一种硬膜外局部低温方法的降温效能和安全性研究.pdf

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1、2 0 0 9 年3 月 第1 9 卷第3 期 中国比较医学杂志 C H I N E S EJ O U R N A LO FC O M P A R A T I V EM E D I C I N E M a r c h ，2 0 0 9 V o I 1 9N o 3 一种硬膜外局部低温方法的降温效能和安全性研究 方文华，刘运生，姜交德 ( 中南大学湘雅医院神经外科，长沙4 1 0 0 0 8 ) 【摘要】目的应用自制降温线圈发展一种硬膜外局部低温治疗方法，对其降温效能和安全性进行评估。方 法S D 大鼠随机分为常温对照组( N o r 组) 、硬膜外局部低温组( L H 组) 和全身低温组( S

2、 H 组) ，对L H 组和S H 组分 别实施硬膜外局部降温和全身降温，观察降温前后同侧脑温、对侧脑温、肛温以及呼吸、心率、血压变化，降温后2 4 h 对各组大鼠进行神经功能评测，取脑组织标本行光镜、电镜检查，并检测脑组织水、钠、钾离子含量和血脑屏障通 透性。结果降温后，L H 组大鼠的降温侧脑温在数分钟内从( 3 6 5 0 3 ) 下降到( 3 1 4 0 4 ) 并维持稳定，其对 侧脑温和肛温无明显下降，R 、H R 和M A B P 无明显变化；S H 组降温后双侧脑温、肛温均出现降低，降温后H R 下降。 降温后，L H 组和S H 组大鼠神经功能评分正常，光镜和电镜下脑组织无损伤

3、表现，其脑组织水、钠、钾离子含量和血 脑屏障通透性与常温对照组比较无统计学差异。结论应用这种硬膜外局部低温方法可以达到与全身降温一样 的效果，且不会引起生命体征波动及对脑组织产生急性损害。 【关键词】局部低温；脑保护；中风；颅脑外伤；S D 大鼠 【中图分类号】R 一3 3 1【文献标识码】A【文章编号】1 6 7 1 7 8 5 6 ( 2 0 0 9 ) 0 3 0 0 3 5 0 4 E f f i c a c ya n dS e c u r i t yS t u d y t oI n d u c eL o c a l o fa nE p i d u r a lC o o l i n g

4、M e t h o d B r a i nH y p o t h e r m i a F A N GW e n - h u a ，L I UY u n - s h e n g ，J I A N GJ i a n - d e ( D e p a r t m e n to fN e u r o s u r g e r y ，X i a n g y aH o s p i t a l ，C e n t r a ls o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 0 8 ，C h i n a ) 【A b s t r a c t 】O b j e

5、c t i v e T od e v e l o pa ne p i d u r a lc o o i n gm e t h o dt oi n d u c el o c a lb r a i nh y p o t h e r m i au s i n gas e l f - m a d e c o o l i n gc o i l ，a n dt oe v a l u a t ei t se f f i c a c ya n ds e c u r i t y M e t h o d s S Dr a t sw e r er a n d o m l yd i v i d e di n t on

6、 o r m a lt e m p e r a t u r eg r o u p ( N o r ) ，l o c a lh y p o t h e r m i ag r o u p ( L H ) a n ds y s t e m i ch y p o t h e r m i ag r o u p ( S H ) T h el o c a lb r a i nh y p o t h e r m i aa n ds y s t e m i c h y p o t h e r m i aw e r ei n d u c e dr e s p e c t i v e l y ，a n dt h e

7、i p s i l a t e r a l ，e o n t r a l a t e r a lb r a i nt e m p e r a t u r e ，r e c t a lt e m p e r a t u r e ，b l o o dp r e s s u r e ， r e s p i r a t o r ya n dh e a r tr a t ef r o me a c hg r o u pw e r ea s s e s s e d b e f o r ea n da f t e rc o o l i n g T h en e u r o l o g i c a le v

8、a l u a t i o na n dm i c r o s c o p i c e x a m i n a t i o nw e r ec a r r i e do u ta t2 4hf o l l o wc o o l i n g ，a n dt h eb r a i nw a t e r ，N a + ，K + c o n t e n ta n db l o o d b r a i nb a r r i e rp e r m e a b i l i t y w e r ea l s od e t e c t e d R e s u l t sI nL Hg r o u p ，l o

