蛛网膜下腔出血早期脑损伤的研究进展

王毅，张建宁

自发性蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)约占全部脑卒中的5%，其最常见的发病原因是颅内动脉瘤（intracranial aneurysm，ICA）破裂，约占 75%～80%[1]。据统计，北美地区的年发病率已接近1/10 000，其在临床上具有病死率高的特点，而幸存者的致残率也接近50%。近年来，虽然关于SAH的发病机制和手术治疗等方面的研究取得了较大的进展，但有效的临床干预措施仍然很少，预后较差，疗效尚待提高。脑血管痉挛（cerebral vasospasm，CVS）被认为是导致SAH后脑缺血、梗死等严重不良后果的最重要原因。尽管有研究发现一些血管活性物质有可能影响颅内动脉管壁平滑肌的损伤，提示动脉瘤的形成与破裂风险，但是并没有为如何治疗SAH和改善其预后提供有力的佐证。早期脑损伤（early brain injury，EBI）的概念描述了SAH后很短时间内即可造成脑组织直接损伤，并出现颅内压（intracrani⁃al pressure，ICP）增高和脑血流量（cerebral blood flow，CBF）减少，导致严重脑缺血，甚至迟发性脑梗死（delayed cerebral ischemia，DCI）的发生，严重影响SAH患者的预后，已成为临床治疗和基础研究的关键时段[2]。本文拟就SAH后EBI的研究进展综述如下。

1 EBI概念

EBI主要指SAH后的72 h内出现的整个脑组织直接损伤，涉及CVS出现之前，其路径多样、出现较早、预后复杂，在ICA破裂后的几分钟内即启动体内诸多病理生理因素，包括生理、生化、血管病变、炎症反应、离子稳态改变、细胞死亡及其分子机制的改变等，有可能造成严重的ICP增高、CBF下降以及出血进入蛛网膜下腔后直接侵袭中枢神经系统（central nervous system，CNS）[3]。与 CVS 比较，理解 EBI的概念越来越受到临床上的重视，许多研究包括药物机制、转基因研究、高压氧作用等都试图找到新的治疗途径。

2 机械性变化

ICA破裂早期最常出现的是由于ICP增高所致的颅内循环障碍，属于机械性变化。颅内出血的刺激造成载瘤动脉及其周围血管痉挛收缩，而进入到蛛网膜下腔的出血形成血肿，同时压迫血管，这些血肿的厚度在临床上以影像学Fisher分级描述，即进入到蛛网膜下腔的出血越多，预后也越差。ICP伴随平均动脉压（mean arterial pressure，MAP）的升高可能会立即升高至200 mmH2O（1 mmH2O=0.009 8 kPa）以上，并在几分钟之内达到峰值，这种反应带有一定自我保护性，阻止出血的进一步增加，但对于脑动脉和脑组织的压迫却在加重。在整个SAH过程中，蛛网膜下腔的血肿诱发了EBI和CVS，甚至造成了 DCI。

ICA破裂后即刻就导致ICP升高、脑灌注压（cerebral perfusion pressure，CPP）降低等一系列病理生理反应，进而造成短暂性脑供血异常，即无血流现象，CBF急剧下降。前两者的异常可能与脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）循环障碍和脑血管的功能障碍所造成的脑水肿有关，少数患者ICP峰值持续与再出血或进展为脑积水有关，严重时可继发代谢障碍、炎症反应和脑缺血[4]。此种情形临床上往往提示预后差，脑损伤可能不可逆，甚至出现脑疝、脑死亡，相应的致病率和致残率也增高。与此同时，ICP的持续高值促使CPP的持续低值，可能造成早期脑缺血、缺氧损伤[5]。

CBF自主调节功能是指在生理状态下，当血压在一定范围内波动时，CBF可通过改变小动脉和微动脉口径来实现自主调节，进而保证了大脑有稳定、足量的血液供应，维持脑组织正常代谢所需。在SAH病理生理状态下，由于ICP升高、CPP降低，进而导致CBF自主调节功能受损，特别是SAH后第一个72 h内，使CBF对全身血压（压力调节）和二氧化碳分压（化学调控）的改变调控不全。鉴于SAH后脑血管过度收缩，CBF下降，迟发性缺血性神经功能障碍（delay ischemic neurological deficit，DIND）的发生概率明显上升，而CBF的降低同时有可能造成酸性的脑部微环境，加重DIND，严重时可导致脑死亡[6-7]。

SAH的一个重要并发症是脑积水，据统计急性脑积水出现的概率约为20%～30%，目前机制尚不明确，其发生可能与CSF的循环通路出现梗阻、脑室内积血和再发出血有关。对于出血量较大、CPP低的患者在SAH早期（出血后72 h内）就有可能发展为脑积水，其病死率、致残率和神经功能缺损情况也相应增加[8]。

