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[摘 要] 脑血管疾病是目前严重威胁人类健康的疾病之一,因此,探讨脑缺血再灌注损伤的发病机制及药物保护为临床提供合理的治疗对策提供科学的理论依据就显得十分必要。现将国内外学者对有关脑缺血再灌注损伤的机制及药物治疗的研究进展作以下综述。
[关键词] 脑缺血 灌注损伤 药物治疗
一、脑缺血再灌注损伤的机制
脑缺血再灌注损伤主要是指缺血脑组织恢复血液灌注后,脑组织损伤反而加重,表现为其神经损害、体征和形态学改变有时会较前更加明显等,我们称之为脑缺血再灌注损伤(CIR)。目前关于缺血再灌注损伤的发病机理的学说很多:
1、氧的自由基大量生成学说
许多学者发现脑缺血后血流重建时,脑和血清中脂质过氧化物水平增高,同时组织损害加重[1],这主要是因为超过再灌注时间窗(约3小时)的脑细胞中线粒体破坏殆尽,不能利用有氧代谢产生ATP,血液再灌注所带入的氧只能一方面在黄嘌呤氧化酶作用下产生新的O-2,另一方面又使原有因氧耗竭而停滞的烷自由基向脂质过氧化物自由基的转换得以继续,产生新的自由基。此外,再灌注带入的钙离子可提高黄嘌呤氧化酶的活性,Fe3+可促进O-2,迅速转化为-OH,重新激发自由基连锁反应,造成更多的损害[2]。
自由基诱导的脑损伤机制可概括为:①自由基产生过量能引起脂质、蛋白质和核酸的过氧化,使膜结构遭到破坏、蛋白降解、核酸主链断裂、透明质酸解聚、细胞崩解、线粒体变性,细胞发生不可逆改变,最终死亡。②促使花生四烯酸(AA)单向转化为血栓烷A2,诱导缺血半影区血管痉挛、血管内血小板聚集,使梗死范围扩大,加重组织损伤。③引起脑组织的微循环障碍和血脑屏障通透性增加[3-5]。④氧自由基产生过多,使兴奋性氨基酸(EAA)释放增加和/或重摄取受阻,导致神经毒性损伤[6]。⑤大量研究表明,自由基诱导的细胞因子和黏附分子在再灌注损伤中起重要作用[7-10]。⑥缺血期间,特别是再灌注时,自由基的产生与内源性抗氧化系统失衡。
2、钙超载学说
动物实验已经证实[l1],在脑缺血的极早期,局部神经元蛋白合成停止,神经元发生去极化,钙离子内流导致兴奋性氨基酸——谷氨酸大量释放,而后者又加剧钙离子内流和神经元去极化,导致神经细胞内Ca2十超负荷,并且可进一步引起氧自由基生成增多;
Ca2十超负荷导致的脑损伤机制:①细胞钙离子持续增高可导致各种降解酶如DNA酶、蛋白酶和磷脂酶激活,引起DNA、蛋白质和磷脂降解,使神经细胞逐步死亡;②钙离子达到一定浓度时便激活一氧化氮(NO)合成酶,使大量生成,NO对缺血区脑细胞也有毒性作用,加重脑损伤;③生物膜磷脂降解生成自由基,造成膜的脂质过氧化,破坏生物膜;磷脂降解产物AA代谢生成前列腺素、白三烯和血小板激活因子可增强白细胞聚集和血管收缩,加重脑缺血;④钙离子进入细胞与钙调素(CaM)结合,Ca2+-CaM复合物可使5-羟色胺和去甲肾上腺素释放,引起脑血管痉挛;⑤脑血管的平滑肌细胞钙离子内流,产生血管收缩与痉挛;血管中层细胞钙离子沉积使血管弹性及结构受到严重损害,导致脑梗死加重;⑥脑血管内皮细胞钙离子超载可使内皮细胞连接间隙扩大,血脑屏障通透性增高,产生加重血管源性脑水肿[12];⑦过量钙离子沉积于线粒体,使线粒体氧化磷酸化失偶联,抑制细胞呼吸,导致不可逆的神经细胞损伤死亡。
