低温抑制微生物的原因

20世纪80年代后期,人们发现脑温低于正常值2~6℃(亚低温)有明显的神经保护作用,而且不产生任何严重并发症。目前已经证实,28~33℃的亚低温具有确切的神经保护作用。其作用机制可能包括:减少兴奋性氨基酸的释放,抑制钙离子内流,调节钙调蛋白激酶Ⅱ和蛋白激酶C的活性,降低氧代谢率,减少自由基的产生,保护血脑屏障,抑制脑缺血再灌注后炎症反应,抑制缺血神经元凋亡等。近年来,随着对亚低温研究的不断深入,人们发现亚低温对脑缺血后一些基因、蛋白质的表达有影响。

1.抑制神经元凋亡相关级联反应 研究表明,亚低温可减少凋亡细胞数量。亚低温可通过抑制细胞色素C的释放及向细胞质的易位,在凋亡的诱导阶段即起作用。亚低温(33℃)情况下生物体的caspase-3、caspase-8和caspase-9的活性显著下降,并且可能通过改变bcl-2的表达,抑制细胞色素C的释放,防止胱冬酶的激活,从而抑制神经元凋亡。

近年来发现另一种重要的线粒体内介导凋亡的蛋白,即凋亡诱导因子(AIF),可以不依赖caspase-3的活性,通过另一条更原始、更保守的caspase非依赖性通路诱导凋亡。亚低温是一种有效的神经保护措施,研究表明,亚低温不仅降低caspase依赖性通路中的关键蛋白酶caspase-3的mRNA的表达,而且降低caspase非依赖性通路中的关键蛋白AIF的mRNA的表达,亚低温通过抑制两种凋亡通路对脑缺血再灌注大鼠发挥保护作用。

2.抑制炎症反应相关因子 脑缺血后的炎症反应在缺血性脑损害中发挥着重要作用。脑缺血局部产生的TNF-α和IL-1β等细胞因子激活脑血管内皮细胞使其表达黏附分子,如细胞间黏附分子(ICAM-1)和选择素等,黏附分子介导内皮细胞与白细胞相互作用,使内细胞黏附于内皮细胞,然后穿过内皮细胞,浸润到缺血脑组织内。白细胞通过阻塞微血管,释放蛋白水解酶、自由基等损害神经元、胶质细胞和血脑屏障,产生NO等毒性物质诱导凋亡等途径加重脑损害。亚低温通过抑制炎症因子包括NF-κB、TNF-α、IL-1β等的表达和活性,显著抑制炎性细胞在缺血区血管内的聚集和黏附,以及随后在缺血区脑实质内的浸润,尤其是在缺血周边区内的浸润,从而阻断炎症级联反应,起到脑保护作用。此外,黏附分子如ICAM-Ⅰ在亚低温处理后的表达也明显降低。

有学者通过研究提出,不仅在缺血早期且持续至再灌注期应用亚低温能明显减轻缺血脑组织的病理损伤程度,并促进缺血后神经功能的恢复,而且早期应用亚低温有可能延长溶栓治疗的时间窗,其可能机制也被认为与亚低温作用于脑缺血诱发的炎症级联反应有关。

3.抑制金属蛋白酶(MMP) 脑梗死后继发出血时可见MMP被激活,降解基底膜/细胞外基质(ECM)中的Ⅳ型胶原、层粘连蛋白和纤维连接蛋白,基底膜/ECM降解,屏障作用消失,导致脑出血。近年的一些研究表明,MMP-9水平与脑梗死患者自发性出血和溶栓后继发出血的发生率密切相关,MMP-9水平越高,发生出血的可能性越大。联合应用MMP抑制药和溶栓疗法可减少出血的发生。亚低温(32~34℃)可抑制MMP-2和MMP-9的激活、减少基底膜Ⅳ型胶原的丢失、降低出血发生率。可见,亚低温除可缩小梗死面积外,还可降低溶栓后出血的可能性,但在临床试验结果中尚未见报道。

4.抑制神经元型NO合成酶(nNOS)和诱导型NO合成酶(iNOS)的表达 大量研究表明,nNOS和iNOS产生的NO具有神经毒性,而内皮细胞型NO合成酶NOS(eNOS)产生的NO有神经保护作用。亚低温可减少NO的产生,亚低温对各型NOS的影响包括亚低温使脑缺血后iNOS阳性细胞减少50%,而且延迟性亚低温,即脑缺血后6小时和24小时使用亚低温处理,对nNOS的抑制作用更强。

5.抑制钙调磷酸酶活性 缺血后钙调磷酸酶对神经元具有毒性作用,钙调磷酸酶活性增高促进神经元死亡,局部亚低温可抑制缺血后钙调磷酸酶活性,显著提高缺血后各脑区钙调磷酸酶含量,局部亚低温通过抑制钙调磷酸酶活性而产生脑保护作用。

亚低温治疗对脑保护存在正面效应,而且大大减少了深低温所致的心律失常、呼吸及泌尿系统感染、出血倾向及复温性休克等各种并发症。实施亚低温可能对全身各重要脏器的功能和代谢产生一定影响,包括全身亚低温治疗脑梗死时可显著减缓心率,改善心肌的能量储备,减轻脑梗死引起的心肌缺血,减少心律失常的发生率。

局部亚低温是指在头部或血管附近施以降温手段达到脑内亚低温的方法。由于设备的限制,局部亚低温曾一度被否定。最近选择性头部降温的设备重新得到发展,从而使其疗效得到进一步的评估。据报道,目前一种采用美国国家航空和航天局技术制作的降温头盔应用于卒中或颅脑创伤患者的急救,患者均放置脑组织内温度探头以监测脑温,研究结果显示该头盔具有明确的降低脑温作用。由于该装置保持了全身相对正常的体温,故全身不良反应很小。

相对全身亚低温来说,局部亚低温在临床上能够得到更好的推荐,这是由于全身亚低温较局部亚低温更易产生一系列全身并发症而限制其在临床的推广应用,而且全身亚低温治疗需要使用肌松药和呼吸机维持治疗,基层医院尚难以开展此项技术。临床和动物实验显示,采用全身亚低温治疗,存在不同程度的全身不良反应(如循环、呼吸、血液等系统的不良反应)。因此,许多专家都建议采纳局部亚低温的治疗方式。近来,国内外一些研究探讨了在全身正常体温情况下实施头部局部亚低温是否可减轻缺血再灌注损伤及其可能的机制。这些研究证实,脑局部亚低温对脑缺血再灌注后DNA损伤具有抑制作用,降低DNA氧化损伤有可能是脑局部亚低温发挥神经保护效应的机制之一。

亚低温治疗在脑梗死治疗中存在明确的脑保护作用,并且为其他脑保护措施的实施赢得了更多的时间,为应用低温治疗脑梗死提供了重要的理论依据。可以预期,随着亚低温治疗机制研究的逐渐深入、治疗技术的不断完善,结合亚低温手段治疗脑梗死必然得到更加广泛的应用。