氧化亞氮致神經功能損害研究進展

張 鵬綜述，聶時南審校

0 引 言

氧化亞氮(nitrous oxide，N2O)俗稱“笑氣”，在室溫下是一種無色有甜味的氣體。1844年美國牙科醫師Horace Wells首先將N2O用于臨床牙科鎮痛，目前N2O已經成為應用最廣泛的全身麻醉藥物之一[1]。由于吸入N2O可產生欣快感，近幾年吸食笑氣為樂的人逐年增加。根據全球GDS互聯網調查(2014年11月)的數據顯示，2014年歐洲N2O吸食的流行率為1%～33%[2]。有報道顯示國內外吸食N2O致神經功能障礙的相關病例逐年遞增。濫用N2O致神經功能損害在臨床上常表現為脊髓亞急性聯合變性、周圍神經病等神經系統損害，出現妄想等精神癥狀[3]其發生機制考慮與維生素B12的參與有關。本文將歸納總結最新的N2O中毒致神經損害的文獻資料，對其致病機制、臨床表現、輔助檢查、診斷及治療作一綜述，以期為臨床診治工作提供一定的參考。

1 發病機制

早在1978年Amess等[4]提出并證實濫用N2O產生的并發癥與維生素B12(鈷胺素)的復雜生物化學反應密切相關。維生素B12是一組相關化合物的總稱，在人體內主要以甲基鈷胺(MetB12)和腺苷鈷胺(AdoB12)兩種形式存在。維生素B12可參與DNA合成，與多種神經功能損傷的發生、發展密切相關[5]。N2O可氧化維生素B12上的Ⅰ價鈷離子(Co+)使其失去生物活性，進而出現相關神經功能癥狀。因此，目前N2O暴露導致維生素B12缺乏的原理被廣泛用于濫用N2O的臨床治療中。為解釋濫用N2O與維生素B12缺乏相關的臨床和生化異常之間的關系，研究者們已提出了以下幾種機制假說。

1.1 MetB12-MTR機制假說N2O中毒時，輔酶MetB12缺乏，甲硫氨酸合酶(methionine synthase，MTR)的功能障礙直接導致同型半胱氨酸合成甲硫氨酸障礙，同時也阻止了甲基從甲基四氫葉酸轉移到同型半胱氨酸的過程，從而抑制四氫葉酸循環的進行。進而導致甲硫氨酸轉化腺苷蛋氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)途徑的減少，而SAM作為通用的甲基供體，在神經髓鞘堿性蛋白和髓鞘脂質的甲基化中起重要作用。甲硫氨酸或SAM缺乏導致髓鞘甲基化缺陷，髓鞘結構上的變異將直接表現神經功能的障礙。在早期多種動物模型(猴子、豬、果蝠)中補充甲硫氨酸對于N2O暴露造成的脊髓病具有顯著作用。這也有效支持MetB12-MTR機制假說。隨著更多動物實驗中證實在N2O暴露的環境下，MetB12、MTR、SAM及SAM/SAH(腺苷甲硫氨酸與腺苷同型半胱氨酸)呈下降趨勢，MetB12-MTR機制逐漸被大多數所接受。Jean-Louis Guéant等的研究中證實MetB12及SAM通過過氧化物酶體增殖物激活受體共激活因子-1(PGC-1alpha)的甲基化/乙酰化失衡和脫乙酰基酶(SIRT1)表達降低，影響心肌和肝中能量代謝和脂肪酸β-氧化的表觀基因組失調。除輔酶MetB12缺乏直接影響機體外，MetB12還通過內部核糖體進入位點(IRES)影響MTR的表達，并下調多重耐藥性1基因(MDR-1)的表達，顯著降低組織對細胞毒的抵抗力[6]。Ghemrawi等[7]證實維生素B12對N1E115多巴胺能分泌細胞的內質網應激具有強烈的調節作用，維生素B12利用率的降低也會通過降低SIRT1表達使熱休克因子蛋白1乙酰化程度更高，從而導致不可逆的內質網應激，添加MetB12抑制細胞內的內質網應激刺激。以上證實維生素B12可通過多種機制影響機體，也為MetB12-MTR機制提供了有力的支持。

