蛛网膜下腔出血后早期脑损伤的研究进展

单宏宽，刘 刚

1山东省聊城市中心医院神经外科，山东 聊城 252000；2华北理工大学附属医院神经外科, 河北 唐山 063000

蛛网膜下腔出血（SAH）是神经外科出血性脑血管病最常见的现象。临床工作发现SAH后死亡的患者脑组织普遍存在严重的缺血损伤。这些现象的出现与SAH后早期脑损伤和迟发性血管痉挛（CVS）密切相关。早期脑损伤不但对患者产生致命性伤害，而且与是否留有后遗症密切相关。早期脑损伤是SAH后72 h内脑作为一个整体发生的直接损伤，涉及到迟发性脑血管痉挛出现（3 d～2周）之前脑组织内所发生的病理生理事件，包括脑组织细胞死亡，血脑屏障破坏，脑水肿，颅内压增高急性脑血管痉挛，微血管功能障碍脑血流下降等[1-2]。目前对于CVS的相关研究较多，但SAH后早期脑损伤的机制却知之甚少。本文就SAH后早期脑损伤的机制及进展做一综述。

1 脑灌注，微循环变化

蛛网膜下腔出血后，大量血液进入蛛网膜下腔，颅内压突然升高使脑灌注压显著下降，脑组织处于严重的缺血、缺氧状态，这是蛛网膜下腔出血后早期脑损伤的主要始动因素。

SAH后最初数分钟内血管自动调节功能受损，颅内压峰值与血液释放入蛛网膜下腔的速度和数量正相关[3]。SAH后48 h，初期降低的脑血流量开始逐步恢复正常。有研究在1968年用“无血流现象”来描述全脑缺血期之后的血流灌注缺失，1977年提出相似的机制来解释SAH后脑血流减少。“无血流现象”是局部微循环缺血期的普遍反映[4]，可能因血液粘滞度增高，血管壁损伤[5]，微血栓形成，粒细胞或血小板聚集物粘附[4]导致微循环在毛细血管水平梗阻而造成。实验性蛛网膜下腔出血后1 h主要脑血管（大脑前，前交通动脉）立即狭窄，并且可以经药物调节而恢复正常脑血流[3]。

在人类，SAH后急性微血管（直径50～300 mm）收缩虽然存在，却不能为常规的临床脑血管造影探测发现。实验性SAH脑血管结构解剖学改变已经通过验证并发现额外管腔变化造成灌注不足。人类SAH后最初72 h内，脑脊液粘附分子水平增加，粘附分子（细胞间粘附分子-1，血管细胞粘附分子-1和E-选择素）通过促进中性粒细胞，单核细胞和淋巴细胞粘附，在脑动脉内皮细胞膜表达，与迟发性脑血管痉挛有关。此外，SAH后数分钟至数小时内[4-5]，血小板穿透血管并在管腔内聚集，基底膜IV型胶原蛋白缺失。在脑缺血模型中，IV型胶原蛋白缺失的根本原因在于基质金属蛋白酶、纤溶酶原激活剂、尿激酶、丝氨酸蛋白酶的消化作用[6-7]。

基质金属蛋白酶（MMP）是一组含Zn2+的能降解细胞外间质的蛋白酶，在基底膜降解中起着主要作用，是近些年发现的损伤微血管，使其通透性增加的重要因素。脑组织中AS、血管内皮细胞、小胶质细胞等多种细胞可产生和释放MMPs。目前研究揭示MMP-2、MMP-9与脑微循环通透性关系较为密切，二者在SAH后急性脑损伤病变区表达增加，同时，血管基底膜中的纤维连接蛋白与IV型胶原、片蛋白消失，毛细血管通透性增加[8]。由于IV型胶原蛋白是基底膜的主要成分蛋白并保证血管壁的结构完整性，它的缺失将导致血管紧张度的改变，增加微血管通透性，允许水肿液、纤维蛋白及红细胞外渗，促使早期脑损伤发生。有研究发现，半胱氨酸蛋白酶抑制剂E64d可减少MMP-9表达，改善脑局部缺血区的损伤[9]。