3、兴奋性氨基酸大量释放学说
动物实验已经证实[l2],在脑缺血的极早期,局部神经元蛋白合成停止,神经元发生去极化,钙离子内流导致兴奋性氨基酸----谷氨酸大量释放。自Olney提出兴奋毒性(excitotoxicity)作用的概念以来,至今一系列研究[13-15]已证明,缺血再灌注引起的神经元死亡主要是由谷氨酸(glutamic acid,GA)等兴奋性氨基酸(excitative amino, EAA)引起。应用脑内微透析技术检测EAA能有效地反映神经损伤,近年已开始用于神经科重症监护[16、17]。GA主要通过受体活化方式而起兴奋性介质作用[18-20]。目前已知GA的受体分为离子型与代谢型两大类,前者主要影响Na+、K+、Ca2+;后者主要影响cAMP、肌醇脂质类信使系统。由于某些离子型受体如N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂可使体温降低,影响脑血流量,因此,必须控制这些因素以确保其神经保护作用是由于拮抗作用造成的。拮抗NMDA受体还有神经行为改变、神经元空泡形成和心血管副作用,因此在一些大规模的临床试验中受到限制而没能取得成功。最近,Toon等[21]进行的海马组织培养实验证明存在一种“间接性谷氨酸神经毒性作用”,他们发现暴露于GA中的培养细胞能够释放毒素到细胞外间隙,而使未受损的培养细胞发生神经毒性损伤,引起培养的大鼠海马细胞凋亡和坏死。由此可见,GA兴奋毒性作用可通过未知毒素来介导,尽管这些毒素的产生依赖于谷氨酸受体(glutamic acid recepter,GAR)的激活作用,但不能被上述GAR拮抗剂所阻断。这种间接性GA神经毒性作用可能是造成一些GAR拮抗剂治疗无效的重要原因。
4、炎症与免疫反应学说
炎症和免疫反应参与白细胞浸润和巨噬细胞的激活,促成了脑缺血的发病机制。近年来应用免疫细胞化学方法,发现缺血再灌注后炎性细胞因子如白细胞介素(IL)-1β、IL-6、IL-8、IL-10,肿瘤坏死因子-α(TNT-α)、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)等均参与细胞损伤作用[22]。
除了以上四大学说以外还有能量代谢障碍及酸中毒学说和内皮素的作用、NO的合成等学说,这些学说并不是孤立存在的,而是密不可分,互相联系的。动物实验已经证实[l],在脑缺血的极早期,局部神经元蛋白合成停止,神经元发生去极化,钙离子内流导致兴奋性氨基酸——谷氨酸大量释放,而后者又加剧钙离子内流和神经元去极化,导致Ca2十超负荷,引起氧自由基增多;另一方面使缺血期因氧耗蝎而停滞的烷自由基向脂质过氧化物自由基反应得以延续,进一步攻击不饱和脂肪酸[23]。动物实验已发现针对上述各环节的神经保护剂具有较好的脑保护作用。
近年来认识到半暗带区域于再灌注数天后出现了迟发性神经元死亡(DND),DND常出现在缺血再灌注后2-4日,主要发生在海马、纹状体及皮质区域,DND需要数日时间、有新蛋白质合成的、需要消耗能量的、为无水肿的细胞自杀过程,称之为细胞凋亡(PCD)。脑缺血再灌注损伤既包括急性细胞坏死也包括细胞凋亡,对于DND的确切机制目前仍不清楚,尚需进一步深入研究。
二、以下是具有潛在临床应用前景的药物研究
1自由基清除剂
