硒辅助治疗中枢神经系统感染 - 硒与微生态

摘要

引言：细菌性脑膜炎常与中枢神经系统结构损伤导致的永久性后遗症相关。炎症介质大量释放和活性氧物质的产生常使疾病进程复杂化，导致脓毒症发展和患者预后恶化。病例报告：一名38岁斯洛伐克裔男性细菌性脑膜炎合并严重脓毒症患者入住重症监护室。在连续6天补充亚硒酸钠（每日750 μg）期间，记录到作为硒协同作用酶的谷胱甘肽过氧化物酶（其辅因子为硒）和谷胱甘肽还原酶活性增加。同时，超氧化物歧化酶活性轻微下降和炎症标志物水平降低表明机体对自由基的产生和发展产生了适当的应答。结论：研究表明，补充硒可以改善危重患者的抗氧化状态，也可能减少神经元和胶质细胞的氧化损伤。在细菌性脑膜炎患者抗氧化状态降低时，作为辅助治疗的硒显示出减少并发症和改善患者预后的潜在疗效，首先作为促氧化剂帮助消除微生物病原体，其次作为抗氧化硒酶。研究结果表明，这可以作为肺炎球菌性脑膜炎和并发脓毒症患者的合适辅助干预措施。

关键词：脑膜炎，脓毒症，硒，硒酶

引言

尽管细菌性脑膜炎的治疗范围不断扩大，但该疾病的死亡率仍然很高（25%），且近一半克服疾病的患者会遭受终身神经系统后遗症。这是一种继发性疾病，由病原体从另一感染灶（中耳感染30%，肺部感染18%，鼻窦感染2%）传播发展而来，通常通过血液途径传播[1]。高风险人群包括儿童、免疫功能低下患者和老年人。脑膜炎可能与继发性血源性感染并发症相关，如脓毒症、腹膜炎和脑膜炎，这些并发症显著降低患者的生存机会[2]。

相应的免疫反应受到疾病特定解剖位置的显著影响。炎症是脑膜炎发病机制的重要组成部分，特别是在促进和演进神经元脱髓鞘和变性阶段，即使病原微生物已被治疗清除。

在细菌性脑膜炎的情况下，需要考虑几种病理生理因素的累积效应：

宿主生物体的系统性炎症反应，导致白细胞外渗至蛛网膜下腔、血管炎、脑水肿和继发性缺血；
细菌成分对小胶质细胞的刺激；
细菌成分对神经元的潜在直接毒性。

神经元损伤是由于激活转录因子后释放活性氧物质(ROS)、半胱天冬酶、蛋白酶、细胞因子和兴奋性氨基酸所致[3]。在细菌性脑膜炎患者中观察到脑脊液(CSF)中ROS水平显著升高[4]。中枢神经系统特别容易受到氧化应激的有害影响，由于大脑中高脂含量，ROS对膜脂质的攻击会引发脂质过氧化过程和随后对其他细胞成分的氧化修饰。

关于发病机制，自由基在脓毒症的发展中也起关键作用，这是肺炎球菌性脑膜炎的严重并发症[5]。自由基的产生与抗氧化保护系统的作用处于平衡状态[2,6]。超氧化物歧化酶(SOD)是一种调节超氧化物自由基歧化为过氧化物的关键酶。谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)，其辅因子为硒，作为非特异性催化剂，促进过氧化物转化为相应的醇和水，从而防止由谷胱甘肽氧化导致的过氧化物分解而产生的额外ROS。

关于重症监护环境中硒补充的原始研究来自不同患者群体，并包括各种给药方案的硒补充。现有数据表明，在普通重症监护病房(ICU)患者中补充硒可能带来潜在的生存益处[7]，但主要指出硒补充的狭窄治疗窗口[6]。一项随机试验[8]显示，当肠外营养补充谷氨酰胺和/或硒（每日500 μg）时，对新感染或死亡率没有影响。在肺炎球菌性脑膜炎并发脓毒症患者中补充硒可被视为合理治疗干预，因为在感染期间，无论感染病原体如何，血清硒水平均会下降。

