外科论文神经外科医学论文：微创神经外科与转化医学

外科神经外科医学论文：微创神经外科与转化医学 外科论文神经外科医学论文:微创神经外科与转化医学 【摘要】 20世纪末美国哈佛大学医学院提出转化医学概念。转化医学打破了基础医学与临床医学之间的屏障,缩短了“从实验台到病床”(bench to bedside)的过程。本文通过回顾百年神经外科历史,纵观转化医学在建立神经外科、催生显微神经外科和推进微创神经外科3个阶段所起的作用,展望了神经外科学前景,提出微创神经外科将成为转化医学的技术平台。 【关键词】 转化医学;经典神经外科;显微神经外科;微创神经外科 今年首都医科大学迎来建校50周年。2002年首都医科大学神经外科学系被评为国家重点学科,经过9年努力,学科建设和发展取得一定成绩,但是我国神经外科学的进步,仍需要神经外科学工作者的努力创新。进入21世纪,在探索医学秘籍的浩瀚海洋中矗立起一座灯塔,即转化医学的理念。本文纵观百年神经外科发展史,展示转化医学在经典神经外科、显微神经外科和微创神经外科3个阶段中的推手作用,提出微创神经外科为神经科学和神经外科临床之间建起一座桥梁,将成为转化医学的技术平台。 1 转化医学理念 20世纪后期,科学技术和医学的迅速发展,医学知识急剧增长,分化出越来越多的专业,临床分科越来越细,使得每个学科接触到的往往只是疾病的一部分。从事某一专业的医师很容易受所从事的专业限制, 忽视和割裂一些带有全局性的重大医学问题。同时,基础和临床研究都在各自独立的系统内进行,缺乏交汇点,往往是“两层皮”,从而导致科技成果转化率不高。 20世纪末,美国哈佛大学医学院提出转化医学的理念,目前已被美国医学界广泛接受和普及。转化医学打破了基础医学与临床医学之间的屏障,铺平了基础实验研发与临床应用之间的鸿沟,从而把基础研究新发现及成果快速转化为临床上新的诊断手段和治疗方法,使病人和民众健康直接、快速地受益,推动医学全面发展。转化医学缩短了“从实验台到病床”(bench to bedside)的过程。 2 世界神经外科学历史的启示 20世纪初,转化医学理念催生神经外科学,神经外科又在与神经科学相互转化中不断发展。神经科学是神经外科学发展的先导。100多年来,神经外科历史可以分为经典神经外科(classical neurosurgery)、显微神经外科(microneurosurgery)和微创神经外科(minimally invasive neurosurgery)3个阶段。神经科学、现代科学技术是神经外科发展的3个阶段的推手,体现着转化医学的理念。 2.1 从神经科学脱颖而出的神经外科学神经外科是从神经科学诞生出来的[1-2]。19世纪,神经病学专家通过询问病史和进行神经系统检查,定位诊断颅内或脊髓内病变。医师和病理学家在临床实践中发明的诊断技术,为建立经典神经外科学奠定了基础。1848年美国医师Phineas Gage抢救1例头部受伤的伐木工人,病人获救但是留有 失语后遗症。数年后病人因其他疾病去世后,尸检发现脑左额叶脑部损伤。1861年,Broca在前人研究的基础上提出“左额叶后下部即为语言中枢”,即命名为“Broca区”的大脑语言中枢。1870年, 2位德国医师Gustav Fritsch和EduardHitzig,电刺激狗脑表面不同部位,发现刺激脑特定区域,能够产生肢体运动,从而建立了脑功能定位的概念。 1913年,LuckerttW M首先报告1例因车祸头部外伤病人合并气颅,头部X-线平片脑室系统被清楚勾画出来,后病人死于颅内感染。尸检发现病人额部骨折,右侧脑室开放,空气进入脑室形成气颅。这一发现启发了美国医生Dandy, 1918年Dandy将空气直接注入病人脑室,拍摄头部X-线片,根据脑室形态诊断脑积水和脑肿瘤,脑室气造影技术成为经典神经外科阶段主要的诊断手段,一直沿用到20世纪60年代。1927年,葡萄牙神经病学专家EgasMoniz发明了脑血管造影技术,至今已经有80余年历史,仍是诊断脑血管病的金。1929年,德国神经病学专家、心理学家Hans Ber-ger将脑电图引入医学,脑电图可以帮助临床发现脑部充血、肿瘤、损伤和脑脓肿等。通过在脑电图上出现的痉挛波峰诊断癫痫,脑电图在诊断治疗癫痫的临床工作中仍然发挥着极其重要的作用。经典神经外科时期通常是由神经内科医师定位诊断疾病,再指导外科医师进行手术治疗脑脊髓疾患,学科之间关系密切,没有明显的界限。 例如, 1887年英国内科和神经病学专家威廉高尔(W illiam Gow-er)治疗一位背部疼痛的病人,几年后病人下肢瘫痪,诊断为脊髓 肿瘤。VictorHorsley医师根据高尔的诊断,进行胸椎3~7的椎板手术,切除世界首例脊髓肿瘤获得成功。