第三節 兒童脊髓損傷的病理生理特點

一、兒童脊柱脊髓的生理特點

與成人脊柱脊髓不同，兒童脊柱脊髓具有以下生理特點：①韌帶和關節囊的彈性良好，可以承受較大的牽伸而不會斷裂。②由于椎間盤有較大的含水量，可以縱向過度牽伸而不發生斷裂。③關節突的關節面淺，幾乎呈水平位，易在平移、屈曲和伸展的過程中發生滑脫。④兒童時期椎體未完全骨化，脊柱的活動度較成人明顯大。⑤軟骨終板較為薄弱，受到輕度剪切力即可受到損傷。⑥對于小于10歲的兒童尚未形成限制椎體側方和旋轉運動的鉤突。⑦嬰幼兒頭部相對體積大且重量較重，頸背部肌肉相對力量較弱，在屈曲或伸展的外力作用下易發生大范圍的擺動。⑧胸腰椎交界處脊髓血管分支少，椎管較狹窄。

以上特點在8歲以下的兒童尤為明顯。兒童脊柱具有可塑性，外力作用使得脊柱椎體能夠在一定程度上發生扭轉和滑動，但脊髓變形能力較差，在移位后會發生擠壓產生神經損傷，導致SCI但無骨折脫位。SCIWORA通常認為是由于兒童脊柱韌帶松弛、彈性大，受到外力作用后發生一過性脫位，X線片無異常表現，但兒童可能存在完全性神經損傷。隨著兒童年齡的增長，脊柱穩定性得到加強，一過性滑動范圍減小，對脊髓造成的擠壓傷則較輕。

二、兒童脊髓損傷的病理特點

PedSCI主要由車禍傷、墜落傷、運動傷等引起，常見于上頸椎損傷、SCIWORA、多節段損傷。由于兒童脊柱脊髓的特殊性，脊柱的活動度較成人明顯加大，可使脊柱過度屈曲伸展，椎體節段間運動幅度較大，但脊髓瞬間受到牽拉或壓縮時，脊髓和脊膜卻無法適應這種高強應力，造成牽拉傷或撕裂傷，導致兒童的SCI多為SCIWORA。另外，脊髓的血供主要來自脊髓前動脈、大椎動脈等。脊髓血管中下段血液供應最差，當受到外傷后，供血動脈痙攣或產生血栓，導致脊髓缺血壞死。另外，當胸腹伸展時，胸腹腔內壓升高，由于脊髓與內靜脈系統和腹腔大靜脈相通，導致脊髓與椎管內靜脈壓上升，甚至破裂出血，并致小動脈壓升高，供血障礙，發生胸髓的SCI。

（一）原發性SCI

原發性SCI是指脊髓組織遭受機械性外力損傷后瞬間引起的組織損害，包括突入椎管內的骨折片、脫位的椎骨、撕裂的韌帶及脊髓外的血腫等均可壓迫脊髓，發生神經功能障礙。

早期SCI會發生出血，血流中斷發生時間較晚，中斷的血流可導致缺氧和局部缺血梗死，使灰質發生損傷。受損部位的神經元被阻斷，髓鞘厚度減小。這些會使脊髓產生裂傷、挫傷、壓迫及震蕩傷等，可出現局部細胞膜穩定性喪失；鈉離子進入細胞內，引起細胞水腫、酸中毒和胞內磷脂酶的激活等；而且，細胞外鈉離子增多使軸突的傳導功能受到阻礙；而細胞外鈣離子濃度的下降和細胞內鈣負荷的增加，又會啟動一系列的損傷過程。

1.持續性壓迫

持續性壓迫在臨床上最為常見，導致其出現的病因有很多種，包括爆裂性骨折后破碎骨片突入椎管內壓迫骨髓、皺褶的黃韌帶與急速形成的血腫壓迫脊髓、骨折移位壓迫脊髓、急性椎間盤破裂壓迫脊髓等，使脊髓產生一系列SCI的病理變化。長時間的壓迫會使脊髓因局部微循環變化而繼發一系列不可逆的損傷。

2.牽拉

脊柱在軸平面上可進行強有力的拉伸，屈曲、伸展、旋轉或者轉位產生剪切力可導致脊髓的拉伸及脊髓血管的拉伸。

3.挫裂傷或橫斷傷

挫裂傷或橫斷傷最為嚴重，脊髓呈部分或完全斷裂，有碎爛、出血、水腫和液化壞死，腦脊液呈血性。血管的刺激痙攣可使上下數個脊髓節段的血供發生障礙，以至于損傷平面更加廣泛。損傷后期，局部可有脊髓液化壞死形成的大小不等的空泡，周圍膠質瘢痕和纖維組織增生，蛛網膜粘連增厚、形成囊腫。挫裂傷在損傷程度上有很大差別。若為輕傷，可致脊髓組織局部少量水腫和點狀出血；若為重傷，可造成脊髓的完全橫斷，預后相差較大。相對于周圍白質，最初的機械性損傷使中央灰質更易受損。損傷后最先表現為出血，之后發展為局部血流中斷，繼而引發局部缺血、缺氧，導致局部梗死灶形成。病灶周圍的微小出血或水腫對于神經傳導的影響更大，甚至造成不可逆的損傷。

