治療性淺低溫在缺血性腦卒中的研究進展

鄧偉 胡玉龍 牛江峰 余樹春

南昌大學第二附屬醫院麻醉科（南昌330006）

根據《中國心血管病報告2017》估算，中國有 1 300 萬例腦卒中患者，每年有20 萬例新發患者，其中缺血性腦卒中（ischemic stroke）比例高達70%～80%［1］。治療性淺低溫（mild therapeutic hypothermia，MTH）已廣泛成為眾多腦損傷疾病最可靠的神經保護療法之一，包括缺血性腦卒中、創傷性腦損傷、心臟驟停后全身性缺血和缺氧缺血性腦病［2］。根據目標溫度將低溫分為：（1）MTH：32 ～35 ℃；（2）亞低溫：28 ～32 ℃；（3）中低溫：20 ～28 ℃；（4）深低溫：＜20 ℃。理論上，較低的溫度預計會產生更好的神經學結局。然而，實際情況恰恰相反。在大鼠缺血性腦卒中動物模型中，27 ℃低溫的腦總梗死面積減少幅度低于溫度為32 ℃者（49%vs.69%）［3］，原因可能為在極低溫度下腦血流明顯減少或者出現嚴重不良反應如心律失常。MTH 被推薦應用于心臟驟停患者和缺氧缺血性腦病患兒，可明顯改善患者神經學預后［4］。盡管已在腦卒中動物模型中證實了MTH 的療效［5］，但完全轉化為腦卒中患者的臨床應用仍面臨許多挑戰，臨床試驗也尚未得到確切的結果。本文就MTH 在缺血性腦卒中的應用進展進行闡述。

1 MTH 的神經保護作用機制

MTH的確切機制尚未完全了解。然而，低溫卻影響了所有已被證實的細胞死亡通路，包括興奮性中毒、鈣超載、細胞凋亡、炎癥和自由基產生［6］。研究［7］表明，沒有任何單一因素可解釋其神經保護作用。此外，MTH 可保護血腦屏障免受缺血和再灌注損傷，維持血腦屏障在形態、功能和代謝方面穩定，避免顱內壓過高，減少腦水腫的發生。

1.1 對腦卒中急性期的影響在腦卒中的急性期（缺血后數分鐘至數小時），由于腦血流減少，破壞離子穩態并引起Ca2+內流和興奮性神經遞質谷氨酸的釋放［8］。細胞內Ca2+水平升高導致線粒體功能障礙并激活一氧化氮合酶，從而導致活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）生成增加。溫度能夠顯著影響大腦代謝率和血流量。體溫每下降1 ℃可降低腦代謝率約6% ～7%。低溫可減少腦組織耗氧量，儲備能量，并通過降低腦代謝率和促進葡萄糖利用以降低乳酸生成，防止酸中毒的進一步發展。MTH 可抑制興奮性氨基酸的釋放并下調星形膠質細胞谷氨酸轉運體1 的表達，導致谷氨酸的逆向轉運。此外，低溫還可阻礙谷氨酸誘導的一氧化氮合成并抑制N-甲基-D-天冬氨酸受體磷酸化，從而減輕神經細胞興奮性中毒程度［9］。

1.2 對腦卒中亞急性期的影響繼發性腦損傷為腦卒中亞急性期開始的標志，通常為缺血后1 ～7 d。由于受損細胞ROS 升高，再灌注損傷通路如神經細胞凋亡和炎癥被激活，導致血腦屏障破壞和腦水腫［10］。在再灌注期間，再氧化作用導致炎癥細胞中線粒體和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶系統產生更多的ROS，加重腦細胞的損傷。研究［11］表明，低溫可減少ROS 的產生，減弱氧化損傷，從而提供神經保護作用。細胞膜破裂、興奮性中毒和氧化應激可誘導不可逆的細胞損傷甚至神經元壞死或凋亡。有研究［12］證實低溫通過抑制細胞凋亡發揮神經保護作用。

