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

基于此，北京理工大學吳勝男、海南大學周非凡研究團隊在《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動態(tài)評估膿毒癥小鼠的血腦屏障通透性并通過五個參數分析血管結構。此外，作者檢查了主要皮層區(qū)域的病理變化，并進行了行為學測試以驗證研究結果。結果顯示微血管退化，包括血管密度和分支減少，同時細血管數量增加。運動相關皮層區(qū)域受影響最嚴重，這與膿毒癥小鼠嚴重的運動和認知缺陷相關。本研究首次提供了膿毒癥誘導的腦血管病理的體內多參數分析，揭示了區(qū)域特異性損傷。作者的研究結果直接將微血管功能障礙與SAE進展聯系起來，并突出了光聲顯微成像在神經科學研究中的潛力。

圖一 盲腸結扎穿孔術（CLP）后24小時內激光散斑血流成像結果

膿毒癥相關腦病是一種急性腦損傷，常伴隨腦血流減少。作者在CLP建模后多個時間點進行激光散斑血流成像，發(fā)現CLP組小鼠在術后6小時腦血流量下降最明顯，因此選擇該時間點開展后續(xù)研究。

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

這一時間點因而適用于研究膿毒癥相關腦病的初始機制。

圖二 CLP建模后6小時炎癥細胞因子水平及肝腎功能評估

血腦屏障（BBB）由腦微血管內皮細胞、緊密連接蛋白、星形膠質細胞終足、周細胞和基底膜共同構成，是保護中樞神經系統(tǒng)的關鍵防線。在膿毒癥中，BBB受損導致其通透性增加，使神經毒性物質滲入腦組織，引發(fā)神經元損傷和膠質細胞活化，進而觸發(fā)神經炎癥，成為膿毒癥相關腦病及多器官功能障礙的核心環(huán)節(jié)。

為動態(tài)評估這一過程，作者在CLP術后6小時（即腦血流下降最顯著的時間點）通過伊文思藍（Evans Blue）結合光聲成像，在560 nm波長下連續(xù)監(jiān)測全腦BBB通透性。

結果顯示：CLP小鼠在額葉和頂葉出現廣泛伊文思藍滲漏，表明BBB嚴重破壞；假手術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。

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

圖三 假手術組與CLP組小鼠的運動及認知記憶表現

與這些發(fā)現相對應，血管形態(tài)學分析也顯示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重，血管面積明顯減少，血管網絡均勻性受損，血管分布呈現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，分支指數略有增加（這可能反映基于數據分布的個體差異），孔隙率和彎曲度均增加。總體而言，所有三個腦區(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)微血管病理分析結果與行為學表現相關聯，作者采用曠場實驗（）和新物體識別實驗評估了CLP手術后5天膿毒癥小鼠的運動功能和認知記憶能力。根據曠場實驗結果，膿毒癥小鼠在CLP手術后5天表現出顯著的行為改變。

與假手術組相比，CLP組的運動速度和總移動距離顯著降低，表明運動功能嚴重受損。此外，CLP組在中央區(qū)域停留的時間顯著減少，表明探索行為和焦慮水平受到影響。這些結果證明膿毒癥小鼠的運動能力和探索活動明顯減弱，這可能與觀察到的M1/M2腦區(qū)損傷相關。

根據新物體識別實驗結果，膿毒癥小鼠在CLP后5天表現出顯著的認知功能障礙。與假手術對照組相比，CLP組的辨別指數和識別指數值顯著降低，表明認知功能嚴重受損。識別指數反映小鼠探索新物體的時間占總探索時間的比例，從而捕捉小鼠對新事物的整體偏好。相比之下，辨別指數反映小鼠在新物體和熟悉物體上花費的時間差異，衡量動物的區(qū)分能力。結合RSD區(qū)域的病理變化來看，這些結果表明雖然膿毒癥小鼠的認知功能顯著受損，但損傷程度輕于運動缺陷。這一觀察結果與相關腦區(qū)的微血管病理分析相符。

總結

本研究利用光聲成像提供的高分辨率微血管網絡圖像，對膿毒癥小鼠的腦血管病理進行了全面、多維度的定量分析并通過行為學實驗驗證了這些分析結果。盡管仍需進一步研究以確定膿毒癥進展過程中區(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估膿毒癥進展和治療效果的有前景的方法，為未來研究和臨床應用提供了有價值的工具。

文章來源：

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

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