1.2 AdoB12-MMCoAM機制假說AdoB12-MMCoAM機制主要作用于丙酸分解代謝中。在人體內丙酸可轉化為丙酰輔酶A(acetyl-CoA)，然后通過丙酰輔酶A羧化酶(Propionyl-CoA carboxylase)轉化為甲基丙二酰輔酶A(Methylmalonyl Coenzyme A)，甲基丙二酸輔酶A在L-甲基丙輔酶A變位酶(L-methylmalonyl-CoenzymeA mutase，MMCOAM)作用下轉化為琥珀酰輔酶A(succinyl-coenzyme A)而參與三羧酸循環。而5′-脫氧腺苷鈷胺素(5′-deoxyadenosylcobalamin，AdoB12)是MMCoAM發揮生物活性的重要因素。所以AdoB12-MMCOAM通路的功能障礙往往導致丙酰輔酶A和甲基丙二酰輔酶A不斷在細胞中積聚。這不僅抑制三羧酸循環的進行也反過來造成異常脂肪酸的形成[8]。丙酰輔酶A的積累會增加奇數鏈脂肪酸的量，甲基丙二酰輔酶A積累則導致支鏈脂肪酸的增加。維生素B12和濫用N2O的患者均出現血液及尿液中甲基丙二酸水平升高也證實AdoB12-MMCoAM機制假說[9-10]。一些早期文獻表明甲基丙二酰輔酶A對正常脂肪酸合成有一定的抑制作用及丙二酰輔酶A導致單鏈脂肪酸合成增加，而正常脂肪酸的減少和異常脂肪酸積累都被認為可能破壞神經元髓鞘的完整性。在果蝠模型中雖然MMCOAM的活性降低，同時血清和尿液中甲基丙二酸的含量增加，但是腦和脊髓中奇數鏈或支鏈脂肪酸的分布并無顯著差異。在AdoB12合成障礙或MMCoAM酶遺傳缺陷的甲基丙二酸血癥患者中存在血清和尿中甲基丙二酸顯著升高，并發展為肌張力降低和智力低下，但是從未出現神經亞急性變性的癥狀。所以AdoB12-MMCoAM機制假說逐漸不再提及。

1.3 細胞因子與生長因子機制這是一個關于維生素B12缺乏性脊髓病的較新發病機制理論。這一理論基于維生素B12產生的細胞因子和生長因子的調節作用，而獨立于維生素B12輔酶功能之外。Veber等[11]利用全胃切除的大鼠建立了一個神經亞急性聯合變性模型，通過該動物模型證明維生素B12缺乏導致腦脊液中腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)和可溶性CD40:sCD40配體兩種髓鞘毒性細胞因子、神經生長因子水平升高，同時維生素B12也造成促髓鞘細胞因子、IL-6、促髓鞘生長因子以及表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)水平降低。通過不斷研究證明細胞因子和生長因子機制也是N2O濫用造成神經并發癥發病機制的重要組成部分。在Scalabrino等[12]研究中，維生素B12和EGF可增加大鼠脊髓和其他部位正常朊蛋白(PrPC)合成和PrPC水平。當維生素B12缺乏時造成大鼠脊髓和腦脊液中PrPC水平升高，也降低了大鼠脊髓PrPC mRNA水平。而抗八肽重復性PrPC區域抗體(Abs)的使用不僅預防性阻止PRPC的升高，也阻止了大鼠脊髓損傷和TNF的升高。證實維生素B12和PrPC、細胞因子、生長因子之間的密切關系。

1.4 其他機制Misra等[13]通過將成年Wistar雄性大鼠以1∶1的比例暴露于N2O氧氣混合物60 d，結果中與對照組相比，N2O暴露組的血清高半胱氨酸，谷氨酸和血清丙二醛水平顯著升高，但是血漿谷胱甘肽和總抗氧化劑能力水平降低。發現與大腦皮層相比，脊髓中星形膠質細胞的表型和活化發生改變，活性氧水平升高[14]，表明N2O暴露引起的臨床功能障礙可能與星形膠質細胞活性改變、谷氨酸神經毒性和氧化應激有關，同時N2O產生活性氧，也會導致多組織發生DNA損傷[14]。雖然一項Meta分析指出暴露個體的淋巴細胞胞質阻滯微核試驗(CBMN)，反映出暴露個體具有DNA損傷增加的證據[15]。在Saito等[16]研究通過新生大鼠模型得到長期大劑量N2O暴露會增加大鼠齒狀回中異位顆粒細胞的比例結果，這也證實N2O的神經毒性作用。因此，星形膠質細胞活性改變及DNA損傷可能是N2O致神經功能損傷的潛在機制。

2 中毒劑量

在娛樂場所中N2O通常以小型加壓濾筒(8 g/支)的形式存在，俗稱“whippit”。在標準溫度和壓力的下可向外界釋放出8升N2O氣體。對于N2O導致的急性損傷如口腔凍傷、窒息、甚至死亡往往與劑量無直接關系。而濫用N2O造成的神經損傷等并發癥則與N2O的暴露量存在一定關系。Oussalah等[9]研究發現，在N2O濫用的病例報道中，患者N2O的暴露量從8～85 g不等。但是當N2O暴露量>54.02 g，出現神經系統損害的風險將顯著增加。此外N2O暴露后出現并發癥的患者個體差異性較大。Gürsoy等[17]研究報道了一位58歲女性接受常規N2O麻醉(劑量未知)60 min，6周內患者出現步態不穩、手腳麻木刺痛等癥狀。通過實驗室檢查和影像學結果診斷為N2O中毒致脊髓亞急性神經變性及周圍神經病。該病例表明，即使相對較短的N2O暴露也可能導致患者出現神經并發癥。這可能與患者體內維生素B12儲備不足有關，萎縮性胃炎、回腸切除等繼發胃腸道疾病致吸收不良和基礎血清維生素B12低的患者在N2O中毒往往更易出現神經系統并發癥。

