脊髓缺血再灌注損傷的病理機制及治療(一)

1、脊髓缺血再灌注損傷的病理機制及治療(一)    脊髓損傷至今仍然被認為是一種無特殊治療方法的傷病。近20年來人們對脊髓損傷的病因及機制進行了大量的基礎研究和臨床觀察，認識到原發(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)損傷的一個重要因素。本文將目前對脊髓缺血再灌注損傷的研究進展做一綜述。1 脊髓缺血再灌注損傷模型自Stenonis(1667年)以來，脊髓缺血損傷(Spinal Cord Ischemia Injury，SCII)動物模型的制作是SCII研究中首先面臨的一個重要課題。目前此模型多以阻斷腹主動脈致SCII為代表1，經(jīng)腹膜后左腎動脈下

2、腹主動脈阻斷造成SCII模型，亦被廣泛的應用；后來有學者經(jīng)股動脈插氣囊或液囊導管阻斷腹主動脈制作模型。這些模型均存在一共同的不足之處，即同時導致了腹腔及下肢等廣泛的缺血損傷，這無疑影響了對研究脊髓損傷后的行為功能學的評估。伍亞民等2應用選擇性阻斷日本大耳白家兔腰動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)設備監(jiān)視下行選擇性脊髓動脈造影和栓塞，建立急性SCII動物模型，這在國內(nèi)外尚少有報道。他發(fā)現(xiàn)小顆粒聚乙烯醇 (PVA，直徑118154)經(jīng)椎間動脈注入后，滯留于脊髓前、后縱行動脈鏈內(nèi)，能有效阻斷局部脊髓血供。這是制備SCII動物模型的一種較為實用的方法。2 脊髓

3、缺血再灌注損傷機制研究脊髓缺血再灌注損傷的具體機制尚不清楚，但氧自由基介導的脂質(zhì)過氧化反應、鈣離子超載、興奮性氨基酸、前列腺素等因素在脊髓損傷機制中起重要的作用已得到公認。近年來在損傷機制研究方面取得了很多進展，較為引人注意的有以下幾個方面。2.1 脊髓缺血損傷后神經(jīng)元的死亡方式 Sakurai-M等3通過對家兔脊髓缺血再灌注損傷的研究，認為脊髓短暫缺血后運動神經(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)元細胞核的DNA碎片，并于運動神經(jīng)元的細胞核中觀察到末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶1介導的三磷酸脫氧尿苷酸生物素陽性染色。SCII細胞死亡過程中，DNA損傷早于

4、細胞核內(nèi)碎片的出現(xiàn)，DNA蛋白激酶（DNA-PK）在DNA的修復中起著重要作用。DNA-PK含一個異二聚體的ku抗原及一個分子量為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DNA時，ku和DNA-PKcs均結合于DNA的自由尾端，結合后DNA-PKcs受到激活，ku能增強此激活作用。Shackelford D A 等4研究兔子SCII時發(fā)現(xiàn)脊髓短暫缺血時（15min），DNA-pk活性增高，再灌注后脊髓神經(jīng)功能可恢復，而嚴重的缺血時（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

5、們已認識得后SCII后局部離子環(huán)境發(fā)生明顯的變化。脊髓缺血、缺氧導致細胞膜通透性增加，離子鈉、鉀、鈣失衡，從而影響脊髓的傳導功能。細胞內(nèi)的高鈣與線粒體結合，并激活多種酶，致代謝紊亂，產(chǎn)生大量自由基參與脂質(zhì)過氧化，與離子鈣超負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，而血清總鈣沒有明顯變化。血清總鎂傷后開始下降，后又有所回升。這與脊髓傷后細胞膜結構破壞，離子泵活性降低，能量產(chǎn)生障礙有關。Robson等發(fā)現(xiàn)如果傷前給予足量的鎂可以促進動物缺血性脊髓損傷的功能恢復。2.3 脊髓缺血損傷的早期標志 Shackelford DA

6、6研究發(fā)現(xiàn)微管輔助蛋白在微管組裝的動力因素中起重要作用，微管合成是軸突生長和神經(jīng)塑型所必需的。缺血促進蛋白分解，影響激酶和磷酸酶的活性，長時間缺血致截癱時發(fā)現(xiàn)被去磷酸化。的這種變化可影響到微管的穩(wěn)定性，進而影響到神經(jīng)可塑性及軸突運輸功能。缺血后Tau-1明顯下降的機制可能有三種：(1)至少一個位點被去磷酸化；(2)被降解導致大分子減少；(3)過磷酸化，Tau-1免疫反應性下降。缺血時在1030min內(nèi)很快去磷酸化，再灌注后MAP激酶被激活，又復磷酸化，未發(fā)現(xiàn)過磷酸化。動脈阻斷15min時，鈣離子依賴性激酶的活性下降70%，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

7、損傷早期的敏感性標志。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，脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應并伴有明顯的脂質(zhì)分解過程。缺血時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維持缺血時水平。2.5 脊髓缺血再灌注損傷中的保護因素 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

