缺血性卒中高压氧治疗的研究现状及展望

任梓齐，王丛，薛连璧

从1963年国内外学者就开始了高压氧（hyperbaric oxygen，HBO）治疗卒中，特别是缺血性卒中的研究工作。缺血性卒中是指脑组织局部供血动脉因血栓形成或栓子脱落等发生阻塞，供血中断，造成脑组织细胞缺血缺氧，导致能量代谢障碍、钙超载、磷酸酶及蛋白酶激活、花生四烯酸积聚、细胞骨架崩塌，最终脑组织缺血缺氧坏死。高压氧治疗是一种非药物、非侵入性治疗手段，它通过将患者置于密闭的高气压，通常＞1.4绝对大气压（atmosphere absolute，ATA）（1 ATA=0.1013 MPa）舱内间断吸高浓度氧的方式，利用物理学原理通过大幅度提高患者血液氧分压，增加血液中物理溶解氧含量，扩大血氧弥散距离，增加脑组织氧供，可以有效地克服梗死组织的微循环障碍，迅速将分子氧直接运送至红细胞无法通过的终末毛细血管血管处[1]，并增加红细胞变形性，增加脑循环尤其微循环供氧，改善组织缺氧。

缺血性卒中开始高压氧干预的时间涵盖了急性期和慢性期多个时间点，治疗方案也多种多样，最常用方案为2.0～3.0 ATA，1～2 h，100% O2，治疗次数从单次至几十次不等，总治疗剂量也尚无定论。目前高压氧治疗对缺血性卒中的作用研究很多，主要分为动物实验和临床研究两大部分。大部分动物实验及部分临床研究支持高压氧治疗有神经保护和促神经重塑作用，尤其在缺血性卒中急性期开展高压氧治疗可以更好地改善患者的临床预后，但也有部分研究认为高压氧对缺血性卒中的治疗无效，甚至有害。高压氧治疗缺血性卒中疗效不一的原因复杂，现简要评述如下。

1 高压氧治疗缺血性卒中动物实验现状

目前动物实验研究结果倾向于支持高压氧对脑缺血模型动物的保护作用，可降低脑梗死体积，改善神经功能障碍。与常压氧相比，一定范围内的高压氧治疗对缺血性卒中的保护作用呈剂量依赖性，而高压氧联合常压氧治疗较单独高压氧治疗并无额外获益。Beynon和Veltkamp等[2-3]研究证实，高压氧治疗对大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）大鼠的效果明显优于常压氧，MRIDWI序列可见高压氧治疗后大鼠的脑梗死体积减小。且缺血性卒中急性期给予高压氧治疗后，其神经保护作用可持续到治疗后一段时间。Henninger等[4]研究证实，MCAO模型大鼠建模成功后3 h给予高压氧（2.5 ATA，1 h，100%O2）治疗，5 h后MRI-DWI序列显示大鼠病变区缩小，且这种高压氧治疗的脑保护作用可持续168 h。脑组织梗死区TTC染色亦证实高压氧治疗能降低脑梗死体积。

高压氧治疗降低缺血性卒中模型动物脑梗死体积，改善神经功能障碍的机制可能有以下几点：

（1）改善脑组织供氧：高压氧可显著增加血液中物理溶解氧含量，扩大血氧弥散距离，而不显著改变血液黏稠度。改善缺血半暗带区神经元能量代谢，促进神经元细胞存活[5]。

（2）改善脑细胞代谢：高压氧有助于恢复细胞离子泵功能、调控线粒体ATP敏感钾离子通道开放、改善缺血后脑细胞代谢[6]。高压氧降低缺血半暗带内血糖、丙酮酸、兴奋毒性氨基酸如谷氨酸水平[7]。高压氧还减少脑缺血模型大鼠纹状体内多巴胺释放，降低细胞外多巴胺水平[8]。

（3）抑制脑缺血后细胞自噬、凋亡和坏死：脑缺血早期阶段，梗死区周围皮层内神经元坏死，随后神经元凋亡，自噬可能参与整个脑缺血过程。早期（3 h）给予MCAO模型大鼠高压氧治疗，可抑制神经细胞自噬、减轻细胞凋亡和坏死程度，从而改善脑组织缺血损伤。高压氧通过下调beclin1蛋白的表达抑制自噬；高压氧亦下调缺氧诱导因子-1α、胱天蛋白酶（caspase）-3和caspase-9等凋亡相关蛋白的表达，抑制线粒体膜电位降低，抑制凋亡诱导因子自线粒体向细胞核内转位等抑制细胞凋亡；高压氧还通过下调胞衬蛋白（fodrin1）的表达抑制细胞坏死，从而降低脑梗死体积，促进神经功能缺损的恢复[9-15]。

（4）抑制脑缺血后氧化应激作用：有研究证明，多次高压氧治疗能降低活性氧、活性氮和脂质过氧化水平，增加抗氧化酶活性，从而减少脑梗死体积，减轻神经功能障碍[16-17]。