炎癥在卒中的亞急性和慢性階段可能是有害的，并且可加劇急性腦損傷。腦損傷導致免疫細胞如小膠質細胞和白細胞活化，可釋放各種炎性因子，包括ROS、蛋白酶和促炎細胞因子等。以上炎性介質可進一步激活更多的炎癥細胞，導致炎癥性反應的惡性循環。研究［13］表明，低溫通過抑制星形膠質細胞和小膠質細胞激活以及白細胞浸潤來減輕炎癥反應。此外，低溫還可降低許多炎癥介質的水平，包括ROS、RNS、黏附分子、白細胞介素-1β、白細胞介素-6 和腫瘤壞死因子α等促炎性細胞因子。再灌注后，低溫可通過抑制基質金屬蛋白酶減少血腦屏障破壞［14］。

1.3 對腦卒中慢性期的影響在卒中的慢性階段（缺血后數周至數月），內源性神經修復占主導地位，導致神經發生、神經元連接、血管生成和膠質細胞生成。實驗研究［15］證明了低溫對促進缺血后神經發生的有益作用。然而，有關低溫在缺血后神經元連接修復中作用的報道較少，但KIM 等［16］發現，低溫可增加體外神經突起的生長，并上調大鼠創傷性腦損傷模型中涉及突觸組織的基因表達。另外，MTH 可促進局灶性腦缺血中的血管生成，增加從胚胎小鼠腦組織取出的原代培養物中少突膠質細胞前體細胞的數量。因此，MTH 通過缺血后的各種機制發揮神經保護作用［17］。

2 MTH 的誘導方法

2.1 全身降溫誘導全身性低溫一般通過皮膚表面或靜脈降溫。因皮膚降溫為非侵入性，且不需要特殊設備，在實驗和臨床環境得到長期應用。臨床上常用的降溫技術包括酒精擦浴、降溫毯、對流氣墊、水床墊、冰袋和能量轉移皮墊等。皮膚表面降溫雖安全，但降溫速度有限，并且會激發寒戰和代謝產熱，反而達不到淺低溫治療的目的。血管內熱交換法通過靜脈內逆流熱交換導管，將冷鹽水注入位于下腔靜脈內的閉合球囊以降低體溫。GROYSMAN 等［18］發現向急性腦卒中患者下腔靜脈內的熱交換導管灌注冷生理鹽水，可成功誘導MTH，并能實現更精確的溫度控制。然而，即使擁有抗血栓形成材料涂層的導管，導管周圍血栓形成也是該方法不可忽視的潛在并發癥。此外，由于需要輸注大量冷生理鹽水、皮膚血管收縮和強烈的寒戰，達到和保持目標體溫往往需要一定時間，可能會延誤再灌注治療的時機。

2.2 選擇性腦部降溫據報道［19］，MTH 引起的神經保護作用取決于大腦溫度的降低，且不需要全身性低溫，因此選擇性腦部降溫將是全身性低溫有效的替代方案。目前，已經在動物實驗中報道了幾種用于神經保護的選擇性腦部降溫的方法［20］，包括在顳肌下放置冷盤管、冰帽、經鼻咽降溫、腦脊液置換和經心室降溫等。其中，通過動脈導管向同側頸動脈灌注冷灌注液被認為是在臨床環境中實施選擇性腦部降溫的最有效方法之一。此外，研究［21］顯示，該降溫策略可在較短的降溫持續時間內產生明顯神經保護作用，并且僅需將溫度降低2 ～3 ℃。