在临床实践中,基础研究与临床研究相互转化逐步成熟。1904年,Cushing提出“Neurosurgery”从外科分离出来,到20世纪50年代,是以Cushing(1869-1939年)和Dandy(1886-1946年)为代表的经典神经外科阶段。 2.2 现代科学技术催生显微神经外科 20世纪中期,现代科学(Science)与技术(Tech-nology)向医学领域转移取得突破性进展,将神经外科带入显微神经外科阶段。CT和MRI是现代科技向医学转化具有代表性的优秀典范。CT和DSA技术是计算机与X-线技术的完美结合,有多位发明者为此奋斗一生,获得诺贝尔物理学和医学家奖。1972年英国EMI公司豪斯菲尔德(HousefieldGN)研制出第一台头部CT。接着劳特波尔(LauterburP C) 利用物理学的磁共振现象,提出应用磁共振信号可以重建图像的理论,将这一物理现象转化为医学临床所用的MRI,MRI不仅能测定人体不同组织的密度,显示人体各部位解剖结构,早期发现、准确定位颅内病变,而且还能显示组织的代谢过程,发现脑神经组织早期的病理变化。 CT和MRI的发明堪称为现代医学史上的一座里程碑。现代信息技术、计算机技术、材料科学向医学转化,发明研制出手术显微镜为核心的一系列显微手术器械(材),如高速颅钻、可控手术床和头架、自动牵开器、超声吸引器、双极电凝、止血纱布等,解决了困惑神经外科手术的照明、手术空间狭小和有别于其他外科的止血问题。为显 微神经外科的普及和奠定了可靠基础[3]。 2.3 微创神经外科诞生 21世纪,神经外科学伴随对脑认知科学的发展向新的高度迈进,逐渐步入微创神经外科学时代,体现了学科之间的相互合作与融和的转化医学理念。基础研究成果,通过手术前的功能磁共振成像(Mf RI)应用于临床,经过开颅手术印证新发现的脑功能区。神经导航手术为基础研究和临床应用建起一座桥梁。手术前进行生理、心理和语言学检测和Mf RI扫描,定位肢体、视力和汉语语言功能区,确定脑内病变和纤维束的关系,将与病人生活质量密切相关的脑功能区域(运动、语言、基本视觉)信息下来,提供给神经外科医师设计手术入路,实现了在Mf RI图像和神经导航系统的融合下进行微创手术,最大限度地保护了运动、语言和基本视觉功能,显著减少了手术合并症,保证了病人术后生活质量。同时,在脑认知研究方面,验证我国汉族语言区有别于西方拼音文字,推动了对人脑功能不断的深入了解和探究。 近年研究发现,多体素磁共振波谱(MRS)可以用于区分良性和恶性脑肿瘤,一般高级别的星形细胞瘤的胆碱/氮乙酰门氨酸(Cho/NAA)和胆碱/肌酸(Cho/Cr)的比值高于低级别星形细胞瘤,研究结果对全面了解瘤床的生物化学变化提供了可靠信息。另外,多年来中枢神经系统缺乏常规免疫反应,被认为是“免疫特设”。但是近年发现,免疫反应在中枢神经系统疾病中起着重要作用。上述基础研究的结果,将使脑肿瘤手术前定性诊断有质的飞跃,使病人得到针对其肿瘤特定类型和 特定位置的免疫治疗,在肿瘤根治及有效减少手术合并症等方面有着广阔前景。总之,百年神经外科历史说明神经外科是由神经科学转化而来,科学发现和技术发明成果促进了其发展。 3 微创神经外科是实施转化医学的技术平台 微创神经外科在基础研究与神经外科临床之间架起一座桥梁,是实施转化医学的技术平台[4-8]。由脑解剖定位系统和脑功能监测系统组成的微创神经外科技术平台,如脑功能MRI导航、微骨窗开颅、个体化脑沟入路( individually designed trans-fissureapproach)、神经内镜等,改变了传统颅脑手术模式,体现了微创神经外科手术小型化、智能化和闭合化的特点,将颅脑手术从脑解剖保护提升为保护神经功能的新阶段。术中应用超声波对脑和病灶进行解剖定位、采用皮质电刺激(electrical stimulation mapping,ESM)、运动诱发电(motor evoked-potentia,l MEP)和体感诱发电(somatosensory evoked potentia,l SSEP)对脑神经、大脑皮质和脑干手术连续进行电生理监测,手术操作可能损伤脑皮质功能时能及时预警。荧光造影( fluores-cence)技术能直接确定脑动脉瘤、动静脉畸形切除术和烟雾病手术后的血管通畅状态。微创神经外科继续向细胞水平进展,治疗学最大的突破将是基因治疗,用相对简便的方法治疗众多基因缺陷与变异引起的神经系统疾病。人工智能应用于临床操作,实现自动识别、自动操作、自动调整,精确地完成各种操作程序。转化医学的理念将继续推动神经外科的发展。