3 臨床表現

3.1 癥狀N2O急性中毒后往往出現口腔黏膜凍傷、窒息及血壓下降，甚至危及生命。N2O慢性中毒的臨床表現常常因累及系統的不同而表現各異。累及中樞及周圍神經系統時出現脊髓損傷(脊髓亞急性聯合變性)、周圍神經損傷(多發性神經病)、小腦共濟失調等癥狀，首發癥狀常以神經癥狀為主，最初出現神經癥狀包括感覺異常、本體感覺和振動覺減弱，隨后可能出現運動無力。感覺異常通常從足部開始，同時伴隨不同程度的共濟失調擴散。兒童的典型神經癥狀是脊髓后柱感覺障礙伴隨肌肉無力，下肢往往受累更大，肌腱反射減弱，上下肢反射分離。Gürsoy等[17]報道的3例病例均出現周圍神經功能損傷，而自主神經功能損傷、記憶力、智力或行為障礙等癥狀則并未出現。累及自主神經系統時常出現性功能障礙、括約肌功能障礙等癥狀，在王云云等[18]報道的10例N2O慢性中毒患者的回顧性分析中出現4例以排尿障礙為主要表現的自主神經功能障礙。累及精神方面時則容易出現不同程度的記憶力及智力減退、認知障礙、抑郁、躁狂及嚴重出現伴幻聽幻視的偏執型精神病，嚴重者出現癲癇發作。一項有關N2O中毒的Meta分析中所有患者都出現肌肉無力及隨后出現的步態障礙(54.1%伴隨神經影像學改變)，青少年組常見癥狀為麻木、肌肉無力和共濟失調，很少出現不自主運動、排尿困難、便秘和認知障礙。成人組和青年組相比更易出現認知障礙[19]。這可能與N-甲基-天冬氨酸受體拮抗劑毒性和相關細胞死亡有關。N2O中毒導致的步態障礙是由感覺輸入喪失造成的，所有輕度形式的步態障礙是可通過肌肉力量補償的，臨床上需要注意往往會漏診。

此外，N2O慢性中毒也可累及血液系統，當血液系統受累時往往出現巨幼紅細胞性貧血、血小板減少癥狀及粒細胞減少癥，甚至全血細胞減少。其機制可能與N2O抑制甲硫氨酸合成酶活性、干擾細胞內部DNA及葉酸的合成。同時，N2O也可累及其他系統器官致其受損，出現腎功能不全、蛋白尿、視力下降、黃斑變性和擴張性心臟病等。極少數N2O中毒患者出現手指皮膚色素沉著，據報道色素沉著與維生素B12缺乏造成的谷胱甘肽降低密切相關[20]。

3.2 體征患者可出現四肢深、淺感覺異常(以下肢遠端對稱性感覺異常為主)，四肢肌力減退(遠端較為明顯)，深部腱反射亢進、雙側跟-膝-脛實驗欠穩準，Romberg征(閉目難立征)陽性，Lhermitte征(前核間型眼肌麻痹綜合征)陽性，Babinski征(巴氏征)陽性。臨床上患者體征不盡相同，進行性加重的四肢感覺及運動異常往往是最明顯的體征，具體表現為行走困難、跌倒和難以維持平衡。部分患者也出現腸道或膀胱功能障礙和性功能障礙等少見體征。

3.3 輔助檢查

3.3.1 MRI檢查典型脊髓病變在T2加權MRI上具有對稱高信號強度，往往累計三個以上頸胸脊髓節段，脊髓后索損傷較大。部分患者在脊髓側索和彌散加權成像下的后索也同樣出現對稱高信號。極少患者出現縱向廣泛性脊髓損傷表現為倒置“V”或“反兔耳”征[21]。在一項Meta分析中75例具有神經癥狀的患者中，51例(68%)例患者脊髓MRI中出現T2高強度信號[9]。

3.3.2 神經電生理檢查N2O中毒引起神經病通常被認為是一種長度依賴性的軸突型神經病變，其特點主要表現復合運動和感覺神經動作電位的遠端潛伏期和F波潛伏期延長，傳導速度減慢，電位波幅降低。尤其是下肢復合動作電位顯著變化較為常見。一項研究中32例(97%)患者至少有一條感覺或運動神經電位出現異常，其中腓神經和脛神經復合動作電位平均波幅分別降至81%和76%[22]。

