亚低温治疗对重症病毒性脑炎患儿酸碱平衡及炎症细胞因子水平的影响*

陈 锋， 张芙蓉， 何生松

1 华中科技大学同济医学院附属武汉儿童医院重症医学科，武汉 430016 2华中科技大学同济医学院附属协和医院感染科，武汉 430022

重症病毒性脑炎(severe viral encephalitis，SVE)是儿童重症监护室的常见危重疾病，是儿童死亡和致残的主要病因之一。不论是病毒的直接作用，还是病毒病原刺激神经胶质细胞诱导肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等细胞因子大量产生和聚集，都会引起神经细胞损伤[1]。临床研究已证实亚低温治疗是对脑外伤、脑缺血缺氧及脑出血较为有效的脑保护措施，但亚低温治疗能否影响病毒感染后炎症细胞因子引起的级联反应以及细胞凋亡鲜有研究和报道。因此，在初步证实亚低温治疗可以降低重症病毒性脑炎患儿血清及脑脊液神经元特异性烯醇化酶(neuron specific enolase，NSE)、S100B蛋白水平的基础上[2]，本研究继续探讨亚低温对病毒性脑炎患儿血清及脑脊液中TNF-α、白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、白细胞介素-10(interleukin-10，IL-10)及可溶性凋亡相关因子(s-Fas)的影响。同时监测亚低温治疗过程中患儿动脉血PO2、PCO2、pH值，脑脊液及血清中乳酸水平的变化，以探讨亚低温治疗对重症病毒性脑炎患儿酸碱平衡的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选取2014年1月～2018年12月于武汉儿童医院重症医学科治疗的重症病毒性脑炎患儿。纳入标准：①符合病毒性脑炎诊断标准[3]。②未合并颅脑及其他脏器严重外伤。③通过血液及脑脊液培养、结核菌素实验、高通量测序技术等，排除其它病原所致的脑炎、脑膜炎。④满足下列6项中的2项及以上：高热持续不退；频繁抽搐或惊厥持续状态；入院时格拉斯哥昏迷评分(GCS)≤8分；瘫痪；出现脑干症状如血压波动、呼吸节律改变等；头部影像学检查(CT或MRI)显示脑实质和(或)脑干内异常密度灶。排除标准：①入院时双瞳散大；②持续性休克，血压小于该年龄组第5个百分位或小于该年龄组正常值2个标准差，对血管活性药物无反应；③伴有严重的脑外伤、胸部、腹部及其他脏器外伤；④患有严重心肺疾患及糖尿病；⑤既往有脑损伤病史及神经系统肿瘤。

根据患儿家长是否同意接受亚低温治疗，将患儿分为亚低温治疗组和常规对照组，两组患儿在年龄、体重、性别、格拉斯哥昏迷评分(GCS)等方面的差异均无统计学意义(均P>0.05)，重症病毒性脑炎患儿治疗前一般资料对比分析见表1。本研究方案经医院伦理委员会批准，所有治疗获得患儿监护人的知情同意。

表1 两组患儿治疗前一般资料比较Table 1 Comparison of general informations in children with severe viral encephalitis before

1.2 研究方法

两组患儿均给予常规抗病毒、吸氧、镇静、降颅压、鼻饲安宫牛黄丸等治疗。常规对照组患儿发热时给予常规退热处理；亚低温治疗组患儿在入院后24 h内行亚低温治疗[全身使用控温毯(美国Csz公司，Blanketroll型)，尽量在3～6 h内将患儿肛温降至32～35℃，最迟不超过12 h]，维持直肠温度在32℃～35℃之间，必要时予呼吸机辅助通气治疗，治疗时间一般为3～10 d。

1.3 标本采集及检测

患儿于入院后以及治疗后24、48、72 h及10 d各时点行动脉血气分析(Radiometer ABL80 FLEX血气分析仪)测定血PO2、PCO2、pH值，并抽取静脉血，高速离心后取上清，置-70℃冰箱保存待测。患儿均于入院后48 h内(急性期)行腰椎穿刺，于住院第10～14天(恢复期)再次行腰椎穿刺，采集脑脊液，置-70℃冷冻保存待测。采用英国Rondox公司生产的乳酸试剂盒，通过日立7170全自动生化仪测定血清及脑脊液乳酸水平(正常值范围：0.5～2.2 mmol/L)。采用酶联免疫试剂盒(均购自武汉博士德公司)检测患者血清及脑脊液TNF-α、IL-6、IL-10及s-Fas水平，标本储存和实验步骤严格按照试剂盒说明书操作。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 亚低温治疗对患儿动脉血PO2、PCO2、pH的影响