3 离子稳态失衡

SAH早期可引起脑细胞微环境中离子稳态的失调，主要包括钙超载、钠离子和镁离子的升高与降低波动等。这些离子稳态的快速改变，引起并加剧了脑血管收缩的电生理紊乱和（或）蛋白的持续活化、表达，损伤了脑组织，加重了SAH后EBI。

皮质传播抑制（cortical spreading depression,CSD）被认为是SAH后离子紊乱的直接后果，有可能是导致DCI的新机制。CSD的机制尚未明确，有研究表明，其发生有可能与蛛网膜下腔内氧合血红蛋白及溶血产物增多、脑组织NO减少、细胞膜外 K+升高、内皮素-1（endotheiin-l,ET-1）浓度升高、谷氨酸受体活性增高有关，这些因素均有可能加重脑组织内易损区域的损伤，继而出现皮质播散性脑缺血（cortical spreading ischemia，CSI）和 DIND[7,9]。

SAH后CVS的主要原因是脑损伤早期出现钙离子稳态失调，即“钙超载”[10]。“钙闸”打开，有大量 Ca2+迅速进入脑神经细胞、脑胶质细胞、脑血管平滑肌细胞和颅内微血管内皮细胞。鉴于游离Ca2+浓度在短时间内异常升高，导致CVS、脑缺血的发生，造成脑组织肿胀，继而ICP升高，与此同时ICP的升高又加重了脑缺血，形成恶性循环，从而更加重了脑组织的继发性损伤。“钙超载”的出现有可能是导致神经元死亡的最后通路，因此，SAH早期应用钙离子拮抗剂（如尼莫地平）缓解CVS，保证脑组织能够得到适当的血供，避免脑缺血导致的不可逆性损害是改善SAH患者预后的关键之一[11]。镁离子作为钙离子的天然拮抗剂，参与细胞内钙离子水平的调节。有研究显示，约38%的SAH患者出现不同程度的血镁降低，在SAH后48 h内出现低镁血症可预测DCI的发生，而早期提高镁离子水平，也可以有效阻止EBI的发生[8,12]。此外，SAH早期出现低钠血症的机制尚有待明确，有报道提示可能与抗利尿激素分泌失调综合征（anti-diuretic hormone，SIADH）相关。临床上SAH患者中血钠异常的发生率约在30%以上，多数低钠血症的患者会出现症状性CVS，从而加重脑水肿，造成脑缺血损伤[13]。

4 血脑屏障损伤及脑水肿

血脑屏障（BBB）是介于血液和脑组织之间的对物质通过有选择性阻碍作用的动态界面，由脑内连续的毛细血管内皮及其细胞间的紧密连接、完整的基膜、周细胞以及星形胶质细胞脚板样突起围成的神经胶质膜构成，其中内皮是BBB的主要结构。SAH早期诸多病理生理因素造成BBB破坏，致其通透性增加，导致脑水肿。这些因素包括由氧合血红蛋白引起的氧化应激、基质金属蛋白酶（MMP）上调、炎性因子所致的内皮细胞凋亡等[14]。既往研究表明，MMP-9参与SAH早期BBB的损伤，微血管基底膜的细胞外基质被MMP-9破坏、降解，血管内皮生长因子增加，内皮细胞凋亡信号启动，BBB通透性随之增加，动物实验显示这种损伤破坏在建模后6 h内，48 h达到高峰[15]。而在BBB修复过程中外周血内皮祖细胞（EPCs）数量增加、功能增强，表明EPCs的动员及向损伤区域的归巢可能发挥重要的作用[16]。

脑水肿使ICP增高，ICP增高又可加重脑水肿，发展至一定程度，即可使脑组织发生功能与结构上的损害。BBB的破坏可以直接导致脑水肿，SAH后出现的脑水肿分为血管源性脑水肿和细胞毒性脑水肿，在临床患者和动物实验中均已证实，两者同时存在，加重临床症状，严重的可致脑疝、脑死亡。经相关研究证实，前者是BBB受损、破坏后的直接结果。由于出现血管内皮细胞和周围胶质细胞凋亡等一系列病理生理变化，致使毛细血管通透性增加，水分渗出增多，积存于血管周围及细胞间质，形成脑水肿[17]。与此同时，由于一些蛋白物质随水分经血管壁通透到细胞外液中，使细胞外液渗透压升高，水分由血管壁渗出增多，致使脑水肿继续发展。由此可见，BBB的结构与功能损害是血管源性脑水肿出现的病理学基础。而后者发生时BBB可不受影响，其与SAH后ICP变化有关，即ICP升高引起CBF降低，造成脑缺血、脑细胞内环境改变、脑组织缺氧、细胞代谢和膜功能紊乱，出现Na+-K+、Ca2+-Mg2+等离子泵活性降低、神经细胞内外离子交换障碍、脑水肿加重[3]。此外，水摄入过多、SIADH等因素也可加重脑水肿[18]。

