微透析技术在颅脑损伤生物化学研究中的应用

    微透析（Microdialysis，MD）技术是一种微创、连续的研究细胞外液生物化学物质浓度动态变化的新型生物采样技术。多用于神经科重症监护 ［1］ 。

    1 微透析技术

    1.1 基本原理 以透析原理作为基础:透析管内外存在浓度梯度，生化物质沿浓度梯度逆向扩散。由于透析管中的灌流液不断流动更新，跨膜浓度梯度始终存在，微透析得以持续进行，从而达到从活体组织中连续取样的目的。

    1.2 微透析系统组成 由微量注射泵、微量注射器、微透析探针（Microdialysis probe，MDP）、灌流液、连接管和收集瓶组成 ［2］ 。

    2 微透析技术在颅脑损伤生物化学研究中的应用

    应用微透析技术进行脑缺血、缺氧及脑损伤机制的研究。对兴奋性氨基酸、乳酸、丙酮酸、葡萄糖、甘油、乳酸/葡萄糖比值和乳酸/丙酮酸比值等能量代谢指标;单胺类神经递质、乙酰胆碱、NO、嘌呤类、前列腺素类神经递质和5-羟色胺等成分进行检测，观察缺血、缺氧及脑损伤期间细胞外液生化物质浓度动态变化。了解颅脑损伤患者在伤后、治疗中和治疗后这些指标的变化规律及其临床意义。应用微透析探头在穿刺部位选择性地导入受体抑制剂、激动剂，以及与神经递质代谢有关的酶抑制剂、激活剂，以便研究神经受体、离子通道、神经递质的调节规律;探讨在脑缺血、缺氧、脑外伤、脑肿瘤、癫痫、蛛网膜下腔出血、药物依赖及精神障碍疾病中的作用机制 ［3～5］ 。

    Berger C等应用微透析技术对包括急性脑梗死、蛛网膜下腔出血和严重颅脑损伤的50例患者临床研究中，在CT扫描下观察3部分脑组织中影响神经系统的化学物质变化的特性:（1）无感染及损伤的正常脑组织中微透析的评价;（2）与梗死中心邻近的脑组织区域神经系统化学物质的变化是可逆的;（3）大面积梗死区域中心不规则的化学物质浓度的变化。研究说明脑的化学变化与临床过程、定向治疗和预后相关 ［6］ 。兴奋性氨基酸（EAA）包括谷氨酸和天门冬氨酸在脑细胞缺血损伤中的作用已被广泛认同。动物实验中，脑缺血后EAA的过多释放仅持续1～2h，而人脑缺血后EAA释放不仅会达到极高水平，而且持续时间可长达7～8天。Kimelberg使用微透析技术研究显示在脑缺血时定量调控阴离子通道传感器受损，星状细胞谷氨酸转运逆转，在早期经阴离子通道释放大约EAA总排放量的80%，导致了EAA的过度释放。使用有效的阴离子通道阻断剂它莫西芬抑制EAA释放，可起到有效的神经保护作用。它莫西芬治疗应用于小鼠大脑中动脉栓塞模型上显示大约80%非常有效，在缺血发生后的3h窗口期开始治疗，梗死面积减小 ［7］ 。Lin JY等使用双重探针放于脑皮质以监测沙鼠脑缺血及再灌注后硫酸镁和谷氨酸脂在能量代谢中的影响。研究显示沙鼠脑缺血模型微透析液中糖减少10%、丙酮酸减少15%、乳酸增加200%、谷氨酸脂增加了1400%。当给予硫酸镁进行处理治疗后，缺血一侧的糖上升50%、丙酮酸上升70%、谷氨酸脂和乳酸分别下降500%和150%。结果显示硫酸镁的治疗在脑缺血期间和之后的再灌注恢复期中，保持细胞能量代谢和减少谷氨酸脂的释放非常有效，具有明显神经保护作用 ［8］ 。Iaurer IH等利用微透析技术分析脑部蛋白质表达图谱。样本来自于脑梗死患者受损肢体对侧脑半球。分离蛋白质使用了两种技术:凝胶蛋白电泳和质谱测量技术。发现大约158个（N=18）蛋白点，能够确定95个位点，共有27个单体蛋白质表达，其中多数蛋白质在以前的实验中自人脑可以测得，但有10个主要来源于脑细胞内的蛋白质可以确定是微透析技术特有的，不存在于脑脊液当中。研究显示人脑微透析蛋白成分与患者的临床症状和患者脑成像结果相关，可能有助于神经损伤的诊断、治疗方式及预后的判定 ［9］ 。

