亚低温治疗对重型颅脑外伤脑糖代谢及氧代谢的影响机制

陈富明

摘要：【摘要】：近年研究表明，亚低温对sTBI的保护作用并非单一降低代谢率，而是通过多靶点调控脑糖代谢与氧代谢的关键环节，重建代谢稳态。本文系统综述亚低温对sTBI脑糖代谢、氧代谢的影响机制，结合最新临床与基础研究进展，为临床优化治疗方案提供理论依据。【关...

关键词：

礼县第一人民医院神经外科甘肃陇南742200

出处：

《医学前沿》2025年31期

DOI：
10.13738/j.cnki.acc.qklw60536
专辑：
科学Ⅰ辑;信息科技
专题：
信息、科学;综合科技
分类号：
G90;N92

【摘要】：近年研究表明，亚低温对sTBI的保护作用并非单一降低代谢率，而是通过多靶点调控脑糖代谢与氧代谢的关键环节，重建代谢稳态。本文系统综述亚低温对sTBI脑糖代谢、氧代谢的影响机制，结合最新临床与基础研究进展，为临床优化治疗方案提供理论依据。

【关键词】：亚低温治疗；重型颅脑外伤；脑糖代谢；氧代谢

重型颅脑外伤（severetraumaticbraininjury,sTBI）是神经外科常见急危重症，全球年发病率约（50-60）/10万，急性期死亡率高达30%-50%，存活患者中70%遗留神经功能障碍[1]。sTBI后脑血流（cerebralbloodflow,CBF）紊乱、代谢失衡及继发性脑损伤是导致预后不良的核心机制，其中脑糖代谢与氧代谢的动态失衡被认为是继发性损伤的启动环节，sTBI后早期常出现脑奢侈灌注或脑缺血，伴随葡萄糖利用障碍与氧利用效率下降，最终导致神经元能量耗竭与凋亡[2]。亚低温治疗（mildhypothermia,MH）指将核心体温维持在32-35℃的治疗手段，自20世纪90年代发表研究证实其可降低sTBI患者死亡率后，逐步成为神经重症领域的重要干预措施[3]。

一、亚低温对重型颅脑外伤脑糖代谢的影响机制

（一）调节葡萄糖转运体表达，改善血脑屏障葡萄糖转运

血脑屏障（blood-brainbarrier,BBB）上的葡萄糖转运体（glucosetransporters,GLUTs）是脑糖摄取的关键闸门，其中GLUT1（内皮细胞表达）与GLUT3（神经元表达）承担90%以上的葡萄糖转运功能[4]。sTBI后BBB受损导致GLUT1磷酸化水平下降，同时神经元缺血缺氧引发GLUT3内吞增加，两者共同导致脑内葡萄糖摄取量较正常下降40%-60%[5]。

亚低温通过两条途径改善葡萄糖转运：上调GLUT1表达与活性：动物实验显示，33℃亚低温处理sTBI大鼠24小时后，脑皮质GLUT1mRNA表达量较常温组升高2.1倍，且GLUT1在BBB内皮细胞的膜定位比例增加35%，这与亚低温抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路、减少GLUT1降解有关[6]；稳定GLUT3在神经元膜的分布：亚低温可降低钙调蛋白依赖性激酶Ⅱ（CaMKⅡ）活性，抑制GLUT3的磷酸化内吞，临床研究通过PET显像发现，亚低温治疗的sTBI患者，伤后48小时脑皮质GLUT3表达量较常温组高1.8倍，CMRglu提升25%-30%，且与神经功能评分（GOS）呈正相关[7]。

（二）调控糖酵解与三羧酸循环，减少乳酸堆积

sTBI后缺血缺氧状态下，脑代谢从有氧氧化转向无氧糖酵解，导致乳酸脱氢酶（LDH）活性升高，乳酸生成量增加，而乳酸清除能力因脑血流缓慢下降，形成乳酸中毒，进一步加重神经元损伤[8]。亚低温对糖代谢途径的调控具有双向性：亚低温可降低磷酸果糖激酶（PFK）活性，该酶是糖酵解关键限速酶，sTBI后其活性升高2.3倍，而34℃亚低温可使其活性降至正常水平的1.2倍，同时抑制LDH活性，减少乳酸生成[9]。临床微透析监测显示，亚低温组患者脑间质液乳酸浓度较常温组低38%，乳酸/丙酮酸比值（LPR）维持在20以下（正常<25），提示无氧代谢得到有效抑制[10]。sTBI后线粒体功能障碍导致三羧酸循环（TCA）关键酶活性下降，而亚低温可通过减少线粒体reactiveoxygenspecies（ROS）生成，保护线粒体膜电位（Δψm），33℃亚低温处理sTBI小鼠后，脑线粒体PDH活性较常温组高1.7倍，ATP生成量提升40%，且TCA循环中间产物浓度恢复至正常水平的80%[11]。这种抑制无氧代谢-恢复有氧代谢的双重作用，是亚低温改善脑糖代谢稳态的核心机制。