8、陽性染色的神經(jīng)元能對抗缺血。在腹主動脈結扎后40min或再灌注1天后，該強陽性染色的神經(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)大量陽性染色的神經(jīng)元未發(fā)生壞死。其對抗缺血的機制尚不明確，推測與一氧化氮（NO）的擴血管作用有關。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胞減少組，SCII后TNF-、IL-8、過氧化酶等升高的水平較其它組明顯減低。其實驗表明APC對抗SCII的作用是通過抑制中性粒細胞來實現(xiàn)的，具體機制可能是抑制了中性粒細胞的一活性因子TNF-，且絲氨酸

9、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制復雜，人們對此的認識尚正逐漸深入。如近年來，人們已逐漸對內(nèi)皮素-1（ET-1）在SCII中的作用有了一定程度的認識，不少實驗表明ET-1參與SCII的致傷機制，并是傷后424h的重要損害因子之一。隨著對脊髓缺血損傷病理機制的逐漸認識，人們在脊髓缺血再灌注損傷的防治方法上也取得了較多的進展。3 脊髓缺血再灌注損傷防治方法的研究進展臨床上，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，少有單獨發(fā)生。故在治療脊柱脊髓傷病時，SCII就已在獲得防治。常用的方法有外科手術、藥物治療、基因治療、移植治療等，另外還有其特殊的防治措施。3.1

10、特殊措施 胸心外科、血管外科的部分手術中常需要短時或永久阻斷腹主動脈、腰動脈等，導致SCII，術后引起相應的脊髓損傷癥狀。近年來許多研究表明，如果在阻斷這些重要動脈前，先短暫夾閉該動脈數(shù)分鐘，進行一定時間的缺血耐受訓練后，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，且不同動物、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的不同部位對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實驗時先耐受性短暫夾閉兔子腹主動脈12.5min，12h后再阻斷30min，發(fā)現(xiàn)脊髓前角運動神經(jīng)元在形態(tài)上的損傷征象明顯低于未進行缺血訓練組，監(jiān)測前肢功能亦未見明顯損傷。并證實了預先進行缺血耐受訓練的時間

11、長短取決于不同組織對缺血的敏感性，一般是造成組織梗死所需時間的30%40%；他還發(fā)現(xiàn)不同動物、不同組織均能產(chǎn)生這種現(xiàn)象，且開始缺血訓練到按手術要求處理該血管的間隔時間長短不一樣，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)此類需阻斷重要動脈的手術，術后開放該動脈時如進行逐步充血、充氧，亦可減少SCII13。有不少實驗采取溫度控制來減少SCII，產(chǎn)生了一定的效果。Perdrizet GA14等在處理該動脈前，使體溫升高至42.5，持續(xù)15min，致全身熱休克，再恢復正常體溫，68 h后再阻塞動脈，研究表明這樣對脊髓有保護作用。同樣，低溫亦有相同

12、效應1518。Radonak J在硬膜外用5鹽水使脊髓降溫，整個缺血過程脊髓溫度為26.8，再阻斷胸主動脈，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，但對相應的神經(jīng)組織無損害，不產(chǎn)生任何遠期影響。3.2 外科手術 臨床上患者脊柱骨性組織、韌帶等軟組織的結構改變，是造成SCII的一重要原因，SCII后組織水腫，又可加重SCII。目前已廣泛的認為，脊柱脊髓外傷后早期在68h內(nèi)行手術減壓是治療SCII的關鍵。3.3 藥物治療 臨床上后尚無特殊用藥，藥物治療進展不大。損傷早期仍多應用糖皮質(zhì)激素（地塞米松、甲基強的松龍等），以減輕炎癥反應。近年來有許多

13、文章相繼報道一些新藥有助于SCII后神經(jīng)功能恢復，如尼莫地平、強力霉素、Tirilazad、右羥嗎喃、放線菌酮環(huán)己酰亞胺等等，但療效均不肯定，臨床上沒有普遍應用。損傷后期多應用神經(jīng)再生因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子等治療，有一定的收效，如神經(jīng)生長因子（NGF）、神經(jīng)營養(yǎng)因子-3（NT-3）和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）等。3.4 基因治療 基因治療是通過轉(zhuǎn)基因技術，使含神經(jīng)營養(yǎng)基因的細胞分泌神經(jīng)營養(yǎng)素，促進神經(jīng)功能恢復。目前該方法的研究尚處于探索階段。3.5 移植治療 近年來的大量實驗研究表明，進行神經(jīng)干細胞、胚胎干細胞移植及外周神經(jīng)移植是后期治療脊髓嚴重損傷的一種比較有希望的方法。McDonald等1

14、9報道將胚胎干細胞植入大鼠脊髓損傷區(qū)后能存活，且移行至傷區(qū)以外8mm，使大鼠能負重站立，并部分改善后肢協(xié)調(diào)運動。Giovanini等20把人胚胎脊髓組織植入大鼠脊髓損傷區(qū)，證實在損傷區(qū)有大量的軸突再生。Olsen L21采用多根肋間神經(jīng)移植來橋接大鼠脊髓缺損間隙，發(fā)現(xiàn)可使臨近的白質(zhì)改道與遠端的灰質(zhì)連接，從而促進其后肢功能恢復。亦有不少實驗進行雪旺細胞移植，也取得可喜的實驗結果?！緟⒖嘉墨I】1 Qayumi AK，Janusz MT，Lystir DM，et al.Animal model for investigation of spinal cord injury caused by aou

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