2 蛛网膜下腔中的血液分布

大脑动脉对其所处的直接环境变化极其敏感，且不像人体其他动脉那样具有外弹性膜包绕的中膜，只有较薄的一层外膜，缺乏外弹力层，也没有滋养血管，只有从它所过滤的血液和脑脊液中吸收所需营养。因此，脑动脉对任何机械损伤，如牵拉、挤压、电刺激、氧张力变化[10]，局部应用化学药品，自由基损伤等都产生反应。SAH后的机械损伤是脑动脉收缩的主要原因。但应该指出的是，与出血引发显著、持久的血管收缩不同，机械刺激引发了短暂的血管收缩。动脉瘤破裂后出血大约持续1～3 min。血块经过2～3 d后消失，可能在血块溶解后通过蛛网膜下的绒毛重吸收进入血循环。然而，SAH后早期脑脊液中强大的凝血酶活性[11]可能反应了血-脑脊液屏障破坏而不是蛛网膜下腔局部纤维蛋白溶解作用。SAH期间出血量与神经功能缺失和临床症状有关。蛛网膜下的血块最初包含血浆、血细胞和凝血因子，并混合了红细胞分解产物。许多研究者把血液成分（血清，富含血小板的血浆，红细胞）分开，测定哪一成分对血管收缩起主要作用。他们发现血清，富含血小板的血浆，红细胞均可造成脑动脉收缩；然而，随暴露时间延长对血清和富含血小板的血浆收缩减弱，对红细胞收缩增强。最终得到结论：血清，富含血小板的血浆促成SAH后急性血管收缩，红细胞造成迟发性血管痉挛[12]。有人认为，红细胞裂解重要的是生成迟发性脑血管痉挛的媒介物（后来证明是血红蛋白），同时凝固的红细胞溶解是一个缓慢的过程，红细胞和血红蛋白在急性脑血管痉挛中可能不起主要作用[13]。血红蛋白可以清除一氧化氮并导致一氧化氮缺乏所造成的血管收缩[14-15]。另外，在SAH后大脑缺氧环境下促进血红蛋白的自动氧化，导致产生能直接引起损伤的高活性的超氧自由基。

3 一氧化氮/一氧化氮合酶（NOS）传导途径。

一氧化氮的合成需要NOS通过它的3个同工酶：脑型一氧化氮合酶（nNOS）、内皮型一氧化氮合酶（eNOS）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）。脑缺血时由于nNOS和eNOS在微血管和薄壁组织细胞内急性增量调节，而且数小时后iNOS在缺血脑组织中活化星形胶质细胞和中性粒细胞表达增加，导致脑内一氧化氮水平显著增高。有研究用转基因技术证实nNOS和iNOS同工酶对脑缺血更有害是因为一氧化氮诱导的神经毒性。局部缺血之后立即增加一氧化氮利用率是有益的，因为一氧化氮可抑制血流进一步减少[16]，防止血小板、粒细胞在微血管粘附[17]。之后，血管一氧化氮不能再引起血管扩张增加血流量，包含神经元的nNOS产生的大量一氧化氮或无神经元细胞的iNOS即产生神经毒性[16]。这种神经毒性机制的推测包括DNA损伤，聚合酶的活化，三磷酸脱氢酶和ATP或线粒体损害导致的坏死和细胞凋亡。

4 血小板活化和聚集

血小板聚集和血管内皮功能减退是实验性蛛网膜下腔出血的早期改变。通过观察实验性蛛网膜下腔出血后5 min内血小板激活发现，颈静脉血的血小板计数减少和脑血管形态学改变有关，并揭示血小板在脑内数量净增和聚集。主要来说，脑血管内血小板聚集发生在实验性蛛网膜下腔出血后2 h，并持续数周。与主要动脉相反的是，大脑微血管内血小板聚集发生在蛛网膜下腔出血后10 min内[5]。有人认为蛛网膜下腔出血急性期血液凝固和纤溶显著失调，血小板计数减少和迟发性脑血管痉挛之间有关[18]。血小板在微血管内聚集直接打断脑循环造成脑灌注不足而加剧局部缺血。此外，血管管腔机械性阻塞，聚集的血小板释放血管收缩因子（5-HT，ADP，PDGF等），以及洋地黄类物质启动并加强已有的血管收缩，导致迟发性脑血管痉挛。活化的血小板可以释放酶类，例如基质金属蛋白酶1、2、9（MMP-1，2，9）可以降解血管壁层，更进一步促进血小板激活和聚集[19]。研究证实蛛网膜下腔出血后血管MMP-9表达增加而胶原IV表达减少，提示MMP-9降解基底膜的IV胶原从而使微血管通透性增加，破坏BBB[5]。亦有人发现蛛网膜下腔出血后数分钟内MMP-9的增加与血管痉挛同时发生[20]。此外，血小板，内皮细胞及星形胶质细胞激活后，也分泌基质金属蛋白酶。

