總的停循環許可時間，并在一定程度上減輕腦水腫。I-DHCA技術的關鍵是建立最佳的停循環和再循環時間，避免大腦的長時間缺氧。

深低溫停循環再灌注腦損傷的機制是復雜的，深低溫停循環中不同的輔助灌注方式及腦保護措施直接或間接地影響到這些機制，并由此對腦組織產生正面或負面的影響。隨著研究的進一步深入，綜合應用各種腦保護措施，將可以獲得更為有效的腦保護效果。

4 DHCA腦損傷與血管內皮細胞和內皮祖細胞的關系

血腦屏障是機體維持中樞神經系統內環境穩定的結構基礎。在腦內，腦血管內皮細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構基礎。而在DHCA時，腦血管內皮細胞亦受到不同程度的損傷。陳綱等［13］研究發現，常溫體外循環即可引起內皮細胞相關性腦血管功能障礙，深低溫時對腦血管功能的損害更為嚴重，并且認為DHCA對內皮功能的更大損害可能與低溫對內皮細胞的損傷作用及更為嚴重的低灌注狀態和缺血/再灌注損傷相關。黃海波等［14］也在研究中發現，深低溫停循環的狀態下機體循環中異常的炎癥環境對腦血管內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，并認為Occludin表達改變在血腦屏障破壞中起重要作用。因此，腦血管內皮細胞損傷可能對DHCA術后中樞神經系統損傷產生重要作用。

EPCs是一類能夠分化為成熟內皮細胞的前體細胞，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皮損傷后的修復中起著重要作用，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］發現，組織缺血、炎癥、藥物等均可促進EPCs從骨髓動員入血。隨著研究的深入，國內外關于EPCs應用的動物實驗和臨床試驗報道越來越多。Kalka等［18］通過外周血獲取EPC，在體外擴增后移植給模型動物治療后肢缺血性病變，可修復損傷的血管，明顯改善患肢癥狀，促進側支循環的建立。Losordo等［19］采用外周血干細胞心肌內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］在此基礎上，改為冠狀動脈內注射干細胞，并進行臨床對照研究，發現干細胞治療組患者心肌灌注缺損面積明顯小于對照組。Yidan等［21］在野百合堿誘導的肺動脈高壓動物模型中，骨髓或臍血來源的EPC移植治療能使肺動脈阻力明顯下降，右心室肥厚改善，動物存活率增高，肺組織中有大量側支循環形成。Mitsuru等［22］則使用外周血來源的EPC，經體外擴增后直接注射到野百合堿所致肺動脈高壓模型動物肺組織中，觀察到可有效降低平均肺動脈壓，增加心排血量和降低肺血管阻抗，組織學檢查提示肺小動脈中膜厚度變薄，并有新生血管形成。馬彩艷等［23］進一步探討了臨床上應用EPC移植治療兒童原發性肺動脈高壓的可行性，發現經EPC治療的患者6 min步行距離、平均肺動脈壓、心排血量、肺血管阻力等觀察指標均有明顯改善，且未發現與EPC移植有關的不良反應。Zhang等［24］研究發現，循環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。以上關于EPCs的動物實驗研究和臨床研究的結果為利用EPCs防治DHCA血管內皮損傷及中樞神經系統損傷提供了一定依據，但是仍需要大量的動物實驗和臨床試驗加以證實。相信，隨著DHCA腦保護研究的不斷深入，EPCs定會發揮其在這一領域的重要作用。

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