治疗性浅低温在缺血性脑卒中的研究进展

邓伟 胡玉龙 牛江峰 余树春

南昌大学第二附属医院麻醉科（南昌330006）

根据《中国心血管病报告2017》估算，中国有 1 300 万例脑卒中患者，每年有20 万例新发患者，其中缺血性脑卒中（ischemic stroke）比例高达70%～80%［1］。治疗性浅低温（mild therapeutic hypothermia，MTH）已广泛成为众多脑损伤疾病最可靠的神经保护疗法之一，包括缺血性脑卒中、创伤性脑损伤、心脏骤停后全身性缺血和缺氧缺血性脑病［2］。根据目标温度将低温分为：（1）MTH：32 ～35 ℃；（2）亚低温：28 ～32 ℃；（3）中低温：20 ～28 ℃；（4）深低温：＜20 ℃。理论上，较低的温度预计会产生更好的神经学结局。然而，实际情况恰恰相反。在大鼠缺血性脑卒中动物模型中，27 ℃低温的脑总梗死面积减少幅度低于温度为32 ℃者（49%vs.69%）［3］，原因可能为在极低温度下脑血流明显减少或者出现严重不良反应如心律失常。MTH 被推荐应用于心脏骤停患者和缺氧缺血性脑病患儿，可明显改善患者神经学预后［4］。尽管已在脑卒中动物模型中证实了MTH 的疗效［5］，但完全转化为脑卒中患者的临床应用仍面临许多挑战，临床试验也尚未得到确切的结果。本文就MTH 在缺血性脑卒中的应用进展进行阐述。

1 MTH 的神经保护作用机制

MTH的确切机制尚未完全了解。然而，低温却影响了所有已被证实的细胞死亡通路，包括兴奋性中毒、钙超载、细胞凋亡、炎症和自由基产生［6］。研究［7］表明，没有任何单一因素可解释其神经保护作用。此外，MTH 可保护血脑屏障免受缺血和再灌注损伤，维持血脑屏障在形态、功能和代谢方面稳定，避免颅内压过高，减少脑水肿的发生。

1.1 对脑卒中急性期的影响在脑卒中的急性期（缺血后数分钟至数小时），由于脑血流减少，破坏离子稳态并引起Ca2+内流和兴奋性神经递质谷氨酸的释放［8］。细胞内Ca2+水平升高导致线粒体功能障碍并激活一氧化氮合酶，从而导致活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）生成增加。温度能够显著影响大脑代谢率和血流量。体温每下降1 ℃可降低脑代谢率约6% ～7%。低温可减少脑组织耗氧量，储备能量，并通过降低脑代谢率和促进葡萄糖利用以降低乳酸生成，防止酸中毒的进一步发展。MTH 可抑制兴奋性氨基酸的释放并下调星形胶质细胞谷氨酸转运体1 的表达，导致谷氨酸的逆向转运。此外，低温还可阻碍谷氨酸诱导的一氧化氮合成并抑制N-甲基-D-天冬氨酸受体磷酸化，从而减轻神经细胞兴奋性中毒程度［9］。

1.2 对脑卒中亚急性期的影响继发性脑损伤为脑卒中亚急性期开始的标志，通常为缺血后1 ～7 d。由于受损细胞ROS 升高，再灌注损伤通路如神经细胞凋亡和炎症被激活，导致血脑屏障破坏和脑水肿［10］。在再灌注期间，再氧化作用导致炎症细胞中线粒体和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶系统产生更多的ROS，加重脑细胞的损伤。研究［11］表明，低温可减少ROS 的产生，减弱氧化损伤，从而提供神经保护作用。细胞膜破裂、兴奋性中毒和氧化应激可诱导不可逆的细胞损伤甚至神经元坏死或凋亡。有研究［12］证实低温通过抑制细胞凋亡发挥神经保护作用。

炎症在卒中的亚急性和慢性阶段可能是有害的，并且可加剧急性脑损伤。脑损伤导致免疫细胞如小胶质细胞和白细胞活化，可释放各种炎性因子，包括ROS、蛋白酶和促炎细胞因子等。以上炎性介质可进一步激活更多的炎症细胞，导致炎症性反应的恶性循环。研究［13］表明，低温通过抑制星形胶质细胞和小胶质细胞激活以及白细胞浸润来减轻炎症反应。此外，低温还可降低许多炎症介质的水平，包括ROS、RNS、黏附分子、白细胞介素-1β、白细胞介素-6 和肿瘤坏死因子α等促炎性细胞因子。再灌注后，低温可通过抑制基质金属蛋白酶减少血脑屏障破坏［14］。

1.3 对脑卒中慢性期的影响在卒中的慢性阶段（缺血后数周至数月），内源性神经修复占主导地位，导致神经发生、神经元连接、血管生成和胶质细胞生成。实验研究［15］证明了低温对促进缺血后神经发生的有益作用。然而，有关低温在缺血后神经元连接修复中作用的报道较少，但KIM 等［16］发现，低温可增加体外神经突起的生长，并上调大鼠创伤性脑损伤模型中涉及突触组织的基因表达。另外，MTH 可促进局灶性脑缺血中的血管生成，增加从胚胎小鼠脑组织取出的原代培养物中少突胶质细胞前体细胞的数量。因此，MTH 通过缺血后的各种机制发挥神经保护作用［17］。

