膿毒癥不只是“全身感染”，它還會(huì)悄悄攻擊大腦即使沒有直接腦部感染，患者也常出現(xiàn)意識(shí)模糊、譫妄甚至昏迷，這被稱為膿毒癥相關(guān)腦病。其關(guān)鍵原因之一，是腦血管和血腦屏障受損，導(dǎo)致大腦“防護(hù)墻”失守，毒素和炎癥因子趁機(jī)入侵，引發(fā)神經(jīng)損傷。

基于此，北京理工大學(xué)吳勝男、海南大學(xué)周非凡研究團(tuán)隊(duì)在《Photoacoustics》雜志發(fā)表了“Photoacoustic imaging detects cerebrovascular pathological changes in sepsis”揭示了光聲成像檢測膿毒癥中的腦血管病理變化。

本研究采用光聲顯微成像技術(shù)動(dòng)態(tài)評(píng)估膿毒癥小鼠的血腦屏障通透性并通過五個(gè)參數(shù)分析血管結(jié)構(gòu)。此外，作者檢查了主要皮層區(qū)域的病理變化，并進(jìn)行了行為學(xué)測試以驗(yàn)證研究結(jié)果。結(jié)果顯示微血管退化，包括血管密度和分支減少，同時(shí)細(xì)血管數(shù)量增加。運(yùn)動(dòng)相關(guān)皮層區(qū)域受影響最嚴(yán)重，這與膿毒癥小鼠嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知缺陷相關(guān)。本研究首次提供了膿毒癥誘導(dǎo)的腦血管病理的體內(nèi)多參數(shù)分析，揭示了區(qū)域特異性損傷。作者的研究結(jié)果直接將微血管功能障礙與SAE進(jìn)展聯(lián)系起來，并突出了光聲顯微成像在神經(jīng)科學(xué)研究中的潛力。

圖一 盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)（CLP）后24小時(shí)內(nèi)激光散斑血流成像結(jié)果

膿毒癥相關(guān)腦病是一種急性腦損傷，常伴隨腦血流減少。作者在CLP建模后多個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行激光散斑血流成像，發(fā)現(xiàn)CLP組小鼠在術(shù)后6小時(shí)腦血流量下降最明顯，因此選擇該時(shí)間點(diǎn)開展后續(xù)研究。

此時(shí)，小鼠不僅出現(xiàn)血腦屏障損傷，還表現(xiàn)出明顯的全身炎癥反應(yīng)（IL-6、TNF-α顯著升高）和肝腎功能異常（膽紅素、轉(zhuǎn)氨酶、尿素氮、肌酐均上升），說明CLP模型在6小時(shí)已成功模擬膿毒癥早期的多系統(tǒng)紊亂。

這一時(shí)間點(diǎn)因而適用于研究膿毒癥相關(guān)腦病的初始機(jī)制。

圖二 CLP建模后6小時(shí)炎癥細(xì)胞因子水平及肝腎功能評(píng)估

血腦屏障（BBB）由腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞、緊密連接蛋白、星形膠質(zhì)細(xì)胞終足、周細(xì)胞和基底膜共同構(gòu)成，是保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵防線。在膿毒癥中，BBB受損導(dǎo)致其通透性增加，使神經(jīng)毒性物質(zhì)滲入腦組織，引發(fā)神經(jīng)元損傷和膠質(zhì)細(xì)胞活化，進(jìn)而觸發(fā)神經(jīng)炎癥，成為膿毒癥相關(guān)腦病及多器官功能障礙的核心環(huán)節(jié)。

為動(dòng)態(tài)評(píng)估這一過程，作者在CLP術(shù)后6小時(shí)（即腦血流下降最顯著的時(shí)間點(diǎn)）通過伊文思藍(lán)（Evans Blue）結(jié)合光聲成像，在560 nm波長下連續(xù)監(jiān)測全腦BBB通透性。

結(jié)果顯示：CLP小鼠在額葉和頂葉出現(xiàn)廣泛伊文思藍(lán)滲漏，表明BBB嚴(yán)重破壞；假手術(shù)小鼠的滲漏僅局限于顱縫區(qū)域（如冠狀縫、矢狀縫），這與腦膜血管系統(tǒng)在此處密度高、通透性本就較高有關(guān)。