一氧化氮通过抑制血小板趋附、聚集形成血栓。在血小板中活化的左精氨酸/一氧化氮（L-arginine/NO）传导通路是刺激血小板活化后下调血小板聚集，提示通过L-arginine/NO途径调节血小板聚集是负反馈机制。因此，由血红蛋白清除造成蛛网膜下腔出血后脑内一氧化氮下降可能会潜在导致此反馈调节功能丧失，并促进血小板聚集。

5 类脂质过氧化物作用

产生自由基是哺乳动物呼吸的一个正常反应，但在脑缺血期间自由基浓度增加超过局部抗氧化能力，即可造成脑损伤。大脑的高代谢需求，脑组织内高类脂质浓聚物使脑组织易被自由基损伤。自由基可导致脑血流中断，血管膜结合的磷脂产生第二信使受损。在细胞水平，自由基可通过促进蛋白质分解、更多自由基形成、脂质过氧化反应导致神经元损伤。

自由基的产生增加是兴奋性中毒激活的征象。大量证据支持氧自由基和脂质过氧化反应在蛛网膜下腔出血后脑损伤中起作用[21]。SAH后脂质过氧化反应产物和酶的活性以及非酶抗氧化剂系统均已经过证实[22]，脂质过氧化反应通路的早期激活可被抗氧化剂抑制。

同样，强致痉原如白三烯C4和前列腺素D2，环氧合酶的花生四烯酸代谢通路在实验性蛛网膜下腔出血后早期（1～6 h）亦出现。非酶抗氧化剂维生素E，A的血浆水平在蛛网膜下腔出血后12 h显著降低。谷胱甘肽过氧化物酶对抗过氧化氢的主要防御系统在蛛网膜下腔出血后48 h逐渐耗尽。蛛网膜下腔出血后72 h超氧化物歧化酶的抗氧化活性降低，超氧化物歧化酶/谷胱甘肽过氧化物酶比例增加与原发出血的严重性亦相关。另外，蛛网膜下腔出血后48 h作为脂质过氧化反应标志的丙三醇水平在大脑间质升高。

自由基捕获剂和抗氧化剂已被用于对抗蛛网膜下腔出血后的氧化损伤。研究发现，长期摄入维生素E和尼克酰胺-丙烷可预防蛛网膜下腔出血后脑血流急剧减少，还发现大剂量甲强龙可抑制脑血流减少与迟发性脑血管痉挛，稳定抗氧化物酶，维持细胞膜完整。脂质过氧化反应在急性蛛网膜下腔出血病理生理中的重要性已经明确，但目前尚无某一抗氧化剂单独治疗有明确效果。

6 P53蛋白与血脑屏障损伤

SAH后凋亡是血管内皮细胞丧失的主要原因之一，由P53介导的血管内皮细胞凋亡则尤为突出。研究表明大鼠SAH后24 h，P53在海马小血管内皮细胞中表达显著增加，同时伴随有严重的血脑屏障损伤和脑水肿，TUNEL染色显示有大量内皮细胞凋亡；若在SAH后抑制P53的表达则可显著减轻内皮细胞的凋亡，同时血脑屏障的完整性也有恢复[23]。有研究表明，大鼠SAH后皮质及海马内神经元的P53活化参与了神经元的凋亡，可能与患者产生神经系统后遗症有关[24]；而在SAH后抑制P53活性可显著减少脑内神经元的凋亡，同时有实验动物死亡率下降和神经学评分的改善。另有研究显示，在大鼠SAH后24 h，基底动脉内皮细胞P53及其下游蛋白P53上调凋亡调控因子表达增加，发生凋亡的细胞数量也有所增加；应用pifithrin-α后，P53及PUMA的表达明显下降，内皮细胞凋亡数目减少，CVS得到缓解[25]。最近研究显示，P53蛋白抑制剂PFT-α可以抑制P53介导的多种形式的细胞死亡，即除凋亡外，还可以抑制P53介导的细胞自噬[26]和溶酶体通透性增加所产生的细胞死亡[27]。

7 结论

蛛网膜下腔出血后急性脑损伤是一种以原发损伤为主的多因素病程，包括颅内压/脑灌注压比值，脑血流量改变，脑血管缩窄，管腔内梗阻如血小板聚集等以及多种细胞因子介导的血脑屏障损伤、继发的局部缺血进程。损伤起因于原始出血导致的继发性事件和途径。控制这些继发性事件和途径是针对急性SAH进行有效治疗的目标，也可能为处理急性SAH提供根本的治疗手段和找到其他治疗途径。

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