亞低溫對新生兒缺氧缺血性腦病腸道細菌移位影響的研究

項丹 楊子浩

亞低溫對新生兒缺氧缺血性腦病腸道細菌移位影響的研究

項丹 楊子浩

正常情況下，腸道菌群與人體和外部環境保持著平衡狀態,對人體的健康起著重要作用。缺氧缺血性腦?。℉IE）是新生兒中好發疾病亦是病死率及致殘率較高的疾病，常伴胃腸功能損傷，亞低溫治療作為HIE的常規治療手段，不僅降低HIE病死率及致殘率，且改善胃腸功能。本文就正常胃腸道，腸道-微生物-腦軸，HIE伴發胃腸道功能損害，亞低溫對HIE胃腸道功能作用及菌群移位的影響等幾方面作一綜述。

缺氧缺血性腦病 低溫 胃腸道 菌群移位

新生兒缺氧缺血性腦?。℉IE）是指圍生期窒息導致的腦缺氧缺血性損傷。在引起腦損傷的同時，伴隨其他臟器的損傷，如胃腸功能損傷。研究發現，窒息新生兒胃腸功能損害發生率高達30%以上[1]。同時，胃腸道是多臟器功能障礙綜合征（MODS）的始發器官之一,可造成死亡[2]。早期應用亞低溫治療HIE已被廣泛認可，能顯著降低患兒病死率及致殘率，但對HIE胃腸道功能的作用仍在進一步研究中，本文就正常胃腸道、腸道－微生物－腦軸、HIE伴發胃腸道功能損害、亞低溫對HIE胃腸道功能作用及菌群移位的影響等幾方面進行綜述。

1 正常胃腸道

胃腸道是與外界接觸最廣的系統，其表面積約200～300m2，每天與成千上萬的微生物及進入腸道營養物質相接觸，而防止這些細菌及產物透過腸壁進入體內及調節營養物質的吸收，這些過程需要一套復雜的防御系統，包括：高度復雜的口腔內菌群經胃酸破壞部分細菌，減小細菌對胃腸道影響；小腸作為過渡區，大流量腸液將細菌在繁殖前沖洗到遠端回腸和結腸；回盲瓣具備防止盲腸內容物逆流到回腸的作用；胰腺分泌的胰酶破壞細菌細胞壁；同時還包括胃腸道屏障：由外向內分別為腸道微生物群，黏膜層，上皮細胞層，腸道相關淋巴組織形成的免疫屏障。一般情況下,腸道菌群與人體和外部環境保持著一個平衡狀態,對人體的健康起著重要作用。在某些情況下,這種平衡被打破可引發疾病或加重病情，引起并發癥甚至發生MODS及死亡。

2 微生物-腸-腦軸

中樞神經系統、腸內神經系統及胃腸道菌群3者之間為相互作用的關系。胃腸道微生物及代謝產物參與胃腸功能的調節，影響腸道通透性、黏膜免疫功能、腸道蠕動以及腸內神經系統的活動。此外，臨床前研究發現，胃腸微生物及代謝產物可參與行為調節及大腦功能，如應激反應、情感行為、疼痛調節及大腦生物化學的形成[3]。同樣，中樞神經系統經交感神經、腸神經系統的副交感神經支及下丘腦－垂體－腎上腺（HPA）軸調節胃腸道功能。研究發現，交感神經釋放的神經遞質可影響腸道微生物構成，腸道通透性及局部免疫；HPA軸調節腸道局部及全身免疫細胞，影響腸道的通透性、蠕動、分泌、屏障功能以及腸內菌群構成[3－4]。腸神經系統亦參與腸道功能的調節，如腸道局部動力、酸的分泌、碳酸根及黏液的產生、上皮水層的維持、腸道通透性以及黏液免疫反應。這種腸道微生物與腦之間的雙向關聯稱為微生物－腸－腦軸[4－5]。

