·综　　述·

高压氧对重型颅脑损伤的保护作用及机制研究进展

霍　妍1综述,李　宁2审校

(1. 第三军医大学学员旅2 队,重庆400038 ;2. 第三军医大学新桥医院高压氧科,重庆400037)

关键词:高压氧;重型颅脑损伤;进展

中图分类号:R459. 6 文献标识码:A 文章编号:167128348 (2005) 0520657203

高压氧疗法是指在高于大气压的环境中吸氧,增加了血中

物理溶解氧,可改善机体对氧的摄取和利用,使血氧含量增加,

血氧分压增高,氧弥散到组织的能力增强,从而改善组织的微

循环和有氧代谢,使组织获得大量氧气,因此临床上将高压氧

疗法用于重型颅脑损伤。大量的动物试实验和临床研究资料

军表明高压氧治疗对重型颅脑损伤具有保护作用。本文就高

压氧疗法对重型颅脑损伤的保护作用及治疗机制的研究进展

作一综述。

重型颅脑损伤继发性脑缺血,缺氧所致的脑水肿,颅内压

增高是影响康复和生存质量的主要原因。高压氧作为一种重

型颅脑损伤治疗手段应用于动物实验和临床研究以有几十余

年的历史。大量的文献资料表明高压氧可降低重型颅脑损伤

的伤残率和病死率。

1 　HBO 的定义

HBO 指在高于大气压的环境中吸氧,增加了血中物理溶

解氧,可改善机体对氧的摄取和利用,使血氧含量增加,血氧分

压增高,氧弥散到组织的能力增强,从而改善组织的微循环和

有氧代谢,使组织获得大量氧气,改善全身缺氧的状况,因而被

用于临床上广泛应用。

2 　HBO 对脑血流量的影响

高压氧治疗利用物理学原理,采用物理疗法,提高人体动

脉血氧分压和氧含量。提高动脉血中载氧能力,增加毛细血管

和组织间的氧分压差,加快血中氧向组织的弥散速度以改善组

织缺氧状态,和利用高压环境,高浓度氧的物理效应来达到治

疗疾病的目的。

2. 1 　有临床实验采用三维经颅多普勒仪对脑底动脉血流动力

学做了观测,32 例脑部疾病患者与健康成人比,入舱前脑血流

速度与健康成人比有程度不同的减慢。治疗后第1 次出舱后

脑血流速度加快的有28 例(87. 5 %) ,其中2h 后恢复至入舱前

血流状态的仅有9 例(32. 14 %) ,而30 例正常健康人出舱后血

流均加快且于2h 后恢复正常。这表明血流状态变化与血流学

无关。

2. 2 　Lamberst sen[1 ]发现高压氧使脑血管阻力增加,血流量减

少是由于高压氧下通气过度,CO2 分压降低所致,但由于高压

氧使血流中氧含量显著增加,因此就总体而言脑组织含氧量仍

是增加的。近年来证明高压氧下颈动脉血流量减少,而椎动脉

血流量反而增加。同样,大脑后动脉及基底动脉的研究资料说

明[2 ]高压氧提高大脑后动脉和基底动脉的血流速度,降低血管

阻力。这可能是由于高压氧使血氧含量增加,促进成纤维细胞

的转化,使毛细血管迅速再生,建立侧枝循环,减少组织出血及

渗出,减轻局部水肿,改善脑内微循环。

2. 3 　高压氧对脑血管有双重影响最初是血管收缩,接着是血

管扩张,长期暴露与高压氧下会使血管的收缩作用消失。但

Beam[3 ]认为高压氧下脑血管是局部反应,是一种调节机制,正

常部位的血管收缩,血流量减少,而受损部位血流量并不减少,

从而达到高压氧对脑血流量的调节, 高压氧治疗能明显增加

血氧浓度,使氧的有效弥散范围夸大,毛细血管端的氧分压提

高,改善脑缺血缺氧状态,减轻脑水肿和降低颅内压,增加血脑

