高压氧在脑外科应用课件.ppt
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1、1高压氧在脑外科的应用高压氧在脑外科的应用 王王 军军青岛市市立医院高压氧科青岛市市立医院高压氧科2q 在脑外伤中的应用在脑外伤中的应用q 在脑血管疾病及颅脑手术后的应用在脑血管疾病及颅脑手术后的应用q在放射性脑损伤中的应用在放射性脑损伤中的应用q在神经外科术后感染中的应用在神经外科术后感染中的应用3v在脑外伤中的应用在脑外伤中的应用 l 脑外伤(脑外伤(traumatic brain injurytraumatic brain injury,TBITBI)l 是神经外科常见疾病之一,其严重预后给社会是神经外科常见疾病之一,其严重预后给社会和家庭带来了沉重的负担,颅脑损伤后早期低和家庭带来了沉
2、重的负担,颅脑损伤后早期低氧血症的发生率为氧血症的发生率为48487272,尸检证实,在,尸检证实,在脑损伤致死人群中,脑缺血缺氧的发生率高达脑损伤致死人群中,脑缺血缺氧的发生率高达 90%90%。4病理生理病理生理重型颅脑损伤占急性颅脑损伤的重型颅脑损伤占急性颅脑损伤的13132121,多为重度脑挫裂伤、脑干损伤、弥,多为重度脑挫裂伤、脑干损伤、弥散性轴索损伤散性轴索损伤(DAI)(DAI)和各种颅内血肿。和各种颅内血肿。脑外伤后的开颅抢救手术,在清除血肿脑外伤后的开颅抢救手术,在清除血肿及坏死脑组织的同时,也对正常脑组织及坏死脑组织的同时,也对正常脑组织进行牵拉、电凝,也将导致局部或广泛进
3、行牵拉、电凝,也将导致局部或广泛脑水肿、脑缺氧。脑水肿、脑缺氧。重型颅脑损伤伤残率和死亡率居高不下的重重型颅脑损伤伤残率和死亡率居高不下的重要原因之一是继发性脑损伤严重,主要包括要原因之一是继发性脑损伤严重,主要包括脑微循环变化和神经递质改变,脑微循环变脑微循环变化和神经递质改变,脑微循环变化是这种病理生理改变的基础。化是这种病理生理改变的基础。以上因素最终影响全脑的血液循环和神经元代谢,导致脑功能障碍,以上因素最终影响全脑的血液循环和神经元代谢,导致脑功能障碍,并形成恶性循环链。并形成恶性循环链。5 病理生理病理生理颅高压颅高压低灌注低灌注脑缺血脑缺血代谢障碍代谢障碍脑水肿脑水肿恶性循环链恶
4、性循环链脑外伤急性期脑外伤急性期6病理生理病理生理7病理生理病理生理脑疝脑疝脑损害生命体征变化脑水肿脑水肿颅内高压脑灌注压降低脑灌注压降低脑缺血缺氧细胞能量代谢障碍血脑屏障破坏脑挫裂伤、颅内血肿、弥漫性轴索损伤脑挫裂伤、颅内血肿、弥漫性轴索损伤细胞毒性细胞毒性介质释放介质释放8病理生理病理生理自由基损害脑细胞代谢障碍脑水肿血脑屏障破坏脑微循环障碍脑微循环障碍颅内高 压9治疗基础治疗基础高压氧对脑外伤继发性损害有较好的疗效是与脑对氧的需求较高有关脑的需氧代谢不能为无氧代谢所代偿,脑组织必须有充足的氧持续不断地供应,才能维持脑功能和脑组织的完整性。脑的重量是体重的1%脑的耗氧量占整个机体耗氧量的2
5、0%10实验与临床研究实验与临床研究11对脑组织代谢的影响对脑组织代谢的影响vHBO对脑外伤大鼠胆碱乙酰转移酶阳性神经元数目对脑外伤大鼠胆碱乙酰转移酶阳性神经元数目的影响的影响u 乙酰胆碱乙酰胆碱(ACh)是中枢神经系统内的一种重要的神经递质是中枢神经系统内的一种重要的神经递质,脑内胆碱能纤维主要源脑内胆碱能纤维主要源于前额叶的胆碱能神经元,经穹隆投射到海马。胆碱能系统在睡眠、情感、学于前额叶的胆碱能神经元,经穹隆投射到海马。胆碱能系统在睡眠、情感、学习、记忆等高级神经活动中起着重要的作用,该系统受损时可以引起认识和记习、记忆等高级神经活动中起着重要的作用,该系统受损时可以引起认识和记忆缺陷忆
