氧化亚氮致神经功能损害研究进展

张 鹏综述，聂时南审校

0 引 言

氧化亚氮(nitrous oxide，N2O)俗称“笑气”，在室温下是一种无色有甜味的气体。1844年美国牙科医师Horace Wells首先将N2O用于临床牙科镇痛，目前N2O已经成为应用最广泛的全身麻醉药物之一[1]。由于吸入N2O可产生欣快感，近几年吸食笑气为乐的人逐年增加。根据全球GDS互联网调查(2014年11月)的数据显示，2014年欧洲N2O吸食的流行率为1%～33%[2]。有报道显示国内外吸食N2O致神经功能障碍的相关病例逐年递增。滥用N2O致神经功能损害在临床上常表现为脊髓亚急性联合变性、周围神经病等神经系统损害，出现妄想等精神症状[3]其发生机制考虑与维生素B12的参与有关。本文将归纳总结最新的N2O中毒致神经损害的文献资料，对其致病机制、临床表现、辅助检查、诊断及治疗作一综述，以期为临床诊治工作提供一定的参考。

1 发病机制

早在1978年Amess等[4]提出并证实滥用N2O产生的并发症与维生素B12(钴胺素)的复杂生物化学反应密切相关。维生素B12是一组相关化合物的总称，在人体内主要以甲基钴胺(MetB12)和腺苷钴胺(AdoB12)两种形式存在。维生素B12可参与DNA合成，与多种神经功能损伤的发生、发展密切相关[5]。N2O可氧化维生素B12上的Ⅰ价钴离子(Co+)使其失去生物活性，进而出现相关神经功能症状。因此，目前N2O暴露导致维生素B12缺乏的原理被广泛用于滥用N2O的临床治疗中。为解释滥用N2O与维生素B12缺乏相关的临床和生化异常之间的关系，研究者们已提出了以下几种机制假说。

1.1 MetB12-MTR机制假说N2O中毒时，辅酶MetB12缺乏，甲硫氨酸合酶(methionine synthase，MTR)的功能障碍直接导致同型半胱氨酸合成甲硫氨酸障碍，同时也阻止了甲基从甲基四氢叶酸转移到同型半胱氨酸的过程，从而抑制四氢叶酸循环的进行。进而导致甲硫氨酸转化腺苷蛋氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)途径的减少，而SAM作为通用的甲基供体，在神经髓鞘碱性蛋白和髓鞘脂质的甲基化中起重要作用。甲硫氨酸或SAM缺乏导致髓鞘甲基化缺陷，髓鞘结构上的变异将直接表现神经功能的障碍。在早期多种动物模型(猴子、猪、果蝠)中补充甲硫氨酸对于N2O暴露造成的脊髓病具有显著作用。这也有效支持MetB12-MTR机制假说。随着更多动物实验中证实在N2O暴露的环境下，MetB12、MTR、SAM及SAM/SAH(腺苷甲硫氨酸与腺苷同型半胱氨酸)呈下降趋势，MetB12-MTR机制逐渐被大多数所接受。Jean-Louis Guéant等的研究中证实MetB12及SAM通过过氧化物酶体增殖物激活受体共激活因子-1(PGC-1alpha)的甲基化/乙酰化失衡和脱乙酰基酶(SIRT1)表达降低，影响心肌和肝中能量代谢和脂肪酸β-氧化的表观基因组失调。除辅酶MetB12缺乏直接影响机体外，MetB12还通过内部核糖体进入位点(IRES)影响MTR的表达，并下调多重耐药性1基因(MDR-1)的表达，显著降低组织对细胞毒的抵抗力[6]。Ghemrawi等[7]证实维生素B12对N1E115多巴胺能分泌细胞的内质网应激具有强烈的调节作用，维生素B12利用率的降低也会通过降低SIRT1表达使热休克因子蛋白1乙酰化程度更高，从而导致不可逆的内质网应激，添加MetB12抑制细胞内的内质网应激刺激。以上证实维生素B12可通过多种机制影响机体，也为MetB12-MTR机制提供了有力的支持。