屏障的通透性,加速组织修复,改善脑微循环,缓解脑血管痉

挛,使流速及血流阻力明显降低,改善脑血供。

3 　HBO 对内皮素含量的影响

脑损伤后神经组织存在缺血缺氧,而缺氧能促进血管细胞

分泌内皮素[4 ]内皮素是长效缩血管物质,有实验[5 ]证明颅脑损

伤早期血浆中内皮比非颅脑损伤组及正常人明显升高,且损伤

越严重,内皮素水平越高,而恢复期内皮素含量明显下降,说明

了内皮素参与了颅脑损伤早期脑血管痉挛和缺血性脑水肿的

病理生理过程,但目前认为[6 ]在血浆内皮素升高的早期可能并

不引起脑血管痉挛,因为内皮素可诱导内皮细胞释放舒张因子

及前列腺素。损伤一段时间后,随着血管对内皮素的缩血管效

应更敏感,内皮细胞合成舒张因子及前列腺素减少,血管舒缩

机制失衡,血脑屏障破坏[7 ] 。上述各种因素综合作用下,内皮

素作用于血管外膜引起血管收缩,形成脑血管的痉挛[8 ] 临床上

缺少及时的内皮素抑制方法,但通过实验[9 ] 将100 只健康

Wlater 大鼠利用自由落体原理制成重型颅脑损伤模型,随即

分为创伤对照组和1 次1d 高压氧组,在8 、24 、48 、72 、96h 观察

得出高压氧治疗通过纠正脑缺氧,在一定程度上抑制了内皮细

胞产生释放内皮素。并有临床实验[10 ] 表明HBO 可以降低内

皮素的量。由此说明HBO 在此方面对重型颅脑损伤有一定

的作用。

4 　HBO 对氧自由基的影响

氧自由基增多是创伤后脑水肿及神经细胞损伤的一个重

要直接因素,缺血后的组织损害与氧自由基的产生有关,而再

灌流时会产生大量氧自由基,加重组织的损害[11 ] 。生成的氧

自由基攻击细胞膜磷脂和不饱和脂肪酸,引起脂质过氧化反

应,生成脂质过氧化物(malondiialdehyde ,MDA) 。出血产生一

些微量的铁离子,对脂质过氧化反应有强的催化作用,生成更

多的MDA。加重细胞损伤。

4. 1 　早在1968 年Sukoff 发现HBO 对实验性脑水肿有保护

作下用,有实验表明[12 ] HBO 能清除MDA ,或抑制脂质过氧化

反应,并且此实验提示, HBO 对自由基的生成也有抑制作用,

即HBO 治疗在改善脑及全身缺氧状态的同时,并未增加氧自

由基的产生;而相反的减少其产生并抑制脂质过氧化反应,减

轻其对脑水肿和脑肿胀,因而对恢复脑细胞有氧代谢及生理功

能有积极的作用。

4. 2 　高压氧对氧自由基的生成还是有争论的问题,普遍认为

氧中毒的发生机理与自由基有关,机体暴露在高压氧下,体内

氧张力增高,氧代谢量增多,则在体内产生的氧自由基也增

多[13 ,14 ] ,也就是说在重型颅脑损伤后的HBO 治疗有可能会增

重庆医学 2005 年 5 月第 34 卷第 5 期 657

加氧自由基,而造成进一步的损伤,但也有观点[15 ] 虽高压氧环

境下,体内氧自由基会增多,但高压氧治疗后,患者血中4 种抗

氧化酶的含量显著增高,似可表明高压氧能增强机体的抗氧化

能力。机体在高压氧下氧分压提高,纠正了组织缺血缺氧状

态,恢复正常的有氧代谢和生理功能;虽然会诱发氧自由基产

生,但由于机体抗氧化能力的改善和加强,足以清除高压氧下

增加的氧自由基及疾病所致的过多的自由基。

5 　HBO 对脑神经的影响

HBO 对脑外伤后神经功能的保护作用与多种因素有关

(1) HBO 抑制脑组织损伤后内源性毒性产物的生成[16 ,17 ] 。(2)