6、缺陷.产生痴呆症状产生痴呆症状。u 大鼠致伤大鼠致伤24小时至小时至48小时内开始行高压氧治疗。小时内开始行高压氧治疗。舱内舱内02浓度浓度95,加至,加至0.12MPa,60min,共共24天天 大鼠额叶皮层和海马胆碱乙酰转移酶阳性神经元数目大鼠额叶皮层和海马胆碱乙酰转移酶阳性神经元数目比外伤组明显增多。比外伤组明显增多。u 乙酰胆碱乙酰胆碱(ACh)是中枢神经系统内的一种重要的神经递质,由乙酰辅酶是中枢神经系统内的一种重要的神经递质,由乙酰辅酶A(acetyl-CoA)及胆碱在及胆碱在胆碱乙酰转移酶胆碱乙酰转移酶(CHAT)催化下完成。)催化下完成。CHAT在神经元胞体中合在神经元胞体中合
7、成,经轴浆运输到神经末梢。实验的前期研究结果已显示成,经轴浆运输到神经末梢。实验的前期研究结果已显示HBO治疗组大鼠在水治疗组大鼠在水迷宫实验中的成绩明显优于外伤组。水迷宫实验是测量大鼠学习和记忆迷宫实验中的成绩明显优于外伤组。水迷宫实验是测量大鼠学习和记忆(尤其是尤其是空间记忆空间记忆)的较可靠的方法。的较可靠的方法。表明高压氧可提高脑外伤大鼠的学习记忆能力。表明高压氧可提高脑外伤大鼠的学习记忆能力。12对脑组织代谢的影响对脑组织代谢的影响vHBO对创伤性脑水肿脑组织单胺递质变化的影响对创伤性脑水肿脑组织单胺递质变化的影响u 脑损伤时脑内脑损伤时脑内5-HT、去甲肾上腺素、多巴胺等单胺类神经
8、递质、去甲肾上腺素、多巴胺等单胺类神经递质含量明显增高,中枢单胺神经递质紊乱在创伤性脑水肿的发生发展中含量明显增高,中枢单胺神经递质紊乱在创伤性脑水肿的发生发展中起着重要的作用起着重要的作用,其使脑血管痉挛、其使脑血管痉挛、脑循环血量下降及血管通透性脑循环血量下降及血管通透性增高,脑组织的缺血、增高,脑组织的缺血、缺氧导致缺氧导致Ca2+、ATP酶、酶、Na+、K+等活性下等活性下降,神经细胞内降,神经细胞内 Na+、Ca2+潴留,加剧脑神经细胞的损伤,潴留,加剧脑神经细胞的损伤,促使血促使血管性与细胞毒性脑水肿的发生和发展管性与细胞毒性脑水肿的发生和发展。u 实验发现,脑创伤后立即行高压氧治
9、疗,伤侧脑组织含水率、单胺实验发现,脑创伤后立即行高压氧治疗,伤侧脑组织含水率、单胺神经递质含量明显低神经递质含量明显低 ,并且死亡率降低。,并且死亡率降低。说明高压氧对恢复脑细胞说明高压氧对恢复脑细胞有氧代谢有着积极的作用。有氧代谢有着积极的作用。u 高压氧组及脑创伤组大鼠存在颅内出血两组间无明显差别,高压氧组及脑创伤组大鼠存在颅内出血两组间无明显差别,表明高表明高压氧治疗并不能减少脑创伤后颅内出血的发生,因此临床上颅脑创伤压氧治疗并不能减少脑创伤后颅内出血的发生,因此临床上颅脑创伤后的高压氧治疗应在排除颅内出血或颅内出血停止及后的高压氧治疗应在排除颅内出血或颅内出血停止及(或或)血肿手术清
10、血肿手术清除后进行。除后进行。13对脑组织代谢的影响对脑组织代谢的影响vHBO对颅脑损伤鼠内皮素及降钙素基因相关肽的对颅脑损伤鼠内皮素及降钙素基因相关肽的影响影响u 内皮素(内皮素(ET)是机体在某些病理状态下产生的一种内源性损伤因子)是机体在某些病理状态下产生的一种内源性损伤因子,可产生持久的浓度依赖性和血管收缩效应可产生持久的浓度依赖性和血管收缩效应,是与血管损伤有关疾病的是与血管损伤有关疾病的共同致病因素。共同致病因素。降钙素基因相关肽(降钙素基因相关肽(CGRP)是体内一种较强的舒血)是体内一种较强的舒血管物质管物质,广泛分布于中枢和外周神经系统及脑血管系统广泛分布于中枢和外周神经系统
