高压氧预适应及其在颅脑损伤中的应用

（一）预适应概述

预适应（Preconditioning）作为一种内源性保护现象，是指预先给予某种因素刺激，激发机体的内源性保护机制，使机体产生对其后遇到的损伤性刺激的耐受性，从而减轻损伤性刺激的危害。实际上在生物界这种现象比较常见，例如临床上不规范使用抗生素很容易使细菌产生耐药性，机体感染许多病毒后会产生对该病毒的免疫力等。

在医学上研究预适应现象起于1986年，Murry等发现，反复短暂的缺血发作后，心肌在以后的持续性缺血中能够得到保护，心肌梗死面积明显减小。作者据此提出了缺血预适应（ischemic preconditioning，IP）的概念，随后缺血预适应成为研究热点之一。后来的研究陆续发现骨骼肌、脊髓、肺、肝、肾、胃、小肠等其他众多器官同样存在有缺血预适应现象，1990年，Kitagama等在沙土鼠前脑缺血模型中首次观察到脑的缺血预适应现象。目前针对心肌的缺血预适应研究最为广泛，其机制也得到了进一步阐明，已经发现了比较经典的信号转导途径，即大致分为3个过程：触发阶段、中介转导阶段和效应阶段。大量研究表明缺血预适应的保护作用主要由腺苷、一氧化氮（NO）、降钙素基因相关肽、阿片肽、缓激肽和前列腺素等内源性活性物质所触发，它们与G蛋白耦联受体或受体酪氨酸蛋白激酶结合，经过信号转导传递到离子通道或细胞保护蛋白等效应蛋白而产生生物效应。例如与G蛋白耦联受体结合可激活磷脂酶C，分解二磷脂酰肌醇生成三磷酸肌醇和二酰基甘油，后者可进一步激活蛋白激酶C引起一系列的生物学效应，如可以使ATP敏感性钾通道开放，增加钾外流，使动作电位时程缩短，减少心律失常的发生率；也可以作用于L型钙通道减少钙内流而减少心肌细胞内钙超负荷，减轻心肌缺血损伤。而与受体酪氨酸蛋白激酶结合则通过进一步对其下游底物进行磷酸化修饰而产生效应。

但是由于缺血预适应临床应用不便，且存在伦理道德问题，限制了其临床推广使用。后来由于大量研究阐明了这种内源性保护过程的具体环节，于是有学者开始利用药物模拟参与预适应作用的介质，用药物替代缺血刺激模拟缺血预适应产生保护作用，称之为药理性预适应（pharmacological preconditioning）。研究表明，硝酸甘油、单磷脂A、腺苷、ATP敏感性钾通道开放药和吗啡等都能够产生跟缺血预适应相同的作用。然而由于药物的不良反应以及毒性反应，限制了药理性预适应在临床安全可靠地应用。而高压氧作为一种刺激因素由于应用方便、不存在伦理问题以及不良反应少，近年来也被作为一种预处理因素用于预适应的研究。

（二）高压氧预适应及其机制

高压氧（hyperbaric oxygen，HBO）预适应是指经过一定疗程的高压氧预处理后机体组织能够对随后的缺血、创伤、出血性损伤产生耐受。1996年Wada等将高压氧预适应首次用于对缺血性脑损伤的研究，他们把实验动物分成三组，HBO预适应一组（100%氧气，2个标准大气压，每次1h，隔天1次，连续5次，在阻断双侧颈总动脉前2d给予）、HBO预适应二组（100%氧气，2个大气压，每次1h，共1次，在阻断双侧颈总动脉前2d给予）和对照组（未给予任何处理），结果发现缺血再灌注后7dHBO预适应一组沙鼠海马CA1区的神经元数量（47．8／mm，54．9%正常值）明显比HBO预适应二组（21．7／mm，11．4%正常值）和对照组多（11．6／mm，8．0%正常值），具有统计学意义，提示高压氧预适应能够明显减轻脑的缺血性损伤。Xiong等将大鼠作为实验对象，获得了同样的结果。后来有学者分别将高压氧预适应应用于脊髓、心肌、肝等器官的缺血性损伤研究上，结果发现都能明显减轻缺血组织的损伤。另外，Kurir TT等在肝部分切除术前行高压氧预适应，结果发现高压氧预适应组肝细胞再生比对照组明显增加，光镜下显示高压氧预适应组增生的肝小叶结构接近正常结构，并且肝功能也明显好于对照组，血清丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、人血白蛋白水平和对照组具有显著的差异。而Qin等将高压氧预适应用于大鼠实验性脑出血的研究，结果发现可明显减轻脑出血后的脑水肿。综上可见，高压氧预适应的适应证广泛，可以应用于更多疾病的研究。

基于动物实验的可靠效果，Joseph A等在临床上进行了一项前瞻性随机双盲对照研究，他们把64例将行冠脉搭桥术的病人随机分成实验组和对照组，实验组手术前行高压氧预适应，对照组则不做处理，结果对照组术后的炎症标志物如可溶性E－选择蛋白、CD18和热休克蛋白70明显比处理组高，神经精神障碍的发生率也明显超过高压氧预适应组。虽然研究显示高压氧预适应能够收到较好的效果，但目前仍缺乏多中心随机对照研究，在临床上广泛应用还需要较长的时间。

