继发性脊髓损伤的发病因素

出处：按学科分类—医药、卫生 中山大学出版社《脊髓损伤》第473页（16530字）

一、兴奋性氨基酸(excitatory amino acids，EAAs)

EAAs主要包括谷氨酸(Glu)和天门冬氨酸(Asp)，是中枢神经系统的重要兴奋性神经递质。正常情况下存在于神经末梢的囊泡中。当神经末梢去极化时，通过Ca²⁺依赖方式间断地释放EAAs，作用于特异性膜受体，引起一系列细胞第二信使的变化，其本身则在内因酶的降解及重摄取过程中从突触迅速消除。但在病理情况下，EAAs过度释放会导致神经组织损害。大量的实验表明，EAA是参与脑和脊髓继发性损伤的主要毒性物质之一。

EAAs含量过高时，即可过度刺激EAAs受体，最终导致神经细胞损伤。EAAs通过其受体介导而启动的一系列神经损伤，最终导致死亡细胞的病理生化反应称为EAAs神经毒性。兴奋性氨基酸导致细胞死亡的概念，是Olney在1969年研究谷氨酸对下丘脑内分泌系统作用毒性时提出来的。许多证据表明，兴奋性毒性病理生理过程参与了CNS缺氧缺血损伤以及脑和脊髓创伤。

EAAs有3种受体，即kainate、quisqualate及N－甲基－D－天门冬氨酸(N-methyl-D-asparate，NMDA)受体，NMDAR是EAAs最重要的受体亚型，由递质结合位点、变构激活剂甘氨酸或其类似物的结合位点以及阳离子或分离性麻醉剂(PCP、氯胺酮、MK－801)作用通道3部分组成。当EAAs过度升高时，NMDAR被过度激活，Na⁺、Ca²⁺持续大量内流，C1^－和水被动内流形成急性水肿和细胞内Ca²⁺超载而引起迟发性损伤。NMDAR主要分布于神经元的胞体和树突的突触后膜，少部分位于突触前膜，应用以［³H］CPP作标记配基的脊髓NMDAR结合分析法显示受体数量减少，而受体亲和力无显着改变。NMDAR数量的减少可能起一种代偿性神经保护作用，反映受体合成的减少和／或变性率的增加，也可能反映受体转化率的改变。SCI后［³H］CPP特异结合时程的改变与谷氨酸、天门冬氨酸等兴奋性氨基酸释放的时程改变呈负相关。说明NMDAR数量的减少并不是脊髓神经元原发损伤变性坏死的结果，而是在继发性损伤的过程中起了作用。

EAAsR在脊髓组织中主要分布于后角及背侧神经根。其中N－甲基－D－天门冬氨酸受体(NMDAR)与Ca²⁺通道偶联，与脊髓损伤直接相关。MK－801是NMDAR的非竞争性拮抗剂，可与离子通道内部环丙哌啶(PCP)受点结合，阻断NMDA受体偶联的Ca²⁺通道激活，使Ca²⁺内流减少，拮抗EAA的作用。

脊髓损伤后，损伤区细胞外EAAs积聚，其神经毒性作用表现在：①引起神经细胞的通透性改变，N－甲基－D－天门冬氨酸(NMDA)等受体的阳离子通道开放，Na⁺、Cl^－、H₂O过度内流，导致神经细胞急性肿胀。②激动EAAs受体(EAAsR)，启动电压依赖性钙通道，使Ca²⁺大量内流。③Na⁺－Ca²⁺交换减弱，胞内过多的三磷酸肌醇(IP₃)使胞内贮存的Ca²⁺释放增加，从而激活DNA酶、蛋白酶、磷脂酶，引起DNA、蛋白质和磷脂降解，使细胞骨架破坏。磷脂降解产生的花生四烯酸在代谢中生成具有高度反应活性的氧自由基，破坏生物膜；另外，花生四烯酸代谢形成的甘烷酸与磷脂分解产生的血小板激活因子一起，可增强血细胞聚集和血管收缩，加重SCI后缺血。

近年科学家就兴奋性氨基酸在中枢神经组织缺血－再灌注损伤方面的作用进行大量研究。EAA激活后引起的神经毒性作用是通过突触后兴奋性氨基酸受体(EAAR)所介导的，有效的EAAR拮抗剂可能是减轻缺血性神经组织损伤的有效途径之一。由于EAA受体拮抗剂大多数不能通过血－脑屏障且存在不良反应，迄今尚处于动物实验中。氯胺酮是苯环利啶(PCP)的衍生物，易通过血－脑屏障，作为静脉麻醉药在临床应用多年，又系非竞争性NMDA受体拮抗剂和膜上配体门控Ca²⁺通道(LGCC)拮抗剂，亦显示出对新皮层神经元培养可减轻缺氧损伤。Globus等已将氯胺酮以低剂量试用于临床急性脑缺血患者治疗。有研究者认为氯胺酮可降低脊髓缺血性损伤时EAA含量，阻止胞内钙超载，防治神经元继发性损伤。

