亚低温对新生儿缺氧缺血性脑病肠道细菌移位影响的研究

项丹 杨子浩

亚低温对新生儿缺氧缺血性脑病肠道细菌移位影响的研究

项丹 杨子浩

正常情况下，肠道菌群与人体和外部环境保持着平衡状态,对人体的健康起着重要作用。缺氧缺血性脑病（HIE）是新生儿中好发疾病亦是病死率及致残率较高的疾病，常伴胃肠功能损伤，亚低温治疗作为HIE的常规治疗手段，不仅降低HIE病死率及致残率，且改善胃肠功能。本文就正常胃肠道，肠道-微生物-脑轴，HIE伴发胃肠道功能损害，亚低温对HIE胃肠道功能作用及菌群移位的影响等几方面作一综述。

缺氧缺血性脑病 低温 胃肠道 菌群移位

新生儿缺氧缺血性脑病（HIE）是指围生期窒息导致的脑缺氧缺血性损伤。在引起脑损伤的同时，伴随其他脏器的损伤，如胃肠功能损伤。研究发现，窒息新生儿胃肠功能损害发生率高达30%以上[1]。同时，胃肠道是多脏器功能障碍综合征（MODS）的始发器官之一,可造成死亡[2]。早期应用亚低温治疗HIE已被广泛认可，能显著降低患儿病死率及致残率，但对HIE胃肠道功能的作用仍在进一步研究中，本文就正常胃肠道、肠道－微生物－脑轴、HIE伴发胃肠道功能损害、亚低温对HIE胃肠道功能作用及菌群移位的影响等几方面进行综述。

1 正常胃肠道

胃肠道是与外界接触最广的系统，其表面积约200～300m2，每天与成千上万的微生物及进入肠道营养物质相接触，而防止这些细菌及产物透过肠壁进入体内及调节营养物质的吸收，这些过程需要一套复杂的防御系统，包括：高度复杂的口腔内菌群经胃酸破坏部分细菌，减小细菌对胃肠道影响；小肠作为过渡区，大流量肠液将细菌在繁殖前冲洗到远端回肠和结肠；回盲瓣具备防止盲肠内容物逆流到回肠的作用；胰腺分泌的胰酶破坏细菌细胞壁；同时还包括胃肠道屏障：由外向内分别为肠道微生物群，黏膜层，上皮细胞层，肠道相关淋巴组织形成的免疫屏障。一般情况下,肠道菌群与人体和外部环境保持着一个平衡状态,对人体的健康起着重要作用。在某些情况下,这种平衡被打破可引发疾病或加重病情，引起并发症甚至发生MODS及死亡。

2 微生物-肠-脑轴

中枢神经系统、肠内神经系统及胃肠道菌群3者之间为相互作用的关系。胃肠道微生物及代谢产物参与胃肠功能的调节，影响肠道通透性、黏膜免疫功能、肠道蠕动以及肠内神经系统的活动。此外，临床前研究发现，胃肠微生物及代谢产物可参与行为调节及大脑功能，如应激反应、情感行为、疼痛调节及大脑生物化学的形成[3]。同样，中枢神经系统经交感神经、肠神经系统的副交感神经支及下丘脑－垂体－肾上腺（HPA）轴调节胃肠道功能。研究发现，交感神经释放的神经递质可影响肠道微生物构成，肠道通透性及局部免疫；HPA轴调节肠道局部及全身免疫细胞，影响肠道的通透性、蠕动、分泌、屏障功能以及肠内菌群构成[3－4]。肠神经系统亦参与肠道功能的调节，如肠道局部动力、酸的分泌、碳酸根及黏液的产生、上皮水层的维持、肠道通透性以及黏液免疫反应。这种肠道微生物与脑之间的双向关联称为微生物－肠－脑轴[4－5]。

