脊髓缺血再灌注損傷的病理機(jī)制及治療

1、脊髓缺血再灌注損傷的病理機(jī)制及治療         脊髓損傷至今仍然被認(rèn)為是一種無(wú)特殊治療方法的傷病。近20年來(lái)人們對(duì)脊髓損傷的病因及機(jī)制進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究和臨床觀察，認(rèn)識(shí)到原發(fā)性脊髓損傷后的繼發(fā)性損害，如缺血再灌注損傷是造成神經(jīng)損傷的一個(gè)重要因素。本文將目前對(duì)脊髓缺血再灌注損傷的研究進(jìn)展做一綜述。        1  脊髓缺血再灌注損傷模型        自Stenonis(1667

2、年)以來(lái)，脊髓缺血損傷(Spinal Cord Ischemia Injury，SCII)動(dòng)物模型的制作是SCII研究中首先面臨的一個(gè)重要課題。目前此模型多以阻斷腹主動(dòng)脈致SCII為代表1，經(jīng)腹膜后左腎動(dòng)脈下腹主動(dòng)脈阻斷造成SCII模型，亦被廣泛的應(yīng)用；后來(lái)有學(xué)者經(jīng)股動(dòng)脈插氣囊或液囊導(dǎo)管阻斷腹主動(dòng)脈制作模型。這些模型均存在一共同的不足之處，即同時(shí)導(dǎo)致了腹腔及下肢等廣泛的缺血損傷，這無(wú)疑影響了對(duì)研究脊髓損傷后的行為功能學(xué)的評(píng)估。伍亞民等2應(yīng)用選擇性阻斷日本大耳白家兔腰動(dòng)脈制作脊髓缺血損傷輕、中、重度模型獲得很好的效果。徐明在數(shù)字減影(DSA)設(shè)備監(jiān)視下行選擇性脊髓動(dòng)脈造影和栓塞，建立急性SCII

3、動(dòng)物模型，這在國(guó)內(nèi)外尚少有報(bào)道。他發(fā)現(xiàn)小顆粒聚乙烯醇 (PVA，直徑118154)經(jīng)椎間動(dòng)脈注入后，滯留于脊髓前、后縱行動(dòng)脈鏈內(nèi)，能有效阻斷局部脊髓血供。這是制備SCII動(dòng)物模型的一種較為實(shí)用的方法。        2  脊髓缺血再灌注損傷機(jī)制研究        脊髓缺血再灌注損傷的具體機(jī)制尚不清楚，但氧自由基介導(dǎo)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)、鈣離子超載、興奮性氨基酸、前列腺素等因素在脊髓損傷機(jī)制中起重要的作用已得到公認(rèn)。近年來(lái)在損傷機(jī)制研究方面取得了很多進(jìn)展，較為引人注意的有

4、以下幾個(gè)方面。        2.1  脊髓缺血損傷后神經(jīng)元的死亡方式  Sakurai-M等3通過(guò)對(duì)家兔脊髓缺血再灌注損傷的研究，認(rèn)為脊髓短暫缺血后運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的死亡方式不是壞死，而是凋亡。他發(fā)現(xiàn)在缺血15min、再灌注2天后電泳發(fā)現(xiàn)少數(shù)神經(jīng)元細(xì)胞核的DNA碎片，并于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的細(xì)胞核中觀察到末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶1介導(dǎo)的三磷酸脫氧尿苷酸生物素陽(yáng)性染色。SCII細(xì)胞死亡過(guò)程中，DNA損傷早于細(xì)胞核內(nèi)碎片的出現(xiàn)，DNA蛋白激酶（DNA-PK）在DNA的修復(fù)中起著重要作用。DNA-PK含一個(gè)異二聚體的ku抗原及一個(gè)分子量