HBO 减轻缺血细胞膜上的离子泵损伤[18 ] ,使细胞内外的离子

分布趋于正常状态,保持细胞膜的稳定,保护了细胞的结构和

功能。有实验[19 ]有实验通过对犬的心脏骤停导致的缺氧提供

了临床的和组织病理学方面的试验,研究心脏骤停和恢复(A/

R) 和神经学上的方法是通过麻痹大的犬遭受A/ R ,随机将实

验动物分为HBO (2ATA) 和常规组( PO2 = 80～100mm Hg ,

1ATA) 在24h 后在安乐死后在大脑新皮质层及海马区测得

NDS。另外,测动脉和矢状窦的CBF ,及大脑的D02c 和氧的

代谢率CMR02 ,并计算出,结果: ①NDS : HBO(35 + / - 14) ,常

规组(54 + / - 15) , P = 0. 028 ; ②Erc : HBO76 + / - 4 % ,常规组

60 + / - 14 %; ③D02c 和CMR02 均减少大约50 %。结论HBO

可以抑制神经细胞死亡(坏死和凋亡) 改善A/ R 对神经的结

果,但这不是通过激活大脑氧化代谢活力增强。

应用脑活素等药物治疗颅脑损伤是目前国内普遍采取的

方法,它可激活脑细胞,改善脑供血及脑代谢。并有试验表

明[20 ] ,脑活素配合高压氧修复缺氧的脑组织,促进神经机能恢

复比单纯应用脑活素的效果好。

6 　HBO 对bcl22/ bax 的影响

Bcl22/ bax 基因编码蛋白在调节细胞凋亡过程中起着重要

的作用,bcl22 过表达可封闭凋亡,促进细胞存活,而bax 增加

可促进细胞凋亡,bcl22 广泛存在于大脑皮层、海马、小脑等组

织中,有实验表明[21 ]观察到0. 2MPa 的HBO 预处理可诱导沙

鼠的海马区bcl22 的表达,并且bcl22 的表达可能与缺氧耐受感

应现象有关。在实验[22 ] HIE 组在12h 时比HBO 处理组bcl22

显著升高,但bax 水平显著低于HIE 组,但48h 后bcl22 、bax

均显著下降,此时HIE 组的bax 仍持续升高,提示HBO 的抗

凋亡作用可能是通过提高bcl22 抑制bax 蛋白的表达,调节

bcl22/ bax 的比值实现的,以此减轻脑组织的损伤,对脑细胞起

到保护作用。

7 　HBO 对重型颅脑损伤后持续植物状态(persistant vegeta2

tive state ,PVS) 的恢复

7. 1 　PVS 是重型颅脑损伤的表现,可因脑水肿使颅脑内压增

高,大脑缺血引起大脑皮层广泛性损害所致,也可因脑疝、脑干

损伤使脑干网状结构上行激活系统受累,患者不能维持觉醒状

态而致。1996 年我国急救医学会制定的PVS 诊断标准[23 ] :

(1) 认知功能丧失,无意识活动,不能执行指令。(2) 保持自主

呼吸和血压。(3) 有睡眠- 醒觉周期。(4) 不能理解和表达语

言。(5) 能自动睁眼或在刺激下睁眼。(6) 有无目的性眼球跟

踪运动。(7) 丘脑下部及功能保存。(8) 以上7 项持续1 个月

以上。

7. 2 　对颅脑损伤后的持续植物状态,有实验[24 ] 通过神经学上

的诊断标准和新的记分系统表明:对于130 例PVS ,HBO 治疗

后的比未用HBO 治疗的PVS 有明显的恢复。这可能与以下

机制有关: (1) HBO 能增加氧弥散半径并提高组织氧储量,

PVS 病人的脑损伤部,在坏死灶和正常组织间的“缺血半影

区”的细胞仍存活,结构仍完整,只是功能障碍。研究表明[25 ]

