【科普】| 高压氧激活“休眠”神经元(“空转”神经元)

　　文献介绍一例发生在12年前的近乎溺水的病例研究。通过将SPECT成像与高压氧治疗结合使用，识别出皮层低代谢区域。单次高压氧治疗(1.5ATA 1小时)后的延迟成像提示存在可存活但代谢迟钝的神经元。经过80次高压氧治疗后，患者的认知和运动功能表现出显著改善。这些数据支持以下假设：当提供充足的氧气时，休眠神经元和缺血半暗带能够被重新激活。

　　因此，单次治疗于高压氧治疗后示踪剂分布的变化可能是可存活神经元的一个良好预后指标。高压氧治疗结合物理和康复治疗可能有助于使被重新激活的休眠神经元保持永久活性。

　　参考文献：Neubauer RA, Gottlieb SF, Miale A Jr. Identification of hypometabolic areas in the brain using brain imaging and hyperbaric oxygen. Clin Nucl Med. 1992 Jun;17(6):477-481.

　　病例信息

　　15岁女孩，在3岁时曾发生近乎溺水事故，其父母在听说高压氧治疗后将她带到高压氧中心。向患者父母解释了将要使用的成像和高压氧技术(这些技术已获得该中心顾问委员会的批准)，并获得了他们的知情同意。

　　使用连续I-123 IMP SPECT成像对患者进行研究。在最初间隔4小时内进行的两次研究之间，患者在Vickers单人舱中接受了一次1.5ATA、1小时的高压氧治疗。在进行I-123 IMP SPECT成像之前，给患者服用几滴卢戈氏碘溶液，以饱和甲状腺结合位点，防止随后游离放射性碘的积聚。5至10分钟后，给患者静脉注射4.2 mCi的I-123 IMP。她的头部被小心定位，使整个大脑(包括小脑)都处于探测器的全视野内，并被固定以尽量减少移动。探测器靠近头部放置，使其旋转半径不超过14厘米。成像在患者闭眼和灯光调暗的情况下进行。在注射IMP后15至20分钟开始成像，使用连接到飞利浦旋转伽马相机的ADAC ARC 3300计算机进行。采集64帧，每帧40秒，成像大约需要45分钟。

　　在SPECT研究之前，使用在0.35特斯拉下运行的Diasonics MT/S系统进行了磁共振成像(MRI)。

　　01、相关结果

　　MRI扫描显示中度弥漫性中央脑萎缩伴继发性脑积水。未见明显的脑实质病变。

　　基线初始I-123 IMP SPECT扫描(图1)显示，与对侧相比，右侧顶叶和颞叶存在广泛的示踪剂分布减少区域，表明灌注或代谢降低。在1.5ATA高压氧治疗1小时后的4小时延迟扫描(图1B)显示，这些血流减少或低代谢区域被示踪剂填充。

　　在大约2个月的间隔期后(期间未进行进一步的高压氧治疗)进行了重复扫描。初始扫描(图2)再次显示右侧后顶叶皮层存在代谢缺损。然而，与之前的扫描(图1A)相比，有证据显示示踪剂摄取有轻度改善：先前在颞叶观察到的不对称性未再出现，右侧后顶叶皮层的缺损范围减小。

　　重复的4小时延迟扫描(图3)(期间患者在1个大气压下呼吸空气)显示出最小的重新分布：其改善程度不如前次研究在单次1小时高压氧治疗后所见的那么显著(图1B)。

　　在先前研究后22天并进行了12次高压氧治疗后进行了随访扫描。患者首先接受了她的第11次高压氧治疗。在1小时高压氧治疗结束后立即注射示踪剂，并再接受一次1小时的高压氧治疗。患者一出舱室立即进行扫描，从而最大限度地减少了任何再灌注现象的影响。图像表现为临界正常的脑I-123 IMP SPECT扫描：在右侧后顶叶皮层有小的、细微的低代谢区域。