5、為460000Da的催化亞基- DNA-PKc，是一種含絲氨酸及蘇氨酸的激酶。DNA-PK修復(fù)DNA時(shí)，ku和DNA-PKcs均結(jié)合于DNA的自由尾端，結(jié)合后DNA-PKcs受到激活，ku能增強(qiáng)此激活作用。Shackelford D A 等4研究兔子SCII時(shí)發(fā)現(xiàn)脊髓短暫缺血時(shí)（15min），DNA-pk活性增高，再灌注后脊髓神經(jīng)功能可恢復(fù)，而嚴(yán)重的缺血時(shí)（60min）DNA-pkcs及多聚酶數(shù)量減少，活性受到抑制，致永久性癱瘓。        2.2  脊髓缺血損傷后局部離子環(huán)境  人們已認(rèn)識(shí)得后SCII后局部離

6、子環(huán)境發(fā)生明顯的變化。脊髓缺血、缺氧導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性增加，離子鈉、鉀、鈣失衡，從而影響脊髓的傳導(dǎo)功能。細(xì)胞內(nèi)的高鈣與線粒體結(jié)合，并激活多種酶，致代謝紊亂，產(chǎn)生大量自由基參與脂質(zhì)過(guò)氧化，與離子鈣超負(fù)荷等引起微血管痙攣和閉塞，加重微循環(huán)障礙。Masaki-M、申才良等5發(fā)現(xiàn)，脊髓組織損傷區(qū)鉀、鎂含量下降，鈉、鈣升高，而血清總鈣沒(méi)有明顯變化。血清總鎂傷后開(kāi)始下降，后又有所回升。這與脊髓傷后細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞，離子泵活性降低，能量產(chǎn)生障礙有關(guān)。Robson等發(fā)現(xiàn)如果傷前給予足量的鎂可以促進(jìn)動(dòng)物缺血性脊髓損傷的功能恢復(fù)。        2.3

7、60; 脊髓缺血損傷的早期標(biāo)志  Shackelford DA6研究發(fā)現(xiàn)微管輔助蛋白在微管組裝的動(dòng)力因素中起重要作用，微管合成是軸突生長(zhǎng)和神經(jīng)塑型所必需的。缺血促進(jìn)蛋白分解，影響激酶和磷酸酶的活性，長(zhǎng)時(shí)間缺血致截癱時(shí)發(fā)現(xiàn)被去磷酸化。的這種變化可影響到微管的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響到神經(jīng)可塑性及軸突運(yùn)輸功能。缺血后Tau-1明顯下降的機(jī)制可能有三種：(1)至少一個(gè)位點(diǎn)被去磷酸化；(2)被降解導(dǎo)致大分子減少；(3)過(guò)磷酸化，Tau-1免疫反應(yīng)性下降。缺血時(shí)在1030min內(nèi)很快去磷酸化，再灌注后MAP激酶被激活，又復(fù)磷酸化，未發(fā)現(xiàn)過(guò)磷酸化。動(dòng)脈阻斷15min時(shí)，鈣離子依賴性激酶的活性下降70%，

8、再灌注后又迅速磷酸化。研究發(fā)現(xiàn)此激酶的活性變化和蛋白的去磷酸化是脊髓缺血損傷早期的敏感性標(biāo)志。        2.4  脊髓缺血再灌注損傷的脂質(zhì)變化  Lukacova N等7的研究表明脊髓局部缺血時(shí)，脂質(zhì)發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)并伴有明顯的脂質(zhì)分解過(guò)程。缺血時(shí)TBA、RS明顯升高，磷酯酰纖維醇（IP）、EP、EPLS與PA等均明顯降低，缺血20min后仍可見(jiàn)絲氨酸磷酯（SP）的改變。再灌注后伴有IP、EPLS、PA下降，而EP維持缺血時(shí)水平。       

