围生期缺氧缺血性脑损伤仍然威胁新生儿的健康质量，在综合治疗的基础上对新生儿缺氧缺血性脑病患儿实施亚低温治疗，在临床上已证明对神经系统有很好的保护作用，其神经系统保护作用的效果在出生18个月甚至到儿童期仍然明显。现就亚低温的脑保护机制、亚低温过程中如何发挥其脑保护的最佳效果以及亚低温治疗新的策略进行阐述。
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全球每年有1.36亿新生儿出生，约1 000万新生儿出生时需要复苏处理；每年约有360万新生儿死亡，前3位的死亡原因依次为感染、早产和窒息[1]。估计有81.4万新生儿死于出生时窒息及相关损害[2]。围生期的缺氧窒息常常导致新生儿发生缺氧缺血性脑病(HIE)，在发达国家发生率约为3‰，在发展中国家可能会更高[3]。至少25%～30%的HIE存活儿中有远期的神经系统发育障碍后遗症，对个人、家庭和社会造成巨大的影响[4]。对于HIE的治疗方法，韩玉昆教授经过多年的实验研究和临床实践提出了"三对症、三支持和分阶段进行处理"的综合治疗措施，取得了较好的疗效。近年来，在评估新生动物研究和多项人类临床随机对照研究(RCT)结果的基础上，美国国家儿童保健和人类发育研究院(NICHD)在2005年提出将亚低温治疗作为新生儿HIE的治疗模式，可以降低神经系统发育障碍后遗症而无明显不良反应[5]。近年各国与地区也相继推出了亚低温治疗规范和指引[6,7,8]。
在医学上一般将低温分为轻度低温(33～35 ℃)、中度低温(28～32 ℃)、深低温(17～27 ℃)、超深低温(0～16 ℃)，其中轻度和中度低温(28～35 ℃)又称为亚低温。研究显示当体温低于32 ℃时，会出现较多的不良反应，包括心血管系统、凝血功能及内环境紊乱等。亚低温疗法是指用人工方法将患儿体温降低2～5 ℃(即体温降至33～35 ℃)，以改善神经病理学、能量代谢、电生理及功能预后，以达到治疗目的，临床证明是安全有效的，且不良反应较小[9]。在新生儿期主要用于足月或近足月儿(>35周)围生期窒息缺氧引起的脑损害，近年来也有学者研究用于早产儿(32～35周)缺氧损害或新生儿坏死性小肠结肠炎(NEC)时的脑保护治疗[10,11]。
围生期窒息是新生儿缺氧缺血性脑损伤(HIBD)的主要原因，通过对HIE发生的神经生化过程研究，有学者提出"继发性能量衰竭"的概念[12]。在严重的缺氧缺血发生后，部分严重受损的神经细胞发生死亡，但大部分进入"原发性能量衰竭阶段" ，氧和葡萄糖的供应中断，细胞内ATP迅速耗竭，各种代谢产物堆积，兴奋性氨基酸释放；此时如经过有效复苏恢复灌注、重新提供氧和能量供应，则进入"潜伏期" ，受损细胞内ATP及磷酸肌酸等得到短暂、迅速的部分或完全恢复；但经过6～48 h后，这部分细胞再次出现细胞能量代谢衰竭，进入"继发能量衰竭阶段" ，出现线粒体功能障碍，并引起一系列复杂的生化级联反应，最终促发神经细胞凋亡的发生，一旦进入"继发能量衰竭阶段" ，往往造成不可逆的细胞损害。原发性损伤是HIBD的始发因素，而继发性损伤则关系着患儿的预后。所以，从HIE的病理生理过程着手进行急性期的治疗，一方面需迅速恢复稳定和持续的神经系统血液灌注，保证适当的氧和能量的供应，清除堆积的代谢产物，包括积极有效的复苏以及"三对症、三支持"等一系列早期的积极处理措施；另一方面需设法减轻二次能量衰竭的发生，减少进入"继发能量衰竭"的神经细胞数。在细胞进入"继发能量衰竭阶段"前的"潜伏期"内，尽早进行亚低温治疗被认为是目前一种有效的治疗措施。亚低温治疗对神经细胞的保护机制目前认为主要有以下几种机制。