1.2 AdoB12-MMCoAM机制假说AdoB12-MMCoAM机制主要作用于丙酸分解代谢中。在人体内丙酸可转化为丙酰辅酶A(acetyl-CoA)，然后通过丙酰辅酶A羧化酶(Propionyl-CoA carboxylase)转化为甲基丙二酰辅酶A(Methylmalonyl Coenzyme A)，甲基丙二酸辅酶A在L-甲基丙辅酶A变位酶(L-methylmalonyl-CoenzymeA mutase，MMCOAM)作用下转化为琥珀酰辅酶A(succinyl-coenzyme A)而参与三羧酸循环。而5′-脱氧腺苷钴胺素(5′-deoxyadenosylcobalamin，AdoB12)是MMCoAM发挥生物活性的重要因素。所以AdoB12-MMCOAM通路的功能障碍往往导致丙酰辅酶A和甲基丙二酰辅酶A不断在细胞中积聚。这不仅抑制三羧酸循环的进行也反过来造成异常脂肪酸的形成[8]。丙酰辅酶A的积累会增加奇数链脂肪酸的量，甲基丙二酰辅酶A积累则导致支链脂肪酸的增加。维生素B12和滥用N2O的患者均出现血液及尿液中甲基丙二酸水平升高也证实AdoB12-MMCoAM机制假说[9-10]。一些早期文献表明甲基丙二酰辅酶A对正常脂肪酸合成有一定的抑制作用及丙二酰辅酶A导致单链脂肪酸合成增加，而正常脂肪酸的减少和异常脂肪酸积累都被认为可能破坏神经元髓鞘的完整性。在果蝠模型中虽然MMCOAM的活性降低，同时血清和尿液中甲基丙二酸的含量增加，但是脑和脊髓中奇数链或支链脂肪酸的分布并无显著差异。在AdoB12合成障碍或MMCoAM酶遗传缺陷的甲基丙二酸血症患者中存在血清和尿中甲基丙二酸显著升高，并发展为肌张力降低和智力低下，但是从未出现神经亚急性变性的症状。所以AdoB12-MMCoAM机制假说逐渐不再提及。

1.3 细胞因子与生长因子机制这是一个关于维生素B12缺乏性脊髓病的较新发病机制理论。这一理论基于维生素B12产生的细胞因子和生长因子的调节作用，而独立于维生素B12辅酶功能之外。Veber等[11]利用全胃切除的大鼠建立了一个神经亚急性联合变性模型，通过该动物模型证明维生素B12缺乏导致脑脊液中肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)和可溶性CD40:sCD40配体两种髓鞘毒性细胞因子、神经生长因子水平升高，同时维生素B12也造成促髓鞘细胞因子、IL-6、促髓鞘生长因子以及表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)水平降低。通过不断研究证明细胞因子和生长因子机制也是N2O滥用造成神经并发症发病机制的重要组成部分。在Scalabrino等[12]研究中，维生素B12和EGF可增加大鼠脊髓和其他部位正常朊蛋白(PrPC)合成和PrPC水平。当维生素B12缺乏时造成大鼠脊髓和脑脊液中PrPC水平升高，也降低了大鼠脊髓PrPC mRNA水平。而抗八肽重复性PrPC区域抗体(Abs)的使用不仅预防性阻止PRPC的升高，也阻止了大鼠脊髓损伤和TNF的升高。证实维生素B12和PrPC、细胞因子、生长因子之间的密切关系。

1.4 其他机制Misra等[13]通过将成年Wistar雄性大鼠以1∶1的比例暴露于N2O氧气混合物60 d，结果中与对照组相比，N2O暴露组的血清高半胱氨酸，谷氨酸和血清丙二醛水平显着升高，但是血浆谷胱甘肽和总抗氧化剂能力水平降低。发现与大脑皮层相比，脊髓中星形胶质细胞的表型和活化发生改变，活性氧水平升高[14]，表明N2O暴露引起的临床功能障碍可能与星形胶质细胞活性改变、谷氨酸神经毒性和氧化应激有关，同时N2O产生活性氧，也会导致多组织发生DNA损伤[14]。虽然一项Meta分析指出暴露个体的淋巴细胞胞质阻滞微核试验(CBMN)，反映出暴露个体具有DNA损伤增加的证据[15]。在Saito等[16]研究通过新生大鼠模型得到长期大剂量N2O暴露会增加大鼠齿状回中异位颗粒细胞的比例结果，这也证实N2O的神经毒性作用。因此，星形胶质细胞活性改变及DNA损伤可能是N2O致神经功能损伤的潜在机制。

2 中毒剂量

在娱乐场所中N2O通常以小型加压滤筒(8 g/支)的形式存在，俗称“whippit”。在标准温度和压力的下可向外界释放出8升N2O气体。对于N2O导致的急性损伤如口腔冻伤、窒息、甚至死亡往往与剂量无直接关系。而滥用N2O造成的神经损伤等并发症则与N2O的暴露量存在一定关系。Oussalah等[9]研究发现，在N2O滥用的病例报道中，患者N2O的暴露量从8～85 g不等。但是当N2O暴露量>54.02 g，出现神经系统损害的风险将显著增加。此外N2O暴露后出现并发症的患者个体差异性较大。Gürsoy等[17]研究报道了一位58岁女性接受常规N2O麻醉(剂量未知)60 min，6周内患者出现步态不稳、手脚麻木刺痛等症状。通过实验室检查和影像学结果诊断为N2O中毒致脊髓亚急性神经变性及周围神经病。该病例表明，即使相对较短的N2O暴露也可能导致患者出现神经并发症。这可能与患者体内维生素B12储备不足有关，萎缩性胃炎、回肠切除等继发胃肠道疾病致吸收不良和基础血清维生素B12低的患者在N2O中毒往往更易出现神经系统并发症。