Vite、Vitc是人体内生性抗氧化物质,除此之外,其它抗氧化剂还有很多。甘露醇主要清除羟自由基,而胰岛素可清除脂质过氧化物自由基,加上其它方面的作用,二者在脑梗塞的治疗中有协同作用。上述药物的作用机制可能为通过提高缺血再灌注脑组织SOD、CAT、GSH一PX等抗氧化酶的活性,从而能清除氧自由基,抑制脑组织局部脂质过氧化反应,减轻氧自由基对脑组织的损害,因而对缺血再灌注脑组织起保护作用。
2钙通道阻滞剂
人们最早认为具有神经保护作用的就是这一类药物,以尼莫地平为代表。尼莫地平不仅能抑制细胞内钙超载,而且可使再灌注后丙二醛含量降低,减轻脑水肿。延胡索乙素能抑制钙离子在脑组织内聚集,减轻缺血再灌注引起的脑损伤[24]。川芍嗦对受体和电压依赖性钙通道增多有阻滞作用[25]。上述药物的作用可能通过改善脑缺血再灌注时脑的循环功能及能量代谢过程,提高Na+-K+-ATP酶的活性,维持细胞膜的正常功能,保证脑内离子稳定,防止缺血再灌注后脑细胞内钙离子超载造成的一系列继发性损害,从而发挥抗脑缺血再灌注损伤的作用。
3谷氮酸释放抑制剂和谷氮酸受体抑制剂
由于谷氨酸在缺血再灌注损伤中的重要性,涉及谷氨酸释放的钙离子通道提供了诱人的治疗前景[26-28]。相关制剂包括:①NMDA受体拮抗剂,②兴奋性氨基酸释放抑制剂,③γ-氨基丁酸受体激动剂。动物实验已证实,阻止谷氨酸释放或阻断其受体作用具有神经保护作用。Lubeluzole,一种新的安全有效的谷氨酸释放抑制剂,已在北美通过临床验证,研究中发现,在急性脑梗塞发病6h内静脉注人10mg/d的Lubeluzole,共5d,能取得较好的疗效。兴奋性氨基酸突触后受体分为两大类:N-甲基-D-门冬氨酸(NMDA)受体及非NMDA受体。MK-801是应用最广泛的一种非竟争性NMDA受体拮抗剂。非NMDA受体拮抗剂对脑缺血损伤作用的研究近年来才开始,Smith等报道,在大鼠局灶性脑缺血后立即给予非NMDA受体拮抗剂GYKI52466,皮层梗塞灶明显缩小。
4针对内皮素的防治
内皮素(ET)与其受体结合产生广泛的生物效应,在脑缺血性损害中具有重要作用。针对性的治疗药物有内皮素受体拮抗剂BE18257B,BQ123等。醒脑静注射液可减少ET的合成和释放,从而降低ET水平,对脑缺血再灌注损伤起良好的防治作用。
5抗细胞间粘附分子
药物急性脑梗塞时,细胞间粘附分子(ICAM-l)促进白细胞聚集并导致脑组织损害。动物模型已证实,抗ICAM-1抗体能减轻脑缺血程度,再灌注条件下尤其如此。国外有报道应用鼠源性抗人ICAM一1抗体,患者病死率及预后均较对照组差,且有相当多的病人出现发热,推断可能与鼠源性抗体有关。
综上所述,脑缺血再灌注损伤的药物保护治疗有广阔前景。如果我们掌握好用药时机、剂量、适应症。定能大大减轻脑缺血患者的后遗症,改善其生活质量,为更多的脑缺血病患者提供更光明的前景。
参考文献:
[1] 胡维铭,王维治.神经内科主治医生700问[M].中国协和医科大学出版社,2000,424-426,479.
[2]刘煜敏,徐仁,黄怀钧等.兴奋性氨基酸、氧自由基与缺氧再灌注脑损伤关系的实验观察[J].卒中与神经疾病,2000,7(2):98-100.
[3]張玲,余绍祖,吴国祥.大鼠脑缺血再灌注后TNF-α、IL-β及细胞间黏附分子-1mRNA的表达[J].卒中与神经疾病,2001,8(2):77-79.
