Research Progression and Application of Therapeutic Mild Hypothermia<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 周 明
上海市第六人民医院麻醉科, 上海 200233

Ming Zhou
Department of Anesthesiology, Shanghai NO.6 People's Hospital, Shanghai 200233

ABSTRACT

        Hypothermia has been used off and on for clinical purposes since ancient times. The scientific research about hypothermia started at approximately 60 years ago but had lay dormant for 20 years. There has been renewed research and clinical interest in therapeutic mild hypothermia since the 1980s. The mechanisms by which hypothermia can be beneficial, particularly mild hypothermia, must go beyond just decreasing metabolism. Hypothermia has been shown to decrease multiple mechanisms of secondary injury after ischemia and reperfusion or after trauma brain injury, including energy failure, oxidant injury, delayed neuronal death, excitotoxicity, cerebral edema, blood-brain barrier permeability, leukotriene production, intracranial hypertension, cytokines production, and inflammation with neutrophil accumulation. Now the protective, preservative, and resuscitative effects of hypothermia have been studied extensively in animal models and patient trials, most of the studies pay attention to its application to cerebral protection or cardiac surgery, and the researches about its effect on hemorrhagic shock, sepsis or SIRS are limited in laboratory. But all of these have deepened our comprehension about it and give us new idea about its application in clinic.
 

    一、 亚低温保护机制

    低温很早就被应用于医疗活动。公元前3000年就有人提出对头部和胸部的伤口进行冷敷。然而对低温进行科学、系统的研究是从40年代才开始的，期间还曾有过20多年的停顿。1987年，safar在研究心脏停搏复苏时意外发现，亚低温具有意想不到的保护作用和更少的复苏后并发症^[1]。此后人们对亚低温保护作用、机制、应用方法等进行了广泛而深入的研究。
    在谈论低温治疗作用前，我们首先必须分清非控制性低温和控制性低温的区别。非控制性低温常伴有发抖，交感紧张，氧耗增加，血管收缩等反应，其对机体是有害的。而控制性低温往往是通过药物、物理等方法实现的，对机体有保护作用。我们通常把32-35^oC称作亚低温，28-32^oC称作中度低温，28^oC以下为重度低温。
    虽然控制性低温在心脏手术中早已成为常规，但中度低温却一直未能被其它医疗领域所广泛接受，主要是其具有呼吸抑制，心功能抑制，凝血功能障碍和感染等诸多并发症。当体温低于30 ^oC时，即使没有颤抖等反应，也可能引起这些并发症和致命的心律失常。而亚低温优于中低温，其对微循环的影响更小，易于控制，且不伴有上述并发症。
    低温，特别是亚低温保护作用的机制并不仅限于降低机体代谢。在正常脑组织和生物体，温度每降低1^oC可减少机体代谢约7%。但在心脏停博后，亚低温却并不降低脑代谢，而是通过多种机制减轻缺血再灌注或创伤后的继发性损伤，如氧供需失衡，氧化反应，细胞凋亡，兴奋性氨基酸释放，脑水肿，血脑屏障受损，白三烯生成，颅内高压，炎性因子释放以及中性粒细胞聚集等^[2]。目前在低温保护作用机制方面已经进行了大量广泛而深入的研究，这些成果加深了我们对低温保护作用的理解，并为其在临床上的应用提供了理论基础。

    1. 对中性粒细胞功能的影响
    中性粒细胞在炎症的发生和发展过程中具有重要的作用。它可大量聚集阻塞微血管，加重组织缺血；释放氧自由基损伤内皮细胞; 当其进入组织后，还释放蛋白水解酶等加重组织损伤。     <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

很早以前，人们就发现脑损伤后损伤组织中大量中性粒细胞聚集。亚低温可抑制损伤后中性粒细胞浸润从而减轻组织损伤。Maier等^[3]发现，创伤后1小时的亚低温可减少中性粒细胞浸润达75％，2小时后减低程度为72％。其可能是通过保持血-脑屏障的完整性或减少相关炎性因子的释放来抑制中性粒细胞浸润的。
    亚低温不但减少浸润中性粒细胞数量，还抑制其功能。中性粒细胞释放氧自由基的能力与温度密切相关，有报道当温度从37^oC降至33^oC时，中性粒细胞释放的氧自由基减少4倍，而吞噬能力变化不大^[4]。但Mizuno等^[5]的研究显示，将中性粒细胞孵育在35^oC时，其吞噬能力显著提高。虽然也有实验显示低温对中性粒细胞吞噬能力有抑制作用，但作者认为可能是这些实验误将中性粒细胞与病原微生物的接触判断为吞噬所致。曾经有报道神经酰胺对中性粒细胞吞噬能力有抑制作用，抑制神经酰胺的合成可能是亚低温提高中性粒细胞吞噬能力的机制之一。