9、c a lb r a i nh y p o t h e r m i aw 船p r o d u c e dw i t h i nm i n u t e sf r o m ( 3 6 5 O 3 ) t o ( 3 t 4 0 4 ) i nt h ei p s i l a t e r a lh e m i s p h e r ea f t e rc o o l i n g ，w h d et h ec o n t r a l a t e r a lb r a i nt e m p e r a t u r e ，r e c t a lt e m p e r a t u r e ，R ，H Ra

10、n d M A B Pw e r en o ts i g n i f i c a n t l ya l t e r e dd u r i n gc o o l i n g I nS Hg r o u p t h ed e c r e a s eo fb i l a t e r a lb r a i na n dr e c t a lt e m p e r a t u r ea Bw e Ua 8 H RW f l 8o b s e r v e da f t e rc o o i n g T h e r ew e r en os i g n i f i c a n td i f f e r e

11、n c ei nN S S8 C O r e ，b r a i nw a t e r ，N a + ，K + a n dE v a n sB l u ec o n t e n t a m o n gg r o u p s ，n os t r u c t u r a la l t e r a t i o n sw e r ef o u n di nb r a i nt i s s u eo fL Ha n dS Hg r o u pn e i t h e r C o n c l u s i o n s T h i se p i d u r a l c o o l i n gm e t h o d

12、C a na c h i e v et h ee f f e c to fb r a i nh y p o t h e r m i a 曲w e l l 舶s y s t e m i cc l i I I g ，a n dd o s en o tc a u s ef l u c t u a t i o n si n v i t a l s i g n sa n da c u t en e u r o n a li n j u r y 【K e yw o r d s 】L o c a lh y p o t h e r m i a ；N e u r o p r o t e c t i o n ；S

13、 t r o k e ，H e a dt r a u m a ；S Dr a t s 【作者简介】方文华( 1 9 8 2 一) ，男，博士生，研究方向：颅脑外伤临床与基础。E - 啦n ：f e a s w e n h u a g m a i l 通讯作者】刘运生，教授，主任医师，博士生导师。E - m i l ：圳町B 1 6 3 訇 p 毋 告龄 ( 5 报( 51 5 究 5 1 3 研1 5矿U _ 喙 万方数据 3 6中国比较医学杂志2 0 0 9 年3 月第1 9 卷第3 期C h i nJC o m p M e d ，M a r c h2 0 0 9 ，V 0 1 1 9 N

14、o 3 近年来，低温脑保护被广泛应用于对中风、颅脑 外伤和心博骤停等疾病的动物和临床研究，并已被 证实具有减轻炎症损害、促进细胞存活、改善神经功 能、提高生存率等作用n 2 。低温的实施可有多种方 法，目前应用较多的是全身降温技术，但全身降温可 能出现诸如寒战、心律失常、易感染、凝血功能改变 等并发症，使其应用在一定程度上受到限制bJ 。本 研究旨在探讨应用自制降温线圈只对局部脑组织发 挥降温作用的方法，评估其降温效能及对脑组织是 否有损伤，为发展低温脑保护技术提供新思路和新 方法。 1 材料和方法 1 1 降温线圈的制作 将2 0G 穿刺针绕制成直径5n l n 的线圈，两端 连接灌流管，降

15、温时以一定温度的冷水从一端流入， 经线圈再从另一端流出。通过调节水温及灌流速度 调控线圈降温幅度和速率( 图1 ) 。 1 2 实验分组和低温实施 成年雄性S D 大鼠3 0 只( 中南大学湘雅医学院 实验动物部提供) ，体重2 7 0 3 2 0g ，随机分为常温 对照组( n o r m o t h e r m i a ，N o r 组) 、硬膜外局部低温组 ( 1 0 c a lh y p o t h e r m i a ，L H 组) 和全身低温组( s y s t e m i c h y p o t h e r m i a ，S H 组) ，每组各1 0 只。 大鼠以苯巴比妥钠( 1

