创伤性脊髓损伤机制研究及治疗进展

创伤性脊髓损伤机制研究及治疗创伤性脊髓损伤机制研究及治疗进展进展钟涛钟涛2005.4.20 BACKGROUND 创伤性脊髓损伤创伤性脊髓损伤（traumatic spinal cord injury）原因：（Americans yearly）1.枪伤等暴力事件-26%2.交通事故-38%3.体育事故-7%4.高空坠落-22%5.其它脊髓损伤分型脊髓损伤分型美国脊髓损伤协会（American Spinal Cord Injury Association ASIA）根据神经功能丧失程度分为4型：A型：型：损伤节段以下感觉和运动功能完全丧失B型：有感觉但无运动功能C型：有运动但肌力3级D型：肌力3级统计50%的颈段脊髓损伤和的颈段脊髓损伤和75%的胸段脊髓的胸段脊髓损伤为损伤为A型型32%的颈段脊髓损伤和的颈段脊髓损伤和65%的的L1-L5 腰腰段脊髓损伤为段脊髓损伤为D型型8%的脊髓损伤（各节段）为的脊髓损伤（各节段）为B型型创伤性脊髓损伤机制的研究创伤性脊髓损伤机制的研究（动物实验）动物实验）机械损伤，主要为剪切力和扭力作用造成轴索离断。供血血管断裂及周围血管自动调节功能的丧失，导致脊髓缺血、缺氧，及再灌注损伤。谷氨酸盐等神经毒性物质胞膜破裂后产生的自由基细胞延迟性死亡（促凋亡）损伤早期及随后的炎性反应急性脊髓损伤与基因表达急性脊髓损伤与基因表达随着分子生物学特别是基因学技术的不断随着分子生物学特别是基因学技术的不断发展发展,许多实验室利用免疫组化法、原位杂交许多实验室利用免疫组化法、原位杂交技术、技术、PCR 技术和基因芯片等技术方法已经技术和基因芯片等技术方法已经证实证实,在急性脊髓损伤后在急性脊髓损伤后,有多个基因家族的近有多个基因家族的近200 个基因的表达和调控发生变化。个基因的表达和调控发生变化。相关基因相关基因细胞凋亡相关基因细胞凋亡相关基因 1bcl-2(B-cell lymphoma/leukemia-2,B 细胞淋巴瘤/白血病基因家族-2,也称bcl-2 基因家族,细胞凋亡相关基因族)，bcl-2 是通过阻断细胞凋亡信号传递系统的最后通路抑制细胞凋亡。2 Bax 表达上调启动细胞凋亡程序，文献报道,在急性脊髓损伤后,脊髓损伤区内bcl-2 及bcl-XI 表达明显地下调,且bcl-2/Bax 及bcl-XI/Bax 蛋白比值降低。3 p53 基因,中枢神经系统损伤后，p53-mRNA 及p53 蛋白主要存在于损伤区域灰质前角的神经元和神经胶质内以及白质外侧索的神经胶质内。p53蛋白的堆积,促进神经细胞的凋亡 4 Caspases(半胱氨酸蛋白酶基因家族),脊髓损伤后Caspases-1、3 的表达迅速上调数倍,且上调的时相与细胞发生凋亡的时间一致。5 Calpain(钙激活中性蛋白酶),在脊髓损伤后14 h 开始其表达上调,2448 h 达高峰。其表达主要位于损伤灶及其邻区脊髓的星形胶质细胞中。6 与神经元凋亡有关的其他基因：Fas 和FasL:Fas 是TNF 的受体,而FasL 是该受体的配体,是TNF 家族的细胞表面分子。在伤害性刺激作用下,Fas 和FasL 表达上调，触发细胞凋亡。c-myc 和B-myc:是原癌基因myc 家族的成员,其表达产物myc 蛋白可以调节细胞的生长、分化和增殖。c-jun 和c-fos:是即早基因,也属于原癌基因,是调节细胞增殖、生长、发育和分化的基因。研究表明,脊髓损伤和/或神经元凋亡时,常常伴有此二基因表达的上调。