11、及脑血管系统,对脑血管舒对脑血管舒缩功能调节有着重要作用。缩功能调节有着重要作用。u 研究证实研究证实CGRP对对ET具有生物学拮抗作用具有生物学拮抗作用,是内源性是内源性ET拮抗拮抗;CGRP能显著改善缺血脑组织血流量能显著改善缺血脑组织血流量,缩小脑缺血体积缩小脑缺血体积,具有使脑组织缺血损具有使脑组织缺血损伤面积减少的作用伤面积减少的作用;CGRP还可以降低海马神经元对缺氧的易感性还可以降低海马神经元对缺氧的易感性,对对神经元细胞缺氧损伤产生直接的保护作用神经元细胞缺氧损伤产生直接的保护作用,是一种内源性保护因子。是一种内源性保护因子。14对脑组织代谢的影响对脑组织代谢的影响v 在急性颅
12、脑损伤后在急性颅脑损伤后6、24、48h组血浆及损伤皮层组血浆及损伤皮层ET含量较正常组明含量较正常组明显升高显升高,且损伤后且损伤后24h组达最高组达最高,并与相应的组织形态学结构的改变相并与相应的组织形态学结构的改变相一致一致,考虑可能与考虑可能与ET的强烈缩血管作用并导致组织的缺血缺氧损害有的强烈缩血管作用并导致组织的缺血缺氧损害有关关;而急性颅脑损伤后而急性颅脑损伤后6、24、48h组血浆及损伤皮层组血浆及损伤皮层CGRP含量较正含量较正常组明显降低且存在上升趋势常组明显降低且存在上升趋势,考虑可能是机体存在代偿机制以拮抗考虑可能是机体存在代偿机制以拮抗ET的缩血管作用并保证血供的缩血
13、管作用并保证血供,但同时但同时CGRP含量的上升趋势又有可能含量的上升趋势又有可能导致局部组织的水肿倾向导致局部组织的水肿倾向,这也与临床急性颅脑损伤后往往在这也与临床急性颅脑损伤后往往在2448h以后脑水肿表现较为明显是相一致的以后脑水肿表现较为明显是相一致的.v 高压氧治疗可明显升高血浆及损伤皮层高压氧治疗可明显升高血浆及损伤皮层CGRP含量水平含量水平,同时使血浆同时使血浆及损伤皮层及损伤皮层ET含量显著降低含量显著降低,阻断颅脑损伤后阻断颅脑损伤后ET与与CGRP比例失衡比例失衡,通过调节脑血管的舒缩状态及纠正脑血流量的自身调节失衡通过调节脑血管的舒缩状态及纠正脑血流量的自身调节失衡,
14、改善脑改善脑循环障碍循环障碍,增加脑组织供血及供氧增加脑组织供血及供氧,减轻颅脑损伤造成的脑水肿及神经减轻颅脑损伤造成的脑水肿及神经细胞的损害细胞的损害,促进损伤脑组织的恢复。促进损伤脑组织的恢复。15对细胞凋亡及修复再生的影响对细胞凋亡及修复再生的影响vHBO与细胞凋亡与细胞凋亡u 凋亡参与了缺血缺氧性脑损伤后的病理过程,当发生缺血缺氧后,有凋亡参与了缺血缺氧性脑损伤后的病理过程,当发生缺血缺氧后,有多条通路可以分别独立地引发细胞凋亡,其中的线粒体途径越来越受多条通路可以分别独立地引发细胞凋亡,其中的线粒体途径越来越受到重视,在线粒体内,存在多种促凋亡和抗凋亡因素,可以引发线粒到重视,在线粒
15、体内,存在多种促凋亡和抗凋亡因素,可以引发线粒体功能和生化方面的改变,从而决定细胞损伤后的命运。线粒体凋亡体功能和生化方面的改变,从而决定细胞损伤后的命运。线粒体凋亡途径的主要环节有凋亡刺激物的生成,线粒体通透性的改变,线粒体途径的主要环节有凋亡刺激物的生成,线粒体通透性的改变,线粒体凋亡因子的释放,半胱天冬酶类(凋亡因子的释放,半胱天冬酶类(caspase)家族的激活等,如果能)家族的激活等,如果能对上述环节加以阻断,则可抑制神经元的过度凋亡从而减轻缺血缺氧对上述环节加以阻断,则可抑制神经元的过度凋亡从而减轻缺血缺氧性脑损伤。临床研究及动物实验均证实高压氧治疗可以起到减轻神经性脑损伤。临床研