最初入选共108例，治疗过程中，亚低温治疗组和常规治疗组分别有6例和4例患儿家长放弃继续治疗，两组分别死亡3例和2例，最终纳入统计的病例数为93例。

在降温前，亚低温治疗组和常规对照组的动脉血PO2、PCO2无显著性差异(P>0.05)；而降温48、72 h及治疗后10 d，亚低温治疗组动脉血PO2、PCO2均低于常规对照组(均P<0.05)。亚低温治疗过程中，动脉血pH值在各时点无明显变化(P>0.05)，血pH值大致在正常范围波动内，两组比较，血pH值在各时点差异均无统计学意义(均P>0.05)。见表2。

表2 亚低温治疗对患儿动脉血PO2、PCO2、pH值的影响Table 2 Effect of mild hypothrmia on expression of PO2,PCO2 and pH in arterial blood at different time

2.2 亚低温治疗对患儿血清乳酸及细胞因子TNF-α、IL-6、IL-10、s-Fas水平的影响

降温治疗48 h及72 h后，亚低温治疗组的血清乳酸水平明显低于对照组(均P<0.05)，治疗10 d后，两组患儿血清乳酸水平均较治疗前有所下降，但两组比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表3。患儿血清TNF-α、IL-6水平在亚低温治疗后72 h及治疗后10 d均明显低于常规治疗组(均P<0.05)；在治疗48、72 h后，亚低温治疗组IL-10水平均高于常规治疗组(均P<0.05)，s-Fas水平均明显低于常规治疗组(均P<0.05)。见表3。

表3 两组患儿不同时间点的血清乳酸及细胞因子水平Table 3 Expression of lactate and cytokines in serum at different time

2.3 亚低温治疗对患儿脑脊液乳酸及细胞因子水平的影响

亚低温治疗组的患儿脑脊液乳酸水平在急性期及恢复期均低于对照组(均P<0.05)。亚低温治疗组患儿恢复期脑脊液TNF-α水平明显低于常规治疗组，两组差异有统计学意义(P<0.05)；脑脊液IL-6水平在急性期及恢复期，亚低温治疗组均明显低于常规治疗组，两组差异有统计学意义(均P<0.01)；脑脊液IL-10水平在急性期及恢复期，两组比较差异无统计学意义(均P>0.05)；亚低温组的患儿脑脊液s-Fas水平在急性期明显低于对照组，差异有统计学意义(P<0.01)。见表4。

表4 亚低温治疗对患儿脑脊液中乳酸及细胞因子水平的影响Table 4 Expression of lactate and cytokines in cerebrospinal fluid(CSF)at different time

3 讨论

低温疗法是一种应用物理降温方法，将患者体温降低到可控制低温状态，从而达到治疗疾病目的的治疗方法。国内学者将28～35℃轻中度低温划分为亚低温。大量实验提示：亚低温能显著降低机体新陈代谢及组织器官氧耗，促进有氧代谢，改善微循环，降低受损脑组织的氧耗量，从而减轻脑缺血缺氧的程度，阻止继发性损伤的发展[4-5]。

有研究发现，30～32℃亚低温时重型脑创伤患者脑能量代谢可降至常温时的40%，而脑组织氧含量则处于正常水平，说明亚低温能减少脑耗能和氧耗量[6-7]。本研究发现，亚低温治疗48、72 h及治疗后10 d，重症病毒性脑炎患儿血PO2明显低于常规对照组，可能与亚低温时氧和血红蛋白结合不易解离有关，并不表明脑组织的缺血缺氧损害会加重。因为低温状态下，氧不仅在血液中的溶解度增加，脑组织对氧的利用率也明显提高(常温时，血中溶解的氧仅有2%～3%被脑组织利用)[8]。并且，此时脑代谢显著降低，因此亚低温虽然使PO2降低，但脑组织仍能获得相对足够的氧。同时段测得的血PCO2与正常对照组比较呈下降趋势，也说明亚低温未加重缺血缺氧性脑损伤。