[4] 程虹.急性脑梗塞的溶栓及神经保护剂治疗的研究进展〔J〕.国外医学脑血管病分册,1998,6(4):205-208.
[关键词] 脑缺血 灌注损伤 药物治疗
一、脑缺血再灌注损伤的机制
脑缺血再灌注损伤主要是指缺血脑组织恢复血液灌注后,脑组织损伤反而加重,表现为其神经损害、体征和形态学改变有时会较前更加明显等,我们称之为脑缺血再灌注损伤(CIR)。目前关于缺血再灌注损伤的发病机理的学说很多:
1、氧的自由基大量生成学说
许多学者发现脑缺血后血流重建时,脑和血清中脂质过氧化物水平增高,同时组织损害加重[1],这主要是因为超过再灌注时间窗(约3小时)的脑细胞中线粒体破坏殆尽,不能利用有氧代谢产生ATP,血液再灌注所带入的氧只能一方面在黄嘌呤氧化酶作用下产生新的O-2,另一方面又使原有因氧耗竭而停滞的烷自由基向脂质过氧化物自由基的转换得以继续,产生新的自由基。此外,再灌注带入的钙离子可提高黄嘌呤氧化酶的活性,Fe3+可促进O-2,迅速转化为-OH,重新激发自由基连锁反应,造成更多的损害[2]。
自由基诱导的脑损伤机制可概括为:①自由基产生过量能引起脂质、蛋白质和核酸的过氧化,使膜结构遭到破坏、蛋白降解、核酸主链断裂、透明质酸解聚、细胞崩解、线粒体变性,细胞发生不可逆改变,最终死亡。②促使花生四烯酸(AA)单向转化为血栓烷A2,诱导缺血半影区血管痉挛、血管内血小板聚集,使梗死范围扩大,加重组织损伤。③引起脑组织的微循环障碍和血脑屏障通透性增加[3-5]。④氧自由基产生过多,使兴奋性氨基酸(EAA)释放增加和/或重摄取受阻,导致神经毒性损伤[6]。⑤大量研究表明,自由基诱导的细胞因子和黏附分子在再灌注损伤中起重要作用[7-10]。⑥缺血期间,特别是再灌注时,自由基的产生与内源性抗氧化系统失衡。
2、钙超载学说
动物实验已经证实[l1],在脑缺血的极早期,局部神经元蛋白合成停止,神经元发生去极化,钙离子内流导致兴奋性氨基酸——谷氨酸大量释放,而后者又加剧钙离子内流和神经元去极化,导致神经细胞内Ca2十超负荷,并且可进一步引起氧自由基生成增多;
Ca2十超负荷导致的脑损伤机制:①细胞钙离子持续增高可导致各种降解酶如DNA酶、蛋白酶和磷脂酶激活,引起DNA、蛋白质和磷脂降解,使神经细胞逐步死亡;②钙离子达到一定浓度时便激活一氧化氮(NO)合成酶,使大量生成,NO对缺血区脑细胞也有毒性作用,加重脑损伤;③生物膜磷脂降解生成自由基,造成膜的脂质过氧化,破坏生物膜;磷脂降解产物AA代谢生成前列腺素、白三烯和血小板激活因子可增强白细胞聚集和血管收缩,加重脑缺血;④钙离子进入细胞与钙调素(CaM)结合,Ca2+-CaM复合物可使5-羟色胺和去甲肾上腺素释放,引起脑血管痉挛;⑤脑血管的平滑肌细胞钙离子内流,产生血管收缩与痉挛;血管中层细胞钙离子沉积使血管弹性及结构受到严重损害,导致脑梗死加重;⑥脑血管内皮细胞钙离子超载可使内皮细胞连接间隙扩大,血脑屏障通透性增高,产生加重血管源性脑水肿[12];⑦过量钙离子沉积于线粒体,使线粒体氧化磷酸化失偶联,抑制细胞呼吸,导致不可逆的神经细胞损伤死亡。
3、兴奋性氨基酸大量释放学说
