七氟醚及笑氣麻醉對(duì)老年大鼠空間認(rèn)知能力的影響

周國霞　朋立超

(復(fù)旦大學(xué)上海市第五人民醫(yī)院麻醉科，上?！?00240)

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·論著·

七氟醚及笑氣麻醉對(duì)老年大鼠空間認(rèn)知能力的影響

周國霞朋立超

(復(fù)旦大學(xué)上海市第五人民醫(yī)院麻醉科，上海200240)

摘要目的： 比較七氟醚及笑氣麻醉對(duì)青年大鼠和老年大鼠空間認(rèn)知能力的影響。方法：取12只老年大鼠(18月齡)和12只青年大鼠(3月齡)，均隨機(jī)分為麻醉組(給予1.0最低肺泡有效濃度的七氟醚、70%笑氣、30%氧氣，吸入4 h，n=6)和對(duì)照組(給予30%氧氣，吸入4 h，n=6)。48 h后對(duì)各組大鼠進(jìn)行連續(xù)6 d的Morris水迷宮空間學(xué)習(xí)記憶能力訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)束后24 h進(jìn)行空間探索實(shí)驗(yàn)。結(jié)果：七氟醚/笑氣麻醉可引起老年大鼠空間認(rèn)知能力的損害，而對(duì)青年大鼠的空間認(rèn)知能力沒有影響。結(jié)論：七氟醚/笑氣麻醉對(duì)老年大鼠的空間認(rèn)知能力造成損害，這可能與老年大鼠的腦組織對(duì)麻醉藥物更加敏感有關(guān)。

關(guān)鍵詞老年大鼠；學(xué)習(xí)記憶；七氟醚；笑氣；Morris水迷宮

術(shù)后認(rèn)知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)的發(fā)生機(jī)制目前尚不清楚，可能與麻醉和(或)手術(shù)有關(guān)。由于七氟醚和笑氣的血?dú)夥峙湎禂?shù)低，麻醉后蘇醒迅速，所以在臨床上廣泛應(yīng)用。研究[1-2]發(fā)現(xiàn)，用七氟醚和笑氣或單獨(dú)用笑氣麻醉可引起老年大鼠持久的空間認(rèn)知功能障礙。在有關(guān)七氟醚麻醉對(duì)認(rèn)知功能影響的研究中，有幼年鼠[3-5]、成年鼠[6]和老年鼠[7-8]，但研究結(jié)果并不一致。本研究探討在無手術(shù)情況下七氟醚、笑氣麻醉4 h對(duì)老年大鼠和青年大鼠空間認(rèn)知能力的影響。

1資料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物18月齡和3月齡雄性SD大鼠各12只，購自上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下飼養(yǎng)(自由進(jìn)食、進(jìn)水，12 h光照與12 h黑暗交替)。所有實(shí)驗(yàn)均在有光照的周期(7∶00～17∶00)內(nèi)進(jìn)行。本研究經(jīng)復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院動(dòng)物研究倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2麻醉將12只老年大鼠和12只青年大鼠分別隨機(jī)分為麻醉組(給予1.0最低肺泡有效濃度七氟醚、70%笑氣、30%氧氣，吸入4 h)和對(duì)照組(給予30%氧氣，吸入4 h)，各6只。麻醉過程中維持氧流量為2 L/min，新鮮氣流進(jìn)入麻醉箱之前預(yù)先濕化，麻醉過程中持續(xù)監(jiān)測(cè)七氟醚、笑氣和呼氣末二氧化碳濃度。將麻醉箱置于電熱毯上方來維持大鼠體溫，電熱毯溫度設(shè)為38℃。麻醉結(jié)束后，使大鼠吸入空氣，待大鼠能夠自由活動(dòng)后，放回籠中。為了避免吸入麻醉藥的殘余效應(yīng)，在大鼠蘇醒48 h后進(jìn)行6 d的水迷宮訓(xùn)練。

1.3行為學(xué)評(píng)估行為學(xué)評(píng)估在Morris水迷宮中進(jìn)行，包括獲得訓(xùn)練和空間探索實(shí)驗(yàn)，具體過程參照文獻(xiàn)[9]。大鼠尋找平臺(tái)的時(shí)間設(shè)定為60 s，在平臺(tái)上停留時(shí)間設(shè)為15 s，每天每只大鼠訓(xùn)練4次，每次訓(xùn)練時(shí)間間隔為15 min。共訓(xùn)練6 d，使大鼠在平臺(tái)位置和周圍環(huán)境之間形成聯(lián)系，從而對(duì)平臺(tái)位置形成記憶。空間探索實(shí)驗(yàn)在第6天獲得訓(xùn)練結(jié)束后24 h進(jìn)行，移走平臺(tái)，選與平臺(tái)象限相對(duì)的象限為入水點(diǎn)，將大鼠放入水池中，記錄平臺(tái)象限時(shí)間百分比。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。逃逸潛伏期和游泳速度的比較采用重復(fù)測(cè)量雙因素方差分析，各時(shí)間點(diǎn)各組的差異比較采用Bonferroni post hoc test?？臻g探索實(shí)驗(yàn)中平臺(tái)象限時(shí)間百分比的比較采用單因素方差分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

2.1水迷宮行為學(xué)結(jié)果老年大鼠對(duì)照組和麻醉組的逃逸潛伏期均逐漸縮短，但在第4、5、6天，對(duì)照組能更快地找到平臺(tái)，2組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見圖1A；2組游泳速度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見圖1B；在空間探索實(shí)驗(yàn)中，麻醉組平臺(tái)象限時(shí)間百分比顯著低于對(duì)照組(P<0.05)，見圖1C。青年大鼠中，麻醉組逃逸潛伏期、平臺(tái)象限時(shí)間百分比、游泳速度與對(duì)照組比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見圖2。

