脊髓损伤（SCI）可分为原发性损伤和继发性损伤，手术治疗可解除脊髓受压等原发性损伤，但无法改变已经损伤脊髓的缺血缺氧、炎症等病理变化。高压氧（HBO）能够减少SCI继发性损伤，最大限度地保留受损脊髓残存的结构和功能，有效促进脊髓功能恢复，缩短治疗时间，降低致残率，明显提高患者的生活质量，已成为综合治疗SCI不可或缺的重要方法。现就HBO治疗SCI机制的研究进展综述如下。
炎性反应在SCI后的系列变化中起重要作用，且过度的炎性反应可能阻碍了神经再生和修复的正常进行。王波等采用改良Allen′s法制作大鼠不完全SCI模型，术后14d应用ELISA法测定局部损伤组织中炎性因子如肿瘤坏死因子（TNF-α）、白介素-6（IL-6）、γ-干扰素的含量显著增高。胥正泉等应用放射免疫检测技术测定SCI后4h、12h、1d、3d及5d大鼠外周血中TNF-α、IL-6、IL-8及IL-10的含量，TNF-α伤后即显著升高，1d后表达下降；IL-6、IL-8在伤后4h显著升高，且在1d时达到一个较高的峰值；IL-10则在伤后缓慢持续升高。Tai等发现HBO治疗可显著减少SCI后IL-1和TNF-α产生，增加IL-10表达。
基质金属蛋白酶类（MMPs）为Zn2+构成的肽链内切酶家族中的一员，其中MPP-2和MMP-9在继发性SCI后炎症反应中发挥着重要作用，MMP-9含量在SCI后6h明显升高，24h达到高峰。Yang等研究发现SCI后4hMMP-9表达增多，HBO治疗组48h、72h、5d其表达明显降低，而HBO对MMP-2有双向影响，说明HBO能够通过调控MMP-2及MMP-9表达，进而减轻继发性SCI后的炎性反应。
研究发现，高迁移率族蛋白B1（HMGB1）是无菌性炎症或炎症反应中一种迟发性炎性介质，当炎性细胞被TNF-α等炎性因子激活后，HMGB1便会从细胞核释放到细胞质，与受体结合促进糖基化终产物形成；核因子κB（NF-κB）为一种炎性反应的重要因子，其通过一系列信号传导通路被激活后，进而激活TNF-α、IL-1及其他炎性因子。
Yang等将大鼠随机分为假手术组、假手术后HBO治疗组、SCI组和SCI后HBO治疗组，分别在建模后1d、3d、7d、14d测量HMGB1及NF-κB水平：SCI组HMGB1及NF-κBmRNA及蛋白质表达比假手术组明显升高；HBO治疗后HMGB1mRNA及蛋白质表达开始降低，7d、14d明显降低；SCI后HBO治疗组NF-κBmRNA及蛋白质表达在3d、7d、14d明显降低，说明HBO也可能通过减少HMGB1及NF-κB表达来降低脊髓继发性损害。
一氧化氮（NO）是一种重要的信号传递分子，在哺乳动物生理及病理新陈代谢中起重要作用，同时与脊髓继发性损伤及炎症产生有关，而一氧化氮合酶（iNOS）与NO的产生密切相关。Huang等将36只SD大鼠随机分为对照组、单纯SCI组、SCI后HBO治疗组，使用逆转录酶-聚合酶链反应及免疫组化分别检测iNOSmRNA及蛋白质表达，重氮比色法测定血清中NO浓度，单纯SCI组iNOSmRNA及蛋白质表达、血清中NO浓度比对照组明显增多，SCI后HBO治疗组比单纯SCI组明显降低，HBO治疗可能通过影响iNOSmRNA-iNOS-NO信号转导来减少NO含量。
1997年Crowe等报道成熟大鼠SCI后出现了典型的创伤性坏死，细胞凋亡发生在损伤后6h~3周，且脊髓白质区尤为明显；成熟猴子SCI后远程纤维束中发现了凋亡细胞。Liu等用重物坠落法制作大鼠SCI模型，发现伤后4h出现以白质胶质细胞为主的凋亡，伤后24h达高峰期；在伤后7d再次出现细胞凋亡高峰，此时主要是少突胶质细胞凋亡。王晓红等应用TUNEL方法标记HBO治疗的损伤脊髓细胞凋亡情况，结果显示凋亡细胞在伤后6h即出现在脊髓组织中，HBO治疗组治疗后12h、24h、72hTUNEL阳性细胞显著减少。Lu等将SD大鼠随机分为HBO预处理组、低压氧预处理对照组、正常气压对照组，分别行SCI且分别对损伤部位脊髓组织切片行免疫组织化学染色检验，发现HBO预处理可明显减少大鼠SCI后神经细胞的凋亡。
Bcl-2基因是一种原癌基因，具有抑制细胞凋亡的作用，在SCI后其表达升高；而Bax具有促进细胞凋亡的作用，脑损伤时应用HBO治疗可促进脑组织中Bcl-2蛋白表达，有助于神经功能恢复。也有研究发现在脊髓缺血再灌注损伤前应用HBO预处理可增加正常脊髓中过氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性和Bcl-2蛋白表达，可使神经元和胶质细胞对继发性缺血、缺氧产生耐受，可减少SCI后神经细胞的凋亡。