一般情况下，体温每增加1 ℃，基础代谢率增高13%，颅内血流灌注增多约8%；而脑部温度下降1 ℃，脑代谢率可降低约5%，减少了氧和能量的消耗[13]。脑细胞损伤发生前，常出现细胞的高能量代谢，引起高能磷酸化物质，如ATP、磷酸肌酸的耗竭以及乳酸的积聚，直接影响新生动物神经系统的远期发育。亚低温治疗降低了脑对葡萄糖和氧的代谢速率，降低脑细胞耗能和无氧酵解，减少了缺氧缺血期间ATP的消耗和乳酸的积聚，从而阻断或延迟"继发性能量衰竭"的发生[14]。在亚低温治疗期间，虽然心排出量会降低，但由于组织代谢水平的下降已足以满足组织对血氧的需求，血中反映代谢状态的血乳酸水平保持在正常范围内[15]。
在"原发性能量衰竭期" ，无氧代谢使得各种代谢产物堆积及兴奋性氨基酸释放；缺血又使无氧代谢所需的葡萄糖转运减少，同时细胞膜功能的改变使钙离子内流，激活一氧化氮(NO)合酶，NO生成增加。随着缺氧缺血的改善，进入"潜伏期" ，细胞能量得以短暂迅速的恢复，线粒体缺氧后复氧又产生大量的氧自由基，损害氧化磷酸化和电子传递相关的酶。损伤的线粒体在有足够能量供应时释放信号导致细胞凋亡和坏死。亚低温可降低兴奋性神经递质的释放，减少氧自由基的爆发，减轻脑水肿，保护血脑屏障，减少钙离子内流，减少NO的生成，抑制炎性介质的释放等，起到保护神经和减轻神经元凋亡的作用[16]。
细胞的坏死与凋亡在缺氧缺血后同时存在或序贯发生。严重的缺氧缺血导致细胞坏死，在轻度缺氧缺血或坏死周边区域的细胞发生迟发性死亡。细胞凋亡是一个主动的细胞死亡过程，某些因素导致线粒体释放促凋亡细胞因子等，然后通过效应性半胱天冬酶(Caspase)的级联反应，最后对其底物分解和巨噬细胞对凋亡细胞进行清除。研究表明：亚低温对缺氧缺血损害的后续脑神经细胞凋亡具有保护作用[17]；亚低温治疗可减少脑皮质、白质、脑干、海马以及丘脑、基底核等部位的脑损害[18,19]。
亚低温的抗凋亡机制也可能与基因调控相关，其中p53基因可下调Bcl-2基因的表达，而Bcl-2是目前已知的主要抗凋亡基因，其一方面通过防止线粒体细胞色素C(Cyt C)的释放，阻断天冬氨酸蛋白酶的活性；另一方面通过调节钙通道等从而抑制细胞凋亡而达到神经保护作用。p53基因与缺血损害的程度呈正相关，亚低温治疗时可下调p53基因的表达[20]，并增加Bcl-2基因的表达[21]。
动物研究发现：HIBD发生时，大量Cyt C从线粒体内释放入胞质中，72 h达最高峰，亚低温治疗后Cyt C从线粒体内释放入胞质明显减少；Caspase-3酶活性在HIBD的脑组织中24 h达到最高峰，亚低温治疗可明显降低HIBD引起的Caspase-3活性升高，并以亚低温治疗24 h的降幅最大[17]。所以，亚低温对线粒体途径细胞凋亡的发生有较好的保护作用。
炎性细胞因子在HIBD过程中也起重要作用，如IL-1b、IL-2、IL-6、TNF-α和内皮素-1(ET-1)等。亚低温治疗可抑制HIE急性期损伤性细胞因子的释放，减轻HIE患儿的炎性级联反应，起到脑保护性作用，IL-6水平在HIBD发病24 h达到高峰，并与缺氧缺血的程度相关；亚低温治疗时可明显抑制IL-6早期大量的分泌[22]，从而降低IL-6与其他炎性细胞因子协同发挥细胞毒性作用，阻断由IL-6介导的继发性神经功能损害。
在中、重度HIE头部亚低温治疗24 h和72 h时，IL-1b和TNF-α明显低于非亚低温治疗患儿[23]。TNF-α可改变血脑屏障的通透性，促进炎性细胞进入神经组织内，损伤髓鞘，使少突胶质细胞溶解死亡，使用抗TNF-α抗体可减轻脑细胞水肿和脑损伤[24]。IL-1b可使脑内前炎性介质和前凝血酶原水平增高，促进急性神经病理变化。亚低温治疗可抑制IL-1b和TNF-α的释放，减轻炎性反应所致的脑损伤。同样，亚低温治疗也可通过降低HIE患儿24 h血清IL-2水平[23]，从而抑制炎性反应，保护脑神经细胞。
HIE患儿血浆ET-1水平在24 h最高，其血浆ET-1水平在一定程度上反映了HIE患儿脑损伤的程度[22]。ET-1可使脑微血管持续收缩，并直接损害脑神经元和胶质细胞，破坏血脑屏障。亚低温治疗可通过降低HIE患儿NO合酶的活性，显著降低血浆ET-1水平，起到神经保护作用。