　　四个月后，在进行了61次高压氧治疗后，患者进行了最终的I-123 IMP SPECT扫描。在注射示踪剂后立即进行成像，并在呼吸空气2小时后重复扫描。初始视图(图4)表明左右大脑半球和小脑的示踪剂分布看起来接近正常。没有证据显示脑血流量或代谢降低。延迟扫描未显示进一步变化。

　　02、临床相关性

　　在近乎溺水事件发生之前，该儿童的发育是正常的。她在6个月时能独坐，9个月时能独自行走，1岁时开始说话。在喂养或如厕训练方面没有问题。

　　事故后她从长达15个月的昏迷中苏醒时，似乎存在智力低下。她还需要腿部支架，并且动作不协调。

　　在从昏迷苏醒到接受高压氧治疗的11年间，患者接受了定期的物理治疗，但一直被困在轮椅上。无法站立，她经常被支撑在一个箱子里。

　　作为高压氧治疗前后评估的一部分，患者被转诊给临床心理学家。由于她的残疾，唯一能进行的测试是皮博迪图片词汇测试(Peabody Picture Vocabulary Test)和文兰社会成熟度量表(Vineland Social Maturity Scale)。测试用她的母语西班牙语进行。

　　考试结果显示她无法完成任何需要眼/手或肌肉协调独立运作的任务。她无法完成超过七岁水平的任务，因此她的社会成熟功能非常差;在词汇测试中，她处于十四岁年龄组的第93百分位，表明她的推理、判断、辨别力、语言理解能力可能很优秀，并且可以预测她原始智力天赋至少处于中上至低优范围。行为上她的情感似乎恰当，她似乎是一个警觉的人，具有良好的现实检验能力。没有思维障碍的证据。她似乎具有正常智力，但沟通这种智力是她的主要问题之一。

　　在接受了52次高压氧治疗后，使用皮博迪图片词汇测试对她进行了重新测试。尽管百分位排名有所下降，但心理学家指出测试时间缩短了一半，并且整个测试是用英语进行的。他陈述道：“她能够更高效地完成任务，因为她功能的迅速性带来了更高的智力效率...我怀疑...突触功能的改善和更好的联想学习...似乎发生了一些相当显著的改善。”百分位排名的下降并不显著，因为它完全是由于测试语言从她的母语西班牙语改为英语造成的。她能够用英语参加测试这一事实是认知功能恢复的进一步证据。

　　在高压氧治疗结束后进行了最终评估。他报告说“...她的临床症状有显著改善...她的言语清晰度有所改善，特别是她的英语意识...她更加警觉...由于注意力广度增加，导致她的表现速度加快。她工作快得多，解决问题更快，判断决策也更快。她的言语似乎改善了很多，发音更清晰。有目标导向的手部运动似乎更协调...理解力有所提高”。

　　在治疗前的那些年里，患者只能站在一个箱子里。她的母亲报告说，她现在能够站立更长时间，如果有人扶住她的另一只胳膊，她可以一只手扶着栏杆走上楼梯。神经科会诊确认了改善，并建议进一步进行高压氧治疗。

　　讨论部分

　　临床数据支持这一观点：I-123 IMP SPECT成像结合高压氧能够识别可存活的神经元组织。对连续图像的分析表明，单次1.5ATA高压氧治疗后低代谢皮层区域的填充提示存在可存活但无功能的神经元。这也表明高压氧为这些休眠神经元提供了足够的代谢刺激，使它们能够主动摄取示踪剂。通过比较一次高压氧治疗后初始和延迟图像中增加的IMP摄取(图1A, 1B)与在1ATA吸空气4小时后相对缺乏的摄取(图2, 3)，支持了这些解释。

