
颅脑创伤(TBI)是世界公共卫生面对的重要问题,也是医学领域基础和临床研究的重要课题。近30年来,TBI的流行病学、致伤机制、安全预防、医疗策略、护理措施等方面的研究取得了巨大进展,救治水平也不断提高,但仍面临诸多挑战。TBI的致伤机制研究热点从原发性损伤的经典信号通路逐渐转向继发性损伤机制的研究,各治疗靶点的药理研究也已取得重大进展,并有望转化为新型TBI治疗药物。另一方面,许多医疗新理念、新体系、新方法不断融入TBI的临床诊治,逐步从原先针对急性神经系统损伤的治疗向慢性系统性疾病的综合治疗转变。本文基于TBI基础与临床的最新研究进展,对其现状和发展趋势做一述评,为TBI医疗与研究工作提供参考。
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随着医疗水平的不断提升,许多疾病已可治愈或得到很大程度的缓解,但颅脑创伤(traumatic brain injury,TBI)仍然是世界上致命和顽固的伤病之一,且累及所有年龄段。TBI的全球实际发生率很难确定,根据全球疾病负担研究(global burden of disease study,GBD),每年TBI约发生2 700万例[1]。另据不保守估计,全球每年有超过5 000万新发病例[2]。大多数TBI病例发生在中低收入国家,由于这些国家医疗水平参差不齐,治疗结果也存在巨大差异。中国人口约占世界的18%,其中TBI病例绝对数量超过了大多数国家和地区,造成的社会负担已远大于其他神经系统疾病,值得高度重视[2]。在过去3年的“新型冠状病毒感染”时期,一些区域性或单中心研究报告称TBI发病率略有下降,可能与人群流动性下降、户外体育活动减少以及轻症就诊率降低有关[3, 4]。我国TBI常见原因依次为交通事故(53.0%)、跌倒(28.6%)、暴力损伤(6.8%)和其他原因(11.6%)[5];而在全球范围内,各种致伤因素所占比例相对稳定,其中跌倒所占比较最高(1990年为52%,2019年为54%)[6, 7],TBI迄今仍然是外伤相关性死亡和致残的主要原因。
近30年来,由于脑监测技术的普及、TBI管理新指南的颁布和众多创伤神经外科中心的出现,对TBI患者的治疗效果得到了大幅提升。目前对TBI患者的救治研究主要集中在减少继发性脑损伤方面,其中包括脑水肿或血肿导致的颅内压升高、周围脑组织受压变形及缺血缺氧等,这些是导致进一步脑损伤及较差预后的根本原因,也是TBI基础研究最为关注的部分。
针对TBI的基础研究主要集中在几种致伤因素的损伤机制及新型治疗药物研究和治疗靶点探索方面。由原发损伤引起的生物化学、细胞生物学和病理生理学等变化通常会进展为继发性损伤,持续数小时甚至数十年,其机制主要包括由脑组织变形、细胞变性、血肿、水肿、颅内压增高等原发性损伤继而引发兴奋性毒性损伤、线粒体功能障碍、氧化应激、脂质过氧化、神经炎症、轴突变性和细胞凋亡等。
TBI的经典致伤机制“级联瀑布效应”由血脑屏障破坏造成神经递质大量释放和谷氨酸再摄取异常所引发,再由Ca2+蓄积触发众多下游信号分子,如钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ、蛋白激酶C、有丝分裂原激活蛋白激酶和蛋白磷脂酶等,过量的Ca2+进入线粒体还会造成活性氧的累积和线粒体膜的去极化,产生一系列病理效应。对TBI继发性损伤机制的研究还涉及神经炎症、轴索变性和细胞凋亡方面,其中微管和微丝等细胞骨架受损导致的轴索变性是近期机制研究的热点[8]。TBI的原发性损伤虽然无法逆转,但干预措施对继发性损伤的效果是明确的。目前,关于TBI的基础研究主要针对其损伤机制和药理机制展开,而继发性损伤治疗靶点研究是其中的热点。最新的治疗靶点研究包括活化蛋白激酶C受体1(RACK1信号通路)[9]、转化生长因子β1信号通路[10]、NOD样受体蛋白3(NLRP3)[11]、瞬时受体电位相关通道蛋白TRPM7[12]等,这些治疗靶点有望发展出新型TBI治疗药物。