HIE的病情程度也与微循环障碍相关，HIE时红细胞聚集率、白色微小血栓出现率、细静脉流速及微血管畸形发生率均与HIE的病情程度相关。研究发现：亚低温可缓解HIE患儿的红细胞聚集率，白色微小血栓出现率及快速恢复细静脉流速，从而增强微循环血流动力学作用，使阻塞区微循环再通。亚低温也可减轻脑水肿，减少周围组织对微循环的压迫，改善微循环[25]。
国内外已有多项临床研究的荟萃分析对亚低温治疗的效果进行了综合评价[26,27,28]，目前普遍认为亚低温治疗对足月儿或近足月儿可降低中、重度HIE患儿病死率、改善神经系统发育障碍，且无严重不良反应发生。Jacobs等[28]对11项RCT进行荟萃分析，共纳入1 505例因围生期缺氧缺血所致的中、重度HIE患儿，随访至18个月，亚低温治疗可明显降低18个月时的病死率和严重神经系统伤残联合发生率(RR＝0.75，95%CI：0.68～0.83；NNT＝7，95%CI：5～10)；生存者中严重残疾率也明显下降(RR＝0.77，95%CI：0.63～0.94)；但对生存者中失明(RR＝0.57，95%CI：0.30～1.08)或耳聋的发生率(RR＝0.93，95%CI：0.37～2.34)无显著影响。虽然窦性心动过缓发生率较高，但需治疗的心律失常、低血压或凝血功能的影响等不良反应无显著增加。王来栓等[26]也得到相似结果。在Jacobs等[28]的研究中也对选择性头部亚低温治疗与全身亚低温治疗的疗效进行分析发现，全身亚低温治疗对降低18个月时的病死率和严重神经系统伤残联合发生率优于选择性头部亚低温治疗(RR：0.69比0.85，95%CI：0.55～0.86比0.69～1.05)。随访到7岁，初步结果也证实亚低温仍然具有远期神经保护作用[29]。
如何在亚低温治疗过程中更好地保护脑组织，是目前较为关心的一个话题。许多国家根据临床多中心的RCT及循证医学研究制定了相应的指南。虽然对亚低温治疗过程中的具体实施细则尚有一些争论，但治疗原则已基本达成共识。对亚低温治疗开始的时间、亚低温方法的选择、亚低温的降温幅度、亚低温持续时间、亚低温开始降温和结束时的升温速度等进行了规范。
由于缺氧缺血后导致新生儿脑损伤是一个延续的过程，原发性与继发能量衰竭发生之间的一段时间是亚低温治疗的"时间窗" ，是减轻脑细胞损伤、保护脑组织的最佳时期，此"时间窗"为4～6 h[30]，并且越早开始治疗越好。动物模型显示：当惊厥出现后开始治疗，则无神经保护作用[31]。
实施亚低温的方法主要有3种：全身亚低温、头部亚低温和头部亚低温联合全身轻度降温。全身亚低温时不仅降低大脑深部的温度，此时身体核心温度也同时下降，不仅降低脑部细胞基础代谢水平，全身基础代谢率也同时下降，可减少全身能量消耗及代谢产物的积聚；因为缺氧缺血同时也可能造成全身器官损伤，所以全身亚低温对各系统的损伤恢复可能更好。Higgins和Shankaran[10]对发生NEC的早产儿实施亚低温治疗对脑保护也有类似的效果。但随着全身温度的下降，低温带来的全身不良反应也增多。头部亚低温治疗时大脑深部温度需要降低2～3 ℃，则大脑表面的温度需下降约10 ℃。Van Leeuwen等[32]根据动物实验发现：头部低温时，如冰帽的温度设为10 ℃，身体核心温度为37 ℃时仅大脑浅表区温度降至33～34 ℃，大脑深部的温度却无明显下降。所以，理论上头部亚低温联合全身轻度降温的方法较理想，但如何联合应用目前资料较少。荟萃分析显示：全身亚低温治疗在HIE患儿18个月时生存者中出现严重神经系统伤残的发生率显著低于选择性头部亚低温治疗(RR：0.60比0.77，95%CI：0.40～0.92比0.51～1.17)[28]。也有分析显示：选择性头部亚低温组可显著降低严重神经系统发育障碍的发生率(RR＝0.68，95%CI：0.48～0.98)[33]。2种方法对脑性瘫痪、神经运动发育障碍的发生差异无统计学意义。目前临床上选择哪种方法效果更好尚有争论。