　　如果在高压氧后看到的延迟摄取完全是由于重新分布现象，那么在呼吸空气后也应该看到相同程度的重新分布。但事实并非如此。由于单次高压氧治疗后的示踪剂重新分布程度大于仅由重新分布所能预期的程度，我们相信数据支持以下结论：增加的氧气可利用性提高了可存活但无功能的休眠神经元的代谢。我们还相信，高压氧与I-123 IMP SPECT成像的结合对于证明这些可存活、代谢迟钝、无功能的神经元的存在是有用的。

　　我们认识到延迟图像的解释是困难的。此类活动也可能描绘了慢血流(周围水肿组织中的扩散受损)、由于储存部位(肺和骨骼)释放增强导致的血浆浓度变化、代谢迟钝细胞的摄取、梗死细胞通过被动扩散或pH差对IMP代谢物的积聚，和/或这些因素的组合。尽管重新分布现象可能解释了观察到的一部分现象，但我们认为高压氧后扫描(图1B)和空气后扫描(图3)之间存在足够的定量差异，需要额外的解释——在本案例中，即高压氧重新激活了可存活但代谢迟钝的神经元。这些神经元是可存活但无功能的观点，通过比较初始扫描(图1B)与最终高压氧治疗后扫描(图4)也得到了支持。

　　在最终图像中，与8个月前获得的基线扫描相比，基本上没有低代谢的证据。事实上，到第12次治疗时，几乎看不到低代谢现象。在该患者长达12年的康复治疗中，唯一的变化是引入了高压氧。因此，这些比较性的物理数据表明，长期高压氧治疗重新激活了休眠迟钝的神经元，并且这种重新激活可能是永久性的。应该指出的是，仅单次治疗于高压氧后(图1A, 1B)，扫描就显示出非常显著的改善程度，并且通过比较第一次高压氧治疗后扫描与最终研究(图4)，这种改善似乎具有某种程度的永久性。尚不清楚增加氧压是否能够重新激活所有休眠神经元，或者是否存在不同类别的缺氧神经元(其中只有一部分对氧气重新激活有反应)。

　　Astrup等人证明组织功能的关键参数是氧气可利用性，而非血流量。高气压条件下增加的氧张力通过增加扩散的驱动力来减少扩散障碍。还有其他报告表明改善氧合可能重新激活休眠神经元。一名58岁患者在颅外-颅内动脉吻合术后恢复了长达7年的单侧视野缺损，这一结果与该概念相符。Ingvar和Lassen记录了在治疗于高压氧期间，三或四名患有局灶性缺血性脑损伤患者的临床脑电图(EEG)改善。最近一项使用沙鼠模型的研究表明，在中风后对动物施用高压氧增加了它们的存活率。Saltzman等人报告说，他们患有急性中风引起的脑血管病变的患者中，50%在治疗于高压氧时表现出至少暂时的神经功能改善。Neubauer和Manders也描述了高压氧对植物人状态的积极影响。

　　氧气诱导的休眠神经元明显再激活表明，在治疗中枢神经系统创伤性和非创伤性损伤时，高压氧治疗应与其他形式的物理和康复治疗结合使用。Hakim等人表明，在他们三分之一的急性中风患者中，48小时内发生了自发性再灌注。他们发现再灌注的发生与临床改善之间存在松散的相关性，并认为具有自发性再灌注的患者表现出更好的恢复水平(与RAN和SFG的个人交流)。然而，Moretti使用延迟成像中显示再灌注作为中风的一个良好预后指征。我们的研究表明，患者皮层功能的改善与临床改善之间存在相关性，这由心理学家的报告所证明。尽管目前我们无法将该患者神经元功能的特定改善与认知或运动功能的特定改善一一对应起来，但它们似乎是相关联的。我们得出结论，存在与缺血性脑损伤相关的代谢迟钝神经元群，可以通过I-123 IMP SPECT成像结合高压氧来识别。I-123 IMP SPECT成像可以划定受影响的区域，而高压氧可以指示组织活力，并识别出那些在中枢神经系统功能障碍的诊断和治疗程序方面有改善潜力的患者。