3 缺血缺氧性脑病（HIE）

HIE是新生儿高发病率及病死率的疾病之一，据统计，围生期时每1 000例足月存活新生儿就有1～3例HIE患儿，且这些患儿病死率达15%～20%，即使存活下来，仍有25%的患儿后期遗留严重及持续的神经心理后遗症，包括智力低下、视觉运动或视觉感知、功能障碍、多动、脑性麻痹及癫痫，给患儿、社会及家庭带来了沉重的负担[6]，故探索及确定可靠的治疗手段对减少HIE患儿的脑损伤至关重要。根据其不断发展的病理过程，HIE可大致划分为4个阶段[7]：（1）原发性能量衰竭期（the“primary”phase）：高能量代谢物质枯竭，导致细胞逐渐去极化，出现严重的细胞毒性水肿；由于胶质细胞再摄取功能丧失及细胞的过度去极化导致兴奋性氨基酸在细胞外蓄积，引起兴奋性毒性反应；（2）潜伏期（the“latent”phase）（～6h）：N甲基－D－天氡氨酸（NMDA）受体高度兴奋，促凋亡信号激活，缝隙链接开放，通道半开放，以及出现癫痫波。尽管一些神经元可能坏死，绝大多数开始恢复；（3）继发性能量衰竭期（6～72h）：在整个疾病过程中最为关键,一旦该阶段启动,可引起线粒体崩解、炎症反应、细胞水肿、细胞坏死等，最终可导致大脑神经元的损伤加重甚至死亡。该期的严重程度与1～4岁患儿神经发育结局密切相关；（4）修复及重组期（数天～数月）：部分细胞坏死仍存在，之前的突触联系受损，炎症反应持续存在，同时再生细胞发育，存活神经元构建新的突触联系。

4 HIE常合并胃肠功能不全

HIE常合并多脏器功能障碍，胃肠功能不全是HIE常见的并发症之一。新生儿窒息程度越重，胃肠功能损害发生率越高，病死率越高。缺血缺氧后，“潜水反射”引起血流的再分配，以减少非重要脏器如小肠血流量为代价，而保持脑、心脏、肾脏的灌注。动物实验[8]及新生儿窒息研究[9]发现，窒息后肠系膜上动脉血流前3d明显减少，尽管有暂时恢复，3d后才正常或开始增多，7d后明显增多。胃肠道血流减少可导致黏膜损伤，损伤程度与窒息的严重程度呈正相关，对窒息后不久的新生儿行胃肠检查，发现均存在程度不等的胃黏膜点状糜烂或出血。肠系膜缺血再灌注与肠道屏障功能障碍相关，Rosero等[10]发现，肠系膜缺血促发全身炎症反应及氧化应激，炎症反应及氧化应激损伤肠道上皮细胞紧密链接，导致细胞间通透性增加，肠黏膜屏障完整性受损，且肠道缺血增加上皮细胞的凋亡，导致宿主及病原体相互作用增加，黏膜炎症及微生物群组成改变。Stanley等[11]在脑缺血再灌注动物实验中发现，休克激活交感神经系统，促发一系列反应，导致肠道通透性增加，同时削弱机体抗细菌的能力及肠道屏障功能，促发共生菌的移位及弥散，且研究发现，休克后肺炎病原体来源部位为小肠，70%的病原体为肠道共生菌。这种使原本寄居于肠道内的正常菌群及其内毒素，通过某种途径穿过肠黏膜屏障，侵入正常情况下无菌的肠壁黏膜、肠系膜淋巴结、门静脉及其他肠外组织器官，即肠道的细菌移位，引发肠源性感染，故胃肠道被认为即是炎症的始发部位，亦是全身炎症反应持续存在的“发动机”，导致多脏器功能衰竭，甚至死亡。Crapser等[12]进一步发现，脑缺血再灌后幼鼠对肠道屏障功能的修复及细菌移位的恢复快于成年大鼠，可能因成年大鼠先天性免疫和适应性免疫的过度激活。

5 亚低温治疗是治疗HIE重要手段

亚低温治疗具有良好的心脑保护作用已经为临床所证实，并广泛应用于各种危急重症。《2010美国心脏协会心肺复苏指南》及国内《亚低温治疗新生儿缺血缺氧性脑病方案（2011）》均明确指出亚低温疗法对心肺复苏后的成人及HIE儿童尤其是新生儿具有显著的神经保护作用，且提倡早期（出生6h内）应用亚低温治疗HIE患儿。研究发现[13]，更早期应用（生后≤1h）较后期应用（生后1～6h），其临床电惊厥发生率更低，住院时间及呼吸机使用时间更短。其保护机制可能包括：降低缺血时兴奋性氨基酸的释放，减少自由基的产生，降低颅脑糖及氧的代谢率及降低高能量磷酸盐丢失；改善继发性能量衰竭，降低毒性一氧化碳的产生，减少神经元细胞的凋亡及抑制炎症反应。进一步研究发现[14－15]，行局部亚低温及全身亚低温治疗者住院病死率及住院时间并没有差异，且两者的不良反应如低血压、心动过缓、血小板减少、凝血功能异常、肾功能不全、电解质紊乱、肝酶增加及持续性肺动脉高压等均无统计学差异。但Allen等[16]认为，选择性亚低温治疗下脑MRI异常较全身亚低温治疗更严重；且选择性头部亚低温治疗其目标温度及复温时温度不稳定，故全身亚低温治疗似乎更优于选择性头部亚低温治疗。从近年来两者使用比例上看，全身亚低温治疗应用比例逐渐增加，而头部亚低温治疗呈下降趋势，其部分原因与头部亚低温治疗不利于一些临床检查的操作有关[17]。此外，研究还发现，亚低温治疗在改善脑功能的同时对胃肠功能具有保护作用。

