動脈灌注誘導的選擇性腦低溫治療大面積腦梗死的實驗研究.pdf

1、大面積腦梗死是一種高致死率和致殘率的急性腦血管病，多由于大腦中動脈和頸內(nèi)動脈閉塞引起整個腦葉，甚至跨腦葉分布的缺血、水腫和壞死，其中最常見的是大腦中動脈梗死。研究表明，惡性大腦中動脈梗死的死亡率可達80％。因此，如何有效控制大面積腦梗死的發(fā)展，保護缺血區(qū)的神經(jīng)細胞以降低致死率和致殘率是目前國內(nèi)外研究的熱點和難點。溶栓治療是目前治療腦梗死最有效的措施，但嚴格的時間窗(4.5h)限制了它在臨床的廣泛使用。有研究表明，去骨瓣減壓術(shù)能明顯降低大

2、面積腦梗死的致死率，但對致殘率的影響有限。在神經(jīng)保護藥物方面，全球?qū)Χ噙_千種以上的藥物進行了研究，迄今為止亦對多達百種的藥物進行了臨床試驗，但尚無一種藥物在臨床被證明有效。因此，許多學者呼吁要重視神經(jīng)保護的非藥物治療手段，尤其治療性低溫。
　　 “治療性低溫”的腦保護作用國內(nèi)外已進行了大量的研究，是目前極少數(shù)在臨床上被證明有效的腦保護治療措施之一。全身低溫是目前主流的“治療性低溫”實施方法，但低下的降溫效率和嚴重的并發(fā)癥限制了它

3、的臨床使用，并大大減弱了它的腦保護作用。為最大限度降低全身低溫的弊病，近年來許多學者開始探索選擇性腦低溫。選擇性腦低溫(selectivebraincooling，SBC)是指選擇性降低病變區(qū)域腦溫而不降低全身體溫的一種“治療性低溫”實施方法。因其對于中心體溫的影響較小，避免了全身低溫所引起的各種并發(fā)癥并顯著提高了降溫效率，因此引起了廣泛的關(guān)注。血管內(nèi)低溫液體灌注可以使相應(yīng)梗死區(qū)快速、均勻降溫，是目前效率最高的選擇性腦降溫方法。動物實驗

4、表明，經(jīng)頸內(nèi)動脈的冷鹽水灌注（intracarotidcoldsalineinfusion，ICSI）對于腦梗死有顯著治療作用。一個初步的臨床研究也證實ICSI是安全可行的。但ICSI腦保護作用的發(fā)揮與其參數(shù)設(shè)置（降溫深度和維持時長）是什么樣的關(guān)系？ICSI腦保護作用的來源是什么，它們在不同情況下腦保護作用發(fā)揮中各自所占的比例有多大？ICSI的最大缺陷是紅細胞壓積(hematocrit，Hct)降低和維持時間太短，如何克服這些缺陷？為了

5、解決這些問題，我們進行了如下研究:
　　 為了選擇一個合適的動物模型，我們在定量腦電圖監(jiān)護下，比較了新西蘭兔和Sprague-Dawley(SD)大鼠大腦中動脈栓塞(middlecerebralarteryocclusion，MCAO)模型的變異度，并得出了梗死體積的變異系數(shù)，最終選擇了大鼠作為本研究的實驗動物。然后，我們在大鼠身上系統(tǒng)的研究了不同參數(shù)ICSI的安全性和可行性，比較了ICSI與其他臨床常用低溫方式的腦保護作用，初

6、步觀察了ICSI中低溫和血管沖洗在腦保護作用發(fā)揮中的權(quán)重。最后，為了克服ICSI對于Hct的顯著影響以及維持時間短的缺點，我們研究了“間斷灌注”模式，這是一種不同于傳統(tǒng)持續(xù)灌注的新模式，有助于一定程度克服ICSI的缺陷。
　　 第一章:局灶性腦缺血動物模型研究
　　 選擇合適的實驗動物是好的實驗研究的基礎(chǔ)。兔腦的質(zhì)量占體重的百分比遠遠小于大鼠與人，比較適合ICSI的研究。兔子局灶性暫時性缺血模型目前很少見，本實驗旨在觀察

