大脑缺氧

定义

大脑缺氧指脑组织获得的氧气减少，不能满足其氧化代谢的需要。美国国家医学图书馆医学主题词表把这一状态定义为两种情形或二者的合并：血液经血红蛋白携带的氧减少，或者脑的血液供应受到限制^[1]。当供氧完全中断时，称为脑缺氧症或脑缺氧（anoxia）；严重缺氧是中枢神经系统损伤较常见的原因，长期缺氧可发展为脑死亡或持续植物状态^[1]。

医学主题词表同时注明，大脑缺氧不应与脑缺血混淆，后者强调的是血液供应减少^[3]。在临床研究中，脑组织缺氧常用可测量的指标界定：颈静脉血氧饱和度低于 50% 属于全脑性缺氧，脑组织氧分压低于 20 毫米汞柱属于局部性缺氧^[4]。

从病理上看，大脑缺氧的特征性改变是神经元丢失，最容易受损的部位依次包括海马、苍白球、小脑和延髓下橄榄核，其中海马 CA1 区神经元对缺血缺氧极不耐受，这也解释了短暂心搏骤停后可能出现持久记忆损害的现象^[1][5]。

原理

脑组织的氧供取决于两个环节的乘积：单位时间送达脑的血流量，以及单位血液携带的氧量。前者受心输出量、血压、脑血管阻力影响，后者取决于血红蛋白浓度、血红蛋白的氧饱和度以及氧从血液向组织的弥散距离^[4]。脑氧输送量可写作 $DO_2 = CBF \times CaO_2$，其中 $CBF$ 为脑血流量，$CaO_2$ 为动脉血氧含量；任一因子下降都可能使输氧量低于脑的耗氧量 $CMRO_2$。

按发病环节，大脑缺氧通常分为 4 类。低氧性缺氧源于环境氧分压过低，见于高原、航空和潜水等场景；血液性缺氧是环境氧充足但血液携氧能力不足，如贫血和一氧化碳中毒；缺血性缺氧又称淤血性缺氧，由脑血流不足引起，见于脑卒中、心搏骤停和心律失常；组织中毒性缺氧则供氧正常而脑组织无法利用氧，氰化物中毒是典型例子。

缺氧发生后，脑的能量代谢由有氧氧化转向无氧糖酵解，乳酸和丙酮酸堆积，磷酸肌酸下降。在动物实验中，脑组织氧饱和度越低，脑电图波幅、频率和信号复杂度下降越明显，脑皮质和海马CA1 区神经元线粒体的损伤也越重；氧饱和度低于 30% 时出现循环衰竭和严重代谢性酸中毒^[6]。

脑循环的严重程度还受侧支循环与脑底动脉环解剖变异影响，成年人中脑底动脉环管径正常且左右对称者仅约一半，因此同样的缺氧条件下病灶范围可以差别很大^[7]。当脑灌注压急剧而普遍下降时，损伤常沿大脑和小脑半球的动脉供血交界区分布，形成所谓分水岭梗死^[7]。

发展历程

1937 年，沃尔夫与西里斯在 4 名神经外科患者中首次描述了沿动脉交界区分布的缺氧性损伤形态^[7]。直到 1953 年及之后的系列研究，这种交界区损伤才被归因于动脉血压的骤然下降^[7]。

20 世纪 60 至 70 年代，研究者主要通过阻断动物脑循环来测定脑对缺血的耐受阈值。1977 年，根本等人用袖带加压合并药物性低血压的方法在恒河猴身上实现脑循环阻断，据此推算脑的缺血阈值约为 15 分钟，与 1970 年的测算值接近^[7]。当时的传统观点认为，常温下脑循环完全停止超过约 7 分钟即无法完全恢复而不留神经或组织学损害^[7]。

此后，霍斯曼等人在猫和恒河猴实验中报告，脑循环阻断长达 60 分钟仍可观察到神经元恢复的迹象，但这些指标仅包括脑电图和锥体束反应的恢复，远未达到无神经缺损的临床恢复水平^[7]。在临床层面，对心搏骤停后脑损伤的预后判断逐步细化：伤后第 3 天瞳孔对光反射、伸肌反应和痛觉反应仍不恢复属于不良预后标志，双侧体感诱发电位 N20 消失和血清神经元特异性烯醇化酶升高也提示预后不良^[5]。

