脑外科专家 顾建文教授

钙在神经细胞损害中具有特别重要的意义,钙超载是导致神经细胞死亡的最后共同通路。脑外伤后，由于缺氧缺血使能量代谢发生障碍,细胞膜上Ｎａ⁺/Ｋ⁺泵就不能维持正常的离子梯度,细胞膜电位发生改变而导致Ｃａ²⁺大量进入胞内,形成钙超载。正常人细胞外Ca²⁺ 浓度为10 ^-3mmol/L细胞内为10^{-7 -6}mmol/L,细胞外浓度显著高于细胞内，缺氧缺血性脑损伤低灌注时由于细胞膜通透性发生改变，钙通道开放使神经细胞内Ca²⁺ 浓度异常升高，进一步干扰了线粒体氧化磷酸化过程，且大量激活钙依赖性酶类，如磷酯酶、核酸酶及蛋白酶、自由基形成、能量耗竭等一系列生化反应，最终导致细胞死亡。许多研究表明在HIBD后神经细胞内Ca²⁺ 浓度增加同时伴有Ca²⁺ 靶酶CaM-Kinase 的活性改变。Morika 等^[1]对实验小鼠的HIBD研究表明缺氧缺血时，脑细胞内Ca²⁺浓度增加使CaM-Kinase被激活而自身磷酸化致活性降低。Ｉｌｖｅｓ等[2]
用比色法测定窒息新生儿脐带血和静脉血发现,在生后24～48ｈ,血中离子总钙明显下降,并与疾病的预后相关。Ｒａｊｄｅｖ等(1994年)通过离体实验证实谷氨酸、ＮＭＤＡ化学缺血损伤可使兴奋性氨基酸显著增加及延长胞内钙离子的变化,并发现所有神经元在活力丧失前均出现不可逆的钙超载,因此,Ｃａ²⁺入胞在神经元死亡中起关键性作用。最近Ｖａｎｎｃｃｉ等[3]用放射性同位素法分别对ＨＩＢＤ大鼠血液、脑脊液及脑组织检测发现,在ＨＩ后2ｈ双侧大脑半球的胞内钙活性中度升高,从ＨＩ后2～24恢复阶段,只在接扎侧半球胞内钙显著积聚,而同时对侧胞内钙降低,表明胞内钙稳态的破坏在ＨＩＢＤ的发病进程中具重要作用,且胞内钙积聚是相对缓慢的,甚至在ＨＩ阶段,过度钙超载只在梗塞灶出现时发生,因此胞内钙超载是脑损伤最终结局的因还是果尚不清楚。黄伟、袁先厚等[4]通过实验表明，在脑损伤后4h，脑组织Ca2+明显增高，伤后8h仍维持于高水平。

Ｃａ²⁺除了通过电压依赖性钙通道进入细胞外,更多Ｃａ²⁺通过谷氨酸调节的离子通道进入。随着缺氧缺血细胞去极化,谷氨酸类兴奋性神经递质从突触前囊泡大量释放进入突触间隙,持续作用于ＮＭＤＡ和非ＮＭＤＡ受体,形成对受体的暴发占领,使Ｎａ⁺和Ｃａ⁺大量进入胞内,造成细胞水肿和胞内一些蛋白酶、磷脂酶、核酸酶、ＡＴＰ酶等激活及自由基形成、能量耗竭等一系列生物反应,最终导致细胞死亡[5]。Ｕｃｈｉｎｏ等[6]利用海马离体脑片研究表明,当ＥＡＡ被检测到时,通过ＮＭＤＡ受体改变的细胞就被ＥＡＡ过度激活,导致胞内Ｃａ⁺水平升高;并且发现在缺血开始后3ｍｉｎＣＡ1区ＥＡＡ释放开始增加,然后是ＣＡ3、齿状回和整个海马脑片,ＣＡ1区兴奋性氨基酸(ＥＡＡ)的释放比其它部位多,因此海马ＣＡ1区神经元比ＣＡ3和齿状回区的神经元对缺血损伤更敏感。不同浓度的ＧＴ引起不同的细胞死亡现象,那么,是通过何种途径起作用的呢?一般认为,大剂量的ＧＴ引起神经细胞坏死,可能是由于ＧＴ的毒性损伤细胞膜,使细胞膜通透性增加,Ｃａ²⁺内流,细胞内Ｃａ²⁺超载引起。而对在低浓度ＧＴ暴露的神经元, ,通过ＤＮＡ未端标记检测,发现这种延迟性细胞损害是个凋亡过程。

在体外培养的海马脑片上,ＮＯ的产生可被ＮＭ ＤＡ受体拮抗剂所阻断,表明在谷氨酸(Ｇｌｕ)的兴奋毒性作用机制中,Ｇｌｕ ＮＭＤＡ受体 ＮＯ途径起着重要作用。ＮＯ是由ＮＯＳ介导,以Ｌ 精氨酸(Ｌ Ａｒｇ)和分子氧为底物合成的,它是一种小分子的气体自由基,在体内半衰期仅数秒钟,故ＮＯ的作用与ＮＯＳ水平密切相关。脑缺血后Ｇｌｕ水平上升,通过过度刺激ＮＭＤＡ受体导致胞内Ｃａ2+水平增加,ＮＯＳ被激活,ＮＯ生成,ＮＯ可通过自身毒性或与超氧化自由基结合生成毒性更大的氧自由基团,进一步对神经元产生损害。Ｊｏｈｎｓｔｏｎ等[7]
研究发现,ＨＩ损伤后在皮层和基底节ｎＮＯＳ免疫组化染色显著增强,且ｎＮＯＳ诱导表达出现在大量神经元坏死高峰和大量凋亡小体出现之前,表明ｎＮＯＳ在ＨＩＢＤ中起重要作用。任何来源的ＮＯ在高浓度时均可抑制多种线粒体电荷传递系统的酶,从而抑制细胞呼吸和能量代谢;ＮＯ还可通过与氧自由基反应形成活性更高的毒性基团,通过脂质过氧化作用、酶灭活及ＤＮＡ硝化作用导致神经元的死亡。脑缺氧缺血所引起的损伤除了发生在缺血期外,更可发生在缺血组织再灌注阶段,后者主要是由于氧的重新供应,导致氧自由基的产生而引起的。氧自由基损伤的主要病理机制是引起脂质过氧化反应。由于脑组织中富含脂质,因此脑对氧自由基损害尤为敏感。氧自由基攻击细胞膜,改变细胞膜的通透性,使膜通道开放,导致兴奋性氨基酸释放和细胞外的钙离子内流等,进一步加重脑组织损伤。