    2. 对细胞因子的影响
    炎症反应是机体对于伤害性刺激的一种复杂的细胞和生化反应，并受多种细胞因子的调控。细胞因子作为一种信号分子在其发生、发展过程中发挥了重要的作用。
    TNF-α在创伤早期局部组织中立即释放，可激活并吸引中性粒细胞聚集，增加血管通透性，促进细胞凋亡等。亚低温则可显著抑制炎症早期TNF-α的释放^[6]。IL-1β可促进中性粒细胞与内皮细胞黏附，增加毛细血管通透性。而亚低温可抑制创伤后IL-1βRNA表达^[7]。Marion^[8]发现在脑创伤后36小时，亚低温组IL-1β含量明显低于常温组，并且复温后差异依然存在。创伤后IL-6过度释放，直接损害血-脑屏障功能，吸引中性粒细胞浸润。Aibiki等^[9]证实，亚低温可抑制脑损伤后IL-6升高，且作用可延续到复温时和复温后。需要指出，亚低温的这些作用主要体现在控制性低温中，而在非控制性低温中，低温不但不能抑制，还可能促进炎症反应。
    低温降低机体的代谢率，并有可能改变一些酶等蛋白质分子的高级结构，降低其生物活性，这可能是低温抑制机体炎症因子释放的机制之一。细胞因子释放在体内的影响因素很多，体外实验并不能完全反映体内变化，有关于亚低温对炎症反应时细胞因子的影响尚须进一步研究。

    3. 对血管通透性的影响
        一般认为血管通透性增高是由于内皮细胞内钙离子浓度增高导致内皮细胞收缩所致。另外在病理情况下血管内皮细胞损伤，连接破坏也可导致通透性增高。近年来发现内皮细胞凋亡亦是原因之一。
    在脑损伤后10-20分钟即可出现血-脑屏障破坏，并同时伴有中性粒细胞聚集。多项研究证实亚低温可保护脑损伤、脑缺血后血-脑屏障功能，降低血管通透性，减少血中有害物质进入脑组织。氧自由基，特别是-OH可损伤毛细血管内皮细胞，增加血-脑屏障通透性。亚低温可降低脑代谢，抑制所有的酶促反应，从而减少氧自由基产生^[10]。亚低温可显著减轻脑水肿，并同时伴有血-脑屏障通透性降低，提示维护血-脑屏障完整性是亚低温减轻脑水肿的主要机制。Maier^[3]等的研究显示，创伤后1小时的亚低温可减轻脑水肿程度达85％。

        4. 对凋亡的影响
        细胞凋亡是近年来的研究热点。传统观点认为，组织细胞在急性损伤时，因缺血缺氧及继发性损害常常发生坏死。近年来研究发现，细胞凋亡参与了多种疾病的发病过程。
        多种生理刺激，物理损伤可诱发凋亡。如TNF-α可直接与靶细胞上其受体结合诱发凋亡，组织缺血本身也可诱发凋亡。实验证实局部组织60分钟的低温（10^oC）治疗可直接阻断TNF-α诱发的细胞凋亡，这可能与低温治疗恢复毛细血管灌流，改善组织缺血有关。当然，也不能排除低温可干扰TNF-α与其受体结合而发挥保护作用^[11]。Maier等^[3]在大鼠脑缺血模型中发现，实验三天后，与正常体温组比，1小时和2小时的亚低温可分别减少脑细胞凋亡达78％、99％，而30分钟的亚低温对细胞凋亡无明显影响。有研究证实亚低温对于坏死的细胞无影响，但显著减少凋亡的细胞，这提示亚低温可特异性的抑制细胞凋亡。虽然在损伤和缺血的同时就可能触发凋亡，但其死亡过程将持续一段时间，这就为亚低温阻断相关的生化反应过程提供了可能^[12]。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

