蛛網膜下腔出血早期腦損傷的研究進展

王毅，張建寧

自發性蛛網膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)約占全部腦卒中的5%，其最常見的發病原因是顱內動脈瘤（intracranial aneurysm，ICA）破裂，約占 75%～80%[1]。據統計，北美地區的年發病率已接近1/10 000，其在臨床上具有病死率高的特點，而幸存者的致殘率也接近50%。近年來，雖然關于SAH的發病機制和手術治療等方面的研究取得了較大的進展，但有效的臨床干預措施仍然很少，預后較差，療效尚待提高。腦血管痙攣（cerebral vasospasm，CVS）被認為是導致SAH后腦缺血、梗死等嚴重不良后果的最重要原因。盡管有研究發現一些血管活性物質有可能影響顱內動脈管壁平滑肌的損傷，提示動脈瘤的形成與破裂風險，但是并沒有為如何治療SAH和改善其預后提供有力的佐證。早期腦損傷（early brain injury，EBI）的概念描述了SAH后很短時間內即可造成腦組織直接損傷，并出現顱內壓（intracrani?al pressure，ICP）增高和腦血流量（cerebral blood flow，CBF）減少，導致嚴重腦缺血，甚至遲發性腦梗死（delayed cerebral ischemia，DCI）的發生，嚴重影響SAH患者的預后，已成為臨床治療和基礎研究的關鍵時段[2]。本文擬就SAH后EBI的研究進展綜述如下。

1 EBI概念

EBI主要指SAH后的72 h內出現的整個腦組織直接損傷，涉及CVS出現之前，其路徑多樣、出現較早、預后復雜，在ICA破裂后的幾分鐘內即啟動體內諸多病理生理因素，包括生理、生化、血管病變、炎癥反應、離子穩態改變、細胞死亡及其分子機制的改變等，有可能造成嚴重的ICP增高、CBF下降以及出血進入蛛網膜下腔后直接侵襲中樞神經系統（central nervous system，CNS）[3]。與 CVS 比較，理解 EBI的概念越來越受到臨床上的重視，許多研究包括藥物機制、轉基因研究、高壓氧作用等都試圖找到新的治療途徑。

2 機械性變化

ICA破裂早期最常出現的是由于ICP增高所致的顱內循環障礙，屬于機械性變化。顱內出血的刺激造成載瘤動脈及其周圍血管痙攣收縮，而進入到蛛網膜下腔的出血形成血腫，同時壓迫血管，這些血腫的厚度在臨床上以影像學Fisher分級描述，即進入到蛛網膜下腔的出血越多，預后也越差。ICP伴隨平均動脈壓（mean arterial pressure，MAP）的升高可能會立即升高至200 mmH2O（1 mmH2O=0.009 8 kPa）以上，并在幾分鐘之內達到峰值，這種反應帶有一定自我保護性，阻止出血的進一步增加，但對于腦動脈和腦組織的壓迫卻在加重。在整個SAH過程中，蛛網膜下腔的血腫誘發了EBI和CVS，甚至造成了 DCI。

ICA破裂后即刻就導致ICP升高、腦灌注壓（cerebral perfusion pressure，CPP）降低等一系列病理生理反應，進而造成短暫性腦供血異常，即無血流現象，CBF急劇下降。前兩者的異常可能與腦脊液（cerebrospinal fluid，CSF）循環障礙和腦血管的功能障礙所造成的腦水腫有關，少數患者ICP峰值持續與再出血或進展為腦積水有關，嚴重時可繼發代謝障礙、炎癥反應和腦缺血[4]。此種情形臨床上往往提示預后差，腦損傷可能不可逆，甚至出現腦疝、腦死亡，相應的致病率和致殘率也增高。與此同時，ICP的持續高值促使CPP的持續低值，可能造成早期腦缺血、缺氧損傷[5]。

CBF自主調節功能是指在生理狀態下，當血壓在一定范圍內波動時，CBF可通過改變小動脈和微動脈口徑來實現自主調節，進而保證了大腦有穩定、足量的血液供應，維持腦組織正常代謝所需。在SAH病理生理狀態下，由于ICP升高、CPP降低，進而導致CBF自主調節功能受損，特別是SAH后第一個72 h內，使CBF對全身血壓（壓力調節）和二氧化碳分壓（化學調控）的改變調控不全。鑒于SAH后腦血管過度收縮，CBF下降，遲發性缺血性神經功能障礙（delay ischemic neurological deficit，DIND）的發生概率明顯上升，而CBF的降低同時有可能造成酸性的腦部微環境，加重DIND，嚴重時可導致腦死亡[6-7]。

SAH的一個重要并發癥是腦積水，據統計急性腦積水出現的概率約為20%～30%，目前機制尚不明確，其發生可能與CSF的循環通路出現梗阻、腦室內積血和再發出血有關。對于出血量較大、CPP低的患者在SAH早期（出血后72 h內）就有可能發展為腦積水，其病死率、致殘率和神經功能缺損情況也相應增加[8]。