    3 微透析技术在颅脑损伤亚低温治疗中的应用

    只达石等首次利用微透析技术研究了亚低温治疗对中、重型颅脑损伤患者生化代谢指标的影响，未见明显并发症和不良作用。Berger等 ［10］ 研究了12例大脑中动脉梗死的患者亚低温（33℃）治疗中，使用CMA600微透析自动分析仪分析谷氨酸、甘油、丙酮酸和乳酸。在头颅CT扫描下，将微透析探针放置在脑的3个不同区域:（1）未受损脑组织有稳定的透析液浓度，谷氨酸2.6～3.6mmol/L，乳酸1.8～3.0mmol/L，丙酮酸50.0～95.8mmol/L;显示亚低温治疗有效;（2）测量梗死灶边缘的组织中亚低温治疗的影响，谷氨酸4.8～12.6mmol/L，甘油58.0～82.0mmol/L，乳酸0.7～1.3mmol/L，丙酮酸13.3～36.8mmol/L;（3）渗透液来自于不可逆的受损组织，产生过多的谷氨酸（453mmol/L）、甘油（1187mmol/L）、乳酸（12mmol/L）、丙酮酸（4mmol/L），显示在梗死灶中亚低温治疗无效。

    4 结论

    微透析技术是神经科监护病房的先进的安全可靠的检测方法;对影响神经系统的化学物质的检测，标示出在死塞发生后正常脑组织、潜在的可挽救的脑组织和不可逆的受损组织的区域范围。证明亚低温治疗减少梗死组织边缘“Tissue at risk”区域的谷氨酸、甘油、乳酸和丙酮酸的分泌。Chou等 ［11］ 利用微透析技术监测中暑小鼠模型脑细胞外液多巴胺浓度，利用亚低温治疗后多巴胺及神经胶质纤维酸性蛋白的数量和水平降低，平均动脉压从较高水平开始下降，研究显示亚低温治疗降低了多巴胺的过多分泌和神经纤维的损伤。

     5 展望 Peerdeman等人调查分析了13个学科的73种出版物，认为微透析技术研究质量较低的仅3例，超过50%的大多数研究人员认为此研究技术为特殊有效的 ［12］ 。相信我国神经科学在不久的将来，微透析技术会作为一种常规的监测手段在临床得到普遍应用。

    参考文献

    1 Bourne JA.Intracerebral microdialysis:30years as a tool for the neuro- scientist.Clin Exp Pharmacol，2003，30（1-2）:16-24.

    2 Lange EC，Boer AGreimer DD.Methodological issues in microdialysis sampling for pharmacokinetic studies.Adu Drug Del Reu，2000，45（2/3）:125-148.

    3 Samuelsson C，Kumlien E，Elfving A，et al.The effects of PBN（phenyl-butyl-nitrone）on GLT-1levels and on the extracellular levels of amino acids and energy metabolites in a model of iron-induced post- traumatic epilepsy.Epilepsy Res，2003，56（2-3）:165-173.

    4 Shalev U，Grimm Jw，Shaham Y，et al.Neurobiology of relapse to heroin and cocaine seeking:a review.Pharmacol Rev，2002，54（1）:1-42.5 Swanson CJ，Schoepp DD.A Role for Noradrenergic Transmission in the Actions of Phencyclidine and the Antipsychotic and Antistress Effects of mGlu2/3Receptor Agonists.Ann N Y Acad Sci，2003，1003:309-317.

    6 Berger C，Dohmen C，Iaurer IH，et al.In Process Citation.Nervenarzt，2004，75（2）:113-123.

    7 Kimelberg HK，Nestor NB，Fevstel PJ，et al.Inhibition of release of tau-rine and excitatory amino acids in ischemia and neuroprotection.Neu-rochem Res，2004，29（1）:267-274.

    8 Lin JY，Chung SY，Lin IC，et al.Effects of magnesium sulfate on energy metabolites and glutamate in the cortex during focal cerebral ischemia and reperfusion in the gerbil monitored by a dual-probe micredialysis technique.Life Sci，2002，71（7）:803-811.

    9 Iaurer IH，Berger C，Wolf I，et al.The proteome of human brain micro- dialysate.Proteome Sic，2003，1（1）:7.

    10 Berger C，Schabitz WR，Georgiadis D，et al.Effects of hypothermia on excitatory amino acids and metabolism in stroke patients:a microdialy-sis study.Stroks，2002，33（2）:519-524.

    11 Chou YT，Lin IT，Lee CC，et al.Hypothermia attenuates cerebral dopamine overloading and gliosis in rats with heatstroke.Neurosci Lett，2003，336（1）:5-8.

    12 Peerdeman SI，Van Tulder IW，Vandertop WP，et al.Cerebral micro-dialysis as a monitoring method in subarachnoid hemorrhage patients，and correlation with clinical events-a systematic review.J Neurol，250（7）:797-805.

    （编辑商志伟）

    作者单位:300060天津市环湖医院检验科