二、钙通道

研究发现，脊髓损伤组织细胞外Ca²⁺浓度迅速下降，而在受伤节段，45分钟时，总Ca²⁺浓度明显升高，8小时最高，并在伤后持续升高1周。Ca²⁺聚集的可能机制是经电压依赖性Ca²⁺通道或兴奋性氨基酸N－甲基－D－天门冬氨酸(NMDA)受体通道漏出，过多的细胞内钙对细胞功能产生有害的作用，细胞内Ca²⁺增加激活钙依赖性蛋白酶，破坏核酸酶的正常调节作用，不利于线粒体能量的产生；导致神经丝和髓磷脂蛋白的降解。激活的钙依赖性磷酸脂酶、磷脂酶C和磷脂酶A₂可导致细胞膜破坏及产生花生四烯酸，而后者的代谢产生的血栓素、白三烯及自由基，通过对血管的作用及炎症反应进一步加重组织损伤。

Happel(1981)发现SCI后2小时，挫伤的脊髓组织内总钙增加2倍，5小时后增加5倍，其他一些研究者也发现急性脊髓损伤后2～5分钟，细胞外钙浓度明显持久降低。应用原子吸收分光计发现受伤脊髓部位组织总钙明显升高，认为系由于无机磷酸盐使钙离子分离所致。向脊髓内灌注高浓度钙离子可引起类似损伤后发生的组织病理及生化改变。

细胞内Ca²⁺超载对细胞的毒性效应主要是由Ca²⁺的细胞内受体钙调素(calmodulin，CAM)介导的，CAM的生物学效应可能影响SCI的病理进程，如抑制神经元微管系统的组建和促进已形成的微管解聚，导致轴浆运输中断和神经细胞死亡；刺激兴奋性神经介质的合成与释放；改变细胞膜通透性，加速Ca²⁺内流并提高血管平滑肌对Ca²⁺的敏感性，导致血管痉挛和组织缺血；降低Na⁺－K⁺－ATP酶的活性，造成细胞内外Na⁺、K⁺失衡，加重组织水肿；促进氧自由基生成和LPO反应；激活磷酯酶，加强AA代谢；等等。

在损伤神经细胞中，CAM的含量明显增加，其对SCI的病程发展有重要作用。三氟啦嗪(trifluoperazine，TFP)是一种特异的CAM拮抗剂，可通过分子中非极性基团间的疏水作用及离子键互补形式与CAM相结合，从而抑制CAM与受体蛋白间的相互作用，拮抗CAM的生物学效应；另外其疏水特性还可非特异性地阻断α受体，引起系统动脉压的显着下降。

三、一氧化氮

在中枢神经系统内，一氧化氮(NO)具有广泛的生物学活性，主要由血管内皮细胞、神经细胞和神经胶质细胞的一氧化氮合酶(NOS)催化L－精氨酸胍基末端氮原子和氧结合而成。NOS是一组同工酶，是NO生物合成的关键因素，根据功能可分为：①结构型(cNOS)：依赖钙／钙调蛋白，具可溶性，需要烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸还原型(NADPH)作为辅酶，细胞内Ca²⁺浓度稍有增加，即可使cNOS明显增加。生理条件下可产生微量NO，起中枢调节作用。②可诱导型(iNOS)：不依赖钙钙调蛋白，在免疫或细胞因子刺激及缺血损伤条件下，巨噬细胞、中性粒细胞、神经胶质细胞可表达iNOS，脊髓运动神经元、脊髓背侧神经核也可表达iNOS。

NO作为杀伤分子参与神经细胞毒性的机制为：①介导兴奋性氨基酸的神经毒性；②与超氧阴离子反应，形成毒性很强的过氧化硝基阴离子及羟自由基，引起广泛的脂质过氧化及蛋白质酪氨酸硝基化反应；③与细胞内许多酶的铁硫中心结合，干扰DNA双链，影响其转录翻译。

NO通过两种方式起作用：其一为高浓度的NO能抑制多种与线粒体电荷传递系统及柠檬酸循环有关的酶，通过与酶的硫铁中心结合，导致细胞铁减少而抑制线粒体呼吸，引起细胞损伤；其二为NO与超氧化阴离子反应生成过氧化亚硝基阴离子(ONOO^－)，ONOO^－可在酸性条件下分解为具有很强毒性作用的OH^－和NO₂自由基，从而造成组织细胞的损伤。

近年来大量研究表明，NO在中枢神经系统损伤中起着重要作用。SCI后，局部NO含量增加，作为血管舒张因子可以松弛血管平滑肌，在一定程度上扩张血管，增加脊髓血流量(SCBF)，减少血小板聚集、粘附，避免血栓形成，改善局部缺血缺氧状态，从而具有保护组织作用。然而NO介导兴奋性氨基酸的神经毒性，及与氧自由基反应生成比氧自由基作用更强的过氧化硝基阴离子，使含铁、硫中心的酶类失活，破坏DNA双螺旋结构，引起组织结构损坏。而这两种不同的作用取决于NO离子的氧化还原状态，氧化型NO具神经保护作用，还原型NO具细胞毒性作用。表现为：①NO本身是一种活性自由基，它与超氧阴离子(O₂^－)结合后，更增强其活性，同时使O₂^－成为更有效的脂质过氧化的激动剂。②通过与靶细胞的含铁酶和蛋白形成一种NO－铁复合物，如与线粒体电子传递体系中的关键酶的作用，可抑制酶活性或使其失活。③通过对DNA复制的抑制和对DNA的脱氨基作用，影响靶细胞的修复和蛋白质的合成。