2.3 藥理學誘導低溫目前，有八類藥物制劑/激動劑可誘導MTH，包括大麻素、阿片類藥物、瞬時受體電位香草酸亞型1、神經降壓素、甲狀腺素衍生物、多巴胺、氣體如氙和氦以及腺苷衍生物［22］。其中一些藥物，如大麻素類藥物，不僅可通過低溫誘導提供神經保護作用，還可通過藥物本身提供的其他藥理機制提供神經保護作用，這可能導致藥理學誘導低溫比單純藥物協同作用的物理降溫更有效。此外，藥理學誘導低溫的另一個優勢是對下丘腦體溫調節中樞的影響。研究［23］發現，瞬時受體電位香草酸亞型1 受體、神經降壓素和甲狀腺素衍生物等藥物可通過減少降溫過程中的代償性低溫反應，對體溫調節控制產生影響。研究［24］證明，這種對體溫調節的影響可減少降溫過程中寒戰和血管收縮，從而避免干擾清醒腦卒中患者的降溫效果。因此，藥理學誘導低溫與物理降溫相結合，在減少患者不適、加快降溫過程和延長可耐受的低溫持續時間方面可能是有效的。

2.4 MTH 的時間窗目前，啟動MTH 的最佳時間窗仍沒有明確定義，但缺血和再灌注的進展為時間依賴性。因此，MTH 治療亦是時間敏感性的，并且可能根據MTH 啟動和持續時間延遲而導致短暫或永久的影響［25］。在局灶性和全身性缺血的動物模型中［26］，缺血發生即刻或期間開始MTH 療法可明顯減少腦組織梗死面積。缺血后啟動MTH療法雖然也可觀察到益處，但腦組織梗死面積未達到統計學意義上減少［27］。因此，在腦卒中發作后應盡快啟動MTH 療法，以達到最大的治療效果。臨床上大多數患者無法立即接受MTH，因此，在腦卒中發作后建立時間窗是至關重要的。然而，有關人體MTH 最佳時間窗的臨床數據仍然缺乏，未來需要設計合理的臨床試驗來明確。MTH 的維持應具備連續體溫反饋功能的體內或體外降溫裝置以維持目標溫度，并避免溫度顯著波動［28］。在復溫過程中，溫度差可導致患者強烈的寒戰，增加代謝活動和氧氣消耗，進一步加劇局部缺血。因此，復溫過程應力求緩慢，避免體溫顯著波動。

2.5 MTH 的并發癥及防治方法在腦卒中患者誘導MTH 可能會導致凝血功能受損、電解質紊亂、酸/堿失調、寒戰和恐懼等不良反應［29］。嚴重的寒戰可導致顱內壓和耗氧量增加，還可導致腦血管收縮，減少局部腦血流并增加產熱。因此，必須在低溫治療期間進行有效的寒戰管理。阿片類藥物如哌替啶和曲馬多被廣泛用于控制寒戰。哌替啶與丁螺環酮聯合應用可有效增加患者對寒戰的耐受性。由于皮膚溫度下降可上行至下丘腦體溫調節中樞，從而導致寒戰。因此，在患者皮膚表面應用加溫毯可有效抑制寒戰。降溫過程中可發生血流動力學變化包括心率降低、心房顫動等心律失常，以及平均動脈壓和心輸出量減少。在MTH 的治療期間，應監測生命體征。

3 MTH 與其他療法的結合

3.1 MTH 與靜脈溶栓rt-PA 是FDA 批準的唯一用于急性缺血性卒中的治療藥物。然而，僅有不到5%的缺血性中風患者接受rt-PA 溶栓治療。MTH 可保護神經元免受興奮性毒性、炎癥、自由基和細胞凋亡等損傷，從而可延長靜脈溶栓的有效時間窗。低溫可降低腦水腫和出血性轉化的風險，并改善腦血管再通后缺血性卒中患者的臨床療效。大量臨床研究［30-31］已經證實將低溫與溶栓相結合的安全性和可行性。即使在溶栓后使用，MTH 對急性缺血性卒中患者也是安全的。另外，低溫可通過抑制缺血后基質金屬蛋白酶的活性來減少出血性并發癥。

3.2 MTH 與去骨瓣減壓術大約3% ～10%的嚴重幕上缺血性卒中患者會發生腦疝和腦干壓迫［32］。保守治療將相關死亡率降低至約80%；然而，通過去骨瓣減壓術可將死亡率降低至5%～27%［33］，采用MTH 治療的嚴重腦梗死患者的死亡率可降低至45%。一項前瞻性研究［34］比較了單獨使用去骨瓣減壓術與聯合亞低溫的有益效果，發現與去骨瓣減壓術組相比，聯合亞低溫組患者的功能預后具有明顯改善的趨勢，提示MTH 是一種可行的治療方案。