血清乳酸水平反映全身各脏器氧供和代谢状态的总和，但其易受到全身其他因素影响，如寒颤、局部微循环障碍等，导致局部组织缺氧加重，乳酸生成增加。因此，血乳酸水平不能单独反映脑代谢的情况，故本研究监测脑脊液乳酸变化。本研究发现，病毒性脑炎患儿脑脊液及血乳酸浓度明显升高，考虑是因为脑炎后脑细胞水肿，引发脑细胞代谢增加，脑细胞处于缺血缺氧状态，从而引起线粒体功能障碍，丙酮酸不能进入三羧酸循环而转化成乳酸[9]。经治疗，脑脊液及血清乳酸浓度均下降，表明患儿全身性炎症反应综合征和脑组织对氧的供求状态的改善。早在2002年，Soukup等[10]用微透析方法监测重型颅脑损伤患者在亚低温治疗过程中局部脑脊液的生化变化，发现亚低温状态明显降低了脑脊液乳酸水平。本研究结果也表明亚低温治疗后，脑脊液乳酸水平较血乳酸下降明显，说明亚低温治疗能降低脑代谢率，改善脑组织氧供/氧耗平衡，证实了亚低温状态的脑保护作用。本研究发现，亚低温治疗在降低重症病毒性脑炎患儿动脉血PO2的同时，也明显降低了动脉血PCO2及脑脊液乳酸水平，但对血pH值的影响不大，各时段测得的动脉血pH值均波动在正常范围内，提示在亚低温治疗过程中，还有另外的代谢途径导致pH值降低，尚有待进一步研究。

在中枢神经系统中，TNF-α主要由脑星形胶质细胞及小神经胶质细胞产生，不论是病毒的直接作用，还是病毒抗原刺激神经胶质细胞均可诱导TNF-α、IL-6、IL-10等细胞因子的大量产生和聚集，介导炎性细胞因子级联反应，诱导神经元凋亡，破坏血-脑屏障，参与病毒性脑炎的病理生理过程[11-12]。Zhu等[13]认为，TNF-α可以通过增强脑内皮细胞中一氧化氮毒性，破坏血脑屏障的完整性和增加其通透性。孙健伟等[14]发现头部亚低温治疗可降低新生儿缺氧缺血性脑病患儿血清IL-6和血浆ET-1水平，减少了神经毒性作用和抑制脑血流减少，保护脑组织。Orrock等[15]发现，亚低温可以降低新生儿缺氧缺血性脑病患儿血清TNF-α水平。本研究发现，亚低温治疗后72 h及治疗后10 d，重症病毒性脑炎患儿血清TNF-α、IL-6较常规治疗组明显降低，患儿恢复期脑脊液TNF-α、IL-6水平也均明显低于常规治疗组，表明亚低温治疗可降低重症病毒性脑炎患儿TNF-α、IL-6水平，抑制机体炎症反应，与Orrock等研究结果基本一致。因此，检测脑脊液或血清TNF-α、IL-6水平对预测重症病毒性脑炎患儿脑损伤程度可能具有重要的临床价值。魏亮等[16]研究发现，亚低温治疗通过上调IL-10表达水平降低脑出血后多脏器功能障碍综合征(MODS)发生率。本研究也发现，血清IL-10水平在亚低温治疗48、72 h后较常规治疗组明显升高，说明亚低温治疗重症病毒性脑炎可通过上调IL-10，抑制机体免疫反应，保护脑组织细胞，但两组患儿脑脊液IL-10水平在急性期及恢复期无明显差异，这可能与人体脑脊液中IL-10浓度低有关，仍需进一步研究。

脑损伤后神经细胞凋亡在继发性脑损伤中有重要作用，s-Fas是调控细胞凋亡的重要因子[17]。有研究报道[18]，亚低温治疗可明显降低重型颅脑损伤患者血清中sFas、sFasL的表达，抑制神经细胞的损伤和凋亡，改善重型颅脑损伤患者的预后。本研究发现，重症病毒性脑炎患儿外周血sFas的表达在脑损伤后48、72 h达到高峰，提示脑损伤后神经细胞的凋亡于48～72 h达到高峰，表明重症病毒性脑炎患儿颅脑损伤严重程度可使用相关凋亡因子的表达量来直观评估，并对临床预后起到预测作用。亚低温治疗可显著降低重症病毒性脑炎患儿血清及脑脊液sFas表达，说明亚低温治疗可能通过减少细胞凋亡实现对脑细胞的保护作用。

综上所述，亚低温可降低重症病毒性脑炎患儿血清及脑脊液TNF-α、IL-6及s-Fas水平，抑制凋亡，并在治疗初期提高IL-10水平，抑制免疫反应。但本研究样本量较小，尚需要进一步扩大临床样本量以证实本研究结论，而且在以后的研究中尚需进一步解决亚低温的持续时间、作用时机、相关并发症、作用机制等问题。