7、兔暫時性MCAO模型的變異度是否在可接受的范圍，并與相應(yīng)大鼠模型進行比較。首先，我們使用定量腦電圖(quantitativeelectroencephalograph，qEEG)全程監(jiān)測兔的腦缺血過程，篩選對于腦損傷敏感的qEEG指標。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，術(shù)后48h腦梗死體積與振幅整合腦電圖（amplitude-integratedelectroencephalography,aEEG）帶寬、上界、下界和絕對波段功率β(absolutebandp

8、owerβ，ABP-β)的降幅呈正相關(guān);腦水腫體積與aEEG帶寬、上界和下界降幅呈正相關(guān);24、48h的神經(jīng)行為學評分與各指標的相關(guān)性均無統(tǒng)計學意義。術(shù)后48h的梗死體積與相關(guān)qEEG指標的回歸分析發(fā)現(xiàn)，aEEG下界降幅(x)與梗死體積(y)的方程為y=-10.514+43.345x(F=16.602;P=0.001;R2=0.510)，具有較好的擬合優(yōu)度。腦水腫體積(y)僅與aEEG帶寬降幅(x)的回歸方程有統(tǒng)計學意義，方程為y=-1

9、.943+18.563x(F=9.191;P=0.010;R2=0.434)。接著，我們運用經(jīng)典的手術(shù)法復制兔MCAO模型，觀察aEEG下界降幅與梗死體積的關(guān)系，評估模型的變異度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在18只動物中，aEEG變化呈現(xiàn)三種不同類型:完全下降、不完全下降，以及降而復升。2，3，5-triphenyltetrazoliumchloride(TTC)染色發(fā)現(xiàn)，aEEG完全下降的動物(5/18)有較大梗死灶;不完全下降的動物(4/18)梗死

10、灶較小;降而復升的動物(9/18)有的沒有梗死灶，有的僅有小梗死灶。相對和絕對梗死體積的變異系數(shù)分別為75.0％和68.6％。說明兔暫時性MCAO模型具有較大變異度。隨后，我們在aEEG全程監(jiān)護下，用線栓法復制了SD大鼠MCAO模型，沒有發(fā)現(xiàn)aEEG有類似兔的改變，相對和絕對梗死體積的變異系數(shù)分別為9.5％和10.7％。因此，我們?nèi)匀贿x擇大鼠作為ICSI研究的實驗動物。
　　 第二章:頸內(nèi)動脈冷鹽水灌注的使用參數(shù)研究
　　

11、 低溫的深度和維持時長是其發(fā)揮腦保護作用的關(guān)鍵因素。首先，我們在健康大鼠身上研究了ICSI誘導的深度(24-26℃)、中度(28-30℃)和輕度(32-34℃)腦低溫維持1h，以及輕度腦低溫維持2h的可行性與安全性。結(jié)果顯示，輕度低溫1h灌注前后Hct無明顯差異，其他各組Hct均被顯著降低;各低溫組血糖灌注前后差異不明顯，而灌注后低溫組與控制組比較有顯著統(tǒng)計學差異。大腦TTC染色顯示各組均無缺血壞死;Hematoxylinandeos

12、in(H-E)染色顯示各低溫組的腦細胞以及灌注側(cè)頸內(nèi)動脈內(nèi)皮細胞均正常。深度和中度低溫組有一定死亡率，而輕度低溫1和2h組均無死亡率。說明ICSI誘導的大鼠輕度低溫維持1h是安全可行的，維持2h也不會導致死亡。
　　 接著，我們比較了ICSI與冰帽和全身低溫對于2-hMCAO大鼠的治療效果。運用TTC染色觀察大腦梗死體積，干濕重法測腦含水量，評估神經(jīng)行為學缺損，酶聯(lián)免疫吸附法檢測血清中神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuron-spec

13、ificenolase，NSE)、S100β和基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrixmetalloproteinase9，MMP9）的濃度。結(jié)果顯示，冰帽能使梗死體積減小27.4％(P＜0.05)，而全身低溫和ICSI能使梗死體積減小47.6％和61.6％(P＜0.01);ICSI組的梗死體積顯著小于冰帽組(P＜0.01)。全身低溫組和ICSI組的含水量低于模型組，有統(tǒng)計學意義(P＜0.05);冰帽組的含水量低于模型組，但并無統(tǒng)計學意義。三組中