（二）繼發性SCI

原發性損傷繼發的一系列病理因素參與的組織進行性、自毀性破壞過程稱為繼發性SCI。主要表現為椎體軟骨的終板撕裂，韌帶損傷，關節囊撕裂，脊髓出血、梗死、撕裂、橫斷，硬膜撕裂、椎動脈損傷和硬膜內外出血等。局部血管紊亂，損傷后免疫炎癥反應，自由基釋放和脂質過氧化，興奮性谷氨酸釋放，細胞凋亡和軸突脫髓鞘等均是繼發性SCI的發生機制。受局部SCI的影響，大腦下行通路中的神經元表現出從萎縮到凋亡或壞死的病理過程。繼發性損傷的病理改變包括以下幾點。

1.局部血管紊亂

局部血管改變和缺血被認為是繼發性SCI最重要的機制之一。SCI后血管性因素引起的局部變化主要包括出血、缺血、再灌注損傷和微循環障礙。脊髓急性創傷后早期出血明顯，在灰質中表現得尤為突出，引起受損部位的組織壞死和脊髓軟化。而氧自由基在缺血期產生，并在再灌注的早期達到峰值，進而作用于血管內皮，加重局部血管紊亂。微循環障礙主要表現在毛細血管和小靜脈，表現為血管通透性增加、局部水腫和血管內血栓形成；同時未受機械性破壞的周邊正常血管也發生痙攣性改變，最終引起局部低灌注和組織缺血。因此，在損傷早期，除了恢復脊柱的穩定性外，還要積極恢復脊髓的正常血液循環，減少因血管紊亂而引起的繼發性損傷。

2.損傷后免疫炎癥反應

免疫炎癥反應是大多數組織損傷時的自我防御和修復機制，但過度反應就會破壞正常的組織。通過控制外部條件能使炎癥反應處于有利于SCI修復的狀態。否則，炎癥反應會加速細胞壞死、阻礙軸突生長。參與SCI后炎癥反應的細胞主要有以下4種：中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞和小膠質細胞。而CNS創傷后炎癥反應時，中性粒細胞首先滲出血管到達損傷部位，清除組織碎片，分泌細胞因子激活其他炎癥細胞和小膠質細胞，引起神經元破壞；同時，單核細胞在急性創傷后隨即滲入損傷部位，分化形成巨噬細胞，活化的巨噬細胞和小膠質細胞可分泌多種細胞因子、生長因子和自由基，或促進修復或加重損傷。淋巴細胞在SCI中的作用目前還存在爭議，可能在損傷中加重軸突損害及脫髓鞘，從而導致功能缺失。總之，控制早期的炎癥反應對于減少繼發損傷和促進功能恢復具有重要意義。

3.自由基釋放和脂質過氧化

活性氧和活性氮的形成是SCI后病理生理過程中另一個重要的特點。高活性的羥基自由基一旦形成，即與多種細胞成分發生反應，包括膜磷脂上的多不飽和脂肪酸，而一氧化氮作為血管反應和神經信號重要的調節分子，通過與氧發生反應形成過氧亞硝基陰離子，啟動脂質過氧化。當細胞膜發生脂質過氧化后，可引起膜結構破壞，流動性和滲透性發生變化，代謝受抑制并影響膜內外離子的傳輸。線粒體發生脂質過氧化后的病理改變不僅會引起自身的損傷，還能通過產生大量活性氧，反作用于自身結構和周邊組織，如此形成一個惡性循環。另一項研究表明，自由基除了引起膜結構過氧化，還能引起細胞內鈣超載，激活細胞內鈣依賴性蛋白酶，分解細胞骨架蛋白。因此，急性SCI后，活性氧和活性氮等自由基多方面作用，引起細胞廣泛性破壞和局部組織損傷加重。

4.興奮性谷氨酸

谷氨酸是CNS主要的興奮性神經遞質，損傷后即大量表達，并通過離子型受體和代謝型受體發揮作用。SCI后，細胞凋亡時離子型谷氨酸受體N-甲基-D-天冬氨酸受體與谷氨酸結合，離子通道開放，細胞外鈣離子內流、胞內存儲鈣離子釋放入胞漿，從而使細胞內鈣離子濃度迅速升高，激發大量鈣依賴反應，嚴重改變細胞的代謝狀態，引起神經元細胞壞死或凋亡。在CNS中，神經元細胞和少突膠質細胞膜表面表達大量谷氨酸受體，易發生谷氨酸興奮性中毒，引起損傷周圍的神經元凋亡、軸突脫髓鞘和傳導阻滯。