3 缺血缺氧性腦?。℉IE）

HIE是新生兒高發病率及病死率的疾病之一，據統計，圍生期時每1 000例足月存活新生兒就有1～3例HIE患兒，且這些患兒病死率達15%～20%，即使存活下來，仍有25%的患兒后期遺留嚴重及持續的神經心理后遺癥，包括智力低下、視覺運動或視覺感知、功能障礙、多動、腦性麻痹及癲癇，給患兒、社會及家庭帶來了沉重的負擔[6]，故探索及確定可靠的治療手段對減少HIE患兒的腦損傷至關重要。根據其不斷發展的病理過程，HIE可大致劃分為4個階段[7]：（1）原發性能量衰竭期（the“primary”phase）：高能量代謝物質枯竭，導致細胞逐漸去極化，出現嚴重的細胞毒性水腫；由于膠質細胞再攝取功能喪失及細胞的過度去極化導致興奮性氨基酸在細胞外蓄積，引起興奮性毒性反應；（2）潛伏期（the“latent”phase）（～6h）：N甲基－D－天氡氨酸（NMDA）受體高度興奮，促凋亡信號激活，縫隙鏈接開放，通道半開放，以及出現癲癇波。盡管一些神經元可能壞死，絕大多數開始恢復；（3）繼發性能量衰竭期（6～72h）：在整個疾病過程中最為關鍵,一旦該階段啟動,可引起線粒體崩解、炎癥反應、細胞水腫、細胞壞死等，最終可導致大腦神經元的損傷加重甚至死亡。該期的嚴重程度與1～4歲患兒神經發育結局密切相關；（4）修復及重組期（數天～數月）：部分細胞壞死仍存在，之前的突觸聯系受損，炎癥反應持續存在，同時再生細胞發育，存活神經元構建新的突觸聯系。

4 HIE常合并胃腸功能不全

HIE常合并多臟器功能障礙，胃腸功能不全是HIE常見的并發癥之一。新生兒窒息程度越重，胃腸功能損害發生率越高，病死率越高。缺血缺氧后，“潛水反射”引起血流的再分配，以減少非重要臟器如小腸血流量為代價，而保持腦、心臟、腎臟的灌注。動物實驗[8]及新生兒窒息研究[9]發現，窒息后腸系膜上動脈血流前3d明顯減少，盡管有暫時恢復，3d后才正?；蜷_始增多，7d后明顯增多。胃腸道血流減少可導致黏膜損傷，損傷程度與窒息的嚴重程度呈正相關，對窒息后不久的新生兒行胃腸檢查，發現均存在程度不等的胃黏膜點狀糜爛或出血。腸系膜缺血再灌注與腸道屏障功能障礙相關，Rosero等[10]發現，腸系膜缺血促發全身炎癥反應及氧化應激，炎癥反應及氧化應激損傷腸道上皮細胞緊密鏈接，導致細胞間通透性增加，腸黏膜屏障完整性受損，且腸道缺血增加上皮細胞的凋亡，導致宿主及病原體相互作用增加，黏膜炎癥及微生物群組成改變。Stanley等[11]在腦缺血再灌注動物實驗中發現，休克激活交感神經系統，促發一系列反應，導致腸道通透性增加，同時削弱機體抗細菌的能力及腸道屏障功能，促發共生菌的移位及彌散，且研究發現，休克后肺炎病原體來源部位為小腸，70%的病原體為腸道共生菌。這種使原本寄居于腸道內的正常菌群及其內毒素，通過某種途徑穿過腸黏膜屏障，侵入正常情況下無菌的腸壁黏膜、腸系膜淋巴結、門靜脈及其他腸外組織器官，即腸道的細菌移位，引發腸源性感染，故胃腸道被認為即是炎癥的始發部位，亦是全身炎癥反應持續存在的“發動機”，導致多臟器功能衰竭，甚至死亡。Crapser等[12]進一步發現，腦缺血再灌后幼鼠對腸道屏障功能的修復及細菌移位的恢復快于成年大鼠，可能因成年大鼠先天性免疫和適應性免疫的過度激活。