脊髓损伤后，NO介导产生的级联反应可导致水肿，其作用机制与以下几个方面有关：①损伤后谷氨酸等兴奋性氨基酸(EAAs)过度释放，触发Ca²⁺大量内流，并与钙调蛋白结合，诱导NOS活性；同时巨噬细胞等炎性细胞浸润，促使大量的NO生成，NO激活可溶性鸟苷酸环化酶，产生cGMP，cGMP通过调节细胞膜离子通道，引起Na⁺、Ca²⁺等分布不平衡，导致脊髓水肿。②外伤后自由基水平升高，NO与超氧阴离子反应，产生毒性作用，造成膜结构的破坏，导致细胞及血－脊髓屏障受损，促使脊髓水肿的发生。③NO与细胞内许多酶的铁硫中心结合，破坏线粒体电子传递体系和枸橼酸循环，抑制靶细胞氧化呼吸，影响其代谢，从而导致细胞水肿、坏死。其中NO促进损伤局部EAAs的释放，其原因是多方面的：SCI后NO大量释放，能抑制Na⁺－K⁺－ATP酶的活性，引起神经细胞去极化，促使EAAs释放；NO本身具极强化学活性，可失活降解EAAs的酶，使已释放的EAAs不能迅速降解；NO还可以抑制或破坏EAAs的重摄取功能。

研究发现，小剂量应用非特异性NOS竞争性抑制剂L-NAME(L-NG－硝基精氨酸甲酯)，可通过抑制神经元性原生型NOS(neNOS)的活性，减少NO的过量产生，改善受损脊髓微循环，从而减轻组织损害，促进神经功能恢复。但大剂量应用不仅可抑制ncNOS活性，减少NO过量产生，而且抑制内皮细胞源性原生型NOS(ecNOS)，降低基础血管张力，使组织破坏加重，神经功能不能恢复，甚至加重。这进一步证明NO在继发性脊髓损伤中的双重作用。

研究表明，脊髓损伤后iNOS表达与神经细胞凋亡指数及脊髓损伤程度呈正相关，提示iNOS表达增加可能在脊髓继发损伤发生、发展中起重要作用，选择性抑制iNOS是防止脊髓继发损伤的有效方法。

四、自由基

在中枢神经系统继发性损害过程中，由于损伤组织缺血、缺氧的继发性病理改变，造成组织内氧自由基产生增加，清除能力下降，导致氧自由基聚集。这种氧化应激(oxidative stress)能诱导神经细胞凋亡，是造成中枢损伤后继发性病理损害的主要机制之一。

生物膜的磷脂和胆固醇成分对氧自由基反应非常敏感。急性脊髓损伤中证明自由基过氧化反应的有：①多不饱和脂肪酸分解超氧化反应增强；②组织中抗氧化剂如超氧化物歧化酶、α－生育酚、抗坏血酸减少；③磷脂受体膜连接Na⁺－K⁺－ATP酶受抑制；④脂质过氧化物增加；⑤实验性脊髓损伤治疗中抗氧化剂的疗效等。

脊髓损伤后，细胞膜成分脂质过氧化物与多不饱和脂肪酸相互作用，导致膜结构和功能崩溃，引起磷脂过氧化反应的连锁反应，最终导致细胞死亡。自由基可直接破坏神经组织血管的完整性，分解细胞蛋白质和核酸，生成大量的环氧化物酶、氧自由基及对超氧化物自由基和过氧化物有催化作用的黄嘌呤氧化酶。此酶起源于内皮细胞，黄嘌呤氧化酶系统诱发的氧自由基作用于毛细血管，改变血管的通透性，加剧创伤后引起的水肿，血液中血红素内反应性铁可作为产生氧自由基和进行脂质过氧化反应的催化剂。氧自由基的其他来源还包括侵入的嗜中性粒细胞以及儿茶酚胺的自氧化过程。

这些物质在伤区释放，当细胞和血管的屏障作用受到破坏时，则可伤害到邻近细胞引起继发性的功能障碍。MDA和SOD测定用于评估脂质过氧化反应。MDA是神经髓鞘、神经细胞膜中脂质过氧化反应的代谢物，而SOD则是机体内清除超氧化物自由基的重要抗氧化剂，SOD的增加可有效防御自由基造成的损伤。

在病理状态下，脂质过氧化物能导致细胞膜的破坏。许多研究支持脂质过氧化物在脊髓损伤中的作用：①增加的脂质过氧化物是不饱和脂肪酸代谢产物；②胆固醇减少常伴有胆固醇氧化产物的出现；③激活的鸟嘌呤核苷酸环化酶使环单磷酸鸟苷(cGMP)增加；④组织抗氧化物水平下降，如维生素D、维生素E等；⑤抑制磷酸脂依赖的膜Na⁺－K⁺－ATP酶。另外，抗氧化物治疗实验性脊髓损伤有效。

生物代谢过程中产生的自由基主要是氧自由基，包括超氧阴离子(O₂^－)、单线态氧(O₂)、过氧化氢(H₂O₂)和羟自由基(·OH)。一方面以链式反应引发生物膜磷脂分子不饱和脂肪酸过氧化，形成过氧化脂质，破坏生物膜通透性及完整性，最终导致细胞死亡。由于脊髓组织脂质含量极其丰富，因此，对自由基反应极为敏感。另一方面与核酸、蛋白质、粘多糖等发生反应，引起这些大分子化合物结构改变或破坏。在生理条件下，自由基产生量很小，由自由基介导的脂质过氧化反应不会引起正常组织损伤。病理条件下，自由基的产生增加和／或清除能力下降，而造成大量自由基堆积。

