蛛網膜下腔出血后早期腦損傷的研究進展

游鴻海（綜述），康德智，王燈亮（審校）

（福建醫科大學第一臨床醫學院神經外科，福州 350005）

顱內動脈瘤破裂是自發性蛛網膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）的主要原因，約占所有腦血管意外的7%，據統計，在發生SAH后，有12．4%的患者直接死亡，40%60%的患者由于再次出血而在48 h內死亡［1］。同時，SAH患者還伴有嚴重的神經學癥狀和認知障礙。雖然隨著近年來在診斷方法、腔內血管技術、圍手術期處理和手術技術等方面有了明顯進步，但是其病死率仍達15%［2］。傳統觀點認為其主要原因是由于SAH后腦血管痙攣（cerebral vasospasm，CVS）所致。因此，在過去的數十年中研究的重點一直是針對CVS的發病機制及防治，始終沒有形成有效的治療方案。SAH后造成的神經功能損害并不一定伴隨CVS的發生。內皮素1的釋放是引起 SAH后 CVS的機制之一，然而有研究發現［3］，通過腦血管造影的動態觀察，內皮素1拮抗劑克拉生坦可以使CVS緩解65%，而對SAH后引起的遲發性腦神經功能損害卻只有輕微的改善。由此可見，CVS可能并不是引起SAH患者高致殘率和病死率的主要原因。近年來，國外學者提出一個新的研究方向——早期腦損傷 （early brain injury，EBI），并指出EBI可能是導致SAH患者死亡風險較高和決定預后的首要原因［4］，這是在原有理論上的重要進展。現就SAH后引起的EBI的發病機制予以綜述。

1 EBI的定義

EBI是從整體角度來看待SAH后的腦損傷，指的是SAH發病后72 h內整個腦組織發生的直接損傷，涉及遲發性CVS出現前（3 d至3周）腦組織內發生的所有病理、生理過程，包括顱內壓增高、全腦血流量減少、血腦脊液屏障（blood brain barrier，BBB）破壞、腦水腫、急性CVS、微循環功能障礙和腦組織細胞死亡等［5］。EBI是一系列復雜的事件，目前作為新的研究熱點，一些機制還沒有完全闡明。因此，EBI的研究有著巨大的潛力，將成為今后如何減輕SAH后造成損傷的研究重點。

目前研究SAH后EBI的動物模型主要有兩種:顱內動脈血管內穿刺法和腦池注血法。血管內穿刺法能更好地模擬動脈瘤性SAH后機體的病理、生理學變化，是研究EBI的最佳動物模型，但出血程度控制困難，動物病死率較高，有待于改進方法降低其病死率。腦池注血法目前應用較廣的是二次注血法，這種方法可以控制注入的血量，易于重復，降低動物病死率，能很好地模擬SAH后CVS的雙相期改變，主要用于CVS的動物模型研究。然而，這種方法并沒有考慮到顱內壓的急劇變化，且忽視了顱內動脈瘤破裂后血流對腦組織的直接損傷作用。兩種技術各有優缺點，雖然通過不斷地改進，但仍未達到理想的效果，目前可根據不同的實驗研究目的來選擇不同的動物研究模型。

2 SAH后EBI的發病機制

2．1 全腦缺血

2．1．1 顱內壓的升高 顱內動脈瘤破裂后，大量的血液涌入蛛網膜下腔，在1～2 min內造成顱內壓急劇升高到舒張壓水平，隨后在10 min內下降至穩態，但仍高于正常的壓力。顱內壓升高的機制還包括腦脊液循環障礙、腦血管功能調節障礙引起的腦充血和急性腦水腫的形成。通過顱內血性腦脊液流入脊髓蛛網膜下腔或滲透到靜脈系統等可自身調節顱內壓，一旦這種調節機制遭到破壞，顱內壓將持續升高，造成不良后果［6］。顱內壓的急性升高程度代表出血程度的嚴重與否，顱內壓的升高導致了腦血流量的減少和腦灌注壓的下降，這可能是顱內壓升高導致循環阻滯所致。而腦血流量的降低，可能與血液黏度增加、血管壁損傷、微血栓形成、血小板聚集等有關［7］。