尽管TBI的分子机制和与之相关的治疗药物研究已经取得了很大进展,许多类型的药物也已经得到应用,但更重要的是如何实现药物快速进入脑组织并到达损伤部位。TBI通常伴随血脑屏障的功能障碍,而目前对药物如何通过受损血脑屏障的研究还比较少。因此,未来研究的重点应该放在开发有效的药物输送系统上面。有研究证明,皮下植入微型渗透泵并以恒定速率将神经保护药物输送至侧脑室可以促进脑功能的恢复[13]。另外,纳米胶囊也是很有应用前景的药物载体,其中聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)是目前制备药物载体较理想的合成生物聚合物[14]。外质体(脂质双层膜囊泡)在促进TBI动物模型功能恢复方面的效果也值得重视,它可以携带核糖核酸、蛋白质或脂质等治疗分子到达损伤部位[15]。从临床角度来看,针对TBI的治疗是一个长期且综合的治疗过程,首先是快速去除颅内高压、血肿等二次致伤因素,再根据具体伤情制定个性化神经保护策略以阻止或减弱继发性损伤,最后启动神经修复策略以重建神经网络,促进功能恢复。可见,对级联损伤机制、药物治疗机制和治疗靶点的研究只是TBI相关基础研究的一部分,其他研究方向如药物载体、给药途径、神经可塑性、神经再生、甚至脑机接口等研究纳入TBI的基础研究范畴后,其研究体系才能更加完整,研发出的药物和治疗方法才能更加有效。
由上,建议TBI的研究主动向材料学、工程学、计算机科学等领域拓展,而不是仅仅局限于医学和生物学领域。另外,TBI的伤情和治疗都是个性化的,对TBI程度准确判断是个性化治疗的前提,而基于临床表征的判断却很难量化。因此,建议TBI的基础研究在量化指标(如生物标志物)方面增加研究力度。TBI中值得关注的生物标志物包括神经胶质相关的生物标志物[如神经胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、EF手型钙结合蛋白S100B等]、神经元/轴突相关的生物标志物[如神经元特异性烯醇化酶(NSE)等]、神经丝蛋白轻链多肽(NFL)、tau蛋白等,但因为各种原因TBI相关生物标志物检查尚未成为临床常规,故有待加强研究以进一步普及。
TBI的救治体系健全与否,直接决定着患者的治疗效果和预后,而这方面国家和地区之间存在着巨大差异。院前阶段是TBI患者出现缺氧、低血压和血肿增大等继发损伤的高风险期,快速正确的院前救治体系可防止继发性脑损伤,并决定着后续治疗的方式和疗效。院前救治体系的差异是多方面的,诸如现场施救时间、干预措施和后送时间等差异无法与患者受伤程度一一对应[16],有研究也指出TBI患者接受院前救治后再转诊与直接将患者送入创伤中心的治疗结果无明显差别[17],这就造成了院前救治对最终治疗结果影响不大的假象。我国TBI与其他急症共用一套院前急救体系,目前还没有针对TBI的院前培训计划,也没有建立针对TBI的远程救治指导机制[18]。由于城市交通拥堵,后送延误十分常见,极少数医用直升机不能解决实际问题[19]。可见,各国的TBI院前检诊制度和救治体系仍需进一步完善,对于院前救治效能的评估也需要进一步加强。
TBI的专科管理是救治体系最重要部分,虽然许多国家和地区已成立了创伤神经外科中心,但其数量还远远不够[20]。另一个重要部分是急性后期管理,即首次出院后的健康管理,在这方面各国的体系都不够完善。虽然早期和持续的康复治疗已被证明可以巩固急性期治疗阶段所取得的疗效[21],但因体系不完善导致的非持续性康复治疗造成TBI远期疗效不够理想[22]。TBI综合治疗对长期康复提出了很高的要求,但只有30%接受了住院康复治疗,另有15%接受了门诊康复治疗[23],而轻症TBI患者的康复需求则更被忽视[24]。在国内,目前仍未建立针对TBI患者的长期康复体系[25],建议在政府和医疗机构共同努力下,加强对急诊医生和神经外科医生的TBI专业培训,引入针对TBI的早期治疗和康复机制,建立结构化的TBI综合治疗系统。