CD95-L(CD95 编码基因标记物):在兴奋性神经毒性急性损伤后2 周,CD95-L 的表达上调约3 倍,但是从第3 周开始则下调。NAIP 和IAP:NAIP 和IAP 为凋亡抑制基因,抑制由Caspases 引起的细胞凋亡。在脊髓损伤后IAP 家庭成员XIAP,cIAP-1,和cIAP-2 表达上调,其中XIAP 表达上调出现在Caspases 表达下降的阶段,而cIAP-1 和cIAP-2 在脊髓损伤早期阶段呈持续的高表达。转录因子和即早基因转录因子和即早基因 1 NF-kB 和AP-1 NF-kB 即胞核因子kB,也称转录因子kB，AP-1 即激活物蛋白1，在脊髓损伤后,NF-kB 和AP-1的表达上调。2 c-fos、Fra-1 和P-jun-B 在脊髓损伤后,c-fos、Fra-1 和P-jun-B 的表达上调,也可以激活炎症前反应因子和/或炎症前反应基因的表达。3 NGFI-A(nerve growth factor2induced gene A)即神经生长因子诱导性基因A。脊髓损伤后,它们的表达上调。4NGFI-B 即神经生长因子诱导性基因B。在脊髓损伤后,NGFI-B 表达的上调可以使酪氨酸羟化酶的表达上调,这在一定的程度上,有助于神经元的保护作用。5 Silencer factor-B(沉默子因子B)属于转录因子。在脊髓损伤后Silencer factor-B 表达上调可以导致谷胱甘肽的降解。6 IRF-1(干扰素调节因子1)它通过调节炎性过程和凋亡,影响缺血引起的神经元损伤。脊髓损伤后,该基因表达上调可能对受损神经元具有保护作用。7 即早基因c-jun 和c-fos c-jun 和c-fos 基因表达物可以形成二聚体复合物，这种复合物就是转录因子AP-1(activa-tor protein 1)，脊髓损伤的早期c-jun 表达的上调,几乎与神经组织早期的溃变同步，脊髓损伤15 d 后,是c-jun 基因表达的第二个高峰,这可能提示该基因与神经元的修复再生有一定的关系。HSP 基因基因(hot shock protein,热休克蛋白热休克蛋白)该基因家族包括HSP70、HSP60、HSP90 和低分子量HSP4 个亚族。HSP70 和HSP32 在脊髓损伤后表达上调，它们充当了分子伴侣的角色,提高了细胞存活的能力。与炎症有关的基因与炎症有关的基因 1 白细胞介素(IL)是一个庞大的细胞因子家族,其中IL-1、6 是炎症相关的细胞因子,IL-1 包括IL-1和IL-1。IL-1和IL-1及其表达产物在脊髓损伤后增高,损伤后24 h高峰。2 腱生蛋白(tenascins,肌腱蛋白)，在脊髓损伤后tenascin-C、X、R 和/J1 的表达均上调,并以其特殊的表达方式参与创伤性炎性过程,可能与神经组织的再生和修复有关。3 趋化因子家族(chemokine family)，趋化因子家族(细胞活素)成员有选择性表达,在一定的程度上反映出,脊髓损伤后白细胞重复循环的一种炎症过程。4 氮氧化物合酶(Nitric oxide synthas,NOS,一氧化氮合酶)，NOS 主要有三型:nNOS、iNOS 和eNOS，。脊髓损伤后早期,iNOS 及表达产物增加,由iNOS 诱导产生的NO 通过细胞凋亡的方式,在消除脊髓损伤灶内的损伤细胞过程中,担任一个重要的角色,同时在继发性脊髓损害过程中,也起着重要的作用。5 细胞色素c 氧化酶基因族(Cox)和OX-42 和OX-6 等这些基因在脊髓损伤后均上调。