2 MTH 的诱导方法

2.1 全身降温诱导全身性低温一般通过皮肤表面或静脉降温。因皮肤降温为非侵入性，且不需要特殊设备，在实验和临床环境得到长期应用。临床上常用的降温技术包括酒精擦浴、降温毯、对流气垫、水床垫、冰袋和能量转移皮垫等。皮肤表面降温虽安全，但降温速度有限，并且会激发寒战和代谢产热，反而达不到浅低温治疗的目的。血管内热交换法通过静脉内逆流热交换导管，将冷盐水注入位于下腔静脉内的闭合球囊以降低体温。GROYSMAN 等［18］发现向急性脑卒中患者下腔静脉内的热交换导管灌注冷生理盐水，可成功诱导MTH，并能实现更精确的温度控制。然而，即使拥有抗血栓形成材料涂层的导管，导管周围血栓形成也是该方法不可忽视的潜在并发症。此外，由于需要输注大量冷生理盐水、皮肤血管收缩和强烈的寒战，达到和保持目标体温往往需要一定时间，可能会延误再灌注治疗的时机。

2.2 选择性脑部降温据报道［19］，MTH 引起的神经保护作用取决于大脑温度的降低，且不需要全身性低温，因此选择性脑部降温将是全身性低温有效的替代方案。目前，已经在动物实验中报道了几种用于神经保护的选择性脑部降温的方法［20］，包括在颞肌下放置冷盘管、冰帽、经鼻咽降温、脑脊液置换和经心室降温等。其中，通过动脉导管向同侧颈动脉灌注冷灌注液被认为是在临床环境中实施选择性脑部降温的最有效方法之一。此外，研究［21］显示，该降温策略可在较短的降温持续时间内产生明显神经保护作用，并且仅需将温度降低2 ～3 ℃。

2.3 药理学诱导低温目前，有八类药物制剂/激动剂可诱导MTH，包括大麻素、阿片类药物、瞬时受体电位香草酸亚型1、神经降压素、甲状腺素衍生物、多巴胺、气体如氙和氦以及腺苷衍生物［22］。其中一些药物，如大麻素类药物，不仅可通过低温诱导提供神经保护作用，还可通过药物本身提供的其他药理机制提供神经保护作用，这可能导致药理学诱导低温比单纯药物协同作用的物理降温更有效。此外，药理学诱导低温的另一个优势是对下丘脑体温调节中枢的影响。研究［23］发现，瞬时受体电位香草酸亚型1 受体、神经降压素和甲状腺素衍生物等药物可通过减少降温过程中的代偿性低温反应，对体温调节控制产生影响。研究［24］证明，这种对体温调节的影响可减少降温过程中寒战和血管收缩，从而避免干扰清醒脑卒中患者的降温效果。因此，药理学诱导低温与物理降温相结合，在减少患者不适、加快降温过程和延长可耐受的低温持续时间方面可能是有效的。

2.4 MTH 的时间窗目前，启动MTH 的最佳时间窗仍没有明确定义，但缺血和再灌注的进展为时间依赖性。因此，MTH 治疗亦是时间敏感性的，并且可能根据MTH 启动和持续时间延迟而导致短暂或永久的影响［25］。在局灶性和全身性缺血的动物模型中［26］，缺血发生即刻或期间开始MTH 疗法可明显减少脑组织梗死面积。缺血后启动MTH疗法虽然也可观察到益处，但脑组织梗死面积未达到统计学意义上减少［27］。因此，在脑卒中发作后应尽快启动MTH 疗法，以达到最大的治疗效果。临床上大多数患者无法立即接受MTH，因此，在脑卒中发作后建立时间窗是至关重要的。然而，有关人体MTH 最佳时间窗的临床数据仍然缺乏，未来需要设计合理的临床试验来明确。MTH 的维持应具备连续体温反馈功能的体内或体外降温装置以维持目标温度，并避免温度显著波动［28］。在复温过程中，温度差可导致患者强烈的寒战，增加代谢活动和氧气消耗，进一步加剧局部缺血。因此，复温过程应力求缓慢，避免体温显著波动。

2.5 MTH 的并发症及防治方法在脑卒中患者诱导MTH 可能会导致凝血功能受损、电解质紊乱、酸/碱失调、寒战和恐惧等不良反应［29］。严重的寒战可导致颅内压和耗氧量增加，还可导致脑血管收缩，减少局部脑血流并增加产热。因此，必须在低温治疗期间进行有效的寒战管理。阿片类药物如哌替啶和曲马多被广泛用于控制寒战。哌替啶与丁螺环酮联合应用可有效增加患者对寒战的耐受性。由于皮肤温度下降可上行至下丘脑体温调节中枢，从而导致寒战。因此，在患者皮肤表面应用加温毯可有效抑制寒战。降温过程中可发生血流动力学变化包括心率降低、心房颤动等心律失常，以及平均动脉压和心输出量减少。在MTH 的治疗期间，应监测生命体征。