3 临床表现

3.1 症状N2O急性中毒后往往出现口腔黏膜冻伤、窒息及血压下降，甚至危及生命。N2O慢性中毒的临床表现常常因累及系统的不同而表现各异。累及中枢及周围神经系统时出现脊髓损伤(脊髓亚急性联合变性)、周围神经损伤(多发性神经病)、小脑共济失调等症状，首发症状常以神经症状为主，最初出现神经症状包括感觉异常、本体感觉和振动觉减弱，随后可能出现运动无力。感觉异常通常从足部开始，同时伴随不同程度的共济失调扩散。儿童的典型神经症状是脊髓后柱感觉障碍伴随肌肉无力，下肢往往受累更大，肌腱反射减弱，上下肢反射分离。Gürsoy等[17]报道的3例病例均出现周围神经功能损伤，而自主神经功能损伤、记忆力、智力或行为障碍等症状则并未出现。累及自主神经系统时常出现性功能障碍、括约肌功能障碍等症状，在王云云等[18]报道的10例N2O慢性中毒患者的回顾性分析中出现4例以排尿障碍为主要表现的自主神经功能障碍。累及精神方面时则容易出现不同程度的记忆力及智力减退、认知障碍、抑郁、躁狂及严重出现伴幻听幻视的偏执型精神病，严重者出现癫痫发作。一项有关N2O中毒的Meta分析中所有患者都出现肌肉无力及随后出现的步态障碍(54.1%伴随神经影像学改变)，青少年组常见症状为麻木、肌肉无力和共济失调，很少出现不自主运动、排尿困难、便秘和认知障碍。成人组和青年组相比更易出现认知障碍[19]。这可能与N-甲基-天冬氨酸受体拮抗剂毒性和相关细胞死亡有关。N2O中毒导致的步态障碍是由感觉输入丧失造成的，所有轻度形式的步态障碍是可通过肌肉力量补偿的，临床上需要注意往往会漏诊。

此外，N2O慢性中毒也可累及血液系统，当血液系统受累时往往出现巨幼红细胞性贫血、血小板减少症状及粒细胞减少症，甚至全血细胞减少。其机制可能与N2O抑制甲硫氨酸合成酶活性、干扰细胞内部DNA及叶酸的合成。同时，N2O也可累及其他系统器官致其受损，出现肾功能不全、蛋白尿、视力下降、黄斑变性和扩张性心脏病等。极少数N2O中毒患者出现手指皮肤色素沉着，据报道色素沉着与维生素B12缺乏造成的谷胱甘肽降低密切相关[20]。

3.2 体征患者可出现四肢深、浅感觉异常(以下肢远端对称性感觉异常为主)，四肢肌力减退(远端较为明显)，深部腱反射亢进、双侧跟-膝-胫实验欠稳准，Romberg征(闭目难立征)阳性，Lhermitte征(前核间型眼肌麻痹综合征)阳性，Babinski征(巴氏征)阳性。临床上患者体征不尽相同，进行性加重的四肢感觉及运动异常往往是最明显的体征，具体表现为行走困难、跌倒和难以维持平衡。部分患者也出现肠道或膀胱功能障碍和性功能障碍等少见体征。

3.3 辅助检查

3.3.1 MRI检查典型脊髓病变在T2加权MRI上具有对称高信号强度，往往累计三个以上颈胸脊髓节段，脊髓后索损伤较大。部分患者在脊髓侧索和弥散加权成像下的后索也同样出现对称高信号。极少患者出现纵向广泛性脊髓损伤表现为倒置“V”或“反兔耳”征[21]。在一项Meta分析中75例具有神经症状的患者中，51例(68%)例患者脊髓MRI中出现T2高强度信号[9]。

3.3.2 神经电生理检查N2O中毒引起神经病通常被认为是一种长度依赖性的轴突型神经病变，其特点主要表现复合运动和感觉神经动作电位的远端潜伏期和F波潜伏期延长，传导速度减慢，电位波幅降低。尤其是下肢复合动作电位显著变化较为常见。一项研究中32例(97%)患者至少有一条感觉或运动神经电位出现异常，其中腓神经和胫神经复合动作电位平均波幅分别降至81%和76%[22]。