针对全身亚低温和头部亚低温治疗降温的不足，Jaramillo等[34]提出了结合介入技术的血管内降温方式，以达到深部快速降温的效果；Thoresen等[35]也提出了亚低温结合氙气吸入降低大脑温度新疗法。目前均在实验探索中。
低温的脑保护作用与降温幅度有关，动物研究提示有效的神经元营救需要脑温降低到32～34 ℃，且32 ℃较34 ℃有更好的神经保护效果；但由于低温可抑制免疫功能，引起电解质失衡、高血糖或低血糖、酸碱失衡、凝血功能、肝功能和肾功能异常，低温治疗的风险也随着低温程度的增加而增加[36]。因此，需在脑保护和不良反应之间选取一个合适的界限温度，目前国内推荐的亚低温目标温度为33.5～34.0 ℃[8]。国外有的推荐33.0～34.0 ℃，也有推荐34.0 ℃±0.5 ℃[6]。使用不同的亚低温方法，选取合适的温度以发挥最好的效果，目前最佳的温度还在探讨中。
亚低温持续时间与神经保护作用呈正相关。持续时间过短的亚低温仅是延迟而非阻断缺氧缺血后的神经元死亡。虽然有研究显示缺氧缺血轻度损伤后立即给予短时间(0.5～3.0 h)轻到中度低温治疗有减轻损伤的效果，但如在损伤后15～45 min未开始低温治疗，那么疗效就会消失[36]。Yager等[37]认为，亚低温(32 ℃、3 h)无神经保护作用。在临床实践中，常常不能在缺氧缺血脑损伤后即刻开始进行亚低温治疗，所以，持续时间过短往往不能发挥其神经保护作用。一般认为亚低温治疗的时间需持续到继发性能量衰竭阶段全过程，而继发性能量衰竭阶段时间的长短与缺氧缺血的程度相关，一般应持续至少48 h以上，考虑到亚低温过程中相关的不良反应，推荐的亚低温持续时间为72 h。
样放电增加；甚至引起惊厥发生[亚低温治疗后死亡或残疾的发生率还是较高，达31%～55%[27]；需要寻找更适当的亚低温方法或结合其他方法治疗。亚低温治疗能减少缺氧缺血引起的脑损伤，扩展其他干预治疗的时间窗，但其并不能完全阻断损伤的过程。因此目前有许多研究采取联合治疗的措施来增强亚低温治疗的效果，可能用于联合治疗的措施包括抗癫
药物(如苯巴比妥、托吡酯)、促红细胞生成素(EPO)、褪黑素、氙气、N-乙酰半胱氨酸(NAC)、维生素D、抗氧化剂以及细胞疗法等。其中亚低温联合EPO治疗和亚低温结合吸入氙气治疗正在进行临床研究中[40]，并取得了一定效果。
EPO除了有促进红细胞生成作用外，在神经保护作用还有广泛的功能，包括抑制细胞死亡、调节免疫反应、促进血管和神经生成等，从而加快组织修复；早期应用EPO(300～500 U/kg)治疗HIE已取得了一定疗效[41]。EPO治疗组18个月时神经系统障碍发生率明显降低(RR＝0.59，95%CI：0.38～0.93)。亚低温联合EPO在HIE治疗中也有较好的潜在治疗效果，其可改善窒息新生儿的神经系统预后，发挥较长期脑保护作用[42,43]，一些早期临床研究也已经证实其安全性和随访18个月时的有效性，但在动物实验研究中尚有不同[44]。目前，联合应用的临床多中心协作研究正在进行中。
缺氧缺血时通过N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)受体通道的钙离子内流激活NO合酶，产生大量的毒性自由基，与线粒体缺氧复氧所产生的氧自由基一起损害氧化磷酸化和电子传输相关的酶，造成细胞死亡或凋亡的发生。研究发现氙气作为NMDA受体拮抗剂，能增强窒息新生猪的神经保护作用[45]。疝气作为麻醉用惰性气体有较好的安全性，在新生鼠类缺氧缺血动物模型应用亚低温结合吸入氙气治疗，显示较单独应用亚低温具有更加持久的神经保护作用[35]。目前临床多中心研究也在进行中。
总之，亚低温治疗对HIBD有较好的脑保护作用，其脑保护的效果在出生后18个月甚至到儿童期仍然明显，临床应用较安全，无明显不良反应。联合其他神经保护策略，可以发挥亚低温治疗脑保护的最佳效果。
