心跳骤停复苏后脑水肿研究进展

张兵 李文志

哈尔滨医科大学附属第二医院麻醉科

心跳骤停是常见的临床最紧急的危险情况，是对临床医师最严峻的挑战。尽管大量的研究使心跳骤停后的初级复苏取得了一定成就，但脑复苏仍然是难以突破的难题[1]。心跳骤停后的病理生理变化是一个复杂的过程，脑水肿在其中发挥着非常重要的作用，脑水肿通过多种途径损伤机体的功能，它的发展可以预测病人的转归[2-3]。目前尚缺乏有效的治疗脑水肿的方法，这是导致心跳骤停后影响患者神经功能恢复的最大障碍之一。如果能采取恰当的处理措施，有效减少脑水肿的发生，将有利于脑复苏的进行，改善神经系统的转归。

1 脑水肿的分类

1.1 细胞毒性脑水肿

急性缺氧时，ATP生成减少，依赖ATP供能的钠泵活动减弱，Na+不能向细胞外主动转运，水分子进入细胞内以恢复平衡，造成过量的Na+和水在细胞内积聚而致脑水肿。其特点是微血管通透性不增高，主要发生在大脑灰质处，受影响的是神经元和神经胶质细胞。

1.2 血管源性脑水肿

当毛细血管内皮细胞受损，血脑屏障发生障碍时，血浆及血液中的成份大量渗入细胞外间隙，引起脑水肿。其特点是微血管通透性增强，主要发生在大脑白质处。

研究证实，心跳骤停复苏导致的脑缺血再灌注损伤引起的脑水肿是细胞毒性脑水肿和血管源性脑水肿共同作用的结果[4]。

2 心跳骤停复苏后脑水肿形成的机制

2.1 代谢障碍

心跳骤停后缺血缺氧导致能量衰竭，ATP产生困难，无氧糖酵解导致细胞酸化，诱导神经细胞膜去极化，增加细胞内Na+流入。神经细胞膜去极化同时激发Ca2+通过电压敏感型Ca2+通道内流，神经细胞膜去极化进一步加重。Na+和Ca2+大量内流，继而Cl-和H2O内流，引起细胞肿胀，细胞内钠水潴留。缺血时细胞内ATP、CP产生严重减少，影响Na+泵、Ca2+泵的功能，细胞内钠水潴留不能排出导致细胞水肿[5]。此外，缺氧致代谢性酸中毒可以增加毛细血管壁通透性，造成间质性脑水肿。

2.2 血脑屏障功能障碍

构成BBB的结构基础是毛细血管的内皮细胞、内皮细胞之间的紧密连接、基膜以及和星形胶质细胞（主要为Ⅰ型星形胶质细胞）终足形成的胶质膜。其内皮细胞呈完全的连续性，无窗孔，与其他组织中的毛细血管内皮细胞不同[6]。

内皮细胞彼此连接处为紧密连接（t i g h t junction，TJ），TJ是保持BBB完整性的重要结构基础，许多与中枢神经系统疾病相关的BBB破坏与TJ结构、功能改变密切相关。TJ主要由跨膜蛋白（claudin、occludin、junction adhesion molecule和tricullulin）、胞浆黏附蛋白（ZO-1、 ZO-2、ZO-3、Cingulin等）和细胞骨架蛋白组成[7]。跨膜蛋白的细胞内部分与胞浆黏附蛋白相连，细胞外部分与相邻细胞跨膜连接蛋白的相应成份组合，构成复杂的“绳索样”的跨膜结构，从而封闭细胞之间的空隙，保证物质转运的选择性和方向性。

脑组织对缺血缺氧的耐受性非常差，心肺复苏导致脑缺血缺氧损伤。脑损伤后伴随的周围缺血、炎症反应和细胞因子、凝血酶等多种因素均可破坏紧密连接蛋白的结构与功能，使血脑屏障通透性增加[8]；心跳骤停复苏后脑发生缺血再灌注损伤，释放大量的氧自由基，导致血脑屏障微血管内皮层破坏，增加微血管的通透性。水溶性物质如电解质进入脑组织，导致血管源性脑水肿的发生[9]。