16、究及动物实验均证实高压氧治疗可以起到减轻神经元凋亡的作用。元凋亡的作用。u 细胞凋亡是个主动耗能过程,其中多个环节均需要三磷酸腺苷细胞凋亡是个主动耗能过程,其中多个环节均需要三磷酸腺苷ATP供能,供能,ATP的缺乏将直接阻断凋亡通路,使细胞转向坏死,故细胞的缺乏将直接阻断凋亡通路,使细胞转向坏死,故细胞ATP水平可能是导致核心区和半暗区细胞死亡方式不同的主要原因之水平可能是导致核心区和半暗区细胞死亡方式不同的主要原因之一。一。ATP的主要来源是线粒体,故线粒体在决定细胞死亡方式中起到的主要来源是线粒体,故线粒体在决定细胞死亡方式中起到重要作用,从理论上讲,如果能促进线粒体产生重要作用,从理论上
17、讲,如果能促进线粒体产生ATP,则可减少细胞,则可减少细胞坏死。坏死。16对细胞凋亡及修复再生的影响对细胞凋亡及修复再生的影响u 有研究表明,高压氧治疗有研究表明,高压氧治疗HBOT可以增加线粒体的可以增加线粒体的ATP含量并降低缺含量并降低缺血核心区死亡细胞中坏死细胞的比例,即让核心区死亡方式由坏死向血核心区死亡细胞中坏死细胞的比例,即让核心区死亡方式由坏死向凋亡转化,这对脑组织将起到重要的保护作用,因为细胞凋亡的过程凋亡转化,这对脑组织将起到重要的保护作用,因为细胞凋亡的过程不导致溶酶体及细胞膜破裂,没有细胞膜内容物外溢,形成的凋亡小不导致溶酶体及细胞膜破裂,没有细胞膜内容物外溢,形成的凋
18、亡小体最后被附近的细胞吞噬,因而避免了体内炎症反应的产生,而细胞体最后被附近的细胞吞噬,因而避免了体内炎症反应的产生,而细胞坏死则会由于细胞破裂释放大量细胞毒性成分,对周边细胞产生损伤,坏死则会由于细胞破裂释放大量细胞毒性成分,对周边细胞产生损伤,故虽然同为细胞死亡,但凋亡对组织的破坏性较小,能减轻细胞死亡故虽然同为细胞死亡,但凋亡对组织的破坏性较小,能减轻细胞死亡扩大。扩大。在缺血核心区,在缺血核心区,HBOT通过增加线粒体的通过增加线粒体的ATP含量,使细胞坏含量,使细胞坏死向凋亡转化,从而减轻了组织损伤。在缺血半暗带,细胞死亡主要死向凋亡转化,从而减轻了组织损伤。在缺血半暗带,细胞死亡主
19、要以凋亡形式发生,研究表明以凋亡形式发生,研究表明HBOT可减少半暗带细胞凋亡。可减少半暗带细胞凋亡。u HBOT则是多重机制的,一方面则是多重机制的,一方面HBOT可以直接或间接作用于凋亡的可以直接或间接作用于凋亡的各个节点,从而更有效地阻断凋亡级联反应的进行,另一方面各个节点,从而更有效地阻断凋亡级联反应的进行,另一方面HBOT能明显提高血氧浓度,增加氧弥散距离,纠正酸中毒,减轻细胞水肿,能明显提高血氧浓度,增加氧弥散距离,纠正酸中毒,减轻细胞水肿,加速毛细血管再生,从而促进侧支循环建立,有效改善神经元的缺血加速毛细血管再生,从而促进侧支循环建立,有效改善神经元的缺血缺氧环境。缺氧环境。所
20、以,高压氧是很有前景的治疗方法。所以,高压氧是很有前景的治疗方法。17对细胞凋亡及修复再生的影响对细胞凋亡及修复再生的影响vHBO对大鼠实验性脑损伤后神经细胞对大鼠实验性脑损伤后神经细胞CytochromeC、Bcl-2以及以及Bax的影响的影响v 在内源性细胞凋亡中,其关键步骤为线粒体膜通透性的改变以及线在内源性细胞凋亡中,其关键步骤为线粒体膜通透性的改变以及线粒体内容物的释放。其中,细胞色素粒体内容物的释放。其中,细胞色素C(Cytochrome C,CytC)的释的释放可以诱导凋亡复合物的形成,进而引发放可以诱导凋亡复合物的形成,进而引发Caspase-3的活化,从而导的活化,从而导致凋