5 亞低溫治療是治療HIE重要手段

亞低溫治療具有良好的心腦保護作用已經為臨床所證實，并廣泛應用于各種危急重癥?！?010美國心臟協會心肺復蘇指南》及國內《亞低溫治療新生兒缺血缺氧性腦病方案（2011）》均明確指出亞低溫療法對心肺復蘇后的成人及HIE兒童尤其是新生兒具有顯著的神經保護作用，且提倡早期（出生6h內）應用亞低溫治療HIE患兒。研究發現[13]，更早期應用（生后≤1h）較后期應用（生后1～6h），其臨床電驚厥發生率更低，住院時間及呼吸機使用時間更短。其保護機制可能包括：降低缺血時興奮性氨基酸的釋放，減少自由基的產生，降低顱腦糖及氧的代謝率及降低高能量磷酸鹽丟失；改善繼發性能量衰竭，降低毒性一氧化碳的產生，減少神經元細胞的凋亡及抑制炎癥反應。進一步研究發現[14－15]，行局部亞低溫及全身亞低溫治療者住院病死率及住院時間并沒有差異，且兩者的不良反應如低血壓、心動過緩、血小板減少、凝血功能異常、腎功能不全、電解質紊亂、肝酶增加及持續性肺動脈高壓等均無統計學差異。但Allen等[16]認為，選擇性亞低溫治療下腦MRI異常較全身亞低溫治療更嚴重；且選擇性頭部亞低溫治療其目標溫度及復溫時溫度不穩定，故全身亞低溫治療似乎更優于選擇性頭部亞低溫治療。從近年來兩者使用比例上看，全身亞低溫治療應用比例逐漸增加，而頭部亞低溫治療呈下降趨勢，其部分原因與頭部亞低溫治療不利于一些臨床檢查的操作有關[17]。此外，研究還發現，亞低溫治療在改善腦功能的同時對胃腸功能具有保護作用。

6 亞低溫治療改善窒息后出現的胃腸功能障礙

目前關于亞低溫治療HIE時對胃腸功能的影響鮮有報道，只有兩項研究發現，亞低溫下HIE患兒胃腸道不良事件（如胃腸道黏膜脫落、直腸出血、壞死性小腸結腸炎）發生率分別為＜1%（1/163）、3.6%（4/110）[18－19]，且亞低溫治療并不能減少胃腸道不良事件。Shankaran等[20]發現，亞低溫治療下HIE組與對照組相比，其出院時灌喂率（11%vs7%）及出院時帶胃管率（7%vs17%）差異無統計學意義。但Thornton等[21]發現全身亞低溫治療的患兒病死率更低，達到全胃腸道喂養及全經口喂養先于對照組，且因未開奶、未能全胃腸喂養、未經口喂養而死亡的患兒少于對照組，置胃管、出院需灌喂比例及病死率低于對照組，提示亞低溫治療能改善中重度HIE患兒的喂養不耐受。曾有研究顯示，在心源性休克、心搏驟停等急危重癥時，低溫能改善循環和組織灌注狀態，亞低溫治療改善缺血缺氧時胃黏膜表面的血氧飽和度。Childs等[22]在實驗中發現，出血性休克大鼠腸黏膜微血管通透性增加，而在亞低溫狀態下，微血管滲出減少，通透性降低。對其保護機制進行研究發現，心臟驟停模型中，低溫可減輕線粒體形態改變，增加Na+－K+和Ca2+ATP酶活性，減輕胃腸絨毛的損害，從而改善胃腸功能的損傷[23]。同時Hassoun等[24]亦發現缺血期局部低溫（15～20℃）降低轉錄因子－κB（NF－κB）活性及誘導型一氧化氮合酶（iNOS）水平，減少小腸通透性。Stefanutti等[25－26]亦發現，腸系膜動脈缺血30min后在再灌注期間予局部中度低溫（30～32℃）可減少中性粒細胞的浸潤，降低氧化應激水平，減輕小腸的損傷。因此，亞低溫治療利于腸黏膜屏障功能保護。