3.3 MTH 與神經保護藥物低溫與神經保護藥物聯合使用可能更有效。例如，鎂和替拉扎特可增強低溫的神經保護作用，從而對抗興奮性氨基酸和氧自由基的毒性。眾多研究［35-36］已經明確了鎂、替拉扎特和低溫聯合治療的可行性，在短暫性全腦缺血實驗模型和永久性局灶性腦缺血大鼠模型中，發現鎂、替拉扎特和低溫聯合治療較單純MTH 對保護神經元更有效。腦源性神經營養因子與MTH 聯合應用同樣可改善患者的臨床預后［37］。然而，米諾環素或N-乙酰基-天冬氨酰谷氨酸等其他藥物聯合低溫治療未能顯示任何協同效應，可能是與該類藥物的上限效應相關［38］。Caffeinol是由咖啡因與乙醇組成的一種混合物，是近年來發現的一種治療急性缺血性腦卒中的新藥物。研究［39］發現，Caffeinol 對急性缺血性腦卒中有腦保護作用，Caffeinol 可減少腦梗死體積、減輕缺血后繼發性腦損傷、促進神經功能恢復。Caffeinol 可與依達拉奉、rt-PA 溶栓及MTH 等聯合治療急性缺血性腦卒中，并且聯合治療比單獨應用Caffeinol 時神經保護作用更明顯。

4 MTH 的臨床挑戰

大量臨床前研究和薈萃分析已經證明了MTH的療效，但對人體的影響尚未確定。動物模型和人體試驗有一定差異，臨床上需要克服以下問題：（1）與臨床前研究使用的嚙齒小動物相比，人體降溫達到目標體溫耗時長久，可能延遲靜脈溶栓時機。（2）與心臟驟停或新生兒的昏迷幸存者不同，典型的腦卒中患者可能因年齡較大難以耐受MTH，并且許多患者常合并糖尿病和心血管疾病。（3）盡管MTH 明確能改善神經功能，但降溫可能引起諸多不利的全身反應，如清醒卒中患者的寒戰、免疫抑制、肺炎和心血管事件。因此，臨床研究的設計都需要考慮以上問題。由于靜脈溶栓是急性腦卒中患者的標準治療方法，如何將靜脈溶栓與降溫方案相結合還有待進一步研究。一些臨床試驗顯示MTH 對腦卒中患者具有良好治療效果，這可為未來臨床試驗的設計提供有用的指導。2018 版中國急性缺血性腦卒中診治指南也指出：應進一步研究低溫治療重度缺血性腦卒中的有效性和安全性（Ⅱ級推薦，B 級證據）［40］。

5 總結和展望

諸多研究證明，MTH 可能是最有效的神經保護作用療法之一。低溫可影響細胞死亡通路中幾乎所有的代謝、分子和細胞事件，最終促進組織功能保存和修復。MTH 的多方面作用可能是其強大的神經保護作用的原因，無法用單一機制解釋它的有益效果。MTH 可顯著改善新生兒心臟驟停或缺氧缺血性腦病患者的臨床預后，但轉化為腦卒中患者的臨床應用仍面臨眾多挑戰。如何識別最有可能受益于MTH 的卒中患者，如何在人體內實現有效降溫，以及如何預防并發癥都要考慮。目前仍沒有足夠的臨床證據支持在腦卒中患者中常規使用MTH 療法。由于侵入性較小且不需要使用專門設備，藥理學誘導低溫可作為物理降溫的替代方案，值得進一步研究。將藥理學誘導低溫與物理降溫和（或）其他神經保護方法相結合可能達到更佳的神經保護作用。未來需要在實驗室中進行全面高質量的轉化研究，為臨床上更好和更廣泛地應用MTH 提供解決方案。