關於中風的小常識

中風有兩種：出血性(hemorrhagic)和缺血性(ischemic)

大部分(~80%)的中風都是 ischemic，這種中風是因為血管阻塞，導致血液無法進入腦部造成的，大腦是用電量最多的器官，就是要耗掉最多養分和能量的器官，養分和氧氣是靠血液運送到大腦的，所以只要缺血幾秒鐘就可以死掉很多腦細胞(1.9 million brain cells/minute)。阻塞血管的東西就是血塊(clot)，血塊的來源有兩種，一種是腦內血管裡自己堆積的血塊，這種造成的 ischemia 叫做 thrombosis。如果血塊是在其他地方堆積出來的，隨著血液流啊流的，流到靠近腦部的動脈時卡住了，結果把動脈堵住使得血液無法進入腦部，這種造成的 ischemia 叫做 embolism。目前中風的急救方式是用 tPA (thrombolytic agent tissue plasminogen activator) 來溶解血栓，中風後的四個小時內是急救黃金時間，中風後一小時內治療可救到的腦細胞有 70%，兩小時內 40%，三小時只能救到 20%，但很常發生的情況是中風發生後，有人發現、到送到醫院，確定是哪種中風(出血或是缺血)的這段時間已經超過四個小時了。

如果把腦部切開來看，缺血最多的地方就是中風的中心，叫 ischemic core，會看到那區變成白白的(見下圖)，叫 infarct area (infarction)，這區的細胞死亡是不可挽回的。中心的周邊區域叫 penumbra，或是 peri-infarct zone，這區的血流量也不足，但如果及時讓血液回流可以讓細胞不再繼續死亡，目前研究的治療方式主要是針對這區，希望能在 penumbra 的細胞死亡之前讓其恢復功能。

Ischemic stroke 又分兩種，一種是暫時性的 transient ischemic stroke (TIA, transient ischemic attack)，又叫小中風(mini-stroke)，這種大概只有幾分鐘，通常一小時內血管就會恢復流通，血液會再次進入到腦中(reperfusion)，所以很少會死到腦細胞造成 infarction。雖然是暫時性的，但是通常發生後會再發生，再次發生就會變成是嚴重的中風，也就是另外一種：acute ischemic stroke，所以不要輕忽 TIA。

Acute ischemic stroke 則是永久性的，會造成白白的 infarct area，出現的症狀不像 TIA 通常會在一個小時後消失，會造成之後身體行動上的不便，需要靠復健來恢復，因為已經傷到腦部了，所以也可能會在認知能力上或記憶力上造成影響。


Figure / 圖片中的 MCAO (middle cerebral artery occlusion)是研究上常用的 stroke model，用手術造成大腦中動脈堵塞，使老鼠產生中風的現象。白色的 infarct area 在右腦，會出現左半邊身體痲痹的情形，可以用來確認 MCAO 手術是否成功。(A Popp et al, PLOS ONE 2009)

圖中左邊是指 occlusion 的時間，分別是半小時和兩小時，上面則是 reperfusion 的時間。舉例來說，左上角那個腦是 occlusion 半小時後 reperfusion 兩小時，也就是用手術線堵住動脈血管半小時後，把手術線抽出讓血液回流兩個小時。我們通常是做一個小時的 occlusion，再取不同的 reperfusion 時間點。一個小時的 occlusion，之後三個小時的 reperfusion，可以看到老鼠有半邊身體不協調，切開腦部看，有時已可看到一點 infarction，通常在 24 小時後看的話就會看到明顯的 infarction。

如果想看 MCAO 手術是怎麼做的，可以看這個影片：Mouse Model of Middle Cerebral Artery Occlusion


中風後細胞內發生什麼事？

血管阻塞造成缺氧缺血的情況發生後的初期，除了細胞能源 ATP 不足，啟動無氧醣解反應(anaerobic glycolysis )，使得酸鹼值降到 pH 6.4-6.7，導致細胞酸化(acidosis)外，細胞也會釋放出大量的穀胺酸(glutamate)。穀氨酸是神經傳導物質，過量的穀氨酸會啟動神經細胞接受器 NMDARs 和 AMPARs，造成大量鈣離子流入細胞內，粒線體和 ER 裡儲存的鈣離子也會被釋放出來，使得細胞內鈣離子濃度過高，活化細胞內的一些酵素(Ca2+-dependent enzymes)，例如 neuronal NOS (NO synthase)，生產 NO 和 superoxide (H2O2)，引發了下游的死亡訊號(cell death signalling)，這種因為穀氨酸刺激造成的死亡稱為 excitotoxicity。除了鈣離子濃度上升會活化很多酵素，啟動下游訊號外，細胞的酸化反應會活化一個酸性感應蛋白 ASIC1a (acid-sensing ion channels)，ASIC1a 活化後會使更多鈣離子流進細胞內，使整個情況更惡化。除此之外，粒線體吸收細胞內鈣離子讓濃度達成平衡，但也使粒線體本身因此製造 ROS，造成 mitochondrial depolarization，引發細胞死亡。


其實還有很多是目前還不清楚的，上面就先簡單介紹到這邊吧。

關於穀氨酸和 excitotoxicity 可以看這篇：關於 glutamate 的小知識