該結(jié)果證實(shí)，膿毒癥可導(dǎo)致全腦范圍的血腦屏障功能障礙，遠(yuǎn)超生理性通透區(qū)域，為理解膿毒癥腦病的早期病理機(jī)制提供了直觀證據(jù)。

圖三 假手術(shù)組與CLP組小鼠的運(yùn)動(dòng)及認(rèn)知記憶表現(xiàn)

與這些發(fā)現(xiàn)相對應(yīng)，血管形態(tài)學(xué)分析也顯示M1/M2區(qū)域的變化最為顯著，該區(qū)域血管密度和分支指數(shù)顯著降低，孔隙率增加，彎曲度顯著增加。這表明這些區(qū)域的微血管退化最為嚴(yán)重，血管面積明顯減少，血管網(wǎng)絡(luò)均勻性受損，血管分布呈現(xiàn)出明顯更稀疏和更彎曲的特征。RSD區(qū)域顯示出與M1/M2區(qū)域相似的趨勢，彎曲度顯著增加，但其他參數(shù)無明顯變化。在V1/V2區(qū)域，血管密度有所下降但不顯著，分支指數(shù)略有增加（這可能反映基于數(shù)據(jù)分布的個(gè)體差異），孔隙率和彎曲度均增加?？傮w而言，所有三個(gè)腦區(qū)均顯示直徑小于40微米的血管比例增加，直徑大于60微米的血管比例減少，這與全腦微血管定量分析中觀察到的趨勢一致。為

了將主要腦區(qū)微血管病理分析結(jié)果與行為學(xué)表現(xiàn)相關(guān)聯(lián)，作者采用曠場實(shí)驗(yàn)（）和新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)評(píng)估了CLP手術(shù)后5天膿毒癥小鼠的運(yùn)動(dòng)功能和認(rèn)知記憶能力。根據(jù)曠場實(shí)驗(yàn)結(jié)果，膿毒癥小鼠在CLP手術(shù)后5天表現(xiàn)出顯著的行為改變。

與假手術(shù)組相比，CLP組的運(yùn)動(dòng)速度和總移動(dòng)距離顯著降低，表明運(yùn)動(dòng)功能嚴(yán)重受損。此外，CLP組在中央?yún)^(qū)域停留的時(shí)間顯著減少，表明探索行為和焦慮水平受到影響。這些結(jié)果證明膿毒癥小鼠的運(yùn)動(dòng)能力和探索活動(dòng)明顯減弱，這可能與觀察到的M1/M2腦區(qū)損傷相關(guān)。

根據(jù)新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)結(jié)果，膿毒癥小鼠在CLP后5天表現(xiàn)出顯著的認(rèn)知功能障礙。與假手術(shù)對照組相比，CLP組的辨別指數(shù)和識(shí)別指數(shù)值顯著降低，表明認(rèn)知功能嚴(yán)重受損。識(shí)別指數(shù)反映小鼠探索新物體的時(shí)間占總探索時(shí)間的比例，從而捕捉小鼠對新事物的整體偏好。相比之下，辨別指數(shù)反映小鼠在新物體和熟悉物體上花費(fèi)的時(shí)間差異，衡量動(dòng)物的區(qū)分能力。結(jié)合RSD區(qū)域的病理變化來看，這些結(jié)果表明雖然膿毒癥小鼠的認(rèn)知功能顯著受損，但損傷程度輕于運(yùn)動(dòng)缺陷。這一觀察結(jié)果與相關(guān)腦區(qū)的微血管病理分析相符。

總結(jié)

本研究利用光聲成像提供的高分辨率微血管網(wǎng)絡(luò)圖像，對膿毒癥小鼠的腦血管病理進(jìn)行了全面、多維度的定量分析并通過行為學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些分析結(jié)果。盡管仍需進(jìn)一步研究以確定膿毒癥進(jìn)展過程中區(qū)域特異性的腦血管病理變化，但基于光聲成像的腦微血管區(qū)域分形分析已成為評(píng)估膿毒癥進(jìn)展和治療效果的有前景的方法，為未來研究和臨床應(yīng)用提供了有價(jià)值的工具。

文章來源：

https://doi.org/10.1016/j.pacs.2025.100737

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