3 離子穩態失衡

SAH早期可引起腦細胞微環境中離子穩態的失調，主要包括鈣超載、鈉離子和鎂離子的升高與降低波動等。這些離子穩態的快速改變，引起并加劇了腦血管收縮的電生理紊亂和（或）蛋白的持續活化、表達，損傷了腦組織，加重了SAH后EBI。

皮質傳播抑制（cortical spreading depression,CSD）被認為是SAH后離子紊亂的直接后果，有可能是導致DCI的新機制。CSD的機制尚未明確，有研究表明，其發生有可能與蛛網膜下腔內氧合血紅蛋白及溶血產物增多、腦組織NO減少、細胞膜外 K+升高、內皮素-1（endotheiin-l,ET-1）濃度升高、谷氨酸受體活性增高有關，這些因素均有可能加重腦組織內易損區域的損傷，繼而出現皮質播散性腦缺血（cortical spreading ischemia，CSI）和 DIND[7,9]。

SAH后CVS的主要原因是腦損傷早期出現鈣離子穩態失調，即“鈣超載”[10]?！扳}閘”打開，有大量 Ca2+迅速進入腦神經細胞、腦膠質細胞、腦血管平滑肌細胞和顱內微血管內皮細胞。鑒于游離Ca2+濃度在短時間內異常升高，導致CVS、腦缺血的發生，造成腦組織腫脹，繼而ICP升高，與此同時ICP的升高又加重了腦缺血，形成惡性循環，從而更加重了腦組織的繼發性損傷?！扳}超載”的出現有可能是導致神經元死亡的最后通路，因此，SAH早期應用鈣離子拮抗劑（如尼莫地平）緩解CVS，保證腦組織能夠得到適當的血供，避免腦缺血導致的不可逆性損害是改善SAH患者預后的關鍵之一[11]。鎂離子作為鈣離子的天然拮抗劑，參與細胞內鈣離子水平的調節。有研究顯示，約38%的SAH患者出現不同程度的血鎂降低，在SAH后48 h內出現低鎂血癥可預測DCI的發生，而早期提高鎂離子水平，也可以有效阻止EBI的發生[8,12]。此外，SAH早期出現低鈉血癥的機制尚有待明確，有報道提示可能與抗利尿激素分泌失調綜合征（anti-diuretic hormone，SIADH）相關。臨床上SAH患者中血鈉異常的發生率約在30%以上，多數低鈉血癥的患者會出現癥狀性CVS，從而加重腦水腫，造成腦缺血損傷[13]。

4 血腦屏障損傷及腦水腫

血腦屏障（BBB）是介于血液和腦組織之間的對物質通過有選擇性阻礙作用的動態界面，由腦內連續的毛細血管內皮及其細胞間的緊密連接、完整的基膜、周細胞以及星形膠質細胞腳板樣突起圍成的神經膠質膜構成，其中內皮是BBB的主要結構。SAH早期諸多病理生理因素造成BBB破壞，致其通透性增加，導致腦水腫。這些因素包括由氧合血紅蛋白引起的氧化應激、基質金屬蛋白酶（MMP）上調、炎性因子所致的內皮細胞凋亡等[14]。既往研究表明，MMP-9參與SAH早期BBB的損傷，微血管基底膜的細胞外基質被MMP-9破壞、降解，血管內皮生長因子增加，內皮細胞凋亡信號啟動，BBB通透性隨之增加，動物實驗顯示這種損傷破壞在建模后6 h內，48 h達到高峰[15]。而在BBB修復過程中外周血內皮祖細胞（EPCs）數量增加、功能增強，表明EPCs的動員及向損傷區域的歸巢可能發揮重要的作用[16]。

腦水腫使ICP增高，ICP增高又可加重腦水腫，發展至一定程度，即可使腦組織發生功能與結構上的損害。BBB的破壞可以直接導致腦水腫，SAH后出現的腦水腫分為血管源性腦水腫和細胞毒性腦水腫，在臨床患者和動物實驗中均已證實，兩者同時存在，加重臨床癥狀，嚴重的可致腦疝、腦死亡。經相關研究證實，前者是BBB受損、破壞后的直接結果。由于出現血管內皮細胞和周圍膠質細胞凋亡等一系列病理生理變化，致使毛細血管通透性增加，水分滲出增多，積存于血管周圍及細胞間質，形成腦水腫[17]。與此同時，由于一些蛋白物質隨水分經血管壁通透到細胞外液中，使細胞外液滲透壓升高，水分由血管壁滲出增多，致使腦水腫繼續發展。由此可見，BBB的結構與功能損害是血管源性腦水腫出現的病理學基礎。而后者發生時BBB可不受影響，其與SAH后ICP變化有關，即ICP升高引起CBF降低，造成腦缺血、腦細胞內環境改變、腦組織缺氧、細胞代謝和膜功能紊亂，出現Na+-K+、Ca2+-Mg2+等離子泵活性降低、神經細胞內外離子交換障礙、腦水腫加重[3]。此外，水攝入過多、SIADH等因素也可加重腦水腫[18]。