7 亞低溫治療降低腸道菌群移位

腸道細菌移位是指腸道內的細菌穿過腸黏膜屏障對正常無菌組織和器官侵襲的過程。腸道菌群移位的發生受免疫功能破壞，腸道菌群失調，腸屏障功能受損等因素的影響。綜上所述，腸道缺氧缺血導致腸道屏障功能受損，亞低溫治療改善胃腸功能障礙，降低腸道菌群移位。Ulger等[27]發現，在鈍性胸部創傷聯合失血性休克雙重打擊模型中，輕度及中度低溫均能降低腸道菌群移位,但輕度低溫組菌群移位陽性率相對中度低溫低。Deniz等[28]亦發現，在出血性休克及經氣管感染銅綠假單胞菌雙重打擊模型中，低溫（34℃）糾正血流改變，降低細菌移位的發生。但也有研究指出，在出血性休克模型中[29]，32℃及28℃的低溫雖然能改善血壓，提高生存率及改善神經系統預后，并不能降低細菌移位的發生率?；谝陨辖Y果，輕度亞低溫治療可能較深度亞低溫治療更利于抑制腸道細菌移位。

HIE新生兒常合并急性胃腸功能損傷，亞低溫治療作為HIE患兒的常規治療手段，改善胃腸道血流，降低炎癥反應、氧化應激、凋亡等，從而顯著改善胃腸功能，降低腸道菌群移位，但機制仍需進一步研究，為應用于臨床提供理論依據。

[1] 解左平,金社紅,王敏,等.彩色多普勒超聲在檢測新生兒窒息多臟器血流動力學中的應用[J].臨床超聲醫學雜志,2001,4:201-203.

[2] Klingensmith N J,Coopersmith C M.The Gut as the Motor of Multiple Organ Dysfunction in Critical Illness[J].Critical Care Clinics,2016,32(2):203-212.

[3] Mayer E A,Tillisch K,Gupta A.Gut/brain axis and the microbiota [J].Journalof ClinicalInvestigation,2015,125(3):926-938.

[4] Carabotti M,Scirocco A,Maselli M A,et al.The gut-brain axis: interactions between enteric microbiota,central and enteric nervous systems[J].Ann Gastroenterol,2015,28(2):203-209.

[5] Petra A I,Panagiotidou S,Hatziagelaki E,et al.Gut-Microbiota-Brain Axis and Its Effect on Neuropsychiatric Disorders With Suspected Immune Dysregulation[J].Clinical Therapeutics,2015, 37(5):984-995.

[6] Eunson P.The long-term health,social,and financial burden of hypoxic-ischaemic encephalopathy[J].Dev Med Child Neurol, 2015,57Suppl3:48-50.

[7] Davidson J O,Wassink G,van den Heuij L G,et al.Therapeutic Hypothermia for Neonatal Hypoxic-Ischemic Encephalopathy-Where to from Here?[J].Front Neurol,2015,6:198.

[8] Bennet L,Quaedackers J S,Gunn A J,et al.The effect of asphyxia on superior mesenteric artery blood flow in the premature sheep fetus[J].J Pediatr Surg,2000,35(1):34-40.

[9] 劉敬,曹海英,何純義,等.新生兒窒息多臟器血流動力學研究[J].中華兒科雜志,1998,36(2):5-9.

[10] Rosero O,Onody P,Kovacs T,et al.Impaired intestinal mucosal barrier upon ischemia-reperfusion:"patching holes in the shield with a simple surgical method"[J].Biomed Res Int,2014, 210901.

[11] Stanley D,Mason L J,Mackin K E,et al.Translocation and dissemination of commensal bacteria in post-stroke infection[J]. Nature Medicine,2016,22(11):1277-1284.

[12] Crapser J,Ritzel R,Verma R,et al.Ischemic stroke induces gut permeability and enhances bacterial translocation leading to sepsis in aged mice[J].Aging(Albany NY),2016,8(5):1049-1063.