9、0;     2.5  脊髓缺血再灌注損傷中的保護(hù)因素  Kluchova D8發(fā)現(xiàn)脊髓缺血再灌注后，NADH脫氫酶明顯存在于背角、中心周圍區(qū)、骶副交感神經(jīng)核中，4天后出現(xiàn)于中央灰質(zhì)區(qū)及神經(jīng)核壞死區(qū)。Marsala J9使用銀染色發(fā)現(xiàn)脊髓灰質(zhì)中NADPH-硫辛酰胺脫氫酶強(qiáng)陽(yáng)性染色的神經(jīng)元能對(duì)抗缺血。在腹主動(dòng)脈結(jié)扎后40min或再灌注1天后，該強(qiáng)陽(yáng)性染色的神經(jīng)元及其軸突主要位于下腰髓、層，骶2副交感神經(jīng)元中。盡管層神經(jīng)元廣泛壞死，但此區(qū)域內(nèi)大量陽(yáng)性染色的神經(jīng)元未發(fā)生壞死。其對(duì)抗缺血的機(jī)制尚不明確，推測(cè)與一氧化氮（NO）的擴(kuò)血管作用有關(guān)。 

10、;       體內(nèi)活性蛋白C（APC）是一種抗凝因子，Hirose K等10在大鼠SCII的研究中發(fā)現(xiàn)在靜脈給予APC組和使用氮芥類藥物造成白細(xì)胞減少組，SCII后TNF-、IL-8、過(guò)氧化酶等升高的水平較其它組明顯減低。其實(shí)驗(yàn)表明APC對(duì)抗SCII的作用是通過(guò)抑制中性粒細(xì)胞來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體機(jī)制可能是抑制了中性粒細(xì)胞的一活性因子TNF-，且絲氨酸蛋白酶的活性在其中起重要作用。        脊髓缺血再灌注損傷的病理機(jī)制復(fù)雜，人們對(duì)此的認(rèn)識(shí)尚正逐漸深入。如近年來(lái)，人們已逐漸對(duì)內(nèi)皮素-1（

11、ET-1）在SCII中的作用有了一定程度的認(rèn)識(shí)，不少實(shí)驗(yàn)表明ET-1參與SCII的致傷機(jī)制，并是傷后424h的重要損害因子之一。隨著對(duì)脊髓缺血損傷病理機(jī)制的逐漸認(rèn)識(shí)，人們?cè)诩顾枞毖俟嘧p傷的防治方法上也取得了較多的進(jìn)展。        3  脊髓缺血再灌注損傷防治方法的研究進(jìn)展        臨床上，脊髓缺血再灌注損傷常合并或繼發(fā)在脊柱脊髓外傷和病變中，少有單獨(dú)發(fā)生。故在治療脊柱脊髓傷病時(shí)，SCII就已在獲得防治。常用的方法有外科手術(shù)、藥物治療、基因治療、移植治療

12、等，另外還有其特殊的防治措施。        3.1  特殊措施  胸心外科、血管外科的部分手術(shù)中常需要短時(shí)或永久阻斷腹主動(dòng)脈、腰動(dòng)脈等，導(dǎo)致SCII，術(shù)后引起相應(yīng)的脊髓損傷癥狀。近年來(lái)許多研究表明，如果在阻斷這些重要?jiǎng)用}前，先短暫夾閉該動(dòng)脈數(shù)分鐘，進(jìn)行一定時(shí)間的缺血耐受訓(xùn)練后，可減少SCII的程度11，12。此現(xiàn)象最先發(fā)現(xiàn)于大腦組織中，且不同動(dòng)物、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的不同部位對(duì)缺血的敏感程度不一樣，海馬錐體區(qū)最敏感，而腦干則不敏感。Nzau Munyao實(shí)驗(yàn)時(shí)先耐受性短暫夾閉兔子腹主動(dòng)脈12.5min，12h后再阻斷3