（三）减少脑能量消耗，维持葡萄糖代谢稳态

sTBI后神经元过度兴奋、离子泵功能紊乱导致能量消耗激增，而葡萄糖作为脑主要能量底物，其消耗速率较正常升高50%-70%，形成能量需求-供给失衡[12]。亚低温可通过降低脑代谢率间接减少葡萄糖消耗：研究证实，体温每降低1℃，CMRglu下降6%-8%，33℃亚低温可使CMRglu降至正常水平的60%-65%，同时Na+/K+-ATP酶活性降低30%，离子转运相关能量消耗减少45%[13]。

二、亚低温对重型颅脑外伤脑氧代谢的影响机制

（一）平衡脑氧供与氧耗，改善脑氧代谢耦合

sTBI后脑氧代谢紊乱的核心是DO2与CMRO2的耦合失衡：急性期DO2下降而CMRO2相对升高，导致脑缺血；亚急性期DO2恢复但CMRO2抑制，导致氧浪费[14]。亚低温通过双向调节重建耦合平衡：体温每降低1℃，CMRO2下降5%-7%，33℃亚低温可使CMRO2降至正常水平的55%-60%，这一效应主要通过抑制神经元电活动实现。临床通过近红外光谱（NIRS）监测发现，亚低温组患者伤后24小时脑氧饱和度（rSO2）较常温组高12%，且CEO2维持在28%-32%的正常范围，显著优于常温组（CEO2波动于20%-45%）[15]。亚低温可通过两种途径调节CBF：①抑制血管痉挛：sTBI后血管内皮损伤导致一氧化氮（NO）生成减少，血管收缩，而亚低温可激活内皮型NO合酶（eNOS），增加NO释放量，使脑皮质小动脉舒张，CBF提升20%-25%；②降低颅内压（ICP）：亚低温通过减少脑水肿、抑制脑血管扩张，使ICP降低，间接改善脑灌注压（CPP），进一步提升DO2[16]。

（二）调节氧合血红蛋白解离曲线，优化氧释放

氧合血红蛋白解离曲线（ODC）反映血氧饱和度（SaO2）与血氧分压（PaO2）的关系，其位置由2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）浓度调节，sTBI后红细胞2,3-DPG浓度升高，使ODC右移，虽有利于组织氧释放，但也导致肺氧摄取减少；而亚低温本身会使ODC左移，可能降低组织氧利用效率。

近年研究发现，亚低温可通过调控2,3-DPG平衡ODC偏移：抑制2,3-DPG合成酶活性：33℃亚低温可使红细胞2,3-DPG合成酶活性降低30%，减少2,3-DPG生成，抵消低温导致的ODC左移[17]；维持红细胞变形能力：sTBI后红细胞变形能力下降导致微循环障碍，亚低温可降低红细胞膜胆固醇含量，改善变形能力，使毛细血管氧释放效率提升15%-20%[18]。

（三）保护线粒体功能，提升氧利用效率

线粒体是脑氧代谢的核心场所，sTBI后线粒体呼吸链复合体（Ⅰ-Ⅳ）损伤、ROS大量生成，导致氧利用效率下降，正常状态下线粒体氧利用率（线粒体耗氧量/总CMRO2）约80%，sTBI后可降至40%-50%[19]。亚低温通过三重机制保护线粒体功能[20]：稳定呼吸链复合体活性、减少ROS生成与氧化损伤、抑制线粒体自噬过度激活。

结论

综上所述，亚低温治疗通过多靶点调控重型颅脑外伤后的脑糖代谢与氧代谢：在糖代谢层面，通过上调GLUT1/3表达、平衡糖酵解与有氧代谢、减少能量消耗，重建葡萄糖转运与利用稳态；在氧代谢层面，通过平衡DO2与CMRO2、优化氧释放、保护线粒体功能，提升氧利用效率。

参考文献：

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