有关治疗的一些实验研究（动物实验）目前的实验研究主要集中在干预损伤发生后几小时或几天内的病生理级联反应，缺血、缺氧、基因表达改变、炎性反应、细胞坏死及凋亡等过程。目前的实验研究结果大多是在啮齿类动物身上进行的，有实验证实大鼠的脊髓在损伤后有相当的自我恢复功能，这一点已引起很多研究者的重视。1 某些影响离子通道的药物。主要为钙离子通道阻滞剂2 谷氨酸受体拮抗剂和NMDA（N-甲基-D-天冬氨酸）受体抑制剂（美沙酮、氯胺酮、MK-801等)，AMPA（-氨基羟甲基恶唑丙酸）受体拮抗剂3 抗氧化剂和膜稳定剂，褪黑激素(melatonin)、慢心律(mexiletine)、4 CASPASE(半胱氨酸蛋白酶)抑制剂影响凋亡5 神经营养因子，诸如脑源性神经因子（brain-derived neurotrophic factor BDNF）促再生6 一氧化氮合酶抑制剂-亚硝基左旋精氨酸甲酯(L-NAME)减少细胞死亡7一些影响炎症进程的细胞因子和影响血脑屏障功能的蛋白水解酶的抑制剂，例如基质金属蛋白9（matrix metalloproteinase-9）和美满霉素（minocycline）8 对小胶质细胞和巨噬细胞活化的调节剂，影响神经脱髓鞘作用和相关炎性机制临床治疗临床治疗手术治疗 复位和减压 脊柱内固定 手术移植-促进损伤脊髓再生修复，包括神经细胞移植、周围神经组织移植和胚胎中枢神经组织移植。移植方法多数沿用脑内移植的技术,即采用细胞混悬液立体定向注射法,或胚胎组织块直接埋入法，研究中。高压氧高压氧(HBO)治疗治疗 许多实验研究表明,ASCI 的特征性病理变化为脊髓缺血、缺氧。应用HBO 治疗可阻止或减轻脊髓损伤的病理变化,有利于脊髓功能恢复。国内学者总结以上基础实验及临床治疗经验后提出了HBO对外伤性SCI 治疗的原则:治疗时机愈早愈好,以伤后6h 内为治疗黄金时机;压强一般限于2ATA;一般以每次2h 为安全有效时限;疗程一般以每日2 次或3 次为宜。实际操作中的问题：1 SCI的治疗窗较短，许多治疗措施均须 尽早进行，HBO将影响其它治疗。2 HBO 治疗的转运过程中可能出现二次 脊髓损伤。药物治疗药物治疗 1 激素的应用激素的应用 甲基强的松龙(methyprednisolone,MP)是一种合成的中效糖皮质激素。唯一被美国联邦食品药品管理局(Food Drug Administration,FDA)批准的治疗SCI 药物。美国1979、1985 年二次全国急性脊髓损伤研究(Natonal acute spinal cord injury study,NASCIS)表明,在SCI 早期(伤后8h 内)给予大剂量MP(30mg/kg,iv,之后5.4mg/kg/h,iv,23h)能明显改善SCI 患者的运动、感觉功能。第三次NASCIS(1997)研究则证明SCI 后3h 内用MP 者宜使用24h,3-8h 内给MP 者宜持续使用48h，现在美国已将MP 做为急性脊髓损伤的常规治疗,患者至急诊室即开始用药。但国内的情况与国外有所不同，一方面,伤者入院大多在8 h 以后,失去用MP 的机会;另一方面,伤者的经济情况等限制了MP 的应用。在者,激素冲击治疗的副作用不容忽视。MP血浆半衰期为2.5h,生物半衰期为12-36h,经肝脏代谢,其产物以葡萄糖醛酸盐、硫酸盐、非结合型化合物形式自尿中排出。经肝脏代谢后的游离类固醇可通过血脑屏障。