14、，僅ICSI組的神經(jīng)行為學評分與模型組的差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。血清學方面，ICSI組血清中NSE和S100β濃度低于模型組，有統(tǒng)計學意義(P＜0.05);全身低溫組和冰帽組中各指標與模型組比較均無統(tǒng)計學意義;各低溫組的血清MMP9濃度與模型組比較均無差異。說明ICSI對于腦梗死急性期的治療效果優(yōu)于冰帽和全身低溫，而全身低溫比冰帽有更好的療效。
　　 通過以上研究，我們得到了ICSI的安全使用范圍，同時發(fā)現(xiàn)在此范圍內(nèi)I

15、CSI的腦保護作用仍然強于目前常用的冰帽和全身低溫。但ICSI發(fā)揮腦保護作用的最佳維持時長還不清楚，因此我們觀察了不同低溫維持時長對于2-hMCAO大鼠梗死體積的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同時長ICSI均能降低MCAO大鼠的梗死體積，但各組之間無統(tǒng)計學差異。說明ICSI中除了低溫外，血管沖洗的腦保護作用不容忽視。
　　 ICSI的腦保護作用主要來源于低溫和血管沖洗，為了觀察二者在ICSI腦保護作用發(fā)揮中的權(quán)重，我們將ICSI的實施設(shè)定在

16、2-hMCAO后的不同時間點(0、1、2h)，所觀察的指標為腦梗死體積、腦含水量、行為學評分，以及血清學指標。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，再灌開始后即刻實施灌注時，ICSI和頸動脈內(nèi)等體溫鹽水灌注(intracarotidnormothermicsalineinfusion，INSI)對于腦梗死灶、行為學和血清S100β的影響無明顯差異，不過ICSI尚能減小腦含水量和血清NSE水平。當再灌1h后開始實施時，ICSI和INSI均能減小梗死灶，但ICSI還能

17、降低腦含水量、行為學評分和血清S100β水平，表明血液再灌后1h實施的INSI所誘導的血管沖洗僅貢獻于減小腦梗死灶。血液再灌2h后，INSI與梗死組相比沒有任何差異，而ICSI仍然被發(fā)現(xiàn)能顯著減小梗死灶，緩解行為學損傷，并降低血清S100β水平，表明血液再灌2h后，血管沖洗的腦保護作用已經(jīng)基本消失，而低溫的腦保護作用仍然存在。以上結(jié)果表明，盡管ICSI中低溫和血管沖洗的腦保護作用均會隨著開始時間的延遲而逐漸衰減，但低溫的腦保護作用能維持

18、更長的時間。
　　 第三章:頸內(nèi)動脈冷鹽水間斷灌注模式的初步探索
　　 ICSI具有很大的腦保護潛力，但是它很難被運用于臨床，主要原因是由于持續(xù)液體灌注導致的Hct降低，以及有限的治療時長。為了克服ICSI的這些缺陷，我們在前期工作的基礎(chǔ)上將持續(xù)灌注的模式改為間斷多次灌注，研究間斷多次ICSI在干預大鼠3-hMCAO模型時的安全性和有效性，并與持續(xù)ICSI進行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然持續(xù)灌注后的Hct仍在正常范圍，但比灌注前

19、明顯降低(P＜0.05);間斷灌注后的Hct雖然也有降低，但與灌注前相比無統(tǒng)計學差異;間斷灌注顯著延長了ICSI的維持時長，約為持續(xù)灌注的2.7倍;H-E染色和銀染顯示，間斷ICSI對于梗死區(qū)神經(jīng)細胞以及纖維均無明顯不良影響;雖然間斷和持續(xù)ICSI對于腦梗死體積和含水量的減小無統(tǒng)計學差異，但間斷ICSI尚能降低血清NSE和MMP9水平。以上結(jié)果表明，ICSI的間斷灌注模式是安全可行的，能有效緩解由于液體灌注導致的Hct降低，并延長了治療

20、時間，同時它對于大鼠腦梗死有潛在的更好的腦保護作用。
　　 基于動物實驗研究，我們運用數(shù)學模型刻畫了間斷低溫，發(fā)現(xiàn)初始溫度固定，ICSI間斷灌注模式的間隔時間只因治療區(qū)間的不同而變化，治療區(qū)間溫度越低，間隔時長越短;對于相同的初始溫度和治療區(qū)間，由初溫降到目標溫度或由治療區(qū)間的上界降至下界所使用的液體量是恒定的，與灌注速度無關(guān);初始溫度固定，由初溫降到目標溫度或由治療區(qū)間的上界降至下界的時間與灌注速度呈負相關(guān);灌注速度固定，由初