2.3 基质金属蛋白酶 （matrix metalloproteinases，MMPs）

心跳骤停复苏引起的脑缺血再灌注损伤激活一氧化氮合酶（NOS），包括nNOS（神经型）、iNOS（诱导型）和eNOS（内皮型），使一氧化氮生成增多；同时生成大量的氧自由基和细胞因子（如TNF-α和IL-1B）。一氧化氮与超氧自由基反应生成具有更强氧化作用的过氧化亚硝酸盐。过氧化亚硝酸盐直接激活MMPs或通过丝裂原活化蛋白激酶信号通路（MAPK）、核转录因子NF-κB信号通路、AP-1信号通路、聚二磷酸腺苷核糖多聚酶（PARP）激活MMPs，转录和翻译MMP-2及MMP-9。这些MMPs水解细胞外基质蛋白质，包括基质中以及整合于质膜中的各种胶原酶和弹性蛋白酶occludin、cadherin和claudin，使毛细血管内皮细胞通透性增加，血脑屏障完整性被破坏，导致脑水肿[10-12]。

研究证实，脑缺血再灌注损伤后MMPs的合成和活性增加，同时伴有血脑屏障完整性的破坏[13]。再灌注后3～4h MMP9活性明显增强，与此时Evans染色显示的血脑屏障的破坏相一致，MMP2的活性增强则出现在再灌注后第4天。应用MMPs抑制剂可减少脑损伤后脑组织水含量以及脑组织的通透性，利用MMP9基因敲除小鼠也证实，与野生型小鼠相比，血脑屏障的破坏明显减轻。这些都说明MMPs的活性与脑水肿关系密切，在脑水肿的发生中发挥这重要作用[14,15]。

2.4 N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受体

脑N M D A受体广泛分布在神经元、神经胶质细胞和脑血管内皮细胞，包括N M D A R 1和NMDAR2A-C两种，NMDAR1是配体门控型Ca2+通道受体，NMDAR2则不是。NMDA受体具有谷氨酸识别位点、甘氨酸变构调节位点、通道阻断剂结合位点以及多胺结合位点、Mg2+结合位点、Zn2+结合位点、氧化-还原位点等[16-17]。

脑缺血后能量代谢紊乱，细胞内ATP合成下降，突触间隙的谷氨酸剧增，谷氨酸作用于NMDA受体，引起配体门控型Ca2+通道开放，Ca2+内流增加，导致神经细胞内Ca2+超载。Ca2+超载导致线粒体、细胞膜的损害，引起Na+内流增加，随即引起C l-和H2O内流，导致神经细胞急性渗透性肿胀[18]。

一系列研究证实，竞争性或非竞争性的NMDA受体拮抗剂能减少脑缺血后脑水肿的发生。通过作用于NMDA受体的不同结合位点，ZD9379、Mg2+和苄哌酚醇等均表现出明显的脑保护作用，可显著抑制血脑屏障的破坏和脑水肿的形成[19-20]。

2.5 水通道蛋白4（AQP4）

长期以来, 普遍认为细胞内外的水分子是以简单扩散的方式透过脂质双分子层，但后来发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高，很难以简单扩散来解释。Agre等在鉴定人类Rh 血型抗原时，偶然在红细胞膜上发现一种新的28KD的疏水性跨膜蛋白，称为形成通道的整合膜蛋白28（CHIP），1991年完成其cDNA克隆，在进行功能鉴定时，将体外转录合成的CHIP28 cDNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，发现在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀并破裂。为进一步确定其功能，又将其构建于蛋白磷脂体内，通过活化能及渗透系数的测定以及后来的抑制剂敏感性等研究，证实其为水通道蛋白。从此确定了细胞膜上存在转运水的特异性通道蛋白，并将CHIP28称为AQP1 。以后又陆续从哺乳动物组织中鉴定出9 种水通道蛋白（AQP2 ～AQP10），这些相继发现的运输水的通道蛋白被统称为AQPs[21-22]。