3.3.3 实验室检查N2O中毒的典型血清学指标是维生素B12及甲硫氨酸水平下降、同型半胱氨酸和甲基丙二酸水平上升。目前的荟萃分析中75%N2O中毒患者出现低水平维生素B12(<150 pmol/L)状态，但正常水平维生素B12水平并不能排除维生素B12失活的可能。同时90%以上N2O中毒患者高水平的同型半胱氨酸(>15 μmoL)和甲基丙二酸(>0.4 μmoL)也可证明维生素B12的缺乏状态[9]。其中同型半胱氨酸水平的下降对N2O中毒更具有诊断意义。由于维生素B12的缺乏，N2O中毒患者往往同时出现巨幼红细胞性贫血的可能。一项Meta分析中100例N2O中毒患者平均红细胞体积(MCV)正常的比例为41.8%，其中男性为55.8%,女性为52.4%[9]。患者的平均细胞体积大小由于吸食N2O剂量、时间等多种因素常常在临床诊断中可正常或增大；脑脊液蛋白、白细胞可轻度升高，也可完全正常。

4 诊断及鉴别诊断

既往N2O接触史，临床症状及体征出现神经损伤，血清学上高同型半胱氨酸及甲基丙二酸水平，低水平维生素B12和维生素B12吸收实验(Schilling实验)阳性，典型MRI表现，可帮助诊断[23]。鉴别诊断：①营养性疾病，如铜缺乏性脊髓病、胃肠道疾病、营养不良等，铜缺乏性脊髓病可伴贫血和粒细胞减少，症状和影像学特征与亚急性脊髓损伤类似，可通过血清铜及铜蓝蛋白水平检测相鉴别。胃肠道疾病应注意维生素B12及内因子水平的检测加以鉴别。②脱髓鞘病变，如多发性硬化，多见女性发病，主要症状为肢体深感觉障碍和进行性痉挛性截瘫，应通过脑脊液中寡克隆IgG区阳性加以鉴别，同时多发性硬化临床症状分布无对称性，病情迁延不愈反复发作，激素治疗有效。

5 治疗及预后

5.1 治疗N2O中毒患者的治疗目前尚无标准标准化方案，其治疗目的主要是停止N2O接触并摄入维生素B12。普遍使用的一种方案是肌肉或静脉注射维生素B121000 μg，持续5 d，然后间断使用直至神经症状消失。另一种方案是口服1000～2000 μg的维生素B12，持续1～2周，然后每日500 μg，持续服用3个月[24]。有报道口服甲硫氨酸、叶酸与高压氧治疗可作为辅助治疗的药物或方法。对于维生素B12治疗效果不佳的患者血浆置换后再行补充维生素B12可能具有一定作用。

5.2 预后N2O中毒患者预后取决于脊髓损害程度，由于脊髓损伤与N2O吸入量或持续时间之间无明确的关系，大量或长时间吸入N2O患者的治疗效果和预后往往呈现明显的个体差异。如果出现感觉异常、Romberg征和Babinski征阳性往往提升预后不良，Johnson等[25]报道的1例21岁诊断为N2O中毒致脊髓亚急性损伤及周围神经病的女性病例，该病例出现典型下肢感觉异常、步态共济失调等临床症状及体征，患者确诊后每日肌注1000 μg维生素B12持续1个月，随后2个月每周给药1次。3个月后复查中患者已经能够在器械的辅助下独立活动，但下肢仍有轻度本体感觉障碍及远端无力。而年龄较小、MRI提示病灶较小、无贫血或MCV<100 fL往往提示预后良好，一项临床病例研究中，约50% N2O中毒患者在MRI上呈现影像学异常，治疗4个月后完全消失，同时临床症状明显缓解。表现较少的脊髓损伤、贫血和早期治疗是预后良好的重要影响因素[26]。对于N2O中毒后出现认知功能障碍等意识状态改变，高压氧辅助治疗后可有效缓解临床症状[27]。

6 结 语

对于首诊医师来说，滥用N2O患者由于N2O的特殊性往往选择隐瞒或拒绝承认N2O吸食史。尤其面对出现感觉异常和肢体肌力下降、共济失调的年轻病人时，除典型临床症状和体征的鉴别外，进行脊髓MRI检查和同型半胱氨酸等典型实验室指标检测是十分必要的。N2O中毒患者确诊后首先要做到尽早脱离有毒物质，早期治疗，早期功能锻炼，避免神经系统出现不可逆损伤。