心搏骤停后缺血缺氧性脑病的病理生理

作者:尤荣开[1] 
单位:浙江省温州市中心医院[1]

    心搏骤停即心脏机械活动的突然停止(可为循环征象消失所证实),经历心搏骤停的幸存者,由于全身性缺血与再灌注的影响,在自主循环恢复后发生广泛的组织器官损伤,此即谓心搏骤停后综合征(Post–Cardiac Arrest Syndrome,PCAS)。1972年Negovsky首先注意到心搏骤停后机体出现的某些明显异常现象,并称之为“复苏后疾病”。从病理生理学角度看,PCAS可以分为[1] [2]:①心搏骤停后脑损伤;②心搏骤停后心肌功能不全;③系统性缺血与再灌注反应;④持续性病理状况(原已存在的)。心搏骤停后脑损伤即为心搏骤停后缺血缺氧性脑病(Cardiopulmonary arrest after hypoxic ischemia encephalopathy,CPAAHIE)。


1 CPR后脑血流动力学改变[2]


    1.1脑组织生理  大脑是人体的重要器官,重1200~1400g,占体重的2%左右,其耗氧量却占全身耗氧量的20%,是全身肌肉静止时耗氧的20倍。由于脑组织的呼吸商(QR)近于1(糖的Q·R=1;脂肪Q·R=0.7;蛋白质Q·R=0.8),说明脑组织能量来源主要靠葡萄糖的氧化。但是脑组织几乎无糖元和糖贮备,氧的贮备也只够十几秒使用。因此,脑组织所需要的糖、氧气全部要靠血液源源不断地从脑外远来。据测量人脑每分钟需要750~1000ml血液运来。50~60ml氧气及75~100ml葡萄糖,若以24h计算,人脑需血液1727L/24h、葡萄糖144g/24h、氧气72L/24h。由于大脑对血液、氧气需要量很大,也说明大脑对缺氧、缺血的耐受性极低。试验证明脑供血一旦停止,脑内所贮存的氧在8~12s耗尽,脑组织贮存的能量(ATP、磷酸肌酸等)3min左右电量耗竭,5min左右大脑皮层神经细胞开始死亡。


    大脑对单纯缺氧的耐受性要比对缺血、缺氧的耐受性要强些。试验证明人动脉血氧分压(PaO2)降至85mmHg时暗适应能力延迟;降至70mmHg时复杂的学习能力减退;降至55mmHg时近记忆下降;降至45mmHg时判断力下降;降至30mmHg时意识丧失、昏迷。


    1.2 CPR后脑血流量改变  研究表明,CPR后脑血流量(cerebral blood flow,CBF)改变经历以下几个阶段:①无灌流期:CPR后立即出现的多灶性无灌流。②高灌流期:持续约15~30min。由于循环停止期间的酸中毒,使脑血流量自动调节功能衰竭,脑血管处于扩张状态,因此,在心肺复苏后有一个短暂的高灌流期,脑血流量高于正常2~3倍。③低灌流期:低灌流期一般2~6h或更长,迟发性全脑或多灶性持续低灌流。由于脑内不同区域血流量不均匀,有些区域无血流灌注,故又称奢侈灌流,这种低灌流现象的程度和持续时间也随心脏停博的时间延长而加重。④正常灌流期或无灌流期:约20h后CBF或恢复正常或因脑血流停止而致脑死亡。


    低灌流的原因:①血液黏滞性增强:血液内水分进入细胞内和组织间,引起血液浓缩;红细胞水肿,变形能力下降;血小板凝聚性增加等;②细胞内水肿:脑毛细血管内皮细胞外面的星形胶质细胞水肿、肿胀,机械地压迫微血管,使管腔变窄,阻碍循环;③脑毛细血管内皮细胞因缺氧和再灌流而产生泡疹,电镜下可见泡疹像肥皂泡一样,充满血管,大小不一,大的比红细胞还大,有的从内皮细胞上脱落下来阻塞通道;④血管活性物质增多引起微血管痉挛;⑤脑小动脉平滑肌上钙的积聚,前列腺素、5-羟色 胺、白三烯、血栓素等活性物质均引起小动脉痉挛。

 

     低灌流期间脑不同区域损害不均衡,损伤严重区域由于自动调节麻痹或小血管对刺激不敏感,而正常或损伤轻的区域存在不同程度的自动调节,血管尚可舒缩。当组织CO2量增加(PCO2增高)时,损伤轻的部分血管对CO2仍敏感而扩张,但损伤重的区域对CO2无反应,血管未扩张。因此血液流经正常或损伤轻的区域多,而流经损伤严重的区域较少,称这种现象为盗血现象。而当PCO2下降(即当组织内CO2含量低)时,损害轻或正常区域的血管因PCO2下降而痉挛,而损害严重区域血管因麻痹未能收缩,故而,血液流经损害严重区域多,称这种现象为反盗血现象,在临床上治疗时要注意避免盗血现象,利用反盗血现象。
全脑血流量(gCBF)虽可达到CA前水平的50%,但局部脑血流量(rCBF)<10~20ml·100g-1·min-1的区域广泛存在,在海马、皮层等灰质区甚至可以观察到涓流(trickle flow,<10 ml·100g-1·min-1)现象,而此时全脑氧代谢率(gCMRO2)已恢复或超过CA前水平。进一步研究表明,CA后2~12h间脑氧输送不足以满足氧需求,主要表现在脑氧利用率(O2UC)>0.5,脑静脉血氧分压(PvO2)<2.67kPa,说明在延迟性脑低灌流期脑氧供与摄取间失配,这可能是CA后脑损害的主要原因之一。这提示脑复苏方法可从提高脑氧输送、降低CMRO2方面着手,同时监测脑氧代谢指标对指导脑复苏和预后具有重要意义。