近10年来,许多国家和地区大量建成了神经外科重症监护室(NICU)和创伤神经外科中心[26],为TBI系统性临床治疗提供了条件。越来越多的NICU医生和神经创伤医生已经认识到TBI是一种系统性疾病,可能引发凝血障碍[27]、肾衰竭[28]、肾上腺功能不全[29]及多器官功能障碍等[30],其中急性肾损伤较为常见,约占NICU治疗的TBI患者的12%[31],这也凸显了对TBI患者全身系统性管理的重要性[32]。许多创伤神经外科中心和NICU病房引入了多模态监测(包括颅内压监测、脑灌注压、连续脑影像监测等),用于实时评估TBI患者的颅内情况,总体效果值得肯定[33]。实际上,与临床检查和连续脑成像的监测模式相比,对于严重TBI患者颅内压监测的优势还有待考量[34]。尽管如此,颅内压升高的程度和持续时间的确与不良预后存在关系,建议颅内压超过250 mmH2O(1 mmH2O=0.009 8 kPa)时就应及早予以干预[35]。综合目前临床研究结果,中重度TBI患者推荐进入NICU接受全身系统性治疗,推荐使用多模态监测实时评估患者状态,发现颅内压增高等异常情况应尽早处理。
在NICU中进行的一些基础性干预措施也应该得到充分的重视。在通气管理方面,TBI全身损伤和机械通气都可能造成肺部损伤[36],而对格拉斯哥昏迷量表(GCS)评分低于10分的患者使用机械通气对预后是有益的,虽然有20%的患者感染了呼吸机相关肺炎,延长了NICU的住院时间,但对TBI整体预后没有太大影响[37]。在凝血功能管理方面,止血药物的使用与良好的治疗结果中度相关[38],但仍需要平衡静脉血栓预防与二次颅内出血之间的关系。与凝血功能正常的患者相比,大约20%的TBI患者在出凝血实验中表现出异常[27],这可能造成颅内血肿增大、更高的病死率和更严重的功能障碍[39]。血小板功能、纤维蛋白和血栓弹力图检查可以更好地反映患者的凝血功能[40]。对于TBI血流动力学的管理取决于脑灌注压的控制目标,但目前指南中都没有提及液体总量和血管活性药物的应用建议[41]。还应该认识到,在满足每日基本液体平衡量的前提下,过量的补液与较差的治疗结果相关,低于中位水平的补液量有利于提升预后水平[42]。中重度TBI患者易伴发呼吸和凝血功能问题,因此保证正常范围的氧分压和CO2分压是机械通气的目标,但应重视肺部感染问题,还应全面评估凝血功能,且应控制液体总入量。
对于意识状态快速变差和颅内血肿持续增大的TBI患者,开颅手术的必要性已经被许多研究所证实。然而,对于TBI患者额颞区硬膜下血肿早期清除术总体上没有明显益处[43],但对于中度或单纯性脑内血肿(不伴有大面积脑挫裂伤等)的TBI患者,早期手术比保守治疗有更好的治疗结果。对于轻度TBI和颅内血肿较小(<33 ml)的患者保守治疗与良好预后相关,目前一些基于大样本的研究有望得出最终结论[44]。单纯去骨瓣减压术的治疗价值也有待探讨,虽然它在联合血肿清除术时能够有效减压,但在TBI相对较早期单独实施却没有太大收益[45]。此类手术在中低收入国家较为普遍,在我国对于重症TBI患者血肿清除联合去骨瓣减压的手术率为20.8%[18],而在南美洲的研究中这个比例达到28%~29%[46],迄今为止支持去骨瓣减压术作为TBI主要治疗手段的证据仍不够充分。在临床实践中应该谨慎判断中重度TBI的手术适应证,对于单纯颅内出血且超过30 ml的患者应早期手术治疗,手术方式以血肿清除术为主。
面对TBI这一危害全人类健康的问题,虽然在基础研究和临床诊治方面都取得了巨大进展,但许多机制问题仍未完全阐释,救治体系和临床策略仍有待完善,需要各国政府和医疗机构的长期努力。就临床疗效来说,各个国家和地区差异巨大,尤其是中低收入国家TBI患者的医疗质量仍然存在很多问题。但令人鼓舞的是,在新临床表征、多模态监护、生物标志物和神经影像等方面取得的重大进步正逐渐应用于临床,越来越多的创伤神经外科中心不仅提升了TBI患者的治疗效果,也为TBI专科医生的快速成长提供了条件。然而,在实现TBI患者的精细化和个性化管理方面仍需要进一步努力。另外,关于新治疗靶点的研究将会成为未来TBI基础研究的重点,TBI大数据分析和人工智能模型的研究也将会突飞猛进,有望快速进入临床实践。
张剑宁, 惠瑞. 颅脑创伤的致伤机制、医疗现状与展望[J]. 中华医学杂志, 2024, 104(13): 985-990. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20231012-00724.
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