动物实验已经证实[l2],在脑缺血的极早期,局部神经元蛋白合成停止,神经元发生去极化,钙离子内流导致兴奋性氨基酸----谷氨酸大量释放。自Olney提出兴奋毒性(excitotoxicity)作用的概念以来,至今一系列研究[13-15]已证明,缺血再灌注引起的神经元死亡主要是由谷氨酸(glutamic acid,GA)等兴奋性氨基酸(excitative amino, EAA)引起。应用脑内微透析技术检测EAA能有效地反映神经损伤,近年已开始用于神经科重症监护[16、17]。GA主要通过受体活化方式而起兴奋性介质作用[18-20]。目前已知GA的受体分为离子型与代谢型两大类,前者主要影响Na+、K+、Ca2+;后者主要影响cAMP、肌醇脂质类信使系统。由于某些离子型受体如N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂可使体温降低,影响脑血流量,因此,必须控制这些因素以确保其神经保护作用是由于拮抗作用造成的。拮抗NMDA受体还有神经行为改变、神经元空泡形成和心血管副作用,因此在一些大规模的临床试验中受到限制而没能取得成功。最近,Toon等[21]进行的海马组织培养实验证明存在一种“间接性谷氨酸神经毒性作用”,他们发现暴露于GA中的培养细胞能够释放毒素到细胞外间隙,而使未受损的培养细胞发生神经毒性损伤,引起培养的大鼠海马细胞凋亡和坏死。由此可见,GA兴奋毒性作用可通过未知毒素来介导,尽管这些毒素的产生依赖于谷氨酸受体(glutamic acid recepter,GAR)的激活作用,但不能被上述GAR拮抗剂所阻断。这种间接性GA神经毒性作用可能是造成一些GAR拮抗剂治疗无效的重要原因。
4、炎症与免疫反应学说
炎症和免疫反应参与白细胞浸润和巨噬细胞的激活,促成了脑缺血的发病机制。近年来应用免疫细胞化学方法,发现缺血再灌注后炎性细胞因子如白细胞介素(IL)-1β、IL-6、IL-8、IL-10,肿瘤坏死因子-α(TNT-α)、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)等均参与细胞损伤作用[22]。
除了以上四大学说以外还有能量代谢障碍及酸中毒学说和内皮素的作用、NO的合成等学说,这些学说并不是孤立存在的,而是密不可分,互相联系的。动物实验已经证实[l],在脑缺血的极早期,局部神经元蛋白合成停止,神经元发生去极化,钙离子内流导致兴奋性氨基酸——谷氨酸大量释放,而后者又加剧钙离子内流和神经元去极化,导致Ca2十超负荷,引起氧自由基增多;另一方面使缺血期因氧耗蝎而停滞的烷自由基向脂质过氧化物自由基反应得以延续,进一步攻击不饱和脂肪酸[23]。动物实验已发现针对上述各环节的神经保护剂具有较好的脑保护作用。
近年来认识到半暗带区域于再灌注数天后出现了迟发性神经元死亡(DND),DND常出现在缺血再灌注后2-4日,主要发生在海马、纹状体及皮质区域,DND需要数日时间、有新蛋白质合成的、需要消耗能量的、为无水肿的细胞自杀过程,称之为细胞凋亡(PCD)。脑缺血再灌注损伤既包括急性细胞坏死也包括细胞凋亡,对于DND的确切机制目前仍不清楚,尚需进一步深入研究。
二、以下是具有潛在临床应用前景的药物研究
1自由基清除剂