应用

在重症监护中，脑氧合监测用于指导治疗。临床研究显示，脑组织氧分压低于 20 毫米汞柱是不良预后的独立预测因素，而以此为目标进行干预与部分患者的预后改善相关，不过也有研究未观察到临床获益^[4]。1 项针对重型颅脑损伤的研究中，90% 以上的脑缺氧事件可归因于生理指标异常，其中颅内高压约占 50%、动脉低血压约占 25%、低氧血症约占 8%^[4]。

无创近红外光谱技术通过测定脑区域氧饱和度来反映脑缺氧程度，已被用于动物实验和临床监测，用以判断脑损伤及其严重程度^[6]。另一种手段是经颈静脉球部血氧饱和度监测，其数值低于 50% 提示全脑氧供不足^[4]。

治疗性低温是目前唯一被证明能改善新生儿缺氧缺血性脑病远期结局的疗法。美国儿科学会在 2026 年更新的临床报告中建议，对胎龄满 36 周及以上的中重度缺氧缺血性脑病新生儿施行低温治疗，出生后 6 小时内启动为标准做法，目标温度 33.5 摄氏度，持续 72 小时；对出生 6 至 24 小时才就诊的患儿可在与家属讨论后考虑使用，轻度患儿证据不足，胎龄不足 35 周者不推荐。该报告还指出，2010 年以来低温治疗在高收入国家已成为胎龄 36 周及以上中重度缺氧缺血性脑病新生儿的标准疗法，并强调应避免出现发热。

局限

低温治疗的适用范围有限。在胎龄 33 至 35 周的早产儿中，1 项纳入 168 名婴儿的随机临床试验显示，出生 6 小时内开始低温治疗并未降低 18 至 22 月龄时的死亡或残疾风险，贝叶斯分析提示低温反而有 74% 的概率增加死亡或残疾、87% 的概率增加死亡^[8]。加深或延长低温同样未见获益：将温度降至 32 摄氏度或把时长延长到 120 小时并不能改善结局，还可能增加死亡。

脑氧合监测指标本身存在解释上的限制。脑组织氧分压的测量值只反映探头所在区域的氧张力，受局部血流和血管分布影响，难以代表全脑情况^[9]。此外，缺氧的程度和持续时间常常难以准确判断，即使全脑缺血 8 至 10 分钟的部分患者仍可接近恢复正常，而短时间的脑循环障碍却可能造成永久损伤^[5]。

若干治疗手段的效果并未得到证实。早期曾寄予厚望的过度通气，经对照研究显示在脑梗死后并不具有保护作用，其唯一作用是通过碱化脑脊液和脑组织产生影响^[10]。血液稀释、高压氧等方法在局灶性脑缺血中的应用效果也缺乏一致结论，有研究报道高压氧未取得实际疗效^[10]。

在预后判断方面，现有手段也难以在早期给出确定答案。体感诱发电位需要专业解读，神经元特异性烯醇化酶的测定尚未标准化，这些检查结果通常无法立即获得，而心搏骤停后是否使用亚低温治疗又会干扰临床和电生理预后指标的判断^[5]。

参见

• 脑缺血 —— 与大脑缺氧密切相关但概念不同的状态，特指脑血液供应减少。

• 一氧化碳中毒 —— 通过阻碍血红蛋白携氧造成血液性缺氧的常见原因。

• 心搏骤停 —— 引起全脑缺血缺氧、进而造成缺氧缺血性脑损伤的典型临床场景。

• 缺氧缺血性脑病 —— 缺血与缺氧共同作用导致的脑病，新生儿患者可用低温治疗。

• 海马 —— 对缺氧缺血最为敏感的脑区之一，短暂缺氧即可造成持久记忆损害。

• 脑死亡 —— 长期严重缺氧可能进展到的终末状态。