AQPs在脑水肿的病理生理机制中发挥重要作用[23]。迄今已在脑内已发现6种AQPs，分别是AQP1，3，4，5，8，9。其中AQP3、AQP5和AQP8的生理学功能尚未见报道，AQP1主要在脉络丛内皮细胞表达，参与脑脊液生成，AQP9主要存在于室管膜细胞以及下丘脑内侧基底部的室管膜细胞，可能调节中枢神经系统细胞外间隙与体循环之间的信号传递。AQP4在脑内的表达含量高于眼、肾、肺等器官10倍左右，是脑内表达最多的AQPs，主要分布在血脑屏障和脑-脑脊液屏障处的胶质细胞中。深入研究显示，在血脑屏障处，主要分布在靠近毛细血管内皮细胞的星型胶质细胞足突中，在脑-脑脊液屏障处，主要分布在细胞质膜基底部的室管膜细胞中。AQP4是水调节和转运的重要结构基础，在水分子快速跨膜转运和维持大脑水平衡中发挥着重要作用[24]。

AQP4为选择性水通道蛋白，研究证实AQP4在各种原因引起脑水肿的产生中均发挥着重要作用。在大鼠脑积水模型中证实，脑积水后4周，AQP4 mRNA在大脑顶叶皮质和海马组织中表达水平显著增加，这种变化甚至持续到脑积水后9个月，免疫组织化学的结果也与mRNA水平一致，认为AQP4在脑积水形成中调控水的出入平衡。在大鼠中脑动脉栓塞模型中，AQP4 mRNA的表达水平升高并在第3天达到高峰，与MRI观察到的脑水肿程度一致。AQP4的作用在基因敲除的纯合子小鼠实验得到进一步证实，AQP4基因缺失小鼠在脑缺血后脑水肿程度明显减轻，生存率和神经功能改善显著。在心跳骤停复苏模型中，恢复自主循环后大鼠脑水含量增加，同时伴有AQP4免疫活性的增加，低温可以减少复苏后的脑水肿，此时AQP4的活性也被抑制[25-29]。

3 脑水肿的后果

脑组织水肿增加毛细血管－组织的扩散距离，影响气体交换，导致神经元功能障碍。此外，由于组成颅腔的颅骨坚硬而不能扩张，所以颅腔容积是恒定的，脑水肿的直接后果是导致颅内压的升高。颅内压的增加使得脑灌注压降低，影响脑组织的代谢和功能，加重神经功能障碍。持续升高的颅内压可导致脑疝的发生，甚至导致患者的死亡。颅内压的升高可造成下丘脑、延髓、颈脊髓受压，可诱发神经源性肺水肿的发生。

4 脑水肿的治疗

目前对脑水肿的非手术治疗手段非常有限，效果也不甚理想。全身应用高渗液体和皮质醇激素被当作标准治疗手段已应用数十年，但并未取得完美的治疗效果。皮质醇激素主要作用于细胞外的脑水肿，抑制炎症介质的释放和血脑屏障的破坏，然而这种作用似乎只在水肿形成的早期发挥作用[30]；高渗液体作用于细胞外和细胞内的脑水肿，利用高渗透压发挥作用，但是这种作用并不能阻止脑水肿的形成，在停药后水肿很快再次形成[31]。

5 未来策略

近期的研究认为，心跳骤停后脑水肿的发生是血管性水肿和细胞毒性水肿共同作用的结果，因此仅在水肿产生后采取对症治疗的方法不能从根本上调节脑水肿的形成，对不同途径形成的脑水肿也未必有效。

心肺复苏后脑水肿形成中有很多的分子机制参与其中，单独使用某一种药物或考虑某一种机制，对脑水肿的防治可能有限。充分考虑脑水肿形成过程中的各种机制，在脑水肿形成的不同时期采用恰当的综合干预手段可能是心跳骤停复苏后脑水肿治疗的出路。

另一方面，无论是何种途径导致的脑水肿，H2O内流都是必经的最终通路，因此，如果能从最终通路上调控H2O的进出，就能在根本上治疗脑水肿。从这个角度出发，AQP4水通道蛋白的发现使这种设想成为可能，如果在特殊阶段通过小分子物质的靶向作用调控AQP4的表达，就有可能对脑水肿进行最终通路上的调控，控制水肿的形成和清除，影响疾病的转归，提高生存率[32]。

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