Vite、Vitc是人体内生性抗氧化物质,除此之外,其它抗氧化剂还有很多。甘露醇主要清除羟自由基,而胰岛素可清除脂质过氧化物自由基,加上其它方面的作用,二者在脑梗塞的治疗中有协同作用。上述药物的作用机制可能为通过提高缺血再灌注脑组织SOD、CAT、GSH一PX等抗氧化酶的活性,从而能清除氧自由基,抑制脑组织局部脂质过氧化反应,减轻氧自由基对脑组织的损害,因而对缺血再灌注脑组织起保护作用。
2钙通道阻滞剂
人们最早认为具有神经保护作用的就是这一类药物,以尼莫地平为代表。尼莫地平不仅能抑制细胞内钙超载,而且可使再灌注后丙二醛含量降低,减轻脑水肿。延胡索乙素能抑制钙离子在脑组织内聚集,减轻缺血再灌注引起的脑损伤[24]。川芍嗦对受体和电压依赖性钙通道增多有阻滞作用[25]。上述药物的作用可能通过改善脑缺血再灌注时脑的循环功能及能量代谢过程,提高Na+-K+-ATP酶的活性,维持细胞膜的正常功能,保证脑内离子稳定,防止缺血再灌注后脑细胞内钙离子超载造成的一系列继发性损害,从而发挥抗脑缺血再灌注损伤的作用。
3谷氮酸释放抑制剂和谷氮酸受体抑制剂
由于谷氨酸在缺血再灌注损伤中的重要性,涉及谷氨酸释放的钙离子通道提供了诱人的治疗前景[26-28]。相关制剂包括:①NMDA受体拮抗剂,②兴奋性氨基酸释放抑制剂,③γ-氨基丁酸受体激动剂。动物实验已证实,阻止谷氨酸释放或阻断其受体作用具有神经保护作用。Lubeluzole,一种新的安全有效的谷氨酸释放抑制剂,已在北美通过临床验证,研究中发现,在急性脑梗塞发病6h内静脉注人10mg/d的Lubeluzole,共5d,能取得较好的疗效。兴奋性氨基酸突触后受体分为两大类:N-甲基-D-门冬氨酸(NMDA)受体及非NMDA受体。MK-801是应用最广泛的一种非竟争性NMDA受体拮抗剂。非NMDA受体拮抗剂对脑缺血损伤作用的研究近年来才开始,Smith等报道,在大鼠局灶性脑缺血后立即给予非NMDA受体拮抗剂GYKI52466,皮层梗塞灶明显缩小。
4针对内皮素的防治
内皮素(ET)与其受体结合产生广泛的生物效应,在脑缺血性损害中具有重要作用。针对性的治疗药物有内皮素受体拮抗剂BE18257B,BQ123等。醒脑静注射液可减少ET的合成和释放,从而降低ET水平,对脑缺血再灌注损伤起良好的防治作用。
5抗细胞间粘附分子
药物急性脑梗塞时,细胞间粘附分子(ICAM-l)促进白细胞聚集并导致脑组织损害。动物模型已证实,抗ICAM-1抗体能减轻脑缺血程度,再灌注条件下尤其如此。国外有报道应用鼠源性抗人ICAM一1抗体,患者病死率及预后均较对照组差,且有相当多的病人出现发热,推断可能与鼠源性抗体有关。
综上所述,脑缺血再灌注损伤的药物保护治疗有广阔前景。如果我们掌握好用药时机、剂量、适应症。定能大大减轻脑缺血患者的后遗症,改善其生活质量,为更多的脑缺血病患者提供更光明的前景。
参考文献:
[1] 胡维铭,王维治.神经内科主治医生700问[M].中国协和医科大学出版社,2000,424-426,479.
[2]刘煜敏,徐仁,黄怀钧等.兴奋性氨基酸、氧自由基与缺氧再灌注脑损伤关系的实验观察[J].卒中与神经疾病,2000,7(2):98-100.
[3]張玲,余绍祖,吴国祥.大鼠脑缺血再灌注后TNF-α、IL-β及细胞间黏附分子-1mRNA的表达[J].卒中与神经疾病,2001,8(2):77-79.
[4] 程虹.急性脑梗塞的溶栓及神经保护剂治疗的研究进展〔J〕.国外医学脑血管病分册,1998,6(4):205-208.