[13] Youn YA,Kim J H,Yum S K,et al.The hospital outcomes compared between the early and late hypothermia-treated groups in neonates[J].J Matern FetalNeonatalMed,2016,29(14):2288-2292.

[14] Celik Y,Atici A,Gulasi S,et al.Comparison of selective head cooling versus whole-body cooling[J].Pediatr Int,2016,58(1): 27-33.

[15] Atici A,Celik Y,Gulasi S,et al.Comparison of selective head cooling therapy and whole body cooling therapy in newborns with hypoxic ischemic encephalopathy:Short term results[J]. Türk PediatriArsivi,2015,50(1):27-36.

[16] Allen KA.Moderate Hypothermia[J].Advances in Neonatal Care, 2014,14(2):113-118.

[17] Tsuda K,Mukai T,Iwata S,et al.Therapeutic hypothermia for neonatal encephalopathy:a report from the first 3 years of the Baby Cooling Registry of Japan[J].SciRep,2017,7:39508.

[18] Azzopardi D V,Strohm B,Edwards A D,et al.Moderate hypothermia to treat perinatalasphyxialencephalopathy[J].N EnglJ Med,2009,361(14):1349-1358.

[19] Jacobs S E,Morley C J,Inder T E,et al.Whole-body hypothermia for term and near-term newborns with hypoxic-ischemic encephalopathy:a randomized controlled trial[J].Arch Pediatr Adolesc Med,2011,165(8):692-700.

[20] Shankaran S,Laptook A R,Ehrenkranz R A,et al.Whole-body hypothermia for neonates with hypoxic-ischemic encephalopathy[J].N EnglJ Med,2005,353(15):1574-1584.

[21] Thornton K M,DaiH,Septer S,et al.Effects of whole body therapeutic hypothermia on gastrointestinal morbidity and feeding tolerance in infants with hypoxic ischemic encephalopathy[J]. Int J Pediatr,2014:643689.

[22] Childs E W,Udobi K F,Hunter F A.Hypothermia Reduces Microvascular Permeability and Reactive Oxygen Species Expression after Hemorrhagic Shock[J].The Journal of Trauma: Injury,Infection,and CriticalCare,2005,58(2):271-277.

[23] Lu Yi W S A L.Hypothermia ameliorates gastrointestinal ischemic injury sustained in a porcine cardiac arrest model[J]. Chin Med J,2012,24(125):4406-4411.

[24] Hassoun H T,Kozar R A,Kone B C,et al.Intraischemic hypothermia differentially modulates oxidative stress proteins during mesenteric ischemia/reperfusion[J].Surgery,2002,132(2): 369-376.

[25] Stefanutti G,Pierro A,Vinardi S,et al.Moderate hypothermia protects against systemic oxidative stress in a rat model of intestinal ischemia and reperfusion injury[J].Shock,2005,24(2): 159-164.

[26] Stefanutti G,Pierro A,Parkinson E J,et al.Moderate hypothermia as a rescue therapy against intestinal ischemia and reperfusion injury in the rat[J].Critical Care Medicine,2008,36(5): 1564-1572.

[27] Ulger H,Deniz T,Comu F,et al.Protective Effect of Hypothermia in a Blunt Thoracic Trauma and Hemorrhagic Shock Model[J]. The Thoracic and CardiovascularSurgeon,2014,62(8):716-721. [28] Deniz T,Agalar C,Agalar F,et al.The effect of hypothermia on splanchnic flows and lung in a two-hit hemorrhagic shock model[J].J Surg Res,2010,158(1):121-126.

[29] Deniz T,Agalar C,Ozdogan M,et al.Mild hypothermia improves survival during hemorrhagic shock without affecting bacterial translocation[J].J Invest Surg,2009,22(1):22-28.

2017-02-11）

（本文編輯：馬雯娜）

10.12056/j.issn.1006-2785.2017.39.9.2017-255

浙江省衛生與計劃生育委員會科研項目（2014KYA259）

310003 杭州，浙江大學醫學院附屬兒童醫院兒童重癥監護室（PICU）

楊子浩，E-mail：hzyangzh2007@163.com