3.3.3 實驗室檢查N2O中毒的典型血清學指標是維生素B12及甲硫氨酸水平下降、同型半胱氨酸和甲基丙二酸水平上升。目前的薈萃分析中75%N2O中毒患者出現低水平維生素B12(<150 pmol/L)狀態，但正常水平維生素B12水平并不能排除維生素B12失活的可能。同時90%以上N2O中毒患者高水平的同型半胱氨酸(>15 μmoL)和甲基丙二酸(>0.4 μmoL)也可證明維生素B12的缺乏狀態[9]。其中同型半胱氨酸水平的下降對N2O中毒更具有診斷意義。由于維生素B12的缺乏，N2O中毒患者往往同時出現巨幼紅細胞性貧血的可能。一項Meta分析中100例N2O中毒患者平均紅細胞體積(MCV)正常的比例為41.8%，其中男性為55.8%,女性為52.4%[9]。患者的平均細胞體積大小由于吸食N2O劑量、時間等多種因素常常在臨床診斷中可正常或增大；腦脊液蛋白、白細胞可輕度升高，也可完全正常。

4 診斷及鑒別診斷

既往N2O接觸史，臨床癥狀及體征出現神經損傷，血清學上高同型半胱氨酸及甲基丙二酸水平，低水平維生素B12和維生素B12吸收實驗(Schilling實驗)陽性，典型MRI表現，可幫助診斷[23]。鑒別診斷：①營養性疾病，如銅缺乏性脊髓病、胃腸道疾病、營養不良等，銅缺乏性脊髓病可伴貧血和粒細胞減少，癥狀和影像學特征與亞急性脊髓損傷類似，可通過血清銅及銅藍蛋白水平檢測相鑒別。胃腸道疾病應注意維生素B12及內因子水平的檢測加以鑒別。②脫髓鞘病變，如多發性硬化，多見女性發病，主要癥狀為肢體深感覺障礙和進行性痙攣性截癱，應通過腦脊液中寡克隆IgG區陽性加以鑒別，同時多發性硬化臨床癥狀分布無對稱性，病情遷延不愈反復發作，激素治療有效。

5 治療及預后

5.1 治療N2O中毒患者的治療目前尚無標準標準化方案，其治療目的主要是停止N2O接觸并攝入維生素B12。普遍使用的一種方案是肌肉或靜脈注射維生素B121000 μg，持續5 d，然后間斷使用直至神經癥狀消失。另一種方案是口服1000～2000 μg的維生素B12，持續1～2周，然后每日500 μg，持續服用3個月[24]。有報道口服甲硫氨酸、葉酸與高壓氧治療可作為輔助治療的藥物或方法。對于維生素B12治療效果不佳的患者血漿置換后再行補充維生素B12可能具有一定作用。

5.2 預后N2O中毒患者預后取決于脊髓損害程度，由于脊髓損傷與N2O吸入量或持續時間之間無明確的關系，大量或長時間吸入N2O患者的治療效果和預后往往呈現明顯的個體差異。如果出現感覺異常、Romberg征和Babinski征陽性往往提升預后不良，Johnson等[25]報道的1例21歲診斷為N2O中毒致脊髓亞急性損傷及周圍神經病的女性病例，該病例出現典型下肢感覺異常、步態共濟失調等臨床癥狀及體征，患者確診后每日肌注1000 μg維生素B12持續1個月，隨后2個月每周給藥1次。3個月后復查中患者已經能夠在器械的輔助下獨立活動，但下肢仍有輕度本體感覺障礙及遠端無力。而年齡較小、MRI提示病灶較小、無貧血或MCV<100 fL往往提示預后良好，一項臨床病例研究中，約50% N2O中毒患者在MRI上呈現影像學異常，治療4個月后完全消失，同時臨床癥狀明顯緩解。表現較少的脊髓損傷、貧血和早期治療是預后良好的重要影響因素[26]。對于N2O中毒后出現認知功能障礙等意識狀態改變，高壓氧輔助治療后可有效緩解臨床癥狀[27]。

6 結 語

對于首診醫師來說，濫用N2O患者由于N2O的特殊性往往選擇隱瞞或拒絕承認N2O吸食史。尤其面對出現感覺異常和肢體肌力下降、共濟失調的年輕病人時，除典型臨床癥狀和體征的鑒別外，進行脊髓MRI檢查和同型半胱氨酸等典型實驗室指標檢測是十分必要的。N2O中毒患者確診后首先要做到盡早脫離有毒物質，早期治療，早期功能鍛煉，避免神經系統出現不可逆損傷。