作用机制作用机制抑制炎症反应减轻水肿抑制血管活性、前列腺素活性,增加脊髓血流量抑制氧自由基及脂质过氧化反应,稳定细胞膜和溶酶体膜逆转细胞内Ca2+聚集增加Na+-K+依赖式ATP 酶的活性,增大静息电位和脊髓运动纤维的兴奋性,促进脊髓冲动的产生和传导 2 神经节苷酯神经节苷酯 神经节苷酯(gan-glioside,Gg)是广泛存在于哺乳类动物细胞膜上含糖酯的唾液酸,在中枢神经系统内含量特别高。目前从哺乳类动物细胞膜上提取的Gg 有70 余种,主要用于脊髓损伤治疗的大多是GM1。1996年我国引进了GM1，广泛应用于治疗中枢神经病变。当时的GM1是由巴西Trb Pharma药厂生产、从牛脑提取。为了杜绝疯牛症的潜在危险，1999年重新申请并获准进口阿根廷Trb Pharma药厂生产、从猪脑提取GM1，商品名为施捷因。推荐剂量：急性期每日100mg，2-3周后改为每日20-40mg，维持6周。病情严重者可适当增加剂量及延长疗程。可能作用机制：可能作用机制：稳定细胞膜结构和功能 降低兴奋性氨基酸的神经毒性 抑制一氧化氮合成酶,减少过量一氧化氮的生成 调节神经生长因子(NGF），为其发挥作用提供良好的环境,并可能与NGF 结合或直接作用于细胞膜,使其发挥更强的作用,促进神经再生和恢复 3 细胞生长因子细胞生长因子 NGF是神经营养因子(neurotrophic factor,NTF)家庭中成员之一。其通过与高亲和力受体trk A 结合而被启动。碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growthfactor,bFGF):bFGF 在机体胚胎发育,血管形成,创伤愈合及神经系统生长发育中具有重要作用,可促进SCI 后脊髓再生。可能作用机制：可能作用机制：促进轴突生长 保护断端神经细胞和后根节细胞 抑制脂质过氧化反应保护伤髓 减轻伤髓水肿,抑制钙离子水平上升及镁离子下降,减轻出血、坏死商品“金路捷”注射用鼠神经生长因子“恩经复”注射用神经生长因子冻干粉针剂 4 钙离子通道阻滞剂钙离子通道阻滞剂急性SCI 后受损部位脊髓组织内Ca2+含量明显增加,而细胞外Ca2+在伤后25min 呈现明显而持续的降低。钙通道阻断剂作用于微循环血管系统,减轻损伤介导的血管痉挛,改善损伤后脊髓血流。有人使用尼莫地平0.05mg/Kg,为减少其对循环的影响，联用血管收缩药物，使血压维持在13-16kPa左右。5 抗氧化剂抗氧化剂 维生素C:VitC 兼有抗炎及抗氧化作用,其分子量较小能直接进入细胞内,直接或间接清除氧自由基,阻断脂质过氧化反应,VitC 还能通过恢复VitE 的活性发挥抗氧化作用。6 阿片受体拮抗剂阿片受体拮抗剂SCI 后受损脊髓组织局部释放内源性鸦片肽强啡肽通过K 亚型脂质受体导致微循环血流量减少,加重SCI 后脊髓的继发性损伤。内源性鸦片拮抗剂有纳络酮、甲状腺激素释放激素(TRH),能增加脊髓血流量,升高血压,维持离子平衡,减少脊髓组织出血坏死从而实现其保护神经作用。7 其它-七叶皂甙钠-七叶皂甙钠能改善损伤脊髓的组织中淋巴循环和血液循环,逆转电解质紊乱及失调,抑制炎症反应,减少氧自由基和脂质过氧化的作用,保护脊髓神经细胞的亚微结构,促进神经功能恢复。促红细胞生成素(EPO)促红细胞生成素在脊髓缺血性损伤及再灌注损伤中,能够通过血-脊髓屏障,抑制细胞凋亡,抑制氨基酸兴奋毒性,抑制炎症,改善神经功能。对并发症的治疗对并发症的治疗1低钠血症 低钠血症是脊柱脊髓损伤患者尤其是高位颈脊髓损伤患者早期常见的并发症。