3 MTH 与其他疗法的结合

3.1 MTH 与静脉溶栓rt-PA 是FDA 批准的唯一用于急性缺血性卒中的治疗药物。然而，仅有不到5%的缺血性中风患者接受rt-PA 溶栓治疗。MTH 可保护神经元免受兴奋性毒性、炎症、自由基和细胞凋亡等损伤，从而可延长静脉溶栓的有效时间窗。低温可降低脑水肿和出血性转化的风险，并改善脑血管再通后缺血性卒中患者的临床疗效。大量临床研究［30-31］已经证实将低温与溶栓相结合的安全性和可行性。即使在溶栓后使用，MTH 对急性缺血性卒中患者也是安全的。另外，低温可通过抑制缺血后基质金属蛋白酶的活性来减少出血性并发症。

3.2 MTH 与去骨瓣减压术大约3% ～10%的严重幕上缺血性卒中患者会发生脑疝和脑干压迫［32］。保守治疗将相关死亡率降低至约80%；然而，通过去骨瓣减压术可将死亡率降低至5%～27%［33］，采用MTH 治疗的严重脑梗死患者的死亡率可降低至45%。一项前瞻性研究［34］比较了单独使用去骨瓣减压术与联合亚低温的有益效果，发现与去骨瓣减压术组相比，联合亚低温组患者的功能预后具有明显改善的趋势，提示MTH 是一种可行的治疗方案。

3.3 MTH 与神经保护药物低温与神经保护药物联合使用可能更有效。例如，镁和替拉扎特可增强低温的神经保护作用，从而对抗兴奋性氨基酸和氧自由基的毒性。众多研究［35-36］已经明确了镁、替拉扎特和低温联合治疗的可行性，在短暂性全脑缺血实验模型和永久性局灶性脑缺血大鼠模型中，发现镁、替拉扎特和低温联合治疗较单纯MTH 对保护神经元更有效。脑源性神经营养因子与MTH 联合应用同样可改善患者的临床预后［37］。然而，米诺环素或N-乙酰基-天冬氨酰谷氨酸等其他药物联合低温治疗未能显示任何协同效应，可能是与该类药物的上限效应相关［38］。Caffeinol是由咖啡因与乙醇组成的一种混合物，是近年来发现的一种治疗急性缺血性脑卒中的新药物。研究［39］发现，Caffeinol 对急性缺血性脑卒中有脑保护作用，Caffeinol 可减少脑梗死体积、减轻缺血后继发性脑损伤、促进神经功能恢复。Caffeinol 可与依达拉奉、rt-PA 溶栓及MTH 等联合治疗急性缺血性脑卒中，并且联合治疗比单独应用Caffeinol 时神经保护作用更明显。

4 MTH 的临床挑战

大量临床前研究和荟萃分析已经证明了MTH的疗效，但对人体的影响尚未确定。动物模型和人体试验有一定差异，临床上需要克服以下问题：（1）与临床前研究使用的啮齿小动物相比，人体降温达到目标体温耗时长久，可能延迟静脉溶栓时机。（2）与心脏骤停或新生儿的昏迷幸存者不同，典型的脑卒中患者可能因年龄较大难以耐受MTH，并且许多患者常合并糖尿病和心血管疾病。（3）尽管MTH 明确能改善神经功能，但降温可能引起诸多不利的全身反应，如清醒卒中患者的寒战、免疫抑制、肺炎和心血管事件。因此，临床研究的设计都需要考虑以上问题。由于静脉溶栓是急性脑卒中患者的标准治疗方法，如何将静脉溶栓与降温方案相结合还有待进一步研究。一些临床试验显示MTH 对脑卒中患者具有良好治疗效果，这可为未来临床试验的设计提供有用的指导。2018 版中国急性缺血性脑卒中诊治指南也指出：应进一步研究低温治疗重度缺血性脑卒中的有效性和安全性（Ⅱ级推荐，B 级证据）［40］。

5 总结和展望

诸多研究证明，MTH 可能是最有效的神经保护作用疗法之一。低温可影响细胞死亡通路中几乎所有的代谢、分子和细胞事件，最终促进组织功能保存和修复。MTH 的多方面作用可能是其强大的神经保护作用的原因，无法用单一机制解释它的有益效果。MTH 可显著改善新生儿心脏骤停或缺氧缺血性脑病患者的临床预后，但转化为脑卒中患者的临床应用仍面临众多挑战。如何识别最有可能受益于MTH 的卒中患者，如何在人体内实现有效降温，以及如何预防并发症都要考虑。目前仍没有足够的临床证据支持在脑卒中患者中常规使用MTH 疗法。由于侵入性较小且不需要使用专门设备，药理学诱导低温可作为物理降温的替代方案，值得进一步研究。将药理学诱导低温与物理降温和（或）其他神经保护方法相结合可能达到更佳的神经保护作用。未来需要在实验室中进行全面高质量的转化研究，为临床上更好和更广泛地应用MTH 提供解决方案。