       5. 对凝血功能影响
       低温可增加创伤患者术中失血量，减少血小板数量，抑制其功能，并提高纤溶酶活性。Gubler等^[13]发现，虽然温度降至35^oC时凝血指标已有明显变化，但只要维持温度于33^oC以上，其对临床并无显著影响。许多研究亦证实亚低温并不增加出血倾向，凝血指标也接近正常。这些都说明亚低温对凝血功能影响并不大。
       谈到亚低温对凝血功能影响时，我们总是习惯性地把这当作副作用之一。然而在某些病理情况下，这可能反而成为益处。如近年来人们认识到炎性介质可以抑制抗凝物质并激活外源性凝血系统，使脓毒症早期即处于高凝状态而发生纤维蛋白沉积乃至DIC。因此抗凝成为脓毒症治疗的重要方面。APC作为天然抗凝系统的一部分，在最近完成的APC全球性验证治疗重症脓毒症计划中获得成功，这是否也提示我们亚低温可能在脓毒症治疗方面具有美好的前景。同时这部分也解释了亚低温在一些脓毒症患者治疗中取得成功的机制。

         6. 其他
       Westmann^[11]发现局部低温可阻断TNF-α所致的毛细血管灌流障碍，这可能是低温抑制中性粒细胞聚集，降低毛细血管阻力所致。低温还可抑制血栓素生成，促进前列腺素合成从而恢复微血管灌流，保持组织结构完整性。由于缺血再灌注本身可吸引并激活中性粒细胞，故保持微循环充分灌流反过来也可防止组织缺氧和中性粒细胞粘附。
        粘附分子可促进中性粒细胞与内皮细胞粘附。多项研究证实亚低温可抑制粘附分子的功能及其在白细胞和内皮细胞上的表达，从而减少中性粒细胞的浸润^[14]。

         7. 副作用
        由于低温具有心肌抑制，心律失常，凝血改变等多方面影响，迟迟未能在临床上得到广泛应用。然而通过应用亚低温，缓慢降温，维持温度不低于30^oC，大部分这些副作用都可避免。目前大多数研究都将温度控制于32-34^oC。可是一些实验显示，即使短时间的低温也可能损害机体的免疫功能，影响术后伤口愈合，增加伤口感染发生率。Beilen等^[15]发现术中体温即使仅仅降低1^oC，也可抑制淋巴细胞增殖力及相关细胞因子释放量。当然亦有作者认为只要将温度控制在高于30^oC，低温时间不超过24小时并不会增加感染发生率^[8]。
         象所有其它治疗手段一样，亚低温也有其不利的一面。其中免疫功能抑制可能是人们最为顾虑的方面。关键是要正确选择亚低温治疗适用的疾病。亚低温主要的益处有两方面 :一、增强机体对缺氧的耐受性；二、抑制过度的炎症反应。而炎症反应是许多病理过程的共同特征，正常的免疫反应到过度的炎症反应是一个由量变到质变的过程，只要正确的选择病例，就有可能把亚低温的缺点变成优点。对于那些既有缺血缺氧病程，又有过度炎症反应的病变，亚低温恰恰可能最大限度的发挥其保护作用。而如果用于那些免疫功能正常甚至低下的患者，则其弊端就显得突出了。

    6. 对全身炎症反应综合症的影响
    全身炎症反应综合症是许多疾病的共同特征，其在疾病发生发展中的作用越来越受到人们的重视。亚低温具有广泛的抑制机体炎症反应的特性，在全身炎症反应综合症的防治中似能发挥一定的作用。虽然亚低温在其他动物模型中的抗炎特性已经研究得很深入，但在SIRS中的应用研究很少。解启莲等^[6]将亚低温直接用于SIRS，发现其可抑制TNF-α释放，内皮细胞粘附因子的表达。提示亚低温有显著抑制全身炎症反应的作用，可考虑作为防治SIRS的一种措施。目前这方面的资料还非常少，其实际效果还需进一步研究。
    尽管低温在心脏手术和脑保护方面的作用比较确定，但其研究工作经过了颇多反复。80年代后期人们重新燃起对低温研究和应用的兴趣，并将其应用范围推广到其它器官和领域。至于低温的并发症虽然一些已得到避免，但一些仍有顾虑，尤其是感染和免疫抑制。这些，只有通过进一步深入研究才可能解决。

 参 考 文 献
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周明（1956-），男, 汉族，江苏省人，副教授。中华创伤学会上海分会委员。长期从事临床麻醉和重症监护室工作。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />