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氧化亚氮（Nitrous oxide，N2O），又称笑气，广泛应用于医疗、食品加工等行业。由于N2O吸入后可使人产生短暂的欣快感的特点，从19世纪便逐渐成为一种娱乐性药物，方便的获得途径使其娱乐性滥用率越来越高。在中国，N2O被列为危险化学品，有较多的非法获取途径，娱乐性吸入N2O的现象随着留学生的引进也越发普遍。一次性大量吸入N2O可引起呼吸道冻伤、缺氧、窒息；长期过度吸入可导致神经、血液等多系统损伤，造成严重后果。本文主要从N2O滥用引起神经系统损伤的流行病学、致病机制、临床表现、辅助检查、治疗及预后等方面进行系统阐述，以期为临床诊断及治疗提供指导。 01 N2O的化学特性与医学应用  N2O为无色气体，可液化，能溶于水，气味微甜。N2O分子是直线型结构，两个氮原子相连，其中一个氮原子再连接一个氧原子，为极性分子。其熔点为-90.8℃，沸点-88.49℃，临界温度36.5℃，临界压力7.263×10^6Pa，相对密度1.977。N2O化学性质稳定，不与酸、碱溶液反应。N2O不与血红蛋白结合，在血中以物理溶解形式存在，且主要以原型经呼吸道排出，少量通过皮肤、肠道及肾排出。 1799年，英国化学家Humphry Davy首次发现N2O具有镇痛效果，并可使吸入者产生欣快感，因此提出“笑气”这一名称。但当时并未将其用于临床，而是作为一种娱乐用品出现在各种聚会。直到1844年Horace Wells才开始将其用于拔牙镇痛。1868年，Evans证实了N2O的麻醉效能，由此笑气作为麻醉剂在医学领域得到应用。1881年，Stanislav Kilkovich将N2O用于分娩。随着医疗设备的改良和发展，N2O的临床应用越来越广泛，现在用于医疗的N2O都是和氧气的混合物，在辅助全麻、无痛分娩等技术上已十分成熟，其优点主要有起效迅速、效果稳定、半衰期短、安全、副作用少等。 02 娱乐性滥用N2O的流行病学 N2O自19世纪起就被作为一种娱乐性用品使用。N2O在多行业的广泛应用，以及缺乏严格管制，使其有着十分方便的获得途径，娱乐性滥用率也在逐年升高。根据2014年全球药物调查进行的一项药物滥用调查显示，美、英、澳、德等七个国家N2O终身使用率为18.8%，其中英国终身使用率最高（38.6%），美国次之（29.4%），德国最低（11.2%）。2014年的英格兰与威尔士犯罪调查显示，在16-24岁年龄段人群中，N2O娱乐性滥用率仅次于大麻。因滥用N2O引起不良事件的发生率也在逐年上升，2020年美国国家电子伤害监测系统及FDA不良事件报告系统显示，2014-2019年N2O滥用所致不良事件发生率较2000-2013年显著升高，这些不良事件主要包括：脊髓病、共济失调、感觉异常、意识改变、窒息等，患者年龄集中在13-39岁，且以男性为主。目前国内仍缺乏相关流行病学数据，但因N2O滥用引起不良事件的相关报道正在逐年增加。 03 N2O滥用致病机制 3.1 分子生物学机制 3.1.1 N2O与维生素B12（Vitamin B12，VitB12） 由钴原子和卟啉环构成，并以腺苷钴胺、甲基钴胺、羟钴胺等活性形式参与体内重要生化反应，其中腺苷钴胺与甲基钴胺在N2O中毒的致病机制中有重要作用。VitB12中的+1价钴离子具有高亲核性，易失去电子，N2O可将其氧化为+3价从而使VitB12活性不可逆性丧失。 甲基丙二酸辅酶A变位酶在腺苷钴胺协助下将甲基丙二酸辅酶A转化为琥珀酰辅酶A，腺苷钴胺失活引起丙酰辅酶A、甲基丙二酸辅酶A及甲基丙二酸（Methylmalonic acid，MMA）蓄积（见图1）。甲基钴胺协助甲硫氨酸合成酶将5-甲基四氢叶酸的甲基转移至同型半胱氨酸（Homocysteine，Hcy）以合成甲硫氨酸，后者进一步转化为S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM），SAM作为体内主要的甲基供体，参与DNA、RNA、蛋白质、脂质等多种物质的甲基化反应。SAM在供出甲基后成为S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosinehomocysteine，SAH），SAH则被水解为Hcy及腺苷，Hcy可继续进入甲硫氨酸循环，或进入转硫途径在维生素B6（Vitamin B6，VitB6）协助下生成半胱氨酸。5-甲基四氢叶酸失去甲基后转化为四氢叶酸，后者进一步合成5，10-亚甲基四氢叶酸，可为DNA合成提供原料（见图2）。N2O使VitB12失活后会干扰体内多种代谢反应，不仅会对神经系统产生氧化损伤、神经兴奋毒性、脱髓鞘等损伤，还会引起贫血、血栓形成等血液系统损伤。
3.1.2 N2O的氧化损伤 腺苷钴胺及甲基钴胺失活分别引起其参与的代谢反应中底物-MMA、Hcy-升高，实验证明这两种物质的蓄积可引起神经组织氧化损伤。Hcy可通过巯基自氧化产生活性氧、促进氧化酶表达及抑制抗氧化酶，破坏氧化还原平衡，引起氧化应激，通过增加Bax蛋白表达诱导神经元凋亡。另外，Hcy是离子型和代谢型谷氨酸受体激动剂，且以激活N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-asparticacid，NMDA）受体为主，谷氨酸受体的过度激活可引起胞质及线粒体内Ca2+超载，促进细胞色素C释放及活性氧的产生，二者通过激活cspase-3途径诱导神经元调亡。Singh等认为氧化应激也参与了神经脱髓鞘，他们在N2O暴露后的小鼠中发现神经髓鞘脱失、空泡化，以及血清还原型谷胱甘肽、总抗氧化能力等指标降低。 高甲基丙二酸血症可引起多种代谢紊乱，包括酸中毒、高氨血症、糖代谢紊乱等，实验发现MMA的过度蓄积也可通过氧化应激、破坏线粒体功能引起脑组织氧化损伤。MMA可抑制脑组织中多种线粒体呼吸链复合体及琥珀酸脱氢酶、乳酸脱氢酶等能量代谢相关酶的活性，影响能量代谢，导致线粒体功能障碍，并促进自由基生成。MMA也可激活NMDA受体，促进细胞内Ca2+水平升高，线粒体受损释放大量自由基，加重蛋白及脂质氧化损伤，引起神经元凋亡。 3.1.3 N2O与神经兴奋毒性 N2O是NMDA受体的非竞争性抑制剂，可对该受体介导的功能产生影响，如减弱痛觉传导、影响记忆、学习困难。γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）能中间神经元与多种精神疾病有关，NMDA受体广泛表达于GABA能中间神经元上，并对其有重要调节作用，当NMDA受体活性异常时，可影响GABA能中间神经元功能，导致多种精神疾病发生。N2O在体内的半衰期仅约数分钟，但部分患者在停止接触后仍持续存在精神症状。HCY、MMA对NMDA受体的作用可能是精神症状持续存在的重要原因。N2O还可能通过促进边缘系统分泌多巴胺、缺氧、酸中毒引发精神症状。HCY、MMA激活NMDA受体，以及引起海马等中枢神经元的凋亡也可能是产生认知障碍的原因之一。 3.2 N2O引起髓鞘损伤的病理学机制 3.2.1 髓鞘的形成障碍 人类的髓鞘形成开始于妊娠中期，在出生后的最初几年达到高峰，并可持续到成年。中枢神经系统髓鞘由少突胶质细胞形成，少突胶质细胞合成的髓鞘碱性蛋白（Myelin basic protein，MBP）约占髓鞘蛋白的30%-40%。作为髓鞘中有多种重要功能的蛋白，MBP参与髓鞘形成，并维持其结构稳定。即使缺乏其他髓鞘蛋白，MBP也可维持髓鞘的致密结构。MBP凭借着疏水性以及与髓鞘磷间的静电作用将两层髓鞘质膜牵拉在一起，以使髓鞘膜包裹在轴突周围形成髓鞘，各MBP分子形成网状结构维持髓鞘的稳定与致密。MBP翻译后修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化，其中第107位精氨酸的甲基化修饰是以SAM为甲基供体，可增加MBP疏水性，促进其与磷脂分子的作用。多种影响体内蛋白、脂质甲基化反应的疾病，包括砷中毒，均可引起髓鞘损伤，动物实验发现抑制大鼠SAM合成酶可引起VitB12缺乏样髓鞘损伤，因此研究者提出了“甲基钴胺失活”学说，N2O引起甲基钴胺的失活造成甲硫氨酸和SAM合成障碍，阻碍MBP甲基化修饰，进而影响正常髓鞘结构的形成，最终出现髓鞘脱失。动物实验表明N2O暴露可引起VitB12缺乏样神经病变，而补充甲硫氨酸可预防损伤进展，这也为该学说提供了更多的证据支持。 3.2.2 髓鞘空泡化与髓鞘脱失 研究者最早使用果蝠作为动物模型以探究VitB12缺乏引起神经脱髓鞘的原因，并在脊髓切片中发现了髓鞘空泡化。在之后的猴子以及小鼠的VitB12缺乏模型中也出现了相同的结果，Di Trapani等对一例VitB12、叶酸缺乏的患者进行了腓肠神经活检，并在其中发现了髓鞘空泡化、脱髓鞘及华勒氏变性。在VitB12缺乏致神经病变的患者或动物模型中均出现了血、尿中MMA及甲基丙二酰辅酶A升高，因此，早期研究者认为脱髓鞘的发生与腺苷钴胺缺乏引起异常脂肪酸在髓鞘质膜中蓄积有关。腺苷钴胺失活引起该反应上游的多种代谢产物积聚，如MMA、丙酰辅酶A、甲基丙二酰辅酶A等。甲基丙二酰辅酶A可抑制长链脂肪酸的合成并促进异常支链脂肪酸的形成，丙酰辅酶A可促进奇数链脂肪酸的合成，异常脂肪酸插入髓鞘质膜破坏了髓鞘结构的稳定导致了脱髓鞘的发生。然而这一假设并未得到足够的证据支持。多种脱髓鞘疾病模型中也出现了类似的组织病理学，并发现在空泡化的髓鞘组织中缺乏MBP或者暴露出MBP苯丙氨酸残基，提示脱髓鞘与MBP分子间正常结构出现异常有关。因此，研究者们更倾向于“甲基钴胺失活”学说。 3.2.3 细胞因子表达异常与髓鞘肿胀 多项研究发现无论是在全胃切除大鼠还是饮食剥夺VitB12大鼠，脑脊液、脊髓中均可出现神经生长因子（Nerve Growth Factor，NGF）、肿瘤坏死因子α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）水平升高，表皮生长因子（Epidermal growth factor，EGF）水平降低，并出现脊髓白质髓鞘及间质水肿，补充VitB12可改善上述因子水平的变化，减轻髓鞘及间质水肿，对全胃切除大鼠脑室内注射TNF-α抗体、NGF抗体、白介素-6（Interleukin-6，IL-6）、EGF可防止上述脊髓损伤的发生，另外，对正常大鼠侧脑室内注射EGF抗体或TNF-α可引起与VitB12缺乏相似的髓鞘损伤。在VitB12缺乏患者脑脊液及血清中也发现TNF-α表达升高、EGF表达降低。这可能与EGF促进少突胶质细胞发育以及MBP表达的作用有关，而Brandi等则在最近证明NGF可以通过调控miRNA-219水平抑制少突胶质细胞分化及髓鞘形成。也有实验证实TNF-α可以引起少突胶质细胞坏死性凋亡，而抑制受体相互作用的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶3（receptor-interacting serine/threonine kinase 3，RIPK3）可以阻止该过程的发生。因此，VitB12失活可能通过影响上述因子表达，干扰少突胶质细胞发育、激活细胞坏死性凋亡，导致神经脱髓鞘（见图3）。Scalabrino还发现VitB12缺乏会引起及脊髓中朊蛋白表达升高，而阻断TNF-α或给予EGF治疗可降低其表达，因此认为TNF-α、EGF通过影响朊蛋白表达引起脊髓损伤，至于进一步机制以及各种因子间是否存在相互作用仍有待研究（见图3）。
3.3 血液系统及其他系统损伤病理生理机制 研究者提出“甲基叶酸陷阱”学说来解释VitB12缺乏时出现贫血的机制。VitB12缺乏后引起SAM合成及甲基化反应水平降低，机体通过减少DNA合成来促进5，10-亚甲基四氢叶酸转化为5-甲基四氢叶酸以维持SAM的合成及甲基化反应的正常进行，含有甲硫氨酸的蛋白质的合成也受到限制以保证甲基化反应的进行，尽管这种机制对弥补VitB12缺乏所起到的作用很弱，但足以影响细胞分裂较快组织的正常代谢，尤其是造血细胞。因此，甲基钴胺的缺乏也会通过降低DNA与蛋白质的合成引起贫血。Hcy可增强NADPH氧化酶活性、抑制细胞色素c氧化酶来促进活性氧、自由基产生，引发内皮细胞氧化损伤。 Hcy也可通过促进血栓素释放、增加血小板与胶原或纤维蛋白间的粘附、抑制抗凝血酶III的活性、刺激人血管内皮细胞和平滑肌细胞纤溶酶原激活物抑制物-1的表达和分泌等途径，促进血栓形成。 N2O多以压缩气体的状态存储于金属瓶中，吸食者将气体排入气球、塑料袋中进行吸食，当N2O从金属瓶中被释放出来时，气体的快速膨胀会引起温度迅速下降，这可能导致吸食者口腔、呼吸道冻伤。医用N2O是与氧气混合气体，而患者吸食的N2O多为高浓度气体，一次性吸入大量高浓度的N2O容易引起缺氧甚至窒息，并且N2O可抑制机体对缺氧的正常反应。因此患者可能已经存在缺氧而无明显主观症状，这会大大增加缺氧的风险，而脑缺氧可加重神经损伤。 04 临床表现 娱乐性滥用N2O引起的损伤可分为急性、亚急性和慢性损伤。急性损伤主要包括呼吸道冻伤、缺氧、认知障碍、精神症状、动脉栓塞等，亚急性和慢性损伤则包括神经系统脱髓鞘及巨幼红细胞性贫血，出现神经系统损伤患者约占96%。 4.1 神经系统损伤 神经系统损伤包括脊髓病变、周围神经损伤、认知障碍及精神症状。脊髓病变主要表现为亚急性联合变性（Subacute combined degeneration，SCD）样的脊髓后索损伤症状，患者可出现步态不稳、脚踩棉花感，查体出现震动觉及位置觉障碍，Romberg征阳性，提示感觉性共济失调。也有患者出现痛觉减退平面。部分患者查体Lhermite征阳性，病情严重者可出现截瘫。 周围神经损伤主要为多发性感觉、运动神经病变。患者常出现感觉异常、肢体无力、腱反射减弱或消失。约有80%的患者出现感觉异常，包括四肢的针刺、麻木感及浅觉减退。下肢无力常重于上肢，并可由下肢逐渐向上肢进展。 认知受损可出现记忆力下降、学习困难、反应迟钝、计算力下降、时间空间定向力障碍等。精神症状可表现为焦虑、易怒、激动、抑郁、被害妄想、幻觉、攻击性行为，甚至自杀行为。 关于N2O导致颅内损伤的报道较为罕见，Assaf等报道了1例出现认知障碍及精神症状的患者，头核磁证实存在胼胝体压部、双侧皮质下白质异常信号。此外，还有报道出现复视及视力障碍、癫痫、不自主运动等症状。 4.2 血液及呼吸系统损伤 以巨幼红细胞性贫血为首发临床表现而入院的患者并不多，大多数患者是因神经系统症状入院后发现不同程度的贫血。在Oussalah等进行的一项meta分析中，约71.7%的患者出现至少一项血液常规指标异常，其中55.8%的患者血红蛋白水平降低，41.8%的患者出现红细胞体积增大。Hcy对血管内皮细胞、血小板、凝血系统的影响可导致动脉栓塞事件的发生，包括肺栓塞、脑栓塞及四肢动脉栓塞等。另外还有因吸入N2O引起口腔、呼吸道冻伤的报道。 05 辅助检查 5.1 影像学特征 N2O滥用较少引起颅内损伤，Assaf报道了一例出现脑白质病变病例，该患者头核磁提示胼胝体压部、双侧额顶叶皮质下白质出现T2高信号，Marotta等也报道了1例患者在侧脑室周围出现轻度脱髓鞘样改变。VitB12缺乏引起的颅内损伤多累及脑干、小脑以及半卵圆中心、放射冠等深部白质部位，头核磁呈现出T2、FLAIR高信号。 脊髓病变的影像学特点与VitB12缺乏引起的SCD相似，病灶主要出现T2高信号、T1低信号，增强扫描可出现强化。部位以颈髓最常见，胸髓次之，病灶长度多大于3个脊髓节段，且主要累及后索，病灶横断面多呈倒“V”字形。Oussalah等统计了100例因职业暴露或娱乐性使用N2O而出现神经系统损伤的患者，68%的患者脊髓MRI出现后索T2高信号，Zheng等收集了43例中国患者的临床资料，其中77%的患者出现颈髓后索T2高信号改变，1例患者合并了胸髓后索T2高信号。 5.2 神经电生理检查 N2O滥用所致周围神经病变表现为多发性周围运动、感觉神经损伤，周围神经电生理检查可提示脱髓鞘和轴索损伤。具体可表现为动作电位波幅减低、传导减慢、潜伏期延长等，下肢症状多重于上肢，运动神经较感觉神经似乎更易受损。Li等统计了32例因吸入N2O导致周围神经病患者的神经传导检查结果，其中12例患者同时存在脱髓鞘与轴索损伤，10例患者只有轴索损伤，2例患者仅表现出脱髓鞘样改变。 5.3 实验室检查 实验室检查主要出现Hcy、MMA升高及VitB12降低。N2O主要通过使VitB12失活引起神经、血液等系统损伤，有研究显示约26%的N2O滥用患者血清VitB12水平正常甚至升高，因此血清VitB12水平并不能准确反应患者体内活性VitB12水平，同时检测HCY、MMA水平有助于提高诊断敏感性。超过70%的患者出现血液常规异常，且主要为血红蛋白降低或红细胞体积增大。 06 诊断与鉴别诊断 结合临床实践，考虑长期吸入N2O导致神经系统损伤的诊断标准为：①有N2O接触史及短期频繁吸入史；②亚急性或慢性起病，临床表现有神经系统受损症状；③磁共振和电生理检查符合脊髓和（或）周围神经病变；④辅助检查排除免疫、代谢、感染、中毒、肿瘤等可能病因。因此，临床上对于出现深、浅感觉异常、运动障碍、认知障碍、精神症状等症状的年轻患者，若同时合并脊髓MRI出现倒V型T2高信号，血清Hcy、MMA升高，VitB12水平正常或降低应注意询问有无N2O吸入史，如确有相关吸入史在排除其他可能病因后即可诊断。 对有神经损伤的患者，应注意与吉兰-巴雷综合征、多发性硬化、铜缺乏性脊髓病、钴胺素C缺陷病等疾病相鉴别。吉兰-巴雷综合征多有前驱感染史，呈急性起病，进行性加重，多在2w左右达高峰，脑脊液检查可出现蛋白-细胞分离现象；多发性硬化患者多为女性，病程反复，头MRI可出现特征性的Dawson征，脊髓病灶多小于2个椎体节段，脑脊液多有IgG寡克隆带；铜离子是蛋氨酸合酶的重要辅助因子，铜缺乏也可影响蛋氨酸合酶功能，干扰甲基化反应，引起与N2O滥用相似的神经及血液系统损伤，临床表现与影像学难以鉴别，但铜缺乏常发生在既往有上消化道手术史的患者中，发病年龄高峰在50-60岁，女性多于男性，生化检查可发现血清铜、铜蓝蛋白降低。钴胺素C缺陷病是因MMACHC基因突变引起体内钴胺素代谢障碍的一种常染色体显性遗传病，主要表现为进行性加重的脑病、精神行为异常、脊髓病、周围神经病等，血清学检查可见MMA、Hcy升高，脊髓影像学表现也难与N2O滥用或铜缺乏引起的脊髓损伤鉴别，其确诊主要依靠基因检测证实存在MMACHC基因突变。 07 治疗及预后 首先，应停止吸入N2O。其次，VitB12替代治疗是纠正N2O神经系统损害的重要措施。然而，VitB12的使用剂量、频次未有明确标准。目前，临床采用的治疗方案多为1mg/日肌肉注射，持续4w后改为1mg/m肌肉注射维持治疗，并结合患者症状的改变、血清同型半胱氨酸、MMA水平逐渐调整用药方案。另一种治疗方案是每天口服1-2mg，持续1-2w，随后0.5mg/d口服3m。有文献报道患者在单独补充VitB12后症状出现加重，加用叶酸后症状逐渐缓解，虽然具体机制仍有待研究，但临床治疗中应注意同时补充叶酸。VitB6可促进Hcy转化为半胱氨酸。 多数患者的精神症状或认知障碍在随N2O代谢后可恢复，有报道患者在停止接触后仍存在精神症状，但在接受治疗后均逐渐缓解。神经损伤的预后取决于神经组织的病理损伤程度，多数患者对治疗反应良好，轴突损伤严重者，可遗留永久性损伤。Graakani统计了59例出现神经系统症状患者的预后信息，有10例症状完全得到缓解，46例患者症状得到改善，3例患者持续存在神经损伤症状。年龄较小、神经功能缺损程度轻微、MRI显示病灶小、Romberg征和Babinski征阴性并于发病早期即开始治疗的患者恢复较好。在33例出现周围神经病的患者中，病变以运动神经轴索损伤为主并伴有Hcy升高的患者预后较差。由于延迟治疗可能会导致永久、不可逆性神经功能缺失，早期诊断和干预治疗非常重要。 08 总结 综上所述，N2O因其可使吸入者产生欣快感的特点使其逐渐发展为一种娱乐性药物，由于缺乏严格管制，其娱乐性滥用率正快速增加，因滥用而产生不良事件的报道也越来越多。长期吸入N2O主要引起中枢、周围神经系统损伤；脊髓核磁可见颈髓、胸髓后索异常信号，脑部受累较为少见，实验室检査可出现MMA、Hcy水平升高及VitB12水平降低，周围神经损伤患者肌电图可提示有多发性周围运动、感觉神经病变；治疗以补充VitB12、VitB6、叶酸为主，早期诊断和治疗对患者预后尤为重要。
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