张玉强等将雄性SD大鼠随机分为假手术组、模型组和HBO预处理组，其中模型组根据Allen′s打击原理制作SCI模型，不做任何治疗，HBO预处理组在10d内对大鼠进行5次、每次1h的HBO（0.25MPa，纯氧）后，再建立SCI模型，免疫组化检测显示假手术组大鼠脊髓组织中Bcl-2和Bax表达较少；模型组和HBO预处理组大鼠损伤脊髓组织中均可见不同程度的Bcl-2和Bax阳性表达，但经HBO预处理的大鼠损伤脊髓组织中Bcl-2表达增加（P0.05），而Bax表达减少（P0.05），提示HBO预处理能够增强Bcl-2的表达同时降低Bax的表达。
半胱氨酰天冬氨酸特异性蛋白酶家族（Caspase）各亚群对凋亡相关的活性蛋白有抑制或裂解作用，从而调控细胞凋亡。其中，Caspase-3是多种凋亡途径的共同下游效应部分，是细胞凋亡蛋白酶级联反应的必经之路。刘芳等采用凋亡细胞检测法检测凋亡细胞，免疫组化法检测Fas/Fasl和Caspase-3表达，光镜下观察并计数分析发现，SCI后Caspase-3表达增多，于伤后第3天达到高峰，此后虽呈下降趋势，但在伤后第14天仍见表达，HBO治疗可通过下调Fas/Fasl来减少Caspase-3的表达，最终减少细胞凋亡，起到保护神经细胞的作用，同时发现SCI后干预细胞凋亡减少继发性损伤有一定的时间窗，HBO治疗SCI以损伤后3d内开始治疗为最佳。
缝隙连接是相邻细胞的细胞质连接的细胞内通道，也是神经胶质网发挥功能必不可少的结构，其可允许离子、代谢物、第二信使通过。Connexin43（CX43）是构成中枢神经缝隙连接的主要蛋白，其在中枢神经系统损伤后表达增多，并在中枢神经系统损害中发挥一定作用。Liu等对SCI后SD大鼠分别给予HBO及观察处理，取损伤处脊髓组织做蛋白印迹和即时聚合酶链反应后发现，HBO组大鼠CX43及其mRNA水平在SCI后3d和7d时明显降低，说明HBO治疗可能通过抑制CX43表达来减少细胞凋亡和炎性反应，进而促进SCI后大鼠神经功能恢复。
研究表明，HBO治疗对SCI后神经系统的康复有促进作用：HBO处理组BBB评分明显高于单纯SCI组。HBO预处理可以诱导巢蛋白高表达和星形胶质细胞增生。血管内皮生长因子（VEGF）为一种特异的多肽类蛋白，在SCI后星形胶质细胞中VEGFmRNA水平明显增高。越来越多的证据表明，VEGF-A还具有营养神经、保护神经、促进神经再生的功能。Liu等的研究表明，通过锌脂蛋白转录因子激活VEGF-A，能够治疗SCI及其他类型神经损伤。成年大鼠脑损伤后，VEGF能够促进脑室下区神经祖细胞增殖和移行，促进纹状体神经再生和新生神经元成熟。
Zheng等对两组出生7d小鼠行左侧颈动脉结扎，然后2h低氧处理（8%O2，37℃），分别连续3d注射VEGF腺病毒载体和缓冲剂（PBS），两组体重及VEGF蛋白表达明显增多，VEGF组TUNEL阳性细胞显著减少，神经功能恢复更好，这些结果均表明缺血性脑损伤后新生小鼠神经系统大量表达的VEGF具有保护神经系统和促进神经功能恢复的作用。对SCI后两组大鼠分别给予HBO治疗与观察处理，蛋白印迹和即时聚合酶链反应表明HBO组大鼠VEGF表达水平比对照组明显增高。说明HBO可能通过增加VEGF表达进而促进神经再生与修复。
此外，刘海等分别以BrdU和Nestin作为神经干细胞的增生标记物，胶质纤维酸性蛋白（GFAP）、神经元特殊性烯醇化酶（NSE）作为神经干细胞分化的标记物，通过电镜及免疫组化检查发现，HBO能使动物内源性神经干细胞增殖、分化加强。神经生长相关蛋白（GAP-43）是神经组织特异性磷酸蛋白，分布于神经元、再生的雪旺细胞和神经胶质细胞，被认为是神经元轴突生长发育和可塑性的分子标志物。Brkic等通过免疫组化发现HBO治疗能够诱导损伤区周围神经元GAP-43大量表达，进而促进神经生长修复。
Serban等报道VEGF可通过转录因子（HIF）-1a/VEGF信号通路促进血管再生。刘子生等将雌性SD大鼠分为SCI组、SCI后HBO治疗组和假手术组，各组分别于造模后1d、1周、2周、4周和8周取材，免疫组化染色及图像分析检测组织中VEGF含量，VEGF在SCI后1d表达增多，受伤区中心的中央区和边缘区血管形成，血管密度在受伤区最高，1周后下调，HBO治疗后VEGF主要分布于损伤坏死组织周围并逐渐向坏死组织内生长，表达显著增强，这可能与HBO促进血管成纤维细胞的活动和分裂以及胶原纤维的形成从而促进侧支循环加快形成有关。
尽管治疗SCI的机制是减轻继发性损伤和促进损伤脊髓修复和再生，但SCI损伤机制具有复杂性、多元化的特点，目前对SCI的治疗仍处于动物实验和临床探索阶段，其中HBO为SCI后综合治疗方法之一，但其具体作用机制尚不十分明确，故应进一步加强对HBO治疗SCI作用机制的研究探索，促进HBO治疗SCI的推广应用。