2．1．2 急性腦血管收縮 SAH后腦血管周圍環境的變化導致急性CVS，機械刺激、氧分壓的改變固然是原因之一，但化學因素的刺激引起的血管收縮作用更加顯著和持久。SAH后紅細胞崩解釋放的氧和血紅蛋白是一種較為肯定的致痙原，其主要是通過刺激血管平滑肌細胞發生收縮反應，抑制血管內皮細胞釋放內皮源性舒張因子等發揮作用［6］。然而，顱內大動脈的痙攣在臨床上是很少見的，近年來，有人指出存在急性微血管（50～300μm）的收縮，且不能被常規的腦血管造影檢測到，這種血管收縮不僅可以發生在出血區域，而且也可以發生在遠離出血的區域［8］。血紅蛋白抑制由腺苷和腺苷酸等化學遞質介導的局部和（或）傳播部位的血管舒張作用，可能是SAH后腦微循環低灌注的原因之一［9］。

顱內壓升高、腦血流量減少、血管的急性收縮、血管腔內阻塞等都會造成全腦缺血，從而引起細胞凋亡或壞死，造成BBB破壞、腦水腫，最終導致EBI的發生。

2．2 BBB的破壞和腦水腫 約8%的SAH患者在入院CT掃描時即發現全腦水腫，在SAH后的6 d內，12%的患者出現明顯的腦水腫［10］。同時在動物實驗研究發現，動脈瘤破裂出血后數分鐘至數小時內即可造成全腦水腫［11］。Claassen等［12］發現 CT 掃描存在腦水腫的患者在3個月內病死率達40%，而沒有腦水腫的僅為18%。腦水腫可發生于灰質、白質、皮質和深部神經核團，尤以矢狀竇旁分水嶺區最為顯著［7］。

SAH后的腦水腫包括細胞毒性腦水腫和血管源性腦水腫，但以后者為主。全腦缺血后引起的腦細胞凋亡加重了BBB的破壞［13］，血管內皮細胞和血管周圍膠質細胞的死亡導致液體從血管內滲透入腦組織中，引起血管源性腦水腫。從分子水平上看，BBB的破壞是由于許多胞內第二信使啟動了凋亡信號而引起的。Park等［14］發現，實驗性SAH后血管內皮細胞的凋亡可加重BBB的通透性，抗凋亡治療可減輕SAH后EBI。SAH后血性腦脊液和腦組織中血管內皮生長因子的水平和表達升高，提示血管內皮生長因子可能參與BBB的破壞［15］。此外，大鼠SAH后EBI過程中基質金屬蛋白酶9的活性與BBB損傷呈正相關，提示基質金屬蛋白酶9可能參與SAH后EBI的病理過程［16］。

細胞毒性腦水腫主要是由腦灌注壓的降低導致神經元、神經膠質細胞缺血缺氧和能量依賴型Na+/K+泵失效所致，另外，水攝入過多、急性鈉鹽損耗或者抗利尿激素分泌不當造成全身低滲也是導致細胞毒性腦水腫的原因之一［17］。在EBI的發展過程中，各種因素導致腦水腫，反之腦水腫又促使顱內壓的進一步升高。腦血流量的降低會加重腦缺血，使內皮細胞的損傷進一步嚴重，引起血管的收縮，加重腦水腫，腦血流量繼續降低，如此反復惡性循環，導致患者死亡。

2．3 氧化應激反應 研究表明［18］，氧化應激反應在SAH后EBI的發生起著重要作用，其主要原因是血紅蛋白的大量釋放和鐵離子超負荷所致。在SAH后的早期，腦缺血后缺氧引起細胞內電子傳遞鏈的斷裂后，大量超氧負離子從線粒體釋放，隨后，血紅蛋白的自我氧化引起氧自由基的級聯反應。紅細胞溶解后產生大量Fe2+或含鐵物質釋放入腦脊液中，此外，缺血后腦細胞外液處于酸性環境，超氧化物酶、抗壞血酸鹽、兒茶酚胺類等物質大量釋放，而這些物質又可促進Fe2+從血清鐵蛋白中釋放出來［19］。自由Fe2+經過超氧負離子和過氧化氫物等氧化后形成Fe3+、Fe4+等，經過Fenton反應和Haber-Weis循環反應形成羥自由基·OH，而·OH是體內最活躍的自由基，具有更強的氧化應激作用［20］。