5 分子水平改变

NO是调节脑血流动力学的重要物质，NO/一氧化氮合酶（NOS）途径在调节脑血流动力学方面发挥了重要作用[19]。NO可以扩张脑血管、抑制血小板聚集以及白细胞（WBC）对内皮细胞的黏附作用，继而调控CBF。NO还能够调节血管中膜平滑肌的增殖与凋亡，参与细胞外基质的代谢，调控血管重塑[12]。SAH早期，NO的病理改变影响CVS、脑缺血及DIND的发生。NO水平降低，CBF下降，脑血管收缩，血小板聚集及中性粒细胞黏附在血管内膜上。NO本身是自由基和过氧基的一种形式（强自由基），可以与超氧化物反应，产生的过氧化亚硝酸盐能够破坏细胞膜，损伤线粒体、血管内皮和平滑肌细胞等，从而激活细胞的死亡通路，加重SAH后EBI。另一方面，NO 可在 SAH 后调节失控的 Na+、K+、Ca2+离子通道，诱发轴突的变性。

免疫炎症反应在SAH后EBI和CVS中起到了重要的作用，属于损伤相关分子模式（damage associated molecular pat⁃tern,DAMP），并呈级联放大效应。CNS具有一定的免疫特异性，脑组织受到BBB的保护。而在SAH早期，由于BBB损伤、破坏，HGB裂解产物作为抗原，可以导致炎症细胞激活、炎症介质释放和免疫分子上调。抑制常见的炎症趋化因子（如VCAM-1、ICAM-1、选择素等），能够阻止淋巴细胞迁移，从而减轻CVS和免疫性脑损伤[20]。有报道证实，肿瘤坏死因子（TNF）-α、补体系统、白细胞介素（IL）-1β、IL-2、IL-6和IL-12等在SAH早期（48 h内）显著升高，诱导粒细胞、巨噬细胞聚集，导致血管壁进行性增厚、管腔狭窄，加重SAH后脑缺血，而抑制这些炎症趋化因子能够有效改善EBI[21-22]。同时，中性粒细胞的浸润可累及脑血管和脑实质，有效地抑制其激活，可缓解SAH早期出现的微血管和脑实质损伤。

ET-1是强效的缩血管因子，是在SAH早期出现炎症、缺血时，由星形胶质细胞与白细胞（WBC）释放的一种潜在的血管收缩剂。SAH后24～48 h内ET-1水平增高，促使血管长时间持续收缩，抑制Na+-K+ATP酶的活性，并和血红蛋白共同作用诱导CSI，加重SAH后EBI[2]。

氧化应激（oxidative stress，OS）是指体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物。在SAH急性期，脑组织缺血再灌注损伤启动OS，进入蛛网膜下腔的血肿可在短时间内就渗透至皮质深层，红细胞（RBC）裂解产生大量血红蛋白（hemoglobin，HGB），侵入邻近脑组织导致HGB超负荷。OS通过促进蛋白氧化、脂质过氧化，导致BBB破坏和CVS，OS同时激活凋亡通路及炎症级联反应，从而加重了脑损伤[23-24]。

6 细胞死亡

SAH早期EBI是一个复杂的病理生理过程，在机械性损伤、离子稳态失衡、血管完整性破坏以及炎症、氧化应激等分子水平变化的综合作用下，大量神经细胞和胶质细胞出现死亡，形式上包括凋亡、坏死和自噬。

SAH早期（数分钟至24 h），凋亡可出现在血管内皮细胞、人脑皮质海马神经元、动物神经元和神经胶质细胞[25-26]，其机制涉及多条经典细胞凋亡通路。神经细胞凋亡是明确神经血管损伤的重要组织细胞学和分子生物学判定指标，对EBI的研究具有重要的意义。自噬是细胞死亡的另一种形式，具有自我保护功能，能够清除异常的蛋白质、受损的细胞器和细胞内病原体，能够参与维护脑细胞的稳态，但是过度的自噬会造成脑细胞的大量死亡，引起严重不良后果[27-28]。

综上可见，SAH后EBI是导致患者预后差的重要原因之一，目前关于SAH后EBI的研究处于实验动物模型阶段，尚未能向临床应用转化，相信随着EBI发病机制研究的深入，必将为SAH的临床救治提供新的途径。

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