·OH的脂质过氧化反应能力极强，能使神经细胞、线粒体、髓鞘等膜结构和功能受到严重损伤。脂质过氧化物可以抑制血管内皮细胞产生PGI₂，导致TXA₂／PGI₂比例失衡。脂质过氧化物还可以使血小板聚集性增加，造成血管痉挛与闭塞，从而进一步加重组织缺血、缺氧，形成恶性循环。此外，缺血组织清除自由基体系的活力减弱，也是引起脊髓损伤的原因之一。

由于中枢神经系统的脂类含量极为丰富，对脂质过氧化反应非常敏感，很容易产生形态与功能方面的明显改变。中枢神经系统创伤后，自由基反应首先引起膜损害。由于在缺氧情况下可引起自由基的电子传递移位，加之缺乏足够的氧结合电子传送链上的电子和氢原子，在黄嘌呤核苷酸、辅酶和一些金属离子的作用下，进一步促使自由基的产生。Hall等研究表明，自由基介导的细胞膜脂质过氧化反应，在SCI继发性损伤病理过程中起重要作用，主要表现为组织脂质过氧化产物生成增加、抗氧化剂水平降低和酶(如Na⁺－K⁺－ATP酶)系统抑制。

为防止自由基过量产生造成膜的脂质过氧化损伤，细胞中存在有抗氧化系统，如超氧化歧化酶可以清除超氧阴离子，通过催化使其转化为过氧化氢及氧，而过氧化氢酶可使过氧化氢还原为水。正常情况下机体内这种损伤可与正常组织修复过程取得平衡。在自由基的清除机制中，SOD及CAT起重要作用。在HBO环境下，组织细胞中自由基的产生虽然增多，但机体的抗氧化酶系统亦被诱导增强，故两者仍然处于平衡状态。

(一)病理性自由基的来源

病理性自由基产生的主要来源为：①脊髓灰质局部出血，红细胞释放大量氧合血红蛋白(OxyHb)和含铁化合物。OxyHb自氧化高铁血红蛋白过程中产生各种自由基，Fe²⁺和Cu²⁺的释放加速O₂^－的产生，多形核白细胞样细胞(PMNLs)和含高浓度PG过氧化物的血小板渗出，能催化病理性自由基反应，释放大量O₂^－。②缺血缺氧引起能量代谢障碍，ATP减少，致使线粒体内电子传递速度降低、传递脱节及传递链终端电子不足，结果氧还原不完全而产生超氧阴离子自由基(O₂^－)。与此同时，大量辅酶Q(CoQ)及黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)被释放，当有少量氧存在时，二者可自氧化产生超氧自由基。③SCI后释放大量儿茶酚胺(CA)，在Fe²⁺存在下，可自氧化产生FR，或通过受体机制，使细胞内Ca²⁺及cAMP增加，激活磷脂酶A₂(PLA₂)，影响细胞膜功能，刺激AA代谢而产生O₂^－。④SCI后，细胞膜离子泵活性降低，伤区膜通透性增加，促使大量Ca²⁺内流。Ca²⁺激活依赖Ca²⁺的蛋白酶，促使黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶(XOD)，由于缺氧后能量合成减少，分解产生的AMP增加，代谢产生大量的次黄嘌呤(HX)，在次黄嘌呤被氧化为尿酸过程中产生大量的O₂^－。另外，细胞内游离Ca²⁺增加，激活多种蛋白酶及磷脂酶A₂(PLA₂)，发生脂质过氧化(LPO)，游离脂肪酸(FFA)释出花生四烯酸(AA)，后者在环氧化酶作用下产生大量前列腺素(PG)。在前列腺素经过氧化物酶使PGG₂转为PGH₂过程中可产生大量O₂^－。

(二)病理性自由基的产生过程

在氧FR产生过程中，黄嘌呤－黄嘌呤氧化酶(X-XOD)系统起一定作用。SCI的早期病理改变是缺血，其所引起的继发性损伤与超氧化物阴离子FR的作用密切相关。缺血时，能量代谢障碍，三磷酸腺苷(ATP)降解为次黄嘌呤(hypoxanthine)，同时由于细胞膜渗透性改变，大量的细胞外Ca²⁺向细胞内流动，激活依赖Ca²⁺蛋白酶，后者可使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶(XOD)。次黄嘌呤(HX)在一定氧供给及XOD作用下，还原为黄嘌呤和尿酸，产生氧自由基。

SCI后组织缺血、缺氧，在再灌注及再给氧时往往出现更为严重的损伤。离体大鼠心脏实验表明，缺氧3．5～4小时后，细胞内肌酸磷酸激酶(CPK)大量释放，降低细胞中抗氧FR损伤的防御作用，再给氧时不能对产生的FR和LPO进行有力的清除，从而引起组织损伤。氧可以还原为O₂^－等FR，线粒体中呼吸链的辅酶Q(CoQ)也可以自动氧化，产生O₂^－等FR。

