创伤性脊髓损伤机制研究及治疗进展课件

创伤性脊髓损伤机制研究及治疗 进展 钟涛 2005.4.20 BACKGROUND 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 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：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75%的胸段脊 髓损伤为A型 32%的颈段脊髓损伤和65%的L1-L5 腰 段脊髓损伤为D型 8%的脊髓损伤（各节段）为B型 创伤性脊髓损伤机制的研究 （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 随着分子生物学特别是基因学技术的不断 发展,许多实验室利用免疫组化法、原位杂 交技术、PCR 技术和基因芯片等技术方法 已经证实,在急性脊髓损伤后,有多个基因家 族的近200 个基因的表达和调控发生变化。 相关基因 细胞凋亡相关基因 1 bcl-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 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。 4 NGFI-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( hot shock protein ,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 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 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( HBO)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 1 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 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(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： 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 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： 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 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 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 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 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