5.細胞凋亡和軸突脫髓鞘

細胞凋亡是指程序性細胞死亡，是SCI后遲發性神經細胞死亡的重要原因，是一種主動的、受細胞內某些死亡基因控制的過程。SCI后細胞凋亡主要涉及神經元細胞、小膠質細胞、少突膠質細胞和星形膠質細胞，其中少突膠質細胞更容易出現凋亡，在SCI后表達相關受體而啟動了細胞凋亡和軸突脫髓鞘，從而導致軸突直接暴露于富含自由基和炎癥因子等的有害環境中，引起神經元損傷和軸突傳導功能障礙。

（三）脊髓慢性損傷

脊髓慢性損傷是靜態和動態機械因素共同作用的結果。靜態因素包括導致椎管直徑減小的所有原因。動態因素是由于活動椎體期間通過原有機械壓迫對脊髓的重復性創傷。脊髓慢性損傷的病理生理變化主要涉及水腫、缺血損傷、免疫炎癥反應、興奮性氨基酸、離子穩態、脂質過氧化、細胞凋亡等。

1.水腫和循環障礙

慢性脊髓壓迫后，如果得不到及時解壓，將發生水腫、出血等一系列繼發性級聯反應。水腫可發生在受壓迫區域及鄰近部位，在壓迫后期，白質水腫明顯，伴有壞死和出血。短暫和持續的脊髓壓迫都可導致灌注減少，早期減壓可恢復灌注。血液脊髓屏障位于毛細血管水平，它的破壞將使脊髓暴露于細胞因子和血管活性物質，導致SCI中的血管性水腫和神經損傷。目前循環障礙損傷的原因主要有兩種觀點：①骨贅或增生的鉤椎關節可壓迫椎動脈及跟髓動脈，引起缺血損傷。另外脊髓壓迫可導致外在血管栓塞而引起缺血，使脊髓相鄰節段出現神經根變性。②溝動脈以下分支受壓缺血。脊髓受壓變形可使溝動脈以下分支的相應區域缺血或血管破裂。因此，脊髓慢性損傷早期除脊髓減壓外，還應恢復脊髓的正常血液循環，避免血管紊亂引起的進一步損傷。

2.免疫炎癥反應

神經炎癥是許多神經疾病的特征，長時間的炎癥反應往往是破壞性的。參與SCI的炎癥反應細胞主要有小膠質細胞、巨噬細胞、淋巴細胞和中性粒細胞。但是，炎癥細胞參與反應的具體機制尚不明確，Fas/Fas配體介導的炎癥在神經系統的病理生理學中起著重要作用。同時發現中性粒細胞、T淋巴細胞及基質金屬蛋白酶也參與了脊髓慢性損傷過程，隨著慢性壓迫時間的不同，炎癥細胞會有變化。上述炎癥細胞參與的長期炎癥反應會導致脊髓發生級聯反應而發展為不可逆損傷。

3.興奮性氨基酸與離子失衡

興奮性氨基酸包括谷氨酸和天冬氨酸，在SCI病理情況下具有神經毒性作用。興奮性氨基酸的水平升高，可導致一系列細胞內外級聯反應：①激活藻酸受體，鈉離子、氯離子進入細胞內，鉀離子進入細胞外，導致細胞內外滲透壓變化引起細胞滲透性損傷。②N-甲基-D-天冬氨酸受體的過度激活，使受該受體調控的鈣離子通道開放，鈣離子內流，發生細胞內鈣超載引起遲發性損傷。另外，內流的鈣離子可激活一氧化氮合酶產生細胞毒性作用，與不可逆損傷關系密切。

4.脂質過氧化

缺血可引起自由基過量產生，進而破壞脂類產生丙二醛。丙二醛具有毒性作用，可使血小板聚集而阻塞微循環。當受壓脊髓組織減壓后，丙二醛含量明顯增加，這在脊髓缺血再灌注損傷的發生中起重要作用。丙二醛水平的高低間接反映了機體受自由基攻擊的嚴重程度，影響減壓后神經功能的恢復。慢性漸進性壓迫性SCI模型發現，減壓后缺血再灌注損傷最主要的病理損傷基礎是細胞內鈣離子超載及氧自由基的大量釋放；同時研究發現，維生素E和谷胱甘肽對脂蛋白具有拮抗作用。

5.細胞凋亡與脫髓鞘

在尸檢脊髓切片以及慢性進行性脊髓壓迫的小鼠和大鼠中檢測到神經元和少突膠質細胞凋亡。脊髓慢性壓迫缺血后，主要表現為神經元的丟失，神經組織退變及神經纖維脫髓鞘等繼發性損傷。DNA斷裂發生在細胞凋亡中，末端脫氧核苷酸轉移酶（TdT）介導的三磷酸脫氧尿苷（dUTP）標記（TUNEL）的檢測方法可檢測DNA斷裂進而研究細胞凋亡。慢性脊髓壓迫模型顯示出TUNEL陽性細胞數量從第6周開始增加，在第9周達到峰值，此后下降。

（杜　青，周　璇）