本研究的目的是通过一个病例报告，指出在危重患者中补充适当微量营养素作为辅助治疗的潜在有益效果。

病例报告

一名38岁斯洛伐克裔男性反复癫痫发作，在火车站被发现意识丧失。医疗急救团队到达后，患者被镇静、插管并转运至麻醉学和重症医学部。全面检查后诊断为化脓性脑膜脑炎，疑似自体起源。为进行耳鼻喉专科干预，患者被转至路易斯·巴斯德大学医院科希策分院。患者需要人工通气(AV)，并入住麻醉学和重症医学第1科。抽取脑脊液(CSF)进行微生物学和生化检查（表1）。患者静脉给予头孢噻肟（每6小时3g）。CSF培养显示粪肠球菌(Enterococcus faecalis)细菌感染，通过中心静脉导管抽取的血液样本得到证实。基于阳性培养结果，开始抗菌治疗。入院后数小时内出现严重脓毒症症状，生化炎症参数升高。患者接受去甲肾上腺素（0.1 μg.kg⁻¹每分钟）支持以维持适当血压。同时，开始脑膜炎治疗（头孢噻肟每6小时3g，美罗培南每8小时2g，万古霉素每日2g，抗真菌药-氟康唑每6小时20 mg，消肿治疗每6小时100 mL 20%甘露醇）和氢化可的松补充（每8小时50 mg）以预防继发性肾上腺功能不全可能导致的血管衰竭。随后，对左耳进行了鼓膜切开术。

术后，进行了脑部CT扫描并侵入性引入颅内压(ICP)监测，以监测脑中线结构移位导致的颅内高压表现。患者处于镇静状态，药物逐渐减少至可接受的ICP值。住院期间，在辅助治疗的同时，患者每日通过连续输注给予亚硒酸钠五水合物（以下简称"硒"），剂量为每日750 μg，持续6天，相当于每日250 μg硒。该治疗方案已获科希策帕沃尔·约瑟夫·萨法里克大学医学院伦理委员会批准。同时，通过中心静脉导管每日给予丙氨酰谷氨酰胺溶液100 mL（2g）共6天。

在补充期间，监测了炎症细胞（白细胞、中性粒细胞/淋巴细胞比值、血小板）的血浆动态（表1），以及生化标志物（降钙素原、纤维蛋白原、CRP、乳酸）和抗氧化酶——谷胱甘肽过氧化物酶（E.C.1.11.1.9）、谷胱甘肽还原酶(GR；E.C.1.6.4.2)（图1）和超氧化物歧化酶（E.C.1.15.1.1）（图2）的动态，以及通过格拉斯哥昏迷量表(GCS)评估的意识状态。

由于需要长期人工通气，我们进行了经皮扩张气管切开术，随后进行经皮内镜下胃造瘘术(PEG)，以便给予肠内营养。客观神经学检查显示以右侧肢体为主的四肢轻瘫、右侧面神经麻痹和表达性失语。头部CT扫描显示左脑半球有炎性改变。液体培养无菌。患者接受康复治疗。住院期间并发症包括脓毒症和化脓性气管支气管炎的发展。气管插管导管的拭子证实了铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)定植。

由于实验室炎症和脓毒症标志物水平高，进行了脑部CT扫描，排除了脑脓肿的存在。神经外科医生未发现进行减压性颅骨切除术的证据。切口愈合延迟，伤口潮湿，因此耳鼻喉外科医生建议仅采取保守方法。经过两周治疗和药物撤除，患者仍显示意识障碍，睁眼自发，有目标定向注视，运动功能障碍和表达性失语。呼吸自发，带压力支持，血液中的气体交换和酸碱平衡(ABB)令人满意。抗癫痫药物是预防性治疗的一部分。患者循环稳定，不需要儿茶酚胺支持。患者通过PEG营养，排尿充足，通过T型管的人工通气已停止。

随后，在患者同意下，他被转至地区医院的相关ICU进行后续治疗。改善后，本文描述的患者从ICU转至相应的神经科病房。目前，该患者处于当地全科医生的门诊护理中，神经学状态正常，无神经功能缺损。

讨论

细菌性脑膜炎是一种需要快速诊断和立即治疗的严重、危及生命的疾病。诊断基于临床症状和CSF的细胞学和生化分析。急性化脓性脑膜炎的预后取决于致病菌、感染强度、相关疾病、保护机制和治疗干预的及时性。辅助治疗包括抗氧化治疗，作为对参与脑血管痉挛、血管炎和神经组织损伤的自由基的保护。自由基在该疾病发展和进展的发病机制中起重要作用[9]。

化脓性脑膜炎发展的前提是粘膜被病原体定植。在免疫功能低下个体中可能发生菌血症和随后突破血脑屏障。脑毛细血管内皮在细菌穿透进入中枢神经系统中起关键作用[9]。一旦细菌成功进入CSF，它们开始在蛛网膜下腔繁殖。细菌产生促炎分子并通过自溶释放活性物质，表现出直接细胞毒性作用。自由基和活性氮中间产物是非常有效的炎症标志物，参与直接细胞毒性和炎症过程的放大。它们由粒细胞、小胶质细胞、内皮和细菌本身产生。自由基的细胞毒性作用是非选择性的，除了影响细菌外，还对中枢神经系统细胞造成显著损伤。自由基反应产生相对稳定的过氧亚硝酸盐分子。这些分子通过生物膜脂质过氧化、蛋白质结构损伤、DNA损伤及其切除修复机制诱导细胞死亡。