6 亚低温治疗改善窒息后出现的胃肠功能障碍

目前关于亚低温治疗HIE时对胃肠功能的影响鲜有报道，只有两项研究发现，亚低温下HIE患儿胃肠道不良事件（如胃肠道黏膜脱落、直肠出血、坏死性小肠结肠炎）发生率分别为＜1%（1/163）、3.6%（4/110）[18－19]，且亚低温治疗并不能减少胃肠道不良事件。Shankaran等[20]发现，亚低温治疗下HIE组与对照组相比，其出院时灌喂率（11%vs7%）及出院时带胃管率（7%vs17%）差异无统计学意义。但Thornton等[21]发现全身亚低温治疗的患儿病死率更低，达到全胃肠道喂养及全经口喂养先于对照组，且因未开奶、未能全胃肠喂养、未经口喂养而死亡的患儿少于对照组，置胃管、出院需灌喂比例及病死率低于对照组，提示亚低温治疗能改善中重度HIE患儿的喂养不耐受。曾有研究显示，在心源性休克、心搏骤停等急危重症时，低温能改善循环和组织灌注状态，亚低温治疗改善缺血缺氧时胃黏膜表面的血氧饱和度。Childs等[22]在实验中发现，出血性休克大鼠肠黏膜微血管通透性增加，而在亚低温状态下，微血管渗出减少，通透性降低。对其保护机制进行研究发现，心脏骤停模型中，低温可减轻线粒体形态改变，增加Na+－K+和Ca2+ATP酶活性，减轻胃肠绒毛的损害，从而改善胃肠功能的损伤[23]。同时Hassoun等[24]亦发现缺血期局部低温（15～20℃）降低转录因子－κB（NF－κB）活性及诱导型一氧化氮合酶（iNOS）水平，减少小肠通透性。Stefanutti等[25－26]亦发现，肠系膜动脉缺血30min后在再灌注期间予局部中度低温（30～32℃）可减少中性粒细胞的浸润，降低氧化应激水平，减轻小肠的损伤。因此，亚低温治疗利于肠黏膜屏障功能保护。

7 亚低温治疗降低肠道菌群移位

肠道细菌移位是指肠道内的细菌穿过肠黏膜屏障对正常无菌组织和器官侵袭的过程。肠道菌群移位的发生受免疫功能破坏，肠道菌群失调，肠屏障功能受损等因素的影响。综上所述，肠道缺氧缺血导致肠道屏障功能受损，亚低温治疗改善胃肠功能障碍，降低肠道菌群移位。Ulger等[27]发现，在钝性胸部创伤联合失血性休克双重打击模型中，轻度及中度低温均能降低肠道菌群移位,但轻度低温组菌群移位阳性率相对中度低温低。Deniz等[28]亦发现，在出血性休克及经气管感染铜绿假单胞菌双重打击模型中，低温（34℃）纠正血流改变，降低细菌移位的发生。但也有研究指出，在出血性休克模型中[29]，32℃及28℃的低温虽然能改善血压，提高生存率及改善神经系统预后，并不能降低细菌移位的发生率。基于以上结果，轻度亚低温治疗可能较深度亚低温治疗更利于抑制肠道细菌移位。

HIE新生儿常合并急性胃肠功能损伤，亚低温治疗作为HIE患儿的常规治疗手段，改善胃肠道血流，降低炎症反应、氧化应激、凋亡等，从而显著改善胃肠功能，降低肠道菌群移位，但机制仍需进一步研究，为应用于临床提供理论依据。

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2017-02-11）

（本文编辑：马雯娜）

10.12056/j.issn.1006-2785.2017.39.9.2017-255

浙江省卫生与计划生育委员会科研项目（2014KYA259）

310003 杭州，浙江大学医学院附属儿童医院儿童重症监护室（PICU）

杨子浩，E-mail：hzyangzh2007@163.com