高压氧医学专题 | 康南：脊髓损伤的高压氧治疗

编者按 随着国内外高压氧医学的发展，高压氧治疗以其良好的疗效得到了临床上越来越多的重视。为全面了解高压氧医学的发展历史、作用机制，以及在疾病治疗中的应用，本刊特组织“高压氧医学专题”，邀请高压氧医学领域的专家们撰写了系列文章，以飨读者。今日推出由首都医科大学附属北京朝阳医院康南教授撰写的《脊髓损伤的高压氧治疗 》。

作者：首都医科大学附属北京朝阳医院骨科 康南

脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）是指由于各种原因导致脊髓发生损伤，致使损伤部位的运动能力以及感知能力等出现障碍。SCI致残率高，医疗费用高，给患者本人、家庭及社会带来沉重负担。统计数字显示，我国的SCI患者数已突破百万例，并以每年12万例的速度剧增，全球SCI患者数已突破300万例。

SCI包括原发性损伤与继发性损伤两大类。原发性损伤的原因包括交通事故、工伤事故、运动损伤以及火器或锐器伤等，最主要的原因是交通事故；继发性损伤是由于炎症反应、Ca2+超载、水肿、局部缺血等，致使神经细胞发生凋亡，可在一定时间内进行治疗，凋亡是一个可逆的过程。

随着高压氧医学的发展，高压氧疗法（hyperbaric oxygen therapy，HBOT）对SCI的确切疗效给这一世界性的医学难题带来了曙光。1965年，Maeda首次对SCI患者进行HBOT，且临床疗效显著。HBOT的主要机制是增加机体的血氧含量，使损伤的脊髓组织局部的血氧含量增加、局部有氧代谢增强，抑制机体氧自由基的形成。HBOT可以减轻脊髓发生的水肿，从而保护脊髓组织以及细胞等；HBOT还可以通过改善病变部位缺氧的状态，使SCI部位的胶原纤维增多，激活神经轴突的再生功能，以恢复机体运动能力。

HBOT对于SCI后炎症反应的影响

SCI后缺血缺氧的改变、氧自由基的积聚，会破坏组织细胞的完整性，促使炎症因子的产生，加重组织水肿、坏死程度，引起神经元和少突胶质细胞凋亡。HBOT的抗氧自由基作用可以提高损伤脊髓局部氧分压，促进血液循环，通过清除自由基，抑制氧自由基介导的脂质过氧化，减轻组织损伤，减少细胞凋亡，促进神经纤维的再生。Kudchodkar等（2000年）推断认为HBOT通过影响某些抗氧化酶的活性来减轻自由基引起的脂质氧化反应对机体的损伤。王庆鹏等（2008年）认为这类抗氧化酶主要是超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD），HBOT可显著提高机体内SOD的活性，减轻自由基引起的脂质氧化反应。2010年Topuz等对SCI大鼠的氧化应激参数进行研究，结果表明高压氧组与甲强龙组比较，高压氧组的自由基代谢产物丙二醛表达较激素组明显下降，而抗炎自由基因子SOD，谷胱甘肽过氧化物酶表达水平明显升高，说明高压氧能够通过调节氧自由基产物及抗氧化酶保护神经细胞，减轻SCI后继发性损伤。

脊髓的继发性损伤以炎症反应为主要病理表现，局部损伤组织的炎性反应可加重损伤的程度，扩大损伤范围，加重组织水肿、坏死、促进神经元和少突胶质细胞凋亡。其中较为重要的是NO。生理情况下的NO在中枢神经系统中具有神经递质和神经内分泌功能，但过量的NO则是一种重要的炎症因子，是导致急性SCI进展的重要损伤因子，参与介导多种炎性病变和神经退行性病变中的细胞凋亡。Ohgami等（2008年）测定了SCI大鼠脑和脊髓的NO水平，结果显示高压空气组治疗除了大脑皮层和海马区，中枢神经组织的NO水平均明显降低。而高压氧组中枢神经各区域NO水平都明显下降。研究还指出HBOT后脑干及脊髓组织NO水平下降尤为明显。

此外，既往研究中高压氧可减少多种炎性因子的表达。2009年胥正权等观察高压氧对大鼠SCI后外周血中炎症细胞因子及其运动功能恢复的影响。结果显示高压氧组外周血中肿瘤坏死因子、IL-6、IL-8在各时间点均较对照组降低，证明高压氧可抑制外周血中炎性细胞活性，降低各炎性细胞因子水平，具有保护受损脊髓组织的作用。