13、0min，發(fā)現(xiàn)脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在形態(tài)上的損傷征象明顯低于未進(jìn)行缺血訓(xùn)練組，監(jiān)測(cè)前肢功能亦未見(jiàn)明顯損傷。并證實(shí)了預(yù)先進(jìn)行缺血耐受訓(xùn)練的時(shí)間長(zhǎng)短取決于不同組織對(duì)缺血的敏感性，一般是造成組織梗死所需時(shí)間的30%40%；他還發(fā)現(xiàn)不同動(dòng)物、不同組織均能產(chǎn)生這種現(xiàn)象，且開(kāi)始缺血訓(xùn)練到按手術(shù)要求處理該血管的間隔時(shí)間長(zhǎng)短不一樣，腦組織間隔15天，兔子脊髓則為12h，而心臟及骨骼肌僅為數(shù)分鐘。另外，Radonak J研究發(fā)現(xiàn)此類需阻斷重要?jiǎng)用}的手術(shù)，術(shù)后開(kāi)放該動(dòng)脈時(shí)如進(jìn)行逐步充血、充氧，亦可減少SCII13。        有不少實(shí)驗(yàn)采取溫度控制來(lái)減

14、少SCII，產(chǎn)生了一定的效果。Perdrizet GA14等在處理該動(dòng)脈前，使體溫升高至42.5，持續(xù)15min，致全身熱休克，再恢復(fù)正常體溫，68 h后再阻塞動(dòng)脈，研究表明這樣對(duì)脊髓有保護(hù)作用。同樣，低溫亦有相同效應(yīng)1518。Radonak J在硬膜外用5鹽水使脊髓降溫，整個(gè)缺血過(guò)程脊髓溫度為26.8，再阻斷胸主動(dòng)脈，脊髓可耐受缺血40min。輕、中度低溫（3235）可使缺血再灌注后的腦脊液中的葡萄糖含量降低，但對(duì)相應(yīng)的神經(jīng)組織無(wú)損害，不產(chǎn)生任何遠(yuǎn)期影響。        3.2  外科手術(shù)  臨床上患者脊柱骨性組

15、織、韌帶等軟組織的結(jié)構(gòu)改變，是造成SCII的一重要原因，SCII后組織水腫，又可加重SCII。目前已廣泛的認(rèn)為，脊柱脊髓外傷后早期在68h內(nèi)行手術(shù)減壓是治療SCII的關(guān)鍵。            3.3  藥物治療  臨床上后尚無(wú)特殊用藥，藥物治療進(jìn)展不大。損傷早期仍多應(yīng)用糖皮質(zhì)激素（地塞米松、甲基強(qiáng)的松龍等），以減輕炎癥反應(yīng)。近年來(lái)有許多文章相繼報(bào)道一些新藥有助于SCII后神經(jīng)功能恢復(fù)，如尼莫地平、強(qiáng)力霉素、Tirilazad、右羥嗎喃、放線菌酮環(huán)己酰亞胺等等，但

16、療效均不肯定，臨床上沒(méi)有普遍應(yīng)用。損傷后期多應(yīng)用神經(jīng)再生因子和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子等治療，有一定的收效，如神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF）、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3（NT-3）和腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）等。             3.4  基因治療  基因治療是通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使含神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)基因的細(xì)胞分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素，促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。目前該方法的研究尚處于探索階段。        3.5    &

17、#160;   14  Perdrizet GA，Shapiro DS，Rewinski MJ.Surgical stress and the heat shock response： in vivo models of stress conditioning.Ann N Y Acad Sci，1999，874： 320-325.    15  Matsumoto M，Iida Y，Sakabe T，et al.Mild and moderate hypothermia provide better protection t

18、han a burst suppression dose of thiopental against ischemic spinal cord injury in rabbits.Anesthesiology，1997，86(5)：1120-1127.        16  Tolwani RJ，Yamamoto K，Waggie K，et al.Hypothermia reduces neurologic deficits associated with placement of a vascular prost

19、hesis in the abdominal aorta of rabbits.Lab Anim Sci，1998，48(3)：282-287.        17  Radonak J，Marsala M，Marsala J.Epidural regional hypothermia for prevention of paraplegia in experimental aortic clamping.Rozhl Chir，1999，78(3)：109-113.        18  Ishikawa-T，Marsala M.Hypothermia prevents biphasic glutamate release and corresponding neuronal degeneration after transient spinal cord ischemia in the rat.Cell Mol Neurobiol，1999，19(2)：199-208.       19  McDonald JW，Li