体外循环脑损伤生化标志物研究进展.docx

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体外循环脑损伤生化标志物研究进展

体外循环脑损伤生化标志物研究进展

　　【关键词】体外循环脑损伤生化标志物

自1954年Gibbon首次成功将体外循环（extracorporealcirculation,ECC）用于心脏直视手术后，外科技术、麻醉水平、检测技术和灌注技术都取得了迅猛发展。

目前，ECC心脏直视手术后因心肌梗死、心力衰竭或致命性心律失常等直接心脏原因引起的死亡率已明显下降。

但由于中枢神经系统并发症引起的死亡率，近年来却从%增加到了%。

其中CNS功能障碍的发生率为2%～3%，永久性CNS功能障碍为1%，而神经精神功能紊乱的发生率则高达33%～79%，其中20%的神经精神功能紊乱持续6个月以上，5%的病人为永久性神经精神功能紊乱［1-2］。

由此可见，ECC心脏直视手术后CNS并发症，已经严重影响到了外科治疗的成败。

因此,有必要深入了解其发生机制，及时做出诊断，并制定有效的防治方案［3］。

ECC引起脑损伤的原因是多方面的［4］。

目前认为主要与ECC的低灌注状态、脑缺血和（或）缺氧、栓塞、全身炎性反应、缺血/再灌注损伤等因素有关。

但如何早期发现ECC引起的脑损伤，并准确判断其严重程度，目前还缺少行之有效的方法。

术中和术后早期由于病人处于麻醉状态，需要呼吸机支持，加之循环、呼吸状态不稳定，通常不适合或不能配合神经精神检查，连续脑电图、电子计算机断层扫描、磁共振成像等检查的应用同样受到限制。

近年来，越来越多的研究表明，应用特异性的生化标志物对ECC脑损伤进行评价是可行的。

Kern等［5］认为使用血清标志物进行脑代谢状况的监测，可以准确而实时地监测全脑的代谢变化，具有重要的意义。

脑损伤特异性生化标志物应符合以下特点［6］：

①对脑损伤有高度敏感性；②在脑脊液和外周血中迅速出现；③与性别、年龄关系不大；④属脑组织不可逆损害的释放物。

本文就目前ECC脑损伤特异性生化标志物的研究进展综述如下。

1S100β蛋白

S100蛋白为酸性钙耦联蛋白，广泛分布于不同组织中，其分子量为21kD，属EF手型二聚体细胞质蛋白，基因定位于第21号染色体远端（）。

根据链结构的不同，可有不同的构型。

ββ构型主要存在于神经系统的星状胶质细胞和神经膜细胞中，而αβ构型则主要存在于星状胶质细胞中。

S100β蛋白是由两个β亚单位组成的二聚体（ββ），特异性地存在于CNS的神经胶质细胞、星形细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞、胶质细胞以及前部垂体细胞和郎罕细胞内。

正常情况下S100β蛋白不能通过血脑屏障，若脑组织受损，脑细胞和血脑屏障受到破坏，S100β蛋白则过度表达并迅速释放入血。

因此，脑脊液和血中S100β蛋白水平升高是CNS损伤的特异性灵敏指标。

若血清S100β蛋白水平迅速升高并持续3～9天，表明有进行性脑损害［6］。

S100β蛋白水平是早期评价亚临床脑损伤的有效标记物，同时也可反映ECC术后脑损伤的程度，其特异性为89%。

临床研究表明［2］，ECC后S100β蛋白有早期和晚期释放，早期释放是由于亚临床脑损伤所致，术后亚临床脑损伤并非存在不可逆的神经细胞坏死，而是由于大脑弥漫性微栓及血脑屏障通透性增加所致。