其发生率为45 100。发生机制尚不完全清楚，一般认为属中枢性低钠血症范畴，中枢性低钠血症是尿稀释功能受损后表现为逐渐加重的低血钠和高尿钠表现，包括脑性耗盐综合征（cerebral salt wasting syndrome,CSWS）和抗利尿激素分泌异常综合征（syndrome of inappropriate antidiuretic hormone,SIADH）。治疗：有临床研究证实，脊髓损伤后低钠血症多为 SIADH，因此治疗主要针对SIADH进行，SIADH是指中枢神经系统受损后刺激下丘脑-神经垂体轴兴奋，引起抗利尿激素（ADH）过 度释放，水潴留，导致高血容量低钠血症。SIADH的治疗主要是限制液体入量，限水同时适当补钠，补钠时严密监测血钠变化，因为SIADH引起低钠时使细胞内钠外移，神经细胞水肿，当大量快速补钠时，神经细胞内的钠离子不能很快恢复，引起神经细胞脱水甚至神经鞘断裂，出现脱髓鞘改变。2 高钙血症研究表明：SCI后高钙血症的发生率达10 23，尤以青少年和年轻男性多见。机制：1.SCI后骨代谢是以破骨细胞骨吸收增强为主。2.SCI后肌肉收缩对骨的应力作用消失，神经对骨的营养作用消失。3.钙调节激素的变化引起骨吸收增强。对机体的影响：1.高钙血症可使心律不齐，窦性停搏和房室传导阻滞，心电图可表现Q-T间期缩短，ST段下降。2.肾钙沉着，钙在集合管和袢升支沉着，从而减少肾脏浓缩能力，导致脱水、肾血流量降低，肾小球滤过率降低，从而使肾小管对钠钙的吸收增多。甚至可能发展为肾衰。3.头痛、肌痛、口渴、多尿、或有意识模糊、昏睡等全身症状。治疗：1.vit C可增加泌尿系统草酸盐浓集和草酸钙结石的发病率。噻嗪类利尿剂可能升高血钙，应避免使用。2.水化治疗，通过补液恢复有效血容量，纠正肾前性氮质血症，同时减少其它药物对肾脏的毒性，加快血钙从尿中排出。3.降钙素+甲强，降钙素+依替磷酸钠，或单用二磷酸盐类药物（依替磷酸钠、帕屈磷酸二钠等）3胃肠道功能障碍 脊髓损伤对肠道神经系统的影响可使肠蠕动、肛门括约肌功能及肛门反射、直肠感觉、排便协调性等发生改变,因而脊髓损伤患者神经原性肠道功能障碍(neu rogen ic bow el dysfunct ion)发生率较高,出现便秘、腹胀、大便失禁、排便耗时延长、饮食受限等一系列问题。其确切的发病机制至今尚未完全清楚,可能与交感神经过度兴奋有关。脊髓损伤后,由于骶髓的副交感神经排便中枢与高级中枢的联系中断,排便活动(包括运动和感觉)失去大脑控制,交感、副交感神经系统之间的平衡被破坏,引起肛门直肠功能障碍,部分患者肛门括约肌张力增高,引起排便和排气障碍;另一方面,交感神经功能相对增强甚至亢进,加重自主神经系统活动失衡,从而导致胃肠道功能障碍，甚至出现麻痹性肠梗阻。麻痹性肠梗阻处理：积极处理引起和加重麻痹性肠梗阻疾病;降低肠管扩张程度;恢复和促进胃肠蠕动功能;合理应用抗生素;采用全胃肠外营养。对保守治疗不满意,不能排除机械性梗阻或穿孔的患者,可行胃、空肠造口术进行肠减压和空肠营养;无急诊剖腹探查指征时,可经结肠镜减压。结肠镜减压是最常用的有效治疗,初次成功率为73%91%。如果上述治疗失败,盲肠、结肠仍然明显扩张,可采用盲肠或结肠造口减压术。4.其它 急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、全身性炎症反应综合征(SIRS)、多器官功能障碍综合征(MODS)、应激性溃疡。OVER 谢谢！