HBOT对于SCI后神经修复的影响

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是一种特异的促进血管内皮生长和血管形成的多肽类蛋白，能降低NO的水平，减少氧自由基的产生，增加谷胱甘肽的产量，增强抗氧化系统的作用，促进血管修复。刘雪华等（2014年）应用对SCI大鼠进行HBOT，结果表明HBOT可明显促进基因及蛋白水平上的VEGF的表达，可促进SCI后血管与组织的再生与修复。神经生长相关蛋白（GAP-43）是神经组织特异性磷酸蛋白，被认为是神经元轴突生长发育和可塑性的分子标志物。SCI后GAP-43含量明显增加，神经元生长过程中GAP-43可能是靠改变生长锥中G蛋白的活性，影响轴突的生长：生长锥是轴突生长和延伸的引导，生长锥中的G蛋白与其受体反应产生抑制信号，导致生长锥停止生长，而GAP-43与G蛋白结合后解除抑制信号允许轴突继续生长。Brkic P等（2012年）研究证实HBOT能够诱导GAP-43大量表达，进而延长受损脊髓神经元轴突生长修复过程，促进脊髓神经生长修复。

SCI时，静息的神经干细胞会被激发，大量增殖，并向病变部位迁移，发生分化，以修复损伤部位。有研究证实了HBOT对SCI后内源性干细胞的诱导修复。HBOT使实验动物内源性神经干细胞增殖分化加强，SCI后的功能得到改善。推测HBOT可使丙二醛和钙离子含量降低，抑制自由基介导的脂质过氧化，提高细胞膜脂结构的抗氧化能力，减少钙离子内流，保护脊髓细胞和组织结构，延长损伤后神经细胞的再生期，促进神经纤维的再生。

2011年石瑞成等以神经干细胞移植同时联合HBOT治疗大鼠SCI，观察联合作用对SCI大鼠运动功能恢复的影响。结果显示HBOT组正中横断面可见新生的无髓及有髓神经纤维。HBOT组大鼠体感诱发电位的潜伏期短于神经干细胞移植组，HBOT组大鼠后肢运动功能较单纯神经干细胞移植组恢复速度明显增快。认为神经细胞对氧有特殊依赖性和敏感性，而HBOT能显著提高血氧浓度，增加组织氧含量，促进干细胞分化。此外，HBOT可以纠正酸中毒，改善SCI部位的微循环及血流灌注，改善神经干细胞分化环境。

HBOT抗凋亡作用

细胞凋亡指由基因控制的、细胞自主有序的死亡以维持内环境的稳态。1997年Crowe等第一次报道成熟大鼠SCI后存在凋亡。SCI后6 h有细胞凋亡发生，3周后仍可存在。HBOT抑制SCI后细胞凋亡是目前的一个研究方向。王晓红等（2010年）用TUNEL方法标记HBOT治疗对损伤脊髓细胞凋亡的影响，结果显示凋亡细胞在伤后6 h即出现在脊髓组织中，HBOT组术后12、24、72 h TUNEL阳性细胞显著减少。

凋亡发生受多种机制调控，包括基因与凋亡相关蛋白，如B细胞淋巴瘤因子-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）、蛋白酶Caspase家族、自噬基因-1（Beclin-1）等。Bcl-2家族包括两大类基因：以Bcl-2为主的、具有抑制细胞凋亡作用的细胞因子和以Bcl-2相关X蛋白（Bcl2 associated X protein，Bax）为主的、具有促进细胞凋亡作用的细胞因子。Bcl-2及Bax两者间的比率很大程度上影响了细胞凋亡的发生。张玉强等（2013年）对SCI的大鼠模型应用HBOT发现实验组模型中，SCI后Bcl-2基因表达增加，且高峰出现在第七天，同时Bax基因表达呈现出相反变化；在对照组中，SCI后两基因表达均减少。

半胱氨酸3（Caspase-3）被称为死亡蛋白酶，是哺乳动物凋亡的关键蛋白酶，它可以让细胞发生解体同时使功能蛋白产生变性。当细胞接受凋亡刺激时，它在应激状态下被激活，进而诱导细胞发生凋亡。赵柏松等（2014年）发现经HBOT后Caspase-3 m R N A的表达明显降低，进一步说明HBOT是通过抑制Caspase-3 mRNA的表达来减轻神经细胞的凋亡。

自噬是指自噬溶酶体降解其所包裹的内容物的过程，是细胞分解代谢途径之一，它可以维持细胞的稳定。在细胞自噬过程中，Beclin-1是一种关键的调控蛋白复合物，它可以与Bcl-2家族的细胞因子结合，并对自噬进行调控，而二者相互结合的相对数量一定程度上决定了细胞的最终走向（凋亡或自噬）。2型微管相关蛋白1轻链3（microtubule-associated protein light chain 3，LC3-Ⅱ）则是细胞自噬中的重要标志分子，它的数量同自噬体成正比。孙永明等的研究表明，HBOT的大鼠在SCI后3 d，损伤的脊髓神经元和胶质细胞内的Beclin-1和LC3-Ⅱ显著增加，从而上调SCI后自噬水平，促进细胞修复和保护。

综上所述，SCI后HBOT通过调整Bcl-2/Bax，Caspase家族以及自噬相关基因Beclin-1、LC3-Ⅱ等相关基因的表达，在受损的脊髓神经细胞中起到抗凋亡作用，从而促进SCI恢复。