晚期释放则是由于围术期脑部并发症所引发。

研究证实［2,7］，11%～87%ECC术后病人血清S100β蛋白水平明显升高。

约70%存在早期认知功能障碍，且与S100β蛋白水平呈高度正相关。

S100β蛋白水平与神经精神学评分也存在良好的相关性［8］，心脏手术后7h的S100β蛋白水平升高与术后记忆功能减退密切相关［9］。

S100β蛋白水平在围手术期的不同阶段呈动态变化。

Georgiadis等［10］检测了190名心脏手术病人围手术期血清S100β蛋白水平的变化，结果发现，ECC开始后20min血中即可检测到S100β蛋白，ECC结束时浓度达峰值，ECC结束5h内浓度变化不大，此后逐渐降低。

Gao等［11］亦证实S100β蛋白浓度在ECC期间迅速上升，复温结束时达峰值，手术结束时明显下降，术后第二天恢复至术前水平。

S100β蛋白水平与ECC时间、主动脉阻断时间以及病人年龄有关，与开放主动脉时微栓量呈高度正相关，ECC中使用动脉微栓滤器和肝素共价管道，可明显降低血清S100β蛋白水平。

S100β蛋白水平的变化亦与血清炎性介质及炎症反应有关。

麻醉不引起S100β蛋白的释放［10］。

非ECC心脏手术只引起血中S100β蛋白轻微增加［12］。

新生儿和婴幼儿ECC围手术期S100β蛋白水平的变化同成人基本相同［13］，但采用深低温停循环的婴幼儿，S100β蛋白水平升高更为显着，持续时间更长，术后2～3天达峰值；S100β蛋白水平的变化与脑损伤的程度、预后及颅内病理生理改变密切相关，其敏感性甚至超过CT检查［14］。

其原因可能与深低温停循环对脑损伤较重，S100β蛋白持续释放入血有关；也与小儿血脑屏障发育不全，肾功能差有关。

亦有学者认为部分先天性心脏病患儿术前即已存在脑损伤［15］。

S100β蛋白是脑损伤的特异性标志物，当其血清浓度超过μg/L时具有病理意义［16］。

S100β蛋白的检测目前主要有酶联免疫吸附法（ELISA）、放射免疫测定法（RIA）、免疫放射测定法（IRMA）和荧光免疫测定法（FIA）。

由于ELISA法具有灵敏度高、无污染、简便快捷等优点，在临床具有较大的应用价值，其灵敏度为μg/L。

S100β蛋白具有热稳定性，血清浓度不受低温、肝素、鱼精蛋白、溶血和麻醉药物的影响，因此标本可在术中任何时点采集，并可在室温或4℃全血标本中保存48h［18］。

2神经元特异性烯醇化酶（neuronspecificenolase，NSE）

烯醇化酶普遍存在于生物体内，其同工酶均为胞质二聚体酶，由免疫性质不同的α、β、γ3种亚基组成，其中γγ型主要存在于神经元和神经内分泌细胞中，称为NSE。

脑内NSE含量最高，占脑内全部可溶性蛋白的%。

其次为脊髓和周围神经节。

若神经元发生坏死，NSE会漏至胞外，使脑脊液和血清中NSE浓度升高。

在脑损伤性疾病中，血清和脑脊液NSE显着升高，且与脑损伤范围或疾病严重程度密切相关［18-19］，因此，被用作判断ECC手术后神经元和神经胶质细胞受损的生化标志物。

　　血清NSE浓度与美国国立卫生研究院卒中量表评分呈高度正相关。

Johnsson等［20］在35名ECC病人术后的第二天检测NSE和S100蛋白时发现，8名术后有CNS功能障碍的病人中7人NSE和S100蛋白水平增高。

尽管如此，由于NSE同时存在于红细胞和血小板中，1%的溶血即足以产生5μg/L的血清NSE，在一定程度上影响了其作为ECC术中或术后评价脑损伤指标的特异性和敏感性。

NSE的血浆半衰期为48h，在ECC术后早期，NSE水平与溶血程度相关，而在后期则无相关性，表明所测定的NSE总浓度中主要为脑组织所释放的NSE，因此，NSE仍可作为ECC术后脑损伤的生化标志物之一。