硒蛋白如GPx或硫氧还蛋白还原酶以及甲硫氨酸亚砜还原酶被认为具有重要的抗氧化或氧化还原作用。硒不在生物体中储存，因此暂时缺乏摄入会迅速导致缺乏。对脓毒症、SIRS和多发伤危重患者进行的硒水平实验测量显示血浆硒水平显著下降，且血浆硒水平与APACHE II和SAPS II之间存在显著负相关[10]。重症监护病房患者每日静脉摄入1000 μg亚硒酸钠五水合物耐受良好[2]。测量硒剂量的重要性变得明显出于三个原因：首先，由于神经组织对氧化损伤的极端敏感性，导致颅内并发症和脑损伤；其次，硒本身在掺入蛋白质结构前表现出促氧化作用[11]；最后，因为在应激条件下蛋白质合成本身减少，以保存细胞资源[12]。

补充硒前SOD活性增加可能导致过氧化物产生和积累增加，从而也诱导氧化应激[13]。鉴于我们研究中确定的SOD活性下降趋势（9.7%），表明超氧化物自由基产生减少（表1，图1）。

SOD活性被确定为评估脓毒症患者氧化应激状态的相关参数。SOD活性增加表明超氧化物自由基产生增加，除了预期的微生物消除目标外，还会导致脂质过氧化。初始SOD活性高于健康个体（在30个个体中测量的中位数为3.1 U.ml⁻¹），表明SOD活性适当但缺乏硒酶支持。在硒辅助治疗六天后活性下降的趋势表明超氧化物产生基本降低；即通过成功的抗菌治疗和谷胱甘肽过氧化物酶活性恢复。

GPx是一种能够破坏由SOD介导的超氧化物阴离子歧化产生的过氧化物的抗氧化酶。三种同工酶，细胞GPx、细胞外GPx和磷脂GPx通过从还原谷胱甘肽的巯基提供电子将过氧化物转化。GPx能够与过氧化氢和脂质过氧化物反应。危重患者血浆中硒水平非常低[14]，因此可能与GPx活性低有关。在硒治疗过程中，我们观察到与初始水平相比，第7天GPx活性增加了22.3%（表1，图1）。作为GPx辅因子的硒补充导致GPx活性增加，从而也增加了过氧化物的降解，这表明硒已掺入蛋白质中，氧化应激状况减轻。假设谷胱甘肽是硒代谢所必需的，补充谷胱甘肽合成前体（丙氨酰谷氨酰胺）可能单独提供支持。关键代谢物氢硒化物由无机亚硒酸钠通过谷胱甘肽硒化物经巯基和NADPH依赖性还原酶还原形成[15]。

谷胱甘肽还原酶持续将氧化的谷胱甘肽回收为其还原形式，通过GR由巯基再生负责ROS的不间断降解。GR活性下降可能是抗氧化物质及其辅因子总体耗竭以及由于酸中毒导致的葡萄糖糖基化对酶的抑制的直接后果。鉴于硒辅助治疗开始后GR活性增加（33.3%）和整体健康状况改善，我们可以假设机体对高氧化应激的适当应答得到支持，这由观察到的炎症参数（表1）所证实。

结论

联合使用抗生素和每日750 μg硒的辅助治疗持续7天，导致患者病情改善。该病例说明了硒在临床使用中作为辅助治疗的潜在有用性，及其在细菌性脑膜炎患者抗氧化状态降低时减少并发症和改善患者预后的潜在疗效。在这方面，我们认为SOD与GPx活性的变化是对预测患者预后有趣的参数。然而，需要进一步研究来回答关于硒辅助治疗对中枢神经系统氧化损伤的长期影响问题。

致谢

感谢斯洛伐克科学资助机构VEGA 1/0799/09的财务支持。

缩写

ABB 酸碱平衡

APV 人工肺通气

CRP C反应性蛋白

CSF 脑脊液

CT 计算机断层扫描

ENT 耳鼻喉

ICP 颅内压

GPx 谷胱甘肽过氧化物酶

GR 谷胱甘肽还原酶

GCS 格拉斯哥昏迷量表

NADPH 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，还原形式

PEG 经皮内镜下胃造瘘术

ROS 活性氧物质

SOD 超氧化物歧化酶

作者贡献

Ladislav Kočan – 重大贡献于概念和设计，数据获取，文章起草，最终批准要发表的版本

Janka Vašková – 重大贡献于概念和设计，数据分析和解释，文章起草，最终批准要发表的版本

Jozef Firment – 重大贡献于概念和设计，批判性修改重要内容，最终批准要发表的版本

Ladislav Vaško – 数据分析和解释，批判性修改重要内容，最终批准要发表的版本

担保人

通讯作者是提交的担保人。

利益冲突

作者声明无利益冲突。

版权

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