高压氧使大脑内毛细血管血氧增加。改善缺血半影区的缺氧

状态,促进侧支循环的生成,使神经细胞功能得以恢复。(2) 高

压氧下脑血管收缩,减少脑血流量,减轻脑水肿,降低颅内压,

打断脑缺氧———脑水肿之间的恶性循环。(3) 高压氧可增加椎

动脉血流量,增加脑干及网状激活系统的兴奋性,有利于改善

醒觉状态[26 ] 。(4) 高压氧还可以促进侧枝循环,通过建立新的

轴突联系,使神经功能得以恢复[27 ] 。(5) 高压氧还可降低血液

黏滞度,减少血小板聚集,促进血块溶解吸收,改善微循环,有

氧代谢旺盛,ATP 生成增多,改善脑功能,加速觉醒。

随着高压氧医学的飞速发展, HBO 对临床各科疾病的治

疗越来越受到普遍关注,有许多极危重症及难治性疾病在

HBO 下得到了完全的康复。但Huang 等[28 ] 将原代培样的鼠

皮质神经元放在0. 5MPa 的HBO 环境中,随暴露时间的延长,

神经元的存活率下降。并且HBO 也有中耳气压伤、气胸、脑

血栓形成、肺水肿、视网膜中央动脉阻塞、急性气颅、急性心肌

梗死、机型氧中毒等[29 ] ,相反,也有实验[30 ] 观察到虽然长期的

暴露可使幼鼠海马毛细血管扩张和神经元超微结构的损伤,但

这种损伤是可逆的, 停止HBO 的治疗损伤可逐渐恢复。因此

只要在HBO 治疗过程中严格遵守操作规程,将治疗的压力和

时间控制在规定的范围内,就可避免HBO 的不良反应,以使

最大限度的发挥其治疗作用。

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·综　　述·

生物传感器现状与展望

钟艳艳1 ,王贵波1综述,李　宁2 ,吴　军1 审校

(第三军医大学西南医院烧伤研究所, 重庆400038 ;2. 第三军医大学新桥医院高压氧科,重庆400037)

关键词:生物;传感器;检测;技术

中图分类号:R312 文献标识码:A 文章编号:167128348 (2005) 0520659204

生物传感器技术被列为迈向21 世纪五大医学检验技术之

一,是现代生物技术与微电子学、化学等多学科交叉结合的产

物。生物传感器技术检测农产品中激素、农药等残留,具有精

确度和灵敏度高、特异性强、响应和检测迅速,操作简单、携带

方便等优点[1 ] 。国内外目前已成功研制和开发了检测激素、抗

生素、农药的多种生物传感器,有的已经普及[2 ] 。以下重点阐

述生物传感器的原理、发展历程和现状,并对生物传感器的发

展作一展望。

1 　生物传感器的原理

生物传感器由分子识别元件和信号转换器组成,分子识别

元件即是感受器,它由生物活性物质构成,直接和待检测物质

接触,具有分子识别能力,有的还能够放大反应信号。现在识

别元件已不仅仅限于生物活性物质,某些具有模仿生物分子识

别功能的化学分子也用于识别元件的构建。信号转换器则是

换能器,它属于电化学或光学检测元件,它可以将生物识别事

件转换为可检测的信号[3 ] 。当被分析物中特异性的待测物与

分子识别元件结合后,其产生的复合物、光、热等就被信号转换

器转变为电信号或光信号等,传送出来并经过显示处理,以进

行分析监测。

生物传感器与传统的各种物理传感器和化学传感器的最

大区别在于生物传感器的感受器中含有生命物质,以生物活性

单元(如酶、抗体、核酸、细胞等) 作为敏感基元,通过各种物理、

化学换能器捕捉目标物与敏感基元之间的反应,然后将反应程

度用离散或连续的数字电信号表达出来,从而得出被分析物的

信息[4 ] 。比如用一定的植物细胞或动物细胞作为感觉器,可以

制成各种细胞传感器;用生物组织作感受器可制成组织传感

器,称为组织电极;将一些特定的细胞器从细胞里分离出来作

为感受器,可制成细胞器传感器;将微生物作为感受器可制成

生物传感器。

2 　生物传感器的发展过程

英国学者Clark 和Lyons 在1962 年提出,可以将酶促反

应的高度特异性和电极响应的高度灵敏性结合起来,由此提出

酶电极的概念。在1967 年,Updike 和Hicks 成功地研制出葡

萄糖酶传感器。到20 世纪70 年代不断有新的生物传感器被

研制出来,如微生物传感器、免疫传感器等[5 ] 。微生物传感器

较酶传感器更经济、性能要稳定得多,现在已广泛应用于发酵

工业和环境检测[6 ,7 ] 。免疫传感器的原理则是基于固定化抗

体或抗原膜与相应的抗原或抗体发生的特异反应,该反应使生

重庆医学 2005 年 5 月第 34 卷第 5 期 659