局部出血时，红细胞裂解，释放大量的氧合血红蛋白和含铁化合物，Fe²⁺和Cu²⁺可启动和催化自由基反应。多形核白细胞在进行吞噬作用时，可产生大量的O₂^－、·OH及H₂O₂。另外，由血小板释出的前列腺素在前列腺素过氧化物酶作用下由PGG₂转化为PGH2₂的过程中亦可产生O₂^－。血管痉挛或微循环阻塞引起脊髓损伤后血流降低，毛细血管内皮可发生自由基损害，产生过氧化酶，抑制前列环素(PGI₂)的正常形成。

损伤后微循环障碍是因损伤后产生的脂质过氧化物抑制前列腺素合成，血小板聚集所致。由于PUFA胆固醇等脂质减少之前，抗氧化剂已下降，说明损伤后首先因自由基产生增加，大量消耗了氧化剂以后，才引起脂质过氧化损害。这种损害使细胞膜上的一些重要依赖于脂质的酶，如Na⁺－K⁺－ATP酶失活，膜的通透性发生改变。另外，溶酶体和线粒体膜的破坏造成细胞内环境紊乱，氧化磷酸化障碍及细胞膜功能丧失。血管内皮细胞膜的脂质过氧化可使内皮细胞破坏，血管通透性增强，引起水肿，并引起微血管内凝血，从而加重了缺血缺氧，造成广泛坏死。

Demopoulos(1980，1982)发现，早在脊髓损伤后1小时，即可发生自由基反应，导致膜脂、磷脂及胆固醇破坏。酶的生化测定显示中枢神经系统损伤后，膜脂有不同程度降低，扫描电镜证实脊髓实质微循环障碍，伤后1小时在毛细管及其他小血管即有内皮损伤，2小时后变得更为严重，并向远、近侧扩展。

细胞内源性自由基(FR)清除剂，如超氧化歧化酶(SOD)及谷胱甘肽(glutathione)，可防止由正常细胞呼吸产生的FR引起损伤。而损伤情况下，形成了过多的FR，破坏细胞防御机制。FR可攻击脂膜的多不饱和脂肪酸产生不同醛，如丙二醛(MDA)和4－hydroxynonenal(HNE)，破坏蛋白，形成醛－蛋白复合物以改变二级及三级结构。醛与FR不同，可长期存活，从起始处可弥散攻击至远处细胞内、外蛋白质。HNE为醛中最具毒性者，对LPO较MDA是更特异指标。

(三)自由基反应机制

自由基(free radical，FR)是存在于最外层电子轨道上的未配对电子的原子或原子团，性质不稳定，易与其他分子发生自由基链式反应。自由基对生物膜的损害最为广泛和严重。在脊髓组织中，除各种细胞及一些亚细胞具膜结构外，轴突外有轴突膜。这些膜的完整性可保持正常代谢及功能。膜脂质的主要成分是多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids，PUFA)，其中FR弱键不稳定，最易受攻击，产生脂质过氧化物。正常生理情况下，机体不断产生一定的FR，可由内源性抗氧化系统，如超氧化歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等有效地清除。FR性质活泼，进一步反应很容易变成稳定的分子，大多数寿命很短，只作为反应中间物存在，检测和分离都比较困难。

氧自由基是LPO的启动因子和引发剂，氧FR不断攻击细胞膜上的多不饱和脂肪酸(POFA)的不稳定弱键，发生过氧化而引起损伤。由于细胞膜上脂质依赖性酶失活，膜通透性改变以及氧化磷酸化障碍，而使细胞膜功能丧失。与此同时，血管内皮细胞脂质过氧化，可致微血管内凝血，内皮细胞损伤，血管通透性增加，水肿形成，进一步加重缺血缺氧。因此氧自由基及其引发的LPO进一步加重了脊髓继发损伤病理改变。SCI后，病理自由基反应可引起一系列病理生理改变：①神经元细胞膜损害：细胞色素C氧化酶和Na⁺－K⁺－ATP酶减少，可致传导丧失。②溶酶体膜损害：发生LPO，可致细胞和组织崩解。③微血管损伤：使TXA₂／PGI₂失衡，一方面病理性FR增加，加重LPO；另一方面加重血管内皮损害，灌流减少。④轴索／髓鞘损伤：胆脂醇过氧化髓鞘分解，可使传导丧失。

脊髓损伤后FR产生的来源、过程及其作用见图20－1，缺血组织中氧自由基产生过程见图20－2。

图20－1 脊髓损伤后自由基的来源、过程及其作用

图20－2 缺血组织中氧自由基的产生

(四)自由基检测方法

为观察脊髓损伤后病理性自由基及脂质过氧化反应，常用以下检测方法：

(1)电子自旋共振法(electrolyte spin resonance，ESR)：ESR是最常用的FR物理检测法，其依赖于样品中存在未配对的电子。应用ESR波谱仪直接检测脊髓组织中的自由基信号，其幅值与所测试样的组织湿重之比，即为自由基信号的相对强度。

(2)超氧化物歧化酶(SOD)活力测定：应用邻苯三酚自氧化法。邻苯三酚在碱性条件下可自动氧化生成有色的中间产物和超氧化阴离子(O₂^－)，后者能对自动氧化起催化作用，而SOD仅能特异性地歧化清除O₂^－，防止中间产物的积累。特定波长下即可测SOD的活力。