16、 2 0m g k g ) 腹腔麻醉，仰卧 位于无菌条件下行右侧股动脉置管监测平均动脉压 ( M A B P ) ，再俯卧位手术暴露颅骨，以前囟点左3 0 m i l l 、后1 5m i l l 为中心开直径5 5m m 圆形骨窗，右 侧对应位置钻骨孔，均保持硬脑膜完整。将降温线 圈置骨窗内紧贴硬脑膜，两1 1 P 0 1 微型温度探针( 长 沙新德仪器仪表厂) 分别置于两侧骨窗( 孔) 中心皮 层下3m n ，以监测降温侧( T i ) 和对侧脑温( T c ) ，D M 8 0 1 B 型棒状温度探头监测肛温( T r ) 。监护仪( 荷兰 飞利浦V 2 4 E ) 监测呼吸( R )

17、、心率( H R ) 和M A B P 。 N o r 组不降温，L H 组用2 0 冷水以4m I J m i n 流速经 线圈灌流降温，S H 组以冰袋和全身喷洒酒精降温， 其中N o r 组和L H 组以灯光加热大鼠体部维持肛温 正常。降温持续1 0h ，之后自然复温，待脑温恢复稳 定后以骨蜡封闭骨窗、骨孔，缝合头部、腹股沟切口， 回笼饲养。大鼠在降温后2 4 h 行神经功能评估，之 后每组5 只水合氯醛麻醉后断头，取骨窗( 孔) 下全 层脑组织，分别行H E 染色、电镜检查及脑组织水、 钠、钾离子含量测定；另外5 只用伊文思蓝( E 8 ) 法 定量检测血脑屏障通透性。 1 3 脑温、

18、肛温和生命体征监测 降温开始的最初1 5m i n 和复温过程中，每3m i n 记录数据( T i 、T c 、T r 、R 、H R 、M A B P ) 一次，持续降温过 程中每1 5m i n 记录数据一次。 1 4 神经功能评分 采用改良N S S 评分1 进行神经功能评估，总分 1 4 分，正常为0 分，分值越高表示神经功能损害越 重，反之则越轻。分别在实验前一天和处死前进行 测试，每次测试重复五次，取平均值进行分析。 1 5 光镜及电镜检查 部分脑组织标本常规制作石蜡切片并H E 染 色，光镜下观察。另取适量标本经固定，脱水，环氧 树脂E p o n 8 1 2 浸透、包埋，修块

19、后制备6 0h i l l 超薄切 片，铅铀双染色后在透射电镜( 日立H - 7 5 0 0 ) 下观察 神经组织形态学改变。 1 6 脑组织水、钠、钾离子含量测定 采用干湿法测脑组织水含量：电子分析天秤称 取待测脑组织湿重，将其置恒温箱中干燥至恒重后 称取干重，按公式计算脑组织含水量( ) = ( 湿重一 千重) ，湿重1 0 0 。应用原子吸收火焰分光光度 法测脑组织N a + 和K + 含量：取已称过干重的脑组织 样品，用浓硝酸和高氯酸消化，1 碳酸锶+ 1 H N O ，溶液定容至5 0 0m L ，分别于5 8 9 0n m 和 7 6 6 4n m 波长下测N a + 和K + 吸

20、光度，以标准曲线法 求N a + 和K + 含量( m m o l k g 脑组织干重) 。 1 7 血脑屏障通透性检测 动物处死前1h 注射2 伊文斯蓝( E B ，3m I _ 妇) 。用生理盐水经左心室灌注清除血液中染料，取 骨窗( 孔) 下全层脑组织分别称重，加入二倍体积的 二甲基甲酰胺，5 0 水浴中孵育7 2h ，离心1 0m i n 后取上清，在6 3 2a m 处检测吸光度，从标准曲线上 求得E B 含量( t , s g 脑组织) 。 1 8 统计学分析 所有数据以均数4 - 标准差表示，用S P S S 1 3 0 统计软件，方差齐时行方差分析，两两比较用S N K q 检