2組大鼠的逃逸潛伏期均逐漸縮短。在第4、5、6天，與對(duì)照組比較，*P<0.05(A)；2組大鼠的游泳速度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(B)；空間探索試驗(yàn)中，平臺(tái)象限時(shí)間百分比與對(duì)照組比較，*P<0.05(C)

圖1老年大鼠的行為學(xué)數(shù)據(jù)

2組大鼠逃逸潛伏期(A)、游泳速度(B)和空間探索試驗(yàn)中平臺(tái)象限時(shí)間百分比(C)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)

圖2青年大鼠的行為學(xué)數(shù)據(jù)

3討論

七氟醚和笑氣是目前臨床應(yīng)用廣泛的麻醉藥物。本研究結(jié)果顯示，七氟醚和笑氣麻醉4 h會(huì)下調(diào)老年大鼠的空間認(rèn)知能力，而對(duì)青年大鼠的空間認(rèn)知能力沒有明顯影響。Culley等[1]發(fā)現(xiàn)，70%濃度的笑氣可引起大鼠腦內(nèi)神經(jīng)元液泡形成和退化，從而使老年大鼠發(fā)生持久的空間認(rèn)知功能損害。研究[3]表示，2%七氟醚麻醉可使新生大鼠腦內(nèi)神經(jīng)元凋亡，并且隨著暴露時(shí)間的延長，神經(jīng)凋亡進(jìn)一步加重，并短暫地降低小鼠對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)能力。七氟醚麻醉還可引起老年大鼠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的海馬神經(jīng)元凋亡和空間認(rèn)知功能損害[7]。這些變化并非因運(yùn)動(dòng)損傷引起，因?yàn)樗写笫蟮男袆?dòng)均正常，本研究中2組老年大鼠游泳速度差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這些變化也不可能是由藥物的殘余效應(yīng)引起，因七氟醚的時(shí)量相關(guān)半衰期小于5 min，80%衰減的時(shí)間小于8 min，并且衰減時(shí)間并不隨麻醉時(shí)間的延長而顯著延長，七氟醚麻醉6 h后，90%衰減的時(shí)間為65 min；笑氣具有低脂溶性特性，在腦中清除只需幾分鐘[10]。本研究的水迷宮訓(xùn)練是在麻醉后48 h進(jìn)行的。

關(guān)于七氟醚和笑氣麻醉后認(rèn)知能力下降的機(jī)制，目前尚不清楚。Dong等[11]研究發(fā)現(xiàn)，吸入七氟醚可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，增加β淀粉樣蛋白(beta-amyloid protein，Aβ)水平，而Aβ水平的增加會(huì)進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Wang等[4]發(fā)現(xiàn)，七氟醚麻醉可以引起大鼠海馬內(nèi)突觸后致密物蛋白質(zhì)-95(PSD-95)表達(dá)下調(diào)，造成長期的空間學(xué)習(xí)和記憶損害。Xiong等[2]研究也發(fā)現(xiàn)，七氟醚、笑氣麻醉可以引起老年大鼠海馬內(nèi)磷酸化cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(phosphorylated cAMP response element-binding protein，pCREB)表達(dá)下降，腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞凋亡增加，大鼠空間認(rèn)知功能障礙。

本研究發(fā)現(xiàn)，七氟醚和笑氣麻醉后老年大鼠的空間認(rèn)知能力下降，而青年大鼠無此改變，這可能與老年大鼠的腦組織對(duì)麻醉藥物更加敏感有關(guān)。老年與青年大鼠的大腦體積、神經(jīng)介質(zhì)在腦內(nèi)的分布和神經(jīng)介質(zhì)的種類、腦代謝功能以及大腦的可塑性能力都有所不同[12]，具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

本研究的不足之處是未對(duì)老年大鼠和青年大鼠進(jìn)行長期觀察，所以無法確定七氟醚和笑氣麻醉對(duì)空間記憶的影響是否持久；也未進(jìn)行組織學(xué)分析和神經(jīng)病理學(xué)分析，故無法了解各組大鼠的組織學(xué)和神經(jīng)病理學(xué)改變。

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Effects of Sevoflurane and Nitrous Oxide Anesthesia on Spatial Recognition in Aged Rats

ZHOUGuoxiaPENGLichaoDepartmentofAnesthesia,ShanghaiFifthPeople′sHospital,FudanUniversity,Shanghai200240,China

AbstractObjective： To compare the effects of sevoflurane and nitrous oxide anesthesia on spatial recognition in young and aged rats.Methods： Young(3 months,n=12) and aged(18 months,n=12) rats were divided randomly into anesthesia group (sevoflurane at 1 minimum alveolar concentration, 70% nitrous oxide, 30% oxygen, for 4 h,n=6) and control group(30% oxygen, for 4 h,n=6). After 48 h, training on spatial learning and memory (probe trial) were done in the Morris water maze for 6 days. Spatial exploration test was conducted at 24 h after training.Result： Sevoflurane and nitrous oxide exposure induced a significant deficit in spatial recognition in aged rats,but not young rats.Conclusions： A significant deficit in spatial recognition in aged rats can be induced by sevoflurane and nitrous oxide exposure, which may due to that the aged brain is more susceptible to anesthetic-mediated changes.

Key WordsAged rats；Learning and memory；Sevoflurane；Nitrous oxide；Morris water maze

中圖分類號(hào)R614.2+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A