(3)丙二醛(malondialdehyde，MDA)测定：多不饱和脂肪酸(PUFA)通过自由基反应，形成脂质过氧化物时，过氧化脂质(LPO)的降解产物MDA在一定条件下可与硫代巴比妥酸(TBA)起缩合反应，生成荧光产物，可用荧光法进行微量测定。

SCI后，MDA明显升高，SOD显着降低，提示损伤局部脂质过氧化反应增强。应用ESR波谱仪直接检测的较强自由基信号主要为O₂^－，伤后不同时期均有不同程度增加。伤后所有这些测定均显示自由基脂质过氧化反应增强，体内抗氧化剂被大量消耗，其清除能力明显降低。

五、内源性阿片肽

脊髓损伤后可产生释放一种内源性类阿片物质，在损伤近侧脊髓可能直接释出这些物质。损伤后还有神经递质如NE立即释出，作出交感反应，或由于细胞外K+突然增加，也可产生内源性类阿片物质而被释出。

1980年Holaday和Faden观察到阿片肽拮抗剂纳洛酮能够逆转颈脊髓横切损伤产生的低血压。假定纳洛酮能够在脊髓损伤后升高动脉血压，脊髓血流量将改善，脊髓损伤将有某种程度的改善。为此，一些学者对纳洛酮进行了研究，发现纳洛酮治疗实验性脊髓损伤确实有效。

类阿片受体主要有μ、δ、κ及ε4种。纳洛酮(naloxone)对μ受体最具选择性，但大剂量对3种受体均有活性。Faden(1990)认为内源性阿片肽中，强啡肽A(dynorphin A)即κ阿片受体的配基，在SCI时最易被累及。SCI后，损伤部位的强啡肽含量升高，与神经组织形态学改变、神经功能受损明显相关的强啡肽的免疫反应有选择地增加及损伤的严重程度相关。同时发现κ类阿片受体结合有明显时间依赖性，而对κ受体更具选择性的阿片肽拮抗剂在实验性治疗SCI缺血也有效。强啡肽A是惟一的在大鼠腰蛛网膜下隙注射后能引起后肢剂量依赖性弛缓性瘫痪的内源性阿片肽。预先给予强啡肽抗血清，能显着降低脊髓损伤程度。强啡肽A在继发性脊髓损伤中，除经阿片肽κ受体介导外，部分可能系非阿片类受体机制，纳洛酮及其他更特异κ受体拮抗剂不能使其逆转。强啡呔A诱发的瘫痪伴SCBF明显降低者，事先用促甲状腺素释放激素(TRH)也无效。一些研究者认为强啡呔A可能参与继发性SCI机制。

阿片肽参与脊髓损伤的机制可能有：①脊髓损伤后强啡肽免疫反应选择性增加，与脊髓损伤的严重程度有关；②脊髓损伤时阿片受体增加有明显的时间依赖性；③阿片肽拮抗剂能选择性作用于κ受体，增强治疗实验性脊髓损伤或缺血的作用；④强啡肽蛛网膜下腔注射是惟一能够引起大鼠后肢瘫痪的内源性阿片肽。

六、甘烷类

甘烷类(eicosanoids)包括血栓素(thromboxane)、白三烯(1eukotrienes)及TXA等。SCI后，TXA₂升高，可刺激血小板聚集及血管收缩，钙离子、磷脂酶、花生四烯酸产物及脂质过氧化(1ipid peroxidation，LPO)的相互作用可使TXA₂明显增高。白三烯是强有力的炎症介导剂，SCI后可增加或保持不变。

脊髓损伤后，花生四烯酸(arachidonicacid，AA)从CNS膜磷脂释出，在环氧化酶作用下游离的AA很快代谢生成过氧化脂类和甘烷类，或经脂氧化酶代谢为羟脂肪酸和白三烯。无论是缺血或物理性损伤，甘烷类的产生均增加，其中前列环素(prostacyclin，PGI₂)及血栓素(thromboxane，TXA₂)最具血管活性。PGI₂水平升高能抑制血小板聚集和使血管扩张，细胞内Ca²⁺外流，cAMP增加；而TXA₂的作用则相反，能刺激血小板聚集及血管收缩，细胞内Ca²⁺增加，环腺苷酸(cAMP)降低，加重脊髓损伤。生理情况下，PGI₂和TXA₂的产生与分解保持相对平衡，以维持正常机体循环功能。病理性FR可抑制PGI₂的合成，导致TXA₂／PGI₂失衡，一方面FR增加，可加重LPO；另一方面能加重血管内皮损害，引起血管渗透性增加，导致微循环障碍。

Hsu(1984)在兔脊髓损伤研究中，应用放射免疫方法分别测量受伤脊髓节段及脑脊液(CSF)的TXA2₂、PGI₂的稳定代谢产物，即TXB₂及6－keto－PGF_1α，结果显示损伤节段iTXB₂及i6－keto-PGF_1α均明显增高。因此SCI后，增加产生的环氧化酶代谢产物包括PGF_2α、TXB₂及6－keto-PGF_1α。磷脂酶的激活引起游离AA的释放，AA是所有前列腺烷类的前体。在猫SCI，PGF_2α选择性增加而非PGE，其增加与FR形成有关。SCI后，TXB₂较6－keto-PGF_1α增加更多，继以释放FR及LPO。过氧化脂质可以选择性抑制PGI₂的产生，TXA₂增加能刺激血管收缩而导致栓塞形成。