5 分子水平改變

NO是調節腦血流動力學的重要物質，NO/一氧化氮合酶（NOS）途徑在調節腦血流動力學方面發揮了重要作用[19]。NO可以擴張腦血管、抑制血小板聚集以及白細胞（WBC）對內皮細胞的黏附作用，繼而調控CBF。NO還能夠調節血管中膜平滑肌的增殖與凋亡，參與細胞外基質的代謝，調控血管重塑[12]。SAH早期，NO的病理改變影響CVS、腦缺血及DIND的發生。NO水平降低，CBF下降，腦血管收縮，血小板聚集及中性粒細胞黏附在血管內膜上。NO本身是自由基和過氧基的一種形式（強自由基），可以與超氧化物反應，產生的過氧化亞硝酸鹽能夠破壞細胞膜，損傷線粒體、血管內皮和平滑肌細胞等，從而激活細胞的死亡通路，加重SAH后EBI。另一方面，NO 可在 SAH 后調節失控的 Na+、K+、Ca2+離子通道，誘發軸突的變性。

免疫炎癥反應在SAH后EBI和CVS中起到了重要的作用，屬于損傷相關分子模式（damage associated molecular pat?tern,DAMP），并呈級聯放大效應。CNS具有一定的免疫特異性，腦組織受到BBB的保護。而在SAH早期，由于BBB損傷、破壞，HGB裂解產物作為抗原，可以導致炎癥細胞激活、炎癥介質釋放和免疫分子上調。抑制常見的炎癥趨化因子（如VCAM-1、ICAM-1、選擇素等），能夠阻止淋巴細胞遷移，從而減輕CVS和免疫性腦損傷[20]。有報道證實，腫瘤壞死因子（TNF）-α、補體系統、白細胞介素（IL）-1β、IL-2、IL-6和IL-12等在SAH早期（48 h內）顯著升高，誘導粒細胞、巨噬細胞聚集，導致血管壁進行性增厚、管腔狹窄，加重SAH后腦缺血，而抑制這些炎癥趨化因子能夠有效改善EBI[21-22]。同時，中性粒細胞的浸潤可累及腦血管和腦實質，有效地抑制其激活，可緩解SAH早期出現的微血管和腦實質損傷。

ET-1是強效的縮血管因子，是在SAH早期出現炎癥、缺血時，由星形膠質細胞與白細胞（WBC）釋放的一種潛在的血管收縮劑。SAH后24～48 h內ET-1水平增高，促使血管長時間持續收縮，抑制Na+-K+ATP酶的活性，并和血紅蛋白共同作用誘導CSI，加重SAH后EBI[2]。

氧化應激（oxidative stress，OS）是指體內氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化中間產物。在SAH急性期，腦組織缺血再灌注損傷啟動OS，進入蛛網膜下腔的血腫可在短時間內就滲透至皮質深層，紅細胞（RBC）裂解產生大量血紅蛋白（hemoglobin，HGB），侵入鄰近腦組織導致HGB超負荷。OS通過促進蛋白氧化、脂質過氧化，導致BBB破壞和CVS，OS同時激活凋亡通路及炎癥級聯反應，從而加重了腦損傷[23-24]。

6 細胞死亡

SAH早期EBI是一個復雜的病理生理過程，在機械性損傷、離子穩態失衡、血管完整性破壞以及炎癥、氧化應激等分子水平變化的綜合作用下，大量神經細胞和膠質細胞出現死亡，形式上包括凋亡、壞死和自噬。

SAH早期（數分鐘至24 h），凋亡可出現在血管內皮細胞、人腦皮質海馬神經元、動物神經元和神經膠質細胞[25-26]，其機制涉及多條經典細胞凋亡通路。神經細胞凋亡是明確神經血管損傷的重要組織細胞學和分子生物學判定指標，對EBI的研究具有重要的意義。自噬是細胞死亡的另一種形式，具有自我保護功能，能夠清除異常的蛋白質、受損的細胞器和細胞內病原體，能夠參與維護腦細胞的穩態，但是過度的自噬會造成腦細胞的大量死亡，引起嚴重不良后果[27-28]。

綜上可見，SAH后EBI是導致患者預后差的重要原因之一，目前關于SAH后EBI的研究處于實驗動物模型階段，尚未能向臨床應用轉化，相信隨著EBI發病機制研究的深入，必將為SAH的臨床救治提供新的途徑。

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