21、验；方差不齐时则选秩转换的K r u s k a l w a u i sH 检 验，两两比较采用N e m e n y i 法。检验水准取口= 0 0 5 。 2 结果 2 1 降温前后脑温、生命体征变化 降温前，N o r 组、L H 组和S H 组的基础脑温、基 万方数据 中国比较医学杂志2 0 0 9 年3 月第1 9 卷第3 期c h i nJC o m p ? , l e d ，M a r c h2 0 0 9 ，V 0 1 1 9 N o 3 3 7 础肛温均无统计学差异( P 0 0 5 ) ，降温开始后，L H 组降温侧脑温在数分钟内由( 3 6 54 - O 3 ) o C

22、下降到 差异( P 0 0 5 ) ( 图2 ) 。S H 组降温侧脑温、对 ( 3 1 4 0 4 ) ，下降幅度为5 1 ，二者存在统计学侧脑温、肛温在降温后均降低( P 0 0 5 ) ，S i t 组的心率出现下降，与降温 动脉压( M A B P ) 无统计学差异( P O 0 5 ) 。降温过前比较有统计学差异( P 0 0 5 ) 。 下亦未见明显异常改变。( 图1 4 见彩插V ) 2 3 光镜及电镜检查2 4 脑组织水和钠、钾离子含量及E B 含量变化 光镜下，L H 组降温线圈对应处神经元及胶质细 三组之间的脑组织水、钠、钾含量比较，均无统 胞形态结构完整，胞浆均匀，胞核清

23、楚，未见细胞变 计学差异( P O 0 5 ) 。各组间脑组织伊文斯蓝含量 性或坏死；血管周围间隙无水肿，间质无炎性细胞浸比较亦未见统计学差异( P 0 0 5 ) ( 表3 ) 。 润( 图38 ，b ) 。电镜下，L H 组大鼠神经元胞膜、胞核 表3 脑组织水、钠、钾离子含量及伊文斯蓝含量 T a b 3 T h ew a t e r ，N a + ，K + a n dE v a n sB l u ec o n t e n to fb r a i n 注：各实验组的脑组织水、钠、钾及伊文斯蓝含量无统计学差异( P 0 0 5 ) 。 N o t e ：T h e f e 蛐1 1 0s t

24、 a t i s t i c a l l y 衄曲c a 溉i nb r a i nW a t e r ，N a + ，K + s a dE v a n sb l u ec o n t e n ta m o n gg r o u p s ( P O 0 5 ) 万方数据 3 8 中国比较医学杂志2 0 0 9 年3 月第1 9 卷第3 期C h i nJC o m pM e d 。M a r c h2 0 0 9 ，V 0 1 1 9 N o 3 3 讨论 为了能够对目标区域实施有效低温治疗而又避 免全身低温的并发症，我们发展了这种硬膜外局部 低温治疗方法。大鼠左额顶部脑组织为躯体运动感 觉区

25、，该区域脑组织的损伤可通过神经功能评分灵 敏检测，且该处硬膜表面较宽且平整，有利于线圈完 整贴附，因此选择在该部位开骨窗放置降温线圈。 金属降温线圈导热性良好，结合水温和流速调节可 使局部温度迅速降至目标范围，易于调整和控制。 线圈大小和骨窗相宜，可使线圈在降温过程中较好 地嵌于骨窗内，最大程度保持颅脑的闭合性，有利于 模拟临床常见的闭合性颅脑外伤、自发性脑出血、脑 梗塞等。冷冻伤可导致脑细胞死亡、神经元变性、血 脑屏障破坏等损害，且通常以伤后2 4h 为损伤高峰 期。，因此我们设计在降温后2 4h 观察大鼠的脑组 织损伤情况。 在实验中我们观察到，采用这种硬膜外局部低 温方法能够使局部脑温在

26、数分钟内下降到目标温度 而不会引起对侧脑温和肛温的下降，其对目标区域 的降温效果与全身低温组相同。在降温及复温过程 中，L H 组实验大鼠的R 、H R 和M A B P 无明显改变， 而S H 组在降温后则出现心率下降，相比之下，硬膜 外局部降温方法更有利于全身生理参数的平稳。改 良N S S 评分显示L H 组大鼠降温后无神经功能障 碍，其脑组织水、N a + 、K + 和伊文斯蓝含量与常温对 照组比较均无统计学差异，提示这种局部降韫方法 没有引起脑组织水肿和血脑屏障通透性增加。脑组 织切片光镜和电镜检查未发现脑组织损伤的形态学 改变。由此可见，这种局部降温方法对脑组织是安 全的。 相比于