同時，脂氧合酶代謝途徑增強酶的過氧化反應，使抗氧化酶活性顯著降低。大量的氧自由基產生后，可與所有細胞大分子反應，導致脂質過氧化、蛋白質斷裂、DNA損傷，引起血管壁炎性反應、細胞凋亡和BBB破壞等病理學改變，引發 EBI的發生［8］。Figueroa 等［21］證實了氧化應激反應可通過線粒體凋亡途徑或細胞壞死導致皮質神經元死亡。此外，鐵螯合物去鐵胺可結合自由Fe2+，減輕SAH后氧化應激反應，從而降低DNA損傷程度，緩解 SAH 后 EBI的癥狀［22］。

2．4 免疫炎性反應 SAH后紅細胞裂解后可導致大量的細胞因子、炎性趨化因子、黏附分子等促炎介質的釋放，白細胞介素1β、腫瘤壞死因子α、白細胞介素6、白細胞介素8、胞內黏附分子1等在血性腦脊液和腦組織中持續升高［23］。目前免疫炎性反應的機制尚不清楚，其中核因子κB是SAH后炎性反應的主要調節器，Toll樣受體和白細胞介素1受體等均可誘導核因子κB的活化。實驗研究表明［23］，Toll樣受體4/核因子κB途徑的活化可以調節SAH后的炎性反應。

這些被釋放出來的炎性介質與白細胞結合，使巨噬細胞、粒細胞等在血管外膜的聚集，導致血管壁增厚、管腔狹窄，加重腦缺血。另外，一些細胞因子可參與SAH后BBB的破壞，進入全身循環，誘發炎癥級聯反應，導致全身炎性反應綜合征和多器官功能衰竭的發生［24］。

2．5 細胞的凋亡和壞死 以上機制的最終共同途徑是細胞死亡，SAH后EBI的神經元及血管內皮細胞均存在細胞死亡，其程度與SAH后所致的缺血性神經功能障礙的預后相關。凋亡級聯反應在動脈瘤破裂出血后很早就被激活，SAH后引起全腦缺血、腦水腫、氧化應激反應和免疫炎性反應等會導致廣泛性的細胞凋亡［25］，主要包括BBB、皮質梗死區、海馬和血管內皮細胞。凋亡機制是EBI分子機制中最關鍵的部分，在SAH中，神經細胞凋亡存在不同的途徑，包括死亡受體途徑、線粒體途徑、caspase獨立途徑、p53途徑，這些機制之間互相影響、互相作用，其中以p53的作用尤為重要［26］。應用皮斐松α可以抑制p53誘導的大鼠腦內神經元凋亡，并伴隨著病死率和神經功能明顯好轉［27］。Park等［14］發現，通過抑制凋亡可保護腦血管內皮細胞，減輕SAH后EBI的癥狀。川弓嗪可通過抑制caspase-3依賴的凋亡途徑來緩解大鼠SAH后EBI的發生［28］。因此，關于抑制凋亡的干預措施逐漸成為EBI治療的研究熱點［29］。

細胞壞死是一種不可逆的過程，與凋亡的區別在于是否存在能量依賴。細胞發生凋亡或壞死取決于SAH后腦損傷的程度。細胞壞死在EBI的發生中起次要作用，主要發生在兩個區域:①脈管系統，特別是大血管的平滑肌層，與CVS的發生相關。②腦室周圍區域，導致水、電解質紊亂，與SAH后腦水腫有關［30］。

3 結語

EBI和CVS之間有許多相同的病理、生理學機制，甚至可以推測EBI可能是遲發性CVS的病因之一。EBI的發病機制十分復雜，涉及到一系列因子之間的相互作用，但目前對它們的具體作用機制還不完全清楚，而且僅局限在實驗動物模型上的研究，對臨床患者SAH后EBI的防治并沒有形成有效措施［31］。因此，SAH后的EBI的研究有待于進一步深入探索，從而達到延緩或阻止EBI進程，降低SAH病死率的目的。

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