目前主要采用ELISA方法检测NSE。

健康成人血清NSE水平在12μg/L以下。

准确测定血清NSE必须排除溶血的可能。

NSE在4℃～20℃的环境中贮存2周后溶解50%，5周后溶解70%，标本须放置于-20℃保存，并不可反复冻融。

3髓鞘碱性蛋白（myelinbaseprotein，MBP）

CNS髓鞘由蛋白质（占20%～30%）和脂质（占70%～80%）构成。

MBP由少突胶质细胞合成和分泌，随即与酸性脂质相互作用而进入脂相，参与髓鞘的形成。

MBP约占髓鞘蛋白质总量的30%，是不含糖和脂质的单纯蛋白质。

目前已知人类有四种MBPmRNA相对应的cDNA，其蛋白产物分子量分别为、、和。

其基因定位于18号染色体远端（18q22-18q23）。

神经组织MBP有中枢型（A1）和周围型（P2）两种类型。

A1存在于CNS，由少突胶质细胞合成和分泌，脑白质含量最高；P2则由雪旺细胞合成和分泌，存在于周围神经髓鞘膜中。

A1、P2在胚胎来源、染色特性、脂质和蛋白质含量等方面明显不同，放射免疫测定时，两者间无明显交叉反应。

神经系统外组织器官的MBP含量极低，通常难以测出。

MBP位于髓磷脂浆膜面，与髓鞘脂质紧密结合，维持CNS髓鞘结构和功能的稳定。

当脑损害或CNS髓鞘破坏时，MBP可释放入脑脊液和血中，最后在肝脏降解经尿排出。

MBP与多种神经疾病有关，是反映CNS有无实质性损害，特别是有无髓鞘脱失的一个特异性生化标志物，在疾病诊断、病情评估、疗效评价和预后判断等方面具有重要的作用［21］。

本文作者观察了ECC脑损伤病人围手术期MBP的变化，并探讨了其浓度变化与术后神经精神功能障碍的关系。

结果表明，ECC开始后30min和结束后1h时MBP浓度均有所升高，与ECC前相比差异有显着意义（）。

ECC结束后6h时轻度脑损伤组MBP浓度达（±）μg/L。

ECC结束后24h时，中、重度脑损伤组MBP峰浓度可达（±）μg/L。

线性回归分析表明，MBP的峰值水平与ECC脑损伤程度密切相关。

多元回归分析表明，MBP浓度变化与术后NIHSS评分呈高度正相关，在ECC开始后30min以及ECC结束时，MBP与NIHSS评分的相关性优于S100β蛋白和NSE。

ECC结束后24h时，MBP与NIHSS评分相关性最高。

因此得出结论，血清MBP为敏感的检测ECC脑损伤的生化标志物之一，其浓度越高，术后神经精神功能障碍越严重［22］。

目前检测MBP的方法最常用的有两种，RIA和ELISA法。

RIA有放射性污染，操作繁琐。

ELISA法灵敏度为μg/L。

MBP在体内降解，因此必须在其时间窗内采集标本，并尽快冷冻保存，最迟不应超过3h。

标本的贮存条件对保存MBP的免疫活性至关重要，室温下或4℃，MBP的免疫活性很快丧失。

若贮存在-20℃以下，MBP的免疫活性可保持1年。

4胶原纤维酸性蛋白和兴奋性氨基酸

GFAP是CNS中星形细胞所特有的细胞骨架蛋白，是星形细胞的特征性标志物。

研究表明［23］，出血性脑损伤早期，出血灶周围星形胶质细胞出现短暂的活化反应，活化的星形细胞内GFAP增高。

随着脑出血急性期的结束，病变局部GFAP的表达亦减弱。

在缺血性脑损伤时，星形胶质细胞通过在损伤区周围形成胶质界膜，在正常组织、损伤区及血管之间建立通路，以及分泌多种神经营养因子等方式，减少缺血损伤的扩大，促进受损神经组织的修复、生长和存活。