27、全身降温方法，硬膜外局部低温可能具 有以下优点：( 1 ) 降温有效，能够将局部脑温降至 3 2 以下，通过调控水温和流速还可进一步增加降 温幅度。( 2 ) 对生理参数影响小，全身降温易引起 M A B P 、H R 等的剧烈波动，且温度越低则并发症越 多1 ，在本文实验中，局部降温并未引起生命体征参 数的较大波动。( 3 ) 降温稳定，可控性强，将线圈直 接贴附于硬膜外，可以避开头皮、颅骨等结构对热传 导的影响，更有利于目标区域局部低温维持稳定。 ( 4 ) 制作简单，操作方便，适用广泛，无须复杂昂贵 设备即可控制降温的深度和时程，适合于对各种局 灶性脑损伤的动物实验研究，改进后甚至可以应

28、用 于临床治疗。低温脑保护一直是神经科领域的热门 课题，应用这种硬膜外局部降温方法，可进一步促进 低温治疗颅脑外伤、脑出血、脑梗塞等临床多发病、 难治病的研究。 参考文献： 1 】P o l d e m u mK H I n d u c e dh y p o t h e r m i aa n df e v 日c o n t r o lf o rp r e v e n t i o n a n d 仃哪r I ”n to fn e u r o l o g i c a li n j 面 J L a n c e t ，2 0 0 8 ，3 7 1 ( 9 6 2 8 ) ： 1 8 9 3 1 8 9

29、 5 2 R a m a n iR H y p o t h e r m i af o r b r a i np r o t e c t i o na n dr e s u s c i t a t i o n J C u r rO li nA n a e s l l e 搴j 0 1 2 0 0 61 9 ( 5 ) ：4 8 7 4 9 1 3 J o r d a nJ D ，C a r h u a p o m aJ R H y p o t h e r m i a ：c o m p a r i n gt e c h n o l o g y J JN e u r o lS c i 。2 0 0

30、7 ，2 6 1 ( 1 - 2 ) ：3 5 3 8 4 C b e nJ L ，L iY ，W a n gL e ta 1 T h e r a p e u t i cb e n e f i to fi n t r a v e n o u s a d m l n i s u a t i o no fb o n em a r r o ws t r o m n ic e U sa f t e rc e r e b r a li h e r a i ni n I a l 軎 J S t o k e ，2 0 0 1 ，3 2 ：1 0 0 5 1 0 1 1 5 Q i a nX D ，W e i

31、E Q ，Z h a n sL ，e tn i Ac y s t e i n y ll e u k o t r i e c er e c e p t o r a n t a g o n i s t ，p r o t 砷m i c ea s s i s t b r a i nc o l d i l l j u r y J E u rJ P b e n n a c o l ，2 0 0 6 ，5 4 9 ( 】一3 ) ：3 5 一加 6 M a c L e l l a nC L ，G i 咖J ，C o b o u r n e F D e l a y e do n s e to fp r o l

32、 o n g e d h y p o t h e r m i ai m p r o v e so u t P o R Ma f t e Ti n u a c e r e b r a lh e m o r r h a g ei nr a t s J JC e r e bB l o o dF l o wM e t a b ，2 0 0 4 。2 4 ：4 3 2 4 4 0 修回日期) 2 6 0 8 1 2 - 0 1 万方数据 目1 雌m 目( c m ) F i gl T h ec D o l i n gc o l l ( c m i 溪鬻 J ；：? 1 、。! 翟3 埘盟降a k 度展髓辩色( A x l o t B x 蜘 F i 3 c 。m x 。fc o o I l gs hi 】L Hg r i p ( H E ，A x l 0 ，B x 4 0 目4L Hm 种经元趟微结构( T E M 1 0 0 0 0 ) F 唔4 H 哪。n “m 曲s 咖c 哪mL Hg r o u p ( T E M 。1 0 0 0 0 ) ” 哪 蚤- 霉。吼刚 篙嚣 临归 恫 鼢“眦 呻帆舢礁 燃* 日”“ l 万方数据