2.病理生理[2][3]


    2.1缺血、缺氧期间病理生理改变  在缺血、缺氧条件下大脑能量贮备(ATP等)在10min内耗竭,由于缺乏能量神经细胞内酶的活性下降,膜电位改变,神经的兴奋性、传导性减退,细胞膜的通透性增强。组织在缺血、缺氧条件下发生如下改变。①能量减少、代谢性酸中毒:在无氧条件下,在细胞线粒体所进行的、葡萄糖有氧氧化明显减弱或停止,无氧酵解增强(一分子葡萄糖进行有氧氧化,产生38个分子ATP,最终产物为二氧化碳和水;一分子葡萄糖进行无氧酵解则只能产生2个分子的ATP,最终产物是丙酮酸、乳酸等到有机酸),结果能量减少,酸性产物增多,造成细胞内和细胞外[H+]增多,产生代谢性酸中毒。当心脏停博2分钟,组织所产生的[Na+]相当于正常人24h所产生的量。心脏停跳3min可使pH降至7.0以下。②细胞内水肿:正常细胞外[Na+]高于细胞内[Na+]20倍。在缺血、缺氧情况下:①细胞膜通透性增强细胞外液Na+顺浓度梯度流向细胞内;②细胞内[H+]增多与细胞Na+交换(H+Na+交换)Na+进入细胞内;③细胞膜上的Na+泵因缺乏能量停止运转,不能及时将细胞内的Na+转运出来。因此细胞内Na+及H2O潴留,造成细胞水肿。③钙的超负荷(钙超载、CaO):正常机体细胞Ca++浓度是在高能依赖泵(Energy-dependent pumps)的作用下维持1:1万的浓度差。在缺血、缺氧情况下,由于以下原因细胞内Ca++增多:①由于能量缺乏,细胞膜通透性增强,膜上钙的慢通道开放,细胞外Ca++顺浓度梯度流向细胞内;②细胞内的Na+与细胞外的Ca++交换(Na+Ca++交换);③微粒体、内质网内的Ca++也渗透到胞浆内;④肌浆网摄取Ca++的能力下降;⑤细胞膜上的Ca++泵因能量不足不能将细胞内的Ca++转运出来。因此,细胞内Ca++的浓度要比正常情况下高出200倍,称钙超负荷。


    细胞内CaO的影响。①加重细胞内水保;②Ca++进入线粒体内影响细胞的能量代谢;③血管平滑细胞内Ca++增多,可造成血管痉挛;④细胞Ca++可以激活磷脂酶A1、A2、C特别是磷脂酶A2可以使细胞膜磷脂释出花生四烯酸(AA),AA在胞浆内在Ca++参与下经环氧和酶、脂氧合酶分解生成前列腺素G2(PGG2)、前列环素(PGI2)、血栓素(TXA2)、白三烯(LT)等活性(毒性)介质。


    白三烯又称白细胞三烯(LT),由于结构的差异可以分成二大类、第一类(具有二烃基的)LTB4,第二类硫肽白三烯类LT、C4、D4、E4、F4。LT的毒性:①具有强力的白细胞趋化作用和聚集作用、加重炎症反应;②加强血小板聚集性;③增加血管通透性;④收缩平滑肌,可使冠状动脉、脑动脉痉挛以及心肌收缩力减低;⑤其他:使痛阈降低:促使中性粒细胞释放、使细胞内c-AMP增多、抑制胰岛分泌等。


    血栓素(TXA2)可使小动脉平滑肌痉挛,血小板聚集、黏附。前列环素(PGI2)具有对抗TXA2的作用,当PGI2和TXA2的平衡遭到破坏,可引起血小板的聚集和微循环障碍,甚至发生DIC。


    2.2再灌流损害机理  通过临床观察,发现脑梗死病人闭塞的动脉再通后,部分病例的的脑损伤及症状反而加重,把这种现象称脑再灌流性损伤(CRI)。同时也发现再灌流后原缺血区域虽然重建血流,但其神经元仍继续变性-坏死,称为延迟性神经元坏死(DND)。也观察到,脑复苏病人在心肺复苏后才逐渐出现病理损伤。


    (1)钙超载:缺血时细胞内发生的CaO当再灌流时,大量的Ca++随血液涌入缺血的大脑,Ca++进入神经细胞内增多,加重细胞内水肿。


   (2)自由基增多:自由基是最外层电子轨道上存在不成对(单、奇数)电子的原子、离子、原子团或分子。由于孤立(不配对)的电子存在,所以性质极不稳定,很容易失掉一个电子(本身被氧化、是还原剂)或从其他分子或原子夺取一个电子(本身被还原,是氧化剂),使其最外层电子呈双数(偶数)、使必须稳定。因此,自由基性质活泼、寿命极短只有10~5s。人体内的自由基种类很多,从氧派生出来的自由基比较重要,属于此类自由基的有:①超氧化物阴离子自由基(-1价O2);②羟自由基(OH-);③过氧化氢(H2O2)虽然不是自由基,但由于其化学性质活泼,并且可以演变为自由基,故也把它列入氧自由基范围内;④单线态分子氧(单线态氧、1O2)在关,属于激发态氧。故也把1O2列入氧自由基范畴内。有的教科出把-1价O2、OH,、H2O2、1O2统称为活性氧。


    2018/1/1 17:40:40     访问数:502
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