高压氧预适应在目前的研究报道中，都是一种有益的干预因素，对于这种有效作用的机制，因为作用的实验动物、疾病和靶器官不同，所以机制也涉及不同方面及水平。Wada等研究发现预适应组免疫组化染色显示沙鼠海马CA1区的热休克蛋白－72表达比对照组增多，提示高压氧预适应诱导的神经元缺血耐受可能和热休克蛋白－72的作用有关。而Kim等发现高压氧预适应组的过氧化氢酶活性和过氧化氢酶基因的表达都比对照组高，在应用了过氧化氢酶抑制药后，高压氧预适应缩小心肌梗死面积的作用消失，提示过氧化氢酶在其中的作用。高压氧可明显增加体内自由基的产生，而Tritto等在心脏中的研究亦证实，使心肌暴露于低浓度氧自由基环境中，可使心肌对随后的缺血产生耐受，提示氧自由基可能是高压氧诱导脊髓缺血耐受现象的机制。Nie等在脊髓缺血再灌注损伤实验中，发现高压氧预适应组的过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性都比对照组明显提高，而在应用了过氧化氢酶抑制药或氧自由基清除剂后，高压氧预适应所诱导的脊髓缺血耐受作用就明显减弱，进一步表明了过氧化氢酶和氧自由基在高压氧预适应中的作用。研究发现，高压氧预适应后，大脑中bcl－2的表达增多，bcl－2是一原癌基因，能够抑制细胞凋亡，而Ostrowski等发现高压氧预适应后大鼠海马区神经元凋亡明显减少，可见抑制神经细胞的凋亡可能是高压氧预适应诱导脑缺血耐受的重要机制。

（三）高压氧预适应在颅脑损伤中的作用

颅脑损伤是威胁人类生命的主要损伤之一，作为一种常见的外伤，由于伤及中枢神经系统，其致残率和死亡率均较高，对人类的生命安全和生活质量构成极大的威胁。无论在平时或战时，TBI都占全身各部位损伤的20%，在美国，估计有250万～650万人TBI后患有终身身体、认知和心理社会功能障碍。因此，如何预防性的减轻颅脑损伤伤情对降低伤残率和死亡率，改善预后具有重要的意义。颅脑损伤后，由于脑血管断裂、痉挛、脑组织水肿、颅内压升高、局部脑血流下降等一系列原因引起脑组织缺血、缺氧，而缺血、缺氧可以进一步加重脑损伤，由此形成恶性循环。可见，缺血、缺氧是影响脑损伤预后的关键因素，而研究表明高压氧预适应可以明显减轻脑的缺血性损伤，因此有学者假设高压氧预适应可以减轻颅脑损伤，并就此进行了研究。实验分成了高原假手术对照组、高原损伤组和高压氧预适应组，结果表明，预适应组较损伤组神经功能缺损评分显著下降，脑组织氧分压和局部脑血流显著升高，脑含水量明显下降，病理损伤明显减轻，基质金属蛋白酶－9表达下降，提示高压氧预适应可以减轻高原颅脑损伤，其机制可能与抑制基质金属蛋白酶－9有关。

高压氧预适应的主要优点是无损伤，无副作用，一旦证明安全和有效就可以应用到病人身上。神经外科手术像颅脑损伤一样也会经常导致脑缺血、缺氧、水肿和出血等，因此在手术前如果能安全的进行预适应是必要的，由于高压氧预适应能够诱导脑组织对脑缺血、出血以及损伤的耐受，高压氧预适应很有可能成为这种方法。

（四）高压氧预适应存在的问题

高压氧预适应的有效作用并不是在所有种系的大鼠中都能产生，Prass等发现高压氧预适应能诱导SV129系大鼠的局灶性脑缺血耐受，而不能诱导C57BL／6系大鼠的脑缺血耐受，提示高压氧预适应的作用可能有种属差异，应用于人类还需要进一步研究。高压氧预适应也不是对任何长时间的缺血都能产生有益作用，Xiong等发现高压氧预适应对短暂（2h）脑缺血可以诱导耐受，而对长时间（6h以上）的脑缺血则不能，提示适应症的选择要恰当。另外高压氧预适应作用的时间窗、高压氧的压力也可能影响预适应的效果，事实上，在耐受与损伤之间并没有严格的界限，研究表明，100%氧气、2个大气压、每次1h、隔天1次、连续3次或5次的高压氧预适应能诱导脑缺血耐受，而100%氧气、2个大气压、每次1h、总共1次和100%氧气、3个大气压、每次1h、每天1次、连续10次的高压氧预适应却不能诱导脑缺血耐受。Xiong等也发现，预适应组（100%氧气，2．5个大气压，每次1h，每天1次，连续3d）和对照组之间缺血再灌注后脊髓前角的神经元数量没有显著差异。所有这些都表明刺激强度比较重要。由此可见，高压氧预适应目前还有很多问题尚未解决，要真正有效而广泛的应用于临床还需要大量的研究。

总之，高压氧预适应作为一种预处理因素，能够激发机体的内源性保护机制，从而减轻其后组织所受到的缺血、缺氧、创伤、出血等因素引起的组织损伤，起到较好预防作用，在临床中比较有价值，应用前景较好。目前，高压氧预适应研究较少，其机制方面更是有很多未知领域等待探索和解决，深入研究其机制并摸索其临床应用，对治疗许多疾病是很有前途的。我们相信，随着研究的深入，高压氧预适应的干预措施将得到较好的发展，为人类健康作出贡献。