（5）抑制脑梗死后炎症反应：多次高压氧治疗可通过抑制缺血性卒中模型动物体内的TNF-α和IL-1β等促炎性细胞因子的释放、促进IL-10等抗炎性细胞因子的释放、下调炎性介质环氧化酶-2的mRNA及蛋白表达、抑制髓过氧化物酶活力、降低梗死区中性粒细胞的浸润等机制减轻脑梗死区周围局部炎症反应，从而发挥脑保护作用[16-18]。

（6）降低脑血管通透性，维持血脑屏障稳定性，减轻水肿：缺血性卒中急性期给予高压氧，通过MRI检测发现其降低MCAO模型动物脑缺血后血脑屏障的通透性，显著降低血管源性水肿，机制可能与高压氧减轻缺血诱导的毛细血管层粘连蛋白-5水平，抑制血清MMP-9水平上调，进而降低基底层退化有关[19-21]。此外，高压氧治疗维护血脑屏障的稳定性，抑制局部脑缺血后的出血转化，降低大鼠死亡率[22]。

（7）诱导细胞增生和神经再生：高压氧治疗可促进海马区及梗死区周围组织细胞增生，其机制与调控蛋白质磷酸酶1-γ及减少泛素化依赖的环磷腺苷效应元件结合蛋白降解相关[23]。高压氧治疗还能刺激骨髓间充质干细胞增生和动员其至梗死区、促进胶质细胞增生，且此作用与高压氧治疗疗程相关，长期多次高压氧治疗效果优于单次高压氧。高压氧治疗可促进神经生长因子的表达，促进和刺激神经再生[24]。Hu等[25]研究证实，MCAO大鼠造模成功后7 d开始给予高压氧治疗仍具有促进内源性神经新生，促进卒中慢性期的运动、学习及记忆功能恢复，其机制可能与活性氧/缺氧诱导因子-1α/β-连环蛋白通路相关。

（8）促进血管新生及侧支循环建立：高压氧治疗使血管内皮生长因子的表达上调，诱导内皮祖细胞动员至梗死区促进血管新生，发挥脑保护作用，降低脑梗死体积，促进神经功能缺损的恢复[1，6，26]。

虽然大部分研究认为高压氧治疗在动物模型中对脑缺血发挥保护作用，但也有研究发现高压氧治疗可能加重脑组织损伤，增加脑梗死体积，认为其机制与高压氧通过活性氧诱导细胞外信号调节激酶1/2（ERK 1/2）活化，破坏自噬流有关[27]。

高压氧对于脑缺血动物的保护或损伤作用可能与脑缺血后给予高压氧治疗的时间窗有关。脑缺血后高压氧治疗的最佳时间窗目前尚无定论，大部分研究认为在缺血3～6 h治疗时间窗内开始高压氧治疗或延迟但多次高压氧治疗均可减轻脑组织损伤、改善神经功能障碍。Badr等[28]研究认为高压氧对脑缺血再灌注模型大鼠有双重作用，6 h内予高压氧治疗降低脑梗死体积，而6～24 h后高压氧治疗增加脑梗死体积，认为脑缺血后高压氧治疗的最佳时间窗可能是发病6 h内。除治疗时间窗外，单次高压氧治疗持续时间对缺血性卒中治疗也非常关键。本课题组开展了MCAO模型大鼠建模3 h后给予单次9 h和18 h的高压氧治疗研究，发现早期长时程高压氧治疗可有效降低大鼠脑梗死体积，改善大鼠缺血早期神经行为功能，其中9 h干预受益最佳，而18 h干预组尽管时间增加了一倍，但获益无增加，且有加重氧化应激损伤的倾向[29]。

2 高压氧治疗缺血性卒中的临床研究

虽然大量动物实验证明高压氧治疗对缺血后脑组织发挥保护作用，但高压氧治疗对缺血性卒中患者作用的临床研究不多，且样本量小，高压氧干预时机和高压氧治疗方案差异较大，目前高压氧治疗对缺血性卒中的临床作用无一致观点。

有研究者认为，在缺血性卒中的急性期，高压氧治疗是安全的，且有效改善神经功能障碍。Nighoghossian等[30]报道证实了高压氧治疗缺血性卒中患者的安全性，且有改善神经功能障碍的趋势。McCormick等[31]回顾性分析了22例急性缺血性卒中患者发病1～5 h内予高压氧治疗后其神经功能恢复情况，发现缺血性卒中后3 h内给予高压氧治疗效果最佳，且高压氧可增强rt-PA溶栓的治疗效果。Chen等[32]报道，给予急性缺血性卒中患者单次高压氧治疗（2.5 ATA，100 min，100% O2）后hs-CRP水平降低，循环中内皮祖细胞数目（属于骨髓单核细胞亚群，可促进缺血或梗死区血管再生，并替换功能障碍的内皮细胞）增加，改善患者的短期临床预后（1个月Barthel指数、NIHSS评分和mRS评分）。