SCI后，Ca²⁺内流增加，磷脂酶被激活，随后释放花生四烯酸(从)，并使前列腺素合成酶活性增加。最初的损害诱使FR产生增加，LPO产物激活磷脂酶，结果使AA进一步释放，AA经前列腺素合成酶催化反应，产生不同AA代谢产物，包括TXB₂及PGF_2α，均为缺血的强有力介导剂。在损伤部位由损害RBC的Hgb释放的Fe²⁺是FR及LPO强有力的催化剂，AA代谢产物使灰质进一步缺血，后者又产生细胞内乳酸酸中毒及FR，进一步产生LPO。氧FR及LPO产物是损伤组织缺血损害的主要介导剂，LPO产物及FR促使AA进一步释放，缺血促进AA代谢产物进一步产生，后者又使缺血从灰质进一步扩散至白质，导致脱髓鞘及轴突损害。

实验性猫脊髓挫伤或挤压伤后，在脊髓组织中强效的脑血管收缩剂PGF_2α水平明显增加。研究发现，大鼠皮质冷冻伤后，其皮质组织PGF_2α可增加30倍，TXA₂的稳定代谢产物TXB₂也增加。同样在猫及大鼠SCI后，作为TXA₂的稳定代谢产物TXB₂也增高，甚至增高早在伤后5分钟即可出现。但前列环素的代谢产物6－keto-PGF_1α只有少量增加。SCI前预先给予环氧化酶抑制剂，如布洛芬(ibuprofen)或甲氯灭酸(meclofenamate)，可减少损伤后缺血，与PGF_2α及TXA₂作为减少SCBF的重要介质的可能性是一致的。单独应用TXA₂合成酶抑制剂(furegrelate sodium)并不影响SCBF的下降。这可能单纯对损伤产生的TXA2的阻滞无PGF_2α的作用不足以维持SCBF。持续静脉灌注稳定血管扩张抗血小板聚集PGI₂类似物(iprostene calcium)，其有限维持SCBF的作用也能解释对PGF_2α及TXA₂聚集的有效拮抗作用。相反，应用PGI₂抗TXA₂合成抑制，可明显保持SCBF。选择一种环氧化酶抑制剂作为PGI₂灌注的补充较应用TXA₂合成酶抑制剂更有效，前者能减少PGF_2α及TXA2₂的产生。联合应用较单独应用TXA₂合成酶抑制剂效果要好。

七、内皮素及血管内皮生长／渗透性因子

(一)内皮素(endothelin，ET)

目前认为，血管机制和神经生化机制是脊髓继发性损伤的两大机制。而血管机制被认为是脊髓损伤后功能能否恢复的关键。血管内皮可以产生一些血管扩张物质如前列环素、内皮衍生松弛因子，具有抗血栓形成及调节血管平滑肌功能，同时血管内皮还可在不同生理条件下产生血管收缩物质，如内皮素(endothelin，ET)。

1988年Yanagisawa首次从猪主动脉上皮细胞培养液中分离出内皮素(ET)，并证明ET－1在体内具有强烈的缩血管作用。近年来许多学者发现在中枢神经系统中，ET具有血管调节、神经调节、信息传导等多方面生理功能。同时还发现在脑外伤及出血、缺血性脑疾患中ET－1含量明显增高，并初步证实ET－1参与脑损伤的病理过程。

ET是由血管内皮细胞、平滑肌细胞、神经细胞合成、释放的一种旁分泌因子，含有21个氨基酸，是一种强有力而持久的周围血管收缩剂。ET主要包括ET－1、ET－2、ET－3等3种，其中ET－1是目前发现体内最强的缩血管活性多肽之一。在正常CNS组织中，仅神经细胞和微血管床的内皮细胞有ET表达，ET在CNS中起神经递质作用，可引起脑血管持久性收缩。ET可以引起蛛网膜下腔出血，并在出血后使血浆及CSF中ET水平升高，提示ET在CNS损伤中起重要作用。ET水平越高，脊髓损害程度越重。ET在急性脊髓损伤中的作用机制有：①ET升高引起血管痉挛，导致脊髓缺血、缺氧。②促进兴奋性氨基酸释放，引起Ca²⁺内流，同时胞浆内Ca²⁺释放。Ca²⁺升高是脊髓损伤时神经细胞死亡的最终共同通路，导致脊髓缺血，线粒体功能受损，加剧脊髓损伤。③破坏血－脑(脊髓)屏障(BBB)：ET可活化细胞膜磷脂酶C和磷脂酶A₂，产生具有破坏生物膜作用的自由基，使膜稳定性、通透性改变致脊髓水肿。

在生理条件下，血浆和脊髓组织中ET－1含量较低，其主要作用是血管调节、神经调节。但在缺血、缺氧、出血、创伤等病理条件下，ET－1含量可显着升高并持续较长时间。ET升高可使血管强烈收缩引起脊髓组织缺血，破坏血－脊屏障导致组织出血、水肿。ET可直接促进神经细胞及神经胶质细胞钙离子内流，也能通过促进兴奋性氨基酸的释放来间接促进钙离子内流，引起神经组织变性、坏死。