21、亡的发生。致凋亡的发生。CytC的释放过程受到多种因子的调节,其中最重要的释放过程受到多种因子的调节,其中最重要的为神经细胞凋亡抑制蛋白的为神经细胞凋亡抑制蛋白Bcl-2家族成员。家族成员。Bcl-2以及促凋亡蛋白以及促凋亡蛋白Bax分别作为抗凋亡以及诱导凋亡的蛋白分子,它们与线粒体膜的相分别作为抗凋亡以及诱导凋亡的蛋白分子,它们与线粒体膜的相互作用与互作用与CytC的释放密切相关。的释放密切相关。v 高压氧可以减少细胞内活性氧(高压氧可以减少细胞内活性氧(ROS)的生成,改善脑的代谢,减少)的生成,改善脑的代谢,减少环氧化酶环氧化酶-2(COX-2)的表达,减少)的表达,减少Caspase-
22、3的表达以及细胞凋亡的表达以及细胞凋亡的发生。的发生。高压氧的脑保护作用来源于保护线粒体膜,减少了高压氧的脑保护作用来源于保护线粒体膜,减少了CytC的的释放释放.18对细胞凋亡及修复再生的影响对细胞凋亡及修复再生的影响vHBO对大鼠实验性脑损伤后神经细胞对大鼠实验性脑损伤后神经细胞CytochromeC、Bcl-2以及以及Bax的影响的影响实验结论:实验结论:u 高压氧治疗可以于伤后高压氧治疗可以于伤后2424小时之内明显减少创伤性颅脑损伤后神经细小时之内明显减少创伤性颅脑损伤后神经细胞线粒体内胞线粒体内CytCCytC的释放。的释放。u 高压氧治疗可以于伤后高压氧治疗可以于伤后7272小时
23、之内明显增加神经细胞内小时之内明显增加神经细胞内Bcl-2Bcl-2的表达。的表达。u 高压氧治疗可以于伤后高压氧治疗可以于伤后2424小时之内明显减少神经细胞内小时之内明显减少神经细胞内BaxBax的表达。的表达。u 高压氧治疗可以减轻伤后高压氧治疗可以减轻伤后2424小时之内神经细胞线粒体肿胀。小时之内神经细胞线粒体肿胀。u 此外,研究表明:单纯高压氧治疗并不能完全保护线粒体,阻止线粒此外,研究表明:单纯高压氧治疗并不能完全保护线粒体,阻止线粒体内容物的释放,它作为综合治疗的一部分,可以为其他的治疗方法体内容物的释放,它作为综合治疗的一部分,可以为其他的治疗方法提供更有力的支持。提供更有力
24、的支持。19高压氧对血脑屏障的影响高压氧对血脑屏障的影响u 常规治疗压力的高压氧无明显促进血脑屏障(常规治疗压力的高压氧无明显促进血脑屏障(BBB)通透性作用,)通透性作用,但有增加但有增加BBB开放的趋势,促进神经保护剂进入脑组织。开放的趋势,促进神经保护剂进入脑组织。u 临床上神经保护剂的治疗效果一直不能确定。在美国,神经保护临床上神经保护剂的治疗效果一直不能确定。在美国,神经保护剂治疗尚停留在动物实验中,临床中很少涉及神经保护剂治疗。在国剂治疗尚停留在动物实验中,临床中很少涉及神经保护剂治疗。在国内,神经保护剂治疗十分普遍,其中神经节苷脂(内,神经保护剂治疗十分普遍,其中神经节苷脂(GM
25、-1)是最为常)是最为常用的神经保护剂之一,有关用的神经保护剂之一,有关GM-1的作用各家报道不一,在一些患者的作用各家报道不一,在一些患者的治疗中有明显效果。的治疗中有明显效果。u 在影响神经保护剂作用的众多因素中,在影响神经保护剂作用的众多因素中,BBB的阻碍作用是一个不的阻碍作用是一个不能忽视的因素。鉴于此原因,许多学者在积极寻找方法,增加能忽视的因素。鉴于此原因,许多学者在积极寻找方法,增加BBB的的开放程度,使药物更多进入神经组织而发挥作用,这些方法包括开放程度,使药物更多进入神经组织而发挥作用,这些方法包括“微微感染法感染法”、“微创伤法微创伤法”等,主要根据大脑在受到损伤或感染时
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