有研究者认为，在缺血性卒中的慢性恢复阶段，高压氧治疗也具有改善神经功能障碍的作用。Efrati等[33]的一项前瞻性随机对照研究选取74例伴有运动功能障碍的缺血性或出血性卒中发病后6～36个月患者，予高压氧治疗（2.0 ATA，90 min，100% O2，每天1次，连续40次），患者的神经功能和生活质量均获得了显著改善，且SPECT图像显示高压氧治疗使脑细胞代谢活动增加，提示高压氧治疗促进卒中后神经可塑性。Boussi-Gross等[34]对91例缺血和出血性卒中发病后3～180个月的患者予高压氧治疗（2.0 ATA，90 min，100% O2，40～60次），发现高压氧治疗能明显改善患者的记忆力和认知功能，SPECT显示与改善脑代谢相关。Hadanny等[35]对162例发病超过3个月的缺血性和出血性卒中患者进行回顾性分析，同样发现高压氧治疗显著改善患者的认知功能。

也有研究认为高压氧治疗对缺血性卒中患者的康复无效，甚至有害。Bennett等[36]对11项随机对照试验（randomized controlled trial，RCT）的共705例患者进行荟萃分析后，认为高压氧治疗并不能改善缺血性卒中患者的临床预后。Rusyniak等[37]进行一项随机前瞻双盲队列研究入选了33例未接受溶栓治疗的急性缺血性卒中患者，分别给予高压氧治疗（2.5 ATA，60 min，100% O2）和常压氧治疗，结果显示24 h两组NIHSS评分无差异；3个月时对照组NIHSS评分、mRS评分、格拉斯哥预后评分（GOS）优于高压氧暴露组，认为高压氧对急性缺血性卒中患者可能无效，甚至有害。

此外，关于高压氧预处理在缺血性卒中的作用，有研究认为，高压氧预处理促进脑组织对缺血缺氧预适应，增加对缺血再灌注损伤的耐受性，从而发挥神经保护作用，其机制可能通过抑制p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）、环氧化酶-2的表达和上调沉默信息调节因子1（Sirt1）表达等。

3 高压氧治疗缺血性卒中研究展望

纵观国内外高压氧治疗缺血卒中的动物实验与临床研究现状，临床及科研人员应重视以下研究方向：

（1）“时间就是大脑”：缺血性卒中发生后高压氧干预的最佳时机、压力方案、持续时间、频次和总的剂量学仍是当前需要深入研究的重点。在治疗的最佳时间窗内，采用最佳的高压氧治疗方案，充分利用高压氧治疗来克服循环障碍，迅速有效地改善梗死组织缺氧，抑制炎性反应，减轻脑水肿，降低颅内压，挽救损伤脑组织，进而降低死亡率、致残率。本课题组对缺血性卒中超早期（3 h内）采用2.0 ATA压力，单次长时程（9 h和18 h）干预方案的动物实验研究，就是基于有文献证实幕上大血管梗死的自然病理过程9～18 h的理论，力争早期单次高压氧干预时间涵盖整个自然病理周期，充分发挥高压氧改善组织缺氧的优势，抑制甚至逆转病理过程，挽救缺血脑组织，研究取得了初步成绩，这方面的研究还有许多内容亟待开展。

（2）目的性氧疗：高压氧治疗作为改善梗死组织缺氧的一种治疗手段，目前国内外文献显示，高压氧治疗采用的压力、单次持续时间，以及为克服可能发生氧毒性所采取的吸氧浓度方案、治疗频次和总的治疗剂量都存在很大的盲动性。建立一套以脑电、脑血流、颅内压、脑灌注压和脑组织氧分压，特别是梗死区域组织氧分压监测为目标的目的性高压氧治疗方案是未来高压氧治疗缺血性卒中和其他颅脑疾病的研究方向。

（3）血管再通后的辅助治疗：高压氧联合药物和血管介入治疗是高压氧治疗缺血性卒中的研究方向之一，改善缺血梗死区微循环。已有研究报道高压氧联合rt-PA治疗增加急性缺血性卒中患者溶栓疗效，促进神经功能恢复[31]。超饱和氧联合经皮冠状动脉介入治疗降低急性心肌梗死患者梗死面积[38]，目前在缺血性卒中领域需进一步研究。

（4）高压氧联合抗氧化药物治疗：高压氧同药物作用类似，其治疗作用与不良反应取决于高压氧的应用方式。急性期大剂量高压氧治疗可加重氧化应激反应，但长期高压氧治疗却能提高机体抗氧化能力[16-17，39]。急性期高压氧联合抗氧化药物治疗有可能进一步改善缺血性卒中神经功能障碍，减少不良反应，增加临床获益，是未来高压氧治疗的研究方向之一。已有研究报道高压氧联合依达拉奉治疗急性期缺血性卒中患者，有进一步改善神经功能障碍趋势[40]。

（5）高质量的临床多中心RCT研究：现有的临床研究结果提示高压氧治疗可使缺血性卒中患者获益，但也有小样本量的RCT报道未能证实高压氧对缺血性卒中患者的神经保护作用。由于既往临床研究质量不高，高压氧治疗方案设计不合理，尚缺乏足够循证医学证据，亟待高质量的临床多中心RCT研究。