损伤后明显的变化是脊髓前角(Ⅸ区)表达异常增多，表明脊髓前角是损伤后ET－1合成的主要场所。脊髓损伤后除了激活损伤周围ET－1的高表达外，作为一种应激也刺激了全身血管内皮系统的大量表达。脊髓急性损伤后ET－1可在损伤局部及全身持续高表达24～48小时，且损伤段组织ET－1浓度比血浆中持续升高更长时间，进一步证实ET－1主要是通过旁分泌合成和释放的。

研究表明急性脊髓损伤后，ET－1水平显着升高，4小时后达到高峰，可持续48小时，至72小时恢复正常，且以神经元表达为主。脊髓损伤早期给予非选择受体拮抗剂，可明显改善脊髓血流量，促进脊髓恢复，这也充分证实ET－1参与了脊髓继发性损伤。应用ET拮抗剂环五肽BQ－123能有效改善因ET异常分泌增加所致的损害，而肾上腺能、5－羟色胺能或组织胺能受体拮抗剂以及环氧合酶和脂氧合酶抑制剂并不影响内皮素的血管活性作用。

(二)血管内皮生长／渗透性因子

血管内皮生长／渗透性因子(VEG／PF)是一种细胞因子，最初从牛垂体滤泡细胞体外培养液中提纯出来的。对胚胎发生及病理过程中的内皮细胞起有丝分裂素的作用，还能增加内皮细胞的渗透性。正常神经组织的血管和细胞在蛋白及mRNA水平上缺少免疫反应性，但大的脑膜血管平滑肌细胞有中度免疫反应，显示其血管平滑肌细胞能维持血管内皮的稳定状态，并在内皮损害后能进行修复。SCI后，损伤组织再灌注后氧的重新供给刺激其表达，VEGF呈延迟性、持续性表达。

Vaquero(1999)等发现，SCI伤后8小时，在软脊膜、髓内血管及反应性星形细胞均有强VEG／PF免疫反应性，伤后2～8天保持不变，直到伤后14天才降低，软脊膜及灰质的大部分小动脉壁则不显VEG／PF。实验发现，当髓内血管VEG／PF表达降低时，星形细胞的VEG／PF的免疫反应性亦降低，提示反应性星形细胞可能是伤后VEG／PF的来源，介导血－脊髓屏障的崩溃，导致组织水肿及与损伤相关囊肿的发生。组织水肿是SCI后1周内的特征病理表现，此时可清楚地看到星形细胞反应。在损伤等病理情况下，星形细胞能合成VEG／PF，星形细胞VEG／PF的表达可诱导内皮细胞VEG／PF受体的表达。

八、血小板活化因子(platelet activating factor，PAF)

血小板活化因子是一种具有广泛生物活性的脂质炎性介质，是体内最强烈的血小板聚集剂及血管收缩剂，被认为是脊髓损伤后继发性损害的启动因子，能介导神经毒性水肿作用。

脊髓损伤后早期继发性损害的病理变化是微循环的改变，伤后早期TXA₂合成量明显高于PGI₂，造成TXA₂／PGI₂代谢失衡，引起局部微血管异常收缩、痉挛，血小板及白细胞粘附、聚集于微血管内皮细胞，启动微血栓形成，继之出现微循环灌流不畅，血流量减少，脊髓组织缺血、水肿，甚至坏死。Lindsberg等发现脑、脊髓缺血性损害时局部组织PAF含量成倍增加。

脊髓损伤后，血小板中性白细胞、血管内皮细胞及神经细胞等均能产生大量PAF，局部PAF水平可成倍增加。神经细胞、血管内皮细胞及血小板等部位均有PAF受体。PAF与其受体结合后，可激活G蛋白、磷脂酶C，PAF受体与Ca²⁺通道偶联，使细胞膜离子通道开放，引起细胞内K⁺外流，细胞外Na⁺、Ca²⁺内流，结果造成细胞内K+浓度降低，而Na⁺、Ca²⁺浓度升高。细胞内外Ca²⁺的流动既能被PAF受体诱导，也能被其拮抗剂抑制。PAF还可抑制Na⁺－K⁺－ATP酶及Ca²⁺－Mg²⁺－ATP酶活性，增加脊髓组织Na⁺、Ca²⁺浓度、降低K⁺、Mg²⁺浓度。细胞内Mg²⁺浓度降低，可改变多种酶的活性，增加膜的渗透性，减少蛋白质的合成和能量的产生，加重脊髓水肿。可以认为，脊髓损伤后Mg²⁺浓度降低是导致脊髓不可逆损害的重要因素，降低程度越大，损害程度越重。

SCI后，血管内皮细胞间隙增宽，血管壁连接松散，而神经细胞和神经胶质细胞水肿。组织损伤可刺激介导中性粒细胞和血管内皮细胞间的粘附作用，以及细胞间粘附分子ICAM－1、内皮细胞白细胞粘附分子ELAM－1和颗粒膜蛋白GMP－14的表达。具有代表性的PAF受体拮抗剂BN52021则可抑制其表达，说明PAF拮抗剂对血－脊髓屏障有保护作用，可能与血管内皮细胞膜上受体被阻断，抑制粘附分子表达有关。应用BN52021能明显减轻脊髓损伤后因PAF所致神经细胞毒性水肿作用，阻断PAF介导的阳离子通道，使细胞内外Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺浓度维持平衡；有效地防治血管痉挛、血栓形成及血管内皮细胞损害，从而改善了微循环血流量，延缓了伤后继发性损害的发生、发展。