在此期间GFAP的表达均明显增强［24］。

EAA是广泛存在于哺乳类动物CNS的兴奋性神经递质，与多种神经变性疾病有关。

缺血、缺氧、创伤、中毒等因素均能触发CNS的EAA过度兴奋，当能量代谢失衡时，EAA异常堆积，产生神经毒性作用。

EAA包括谷氨酸、天冬氨酸、N-甲基-D-天冬氨酸和亮氨酸等。

其中Glu是CNS内含量最高的一种氨基酸。

研究表明［25］，在急性缺血性脑损伤病人中，EAA含量明显升高，并与脑梗死体积和脑损伤程度呈正相关。

由此可见，GFAP和EAA亦可用于ECC手术围术期判断是否存在脑损伤以及评估脑损伤的程度。

综上所述，检测神经组织特异性生化标志物，能早期判断体外循环脑损伤程度、评估预后、指导治疗，具有重要的临床意义。

【参考文献】

［1］BorowiczLM,GoldsboroughMA,SelnesOA,etal.Neuropsychologicalchangeaftercardiacsurgery:

acriticalreview［J］.JCardiothoracVascAnesth,1996,10

（1）:

105-111.

［2］AliMS,HarmerM,VaughanR.SerumS-100proteinasamarkerofcerebraldamageduringcardiacsurgery［J］.BrJAnaesth,2000,85

（2）:

287-298.

［3］BaumgartnerWA,BurrowsS,delNidoPJ,etal.RecommendationsoftheNationalHeart,Lung,andBloodInstituteWorkingGrouponfuturedirectionsincardiacsurgery［J］.Circulation,2005,111（22）:

3007-3013.

［4］HogueCWJr,PalinCA,ArrowsmithJE.Cardiopulmonarybypassmanagementandneurologicoutcomes:

anevidence-basedappraisalofcurrentpractices［J］.AnesthAnalg,2006,103

（1）:

21-37.

［5］KernFH,SchellRM,GreeleyWJ.Cerebralmonitoringduringcardiopulmonarybypassinchildren［J］.JNeurosurgAnesthesiol,1993,5（3）:

213-217.

［6］贺晓生.重视对创伤性脑损伤炎症反应的研究［J］.第四军医大学学报,2004,25（9）:

769-731.

［7］BlomquistS,JohnssonP,LuhrsC,etal.TheappearanceofS-100proteininserumduringandimmediatelyaftercardiopulmonarybypasssurgery:

apossiblemarkerforcerebralinjury［J］.JCardiothoracVascAnesth,1997,11（6）:

699-703.

［8］FarsakB,GunaydinS,YorganciogluC,etal.ElevatedLevelsofS-100betacorrelatewithneurocognitiveoutcomeaftercardiacsurgery［J］.JCardiovascSurg,2003,44

（1）:

31-35.

［9］SvenmarkerS,SandstromE,KarlssonT,etal.IsthereanassociationbetweenreleaseofproteinS-100Bduringcardiopulmonarybypassandmemorydisturbances［J］.ScandCardiovascJ,2002,36

（2）:

117-122.

［10］GeorgiadisD,BergerA,KowatschevE,etal.PredictivevalueofS-100betaandneuron-specificenolaseserumlevelsforadverseneurologicoutcomeaftercardiacsurgery［J］.JThoracCardiovascSurg,2000,119

（1）:

138-147.

［11］GaoF,HarrisDN,Sapsed-ByrneS,etal.Neurone-specificenolaseandSangtec100assaysduringcardiacsurgery;partIII-Doeshemolysisaffecttheiraccuracy［J］?

Perfusion,1997,12（3）:

171-177.

［12］WandschneiderW,ThalmannM,TrampitschE,etal.Off-pumpcoronarybypassoperationssignificantlyreduceS-100release:

anindicatorforlesscerebraldamage［J］.AnnThoracSurg,2000,70（5）:

1577-1579.