利用微创神经外科技术平台实施转化医学的研究方向: 3.1 神经疾患基因治疗人类基因组计划不仅是破译人类基因的密码,更重要的是在分子水平寻找预防、治疗疾病的方法。细胞和分子生物学的发展使中枢神经系统的基因治疗成为可能,称之为细胞分子神经外科。目前已明确为基因遗传病的神经系统疾病有溶酶体储存障碍( lyso-somal storage disorders)、Sandhoff综合征、Lesch-Nyhan综合征、Mucopolysaccharidosis综合征、脑海绵状血管畸形、神经纤维瘤病等。 1)中枢神经系统内细胞全部基因置换:用以矫正遗传性神经退行性病变如酶的功能障碍等。全基因置换治疗酶的功能障碍,要求病毒载体系统能够在神经细胞和胶质细胞中无毒性长期基因表达,神经干细胞能够充当基因治疗的载体,用正常的等位基因进行基因置换,能够有效地消除中枢神经系统中由于单个基因隐性突变引发的疾病显性表现。 2)恢复中枢神经系统特定位置细胞的功能的基因治疗:用以恢复特定的神经细胞的亚细胞群在神经退化过程中丢失的功能。把病毒性载体介导的治疗基因转移到大脑中特定位置的神经细胞的亚群,对基因转录和蛋白表达进行严密的调节,可以用来对特定部位神经退行性病变进行恢复性治疗;或者移植基因改变的细胞或者胚胎性的移植物,产生特殊的神经传输或者生长因子,恢复因神经功能障碍引起的中枢神经系统特定部位的神经功能缺失,如Parkinson病和Alzheimer病的基因治疗。 3)脑肿瘤基因治疗:脑肿瘤的基因治疗要求转移的基因有特殊的抗肿瘤效应,能够选择性表达毒性基因,引起肿瘤细胞的溶解坏死,抑制肿瘤生长,最终杀灭肿瘤并不引起正常脑组织的损害。同传统的肿瘤治疗方法相比较,手术、放疗和基因治疗的联合使用能够延长某些肿瘤病人的生存期,此外还可采用免疫治疗提高对某些特定肿瘤的疗效。 4)脑卒中的基因治疗:脑卒中基因治疗导入的治疗基因能够保护缺血损伤的神经细胞免于凋亡,控制不同脑内炎性调节因子表达的基因。3~5周短暂的基因表达对于缺血性疾病中的正常修复过程和血管生成是有益的,可以达到治疗目的。 3.2 神经干细胞研究和应用 神经干细胞具有2个显著特征:一是具有高度的自我更新能力,能够重复进行有丝分裂,产生大量子代细胞;二是在一定条件下可以分化成神经细胞和神经胶质细胞。目前,神经干细胞具有3方面的用途:一是用于损伤的神经细胞的替代疗法。将神经干细胞移植到中枢神经系统,替代因损伤或疾病而缺失的神经细胞,对于恢复其功能有重要意义。二是充当基因治疗的载体。三是应用于生命科学的研究。目前人们已经能够将人的神经干细胞在体外扩增到相当数量,并保持其增生能力长达一定时间,但中枢神经系统细胞的再生是一个十分复杂的过程,神经干细胞应用于临床的空间很大。 3.3 国内转化神经外科学现状 1)建成微创神经外科平台:首都医科大学神经外科学系在国内率先建立微创神经外科平台,与神经科学研究所合作开展脑认知功能、脑血管病和胶质瘤的研究工作,取得初步成效,转化医学的优势初见端倪[9-11]。2)基础与临床研究体系初步形成:转化医学需要建立神经科学基础研究与神经外科临床多学科合作。以脑血管病为纽带,整合放射学、神经内科学等多学科,合作组建脑血病诊治中心,收集病人临床资料,与国外合作开展合作研究,扩大国际影响,提升学术水平。3)存在的问题:神经外科临床研究工作与国家重点学科的要求尚有距离。目前使用的微创手术设备全部来自国外,国内缺乏原始创新的理念和技术。 作为世界人口大国,应该有我国神经疾患发病率的统计数据,为人类发现神经疾患的病因作出贡献。临床工作中忽视了发现、解决问题的研究精神,重复个人临床经验,缺乏大规模双盲多中心一级临床医学证据研究。引领我国转化神经外科学的关键是学科带头人培养。学科带头人必须具备转化医学意识,知识结构广泛,有扎实、宽厚而稳定的专业知识和专业研究方向,又要有相关基础研究知识,这样才能从神经科学整体上把握学科的发展,否则就不能将基础研究成果向临床转化,基础研究缺乏原动力,作为神经外科的群体而言,应该具有扎实的文化基础知识,宽厚的医学专业知识以及技术科学系列知识。 21世纪生命科学( life science)将成为带头学科。转化医学打破了基础医学与临床医学之间的屏障,铺平了基础实验研发与临床应用 之间的鸿沟,从而把基础研究所获得的知识及研究成果快速转化为临 床新的诊断手段和治疗方法。我国的神经外科学工作者应抓住机遇, 充分利用微创神经外科技术平台,应用转化医学理念,打造具有国际话 语权的现代神经外科学。 4 参考文献: [1] W ilkins R H. 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