全身麻醉后老年患者血清HIF-1α和BDNF水平與術(shù)后認(rèn)知功能障礙的關(guān)系

王飛，姚欣耀，聶杰，曹煜

(解放軍第一八八醫(yī)院麻醉科，潮州 521000)

術(shù)后認(rèn)知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)是常見的術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，是以記憶力、執(zhí)行能力、注意力或反應(yīng)速度等受損表現(xiàn)為特征，對患者的生活質(zhì)量、工作能力以及死亡率具有顯著的影響[1-2]。老年患者全麻術(shù)后出現(xiàn)POCD在骨科手術(shù)后發(fā)生率高達(dá)56%[3]，其癥狀可持續(xù)數(shù)周至數(shù)月。低氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)是一種能激活基因參與細(xì)胞適應(yīng)缺氧和血管化的轉(zhuǎn)錄因子[4]。有研究報(bào)道異氟烷可短暫增加體內(nèi)和體外HIF-1α蛋白的積聚[5]。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain derived neutrophic factor，BDNF)是神經(jīng)營養(yǎng)因子家族的成員之一。BDNF主要在海馬和皮質(zhì)表達(dá)，與認(rèn)知功能有關(guān)[6]。有研究發(fā)現(xiàn)，全身麻醉患者術(shù)后血漿BDNF水平明顯降低[7]。筆者在本研究旨在探討全身麻醉后老年患者血清HIF-1α和BDNF水平的變化以及兩者與POCD之間的關(guān)系，為POCD的預(yù)防和治療提供一定的參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1臨床資料 選取2015年1月—2017年1月在我院住院治療，擇期行全身麻醉下單側(cè)全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的老年患者90例，男62例，女28例，年齡65～80歲，平均年齡(71.2±8.2)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡≥65歲，初次行單側(cè)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)；②所有患者根據(jù)美國麻醉醫(yī)師協(xié)會(ASA)分級為Ⅰ～Ⅲ級；③患者認(rèn)知功能正常，無神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病，未服用抗精神類藥物；④經(jīng)醫(yī)院倫理委員會同意，患者自愿參加，并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往有腦外傷、腦血管疾病等病史；②有認(rèn)知功能障礙等明確病史；③酗酒；④有精神疾病，服用抗精神類藥物；⑤有嚴(yán)重肝腎功能損害，心功能不全等；⑥有血液系統(tǒng)疾病或糖尿病、合并甲狀腺功能異常等內(nèi)分泌系統(tǒng)疾??；⑦有嚴(yán)重肺部感染、尿路感染等表現(xiàn)；⑧髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良或有嚴(yán)重創(chuàng)傷的患者。

1.2麻醉方法 手術(shù)前禁食8～10 h，禁水4 h。進(jìn)入手術(shù)室并確認(rèn)患者后，常規(guī)監(jiān)測心電圖、脈搏、血氧飽和度和呼吸頻率。行橈動脈穿刺做有創(chuàng)動脈壓監(jiān)測，并使用Narcotrend監(jiān)測器測量麻醉深度。所有患者均接受氣管內(nèi)全麻，麻醉誘導(dǎo)通過靜脈注射咪達(dá)唑侖(0.05～0.1 mg·kg-1)、依托咪酯(0.2 mg·kg-1)、芬太尼(3～5 μg·kg-1)和順式阿曲庫銨(0.2 mg·kg-1)。插管后進(jìn)行機(jī)械通氣，維持呼氣末二氧化碳分壓(PETCO2)4.655～5.32 kPa。吸入1.0%異氟烷，間斷輸注丙泊酚、瑞芬太尼和順阿曲庫銨維持術(shù)中麻醉，維持Narcotrend指數(shù)在D2-E1。記錄尿量、輸血量和出血量，血流動力學(xué)保持穩(wěn)定。術(shù)后給予鎮(zhèn)痛，使用視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)用于疼痛的評估(0分：無痛，10分：最痛)，以維持VAS評分≤3分。

1.3蒙特利爾認(rèn)知評估量表(MoCA)評分及分組 所有患者于不同時間點(diǎn)：手術(shù)前3 d(t0)和手術(shù)后第1天(t1)，第3天(t2)和第7天(t3)分別行MoCA評定患者的認(rèn)知功能狀況。MoCA評估7個認(rèn)知領(lǐng)域：視覺空間/執(zhí)行，命名，注意力，語言，抽象，延遲回憶和方向。總分范圍為0～30分，≥26分表示正常認(rèn)知。根據(jù)術(shù)后MoCA評分結(jié)果，將患者分為POCD組18例(MoCA評分<26分)和非POCD組72例(MoCA評分≥26分)。兩組間年齡、體質(zhì)量指數(shù)(BMI)、性別、麻醉時間、手術(shù)時間、術(shù)中失血量差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)，見表1。

1.4血清HIF-1α和BDNF水平檢測 在t0、t1、t2、t3，分別采集患者的空腹靜脈血3 mL，3000 r·min-1離心10 min，取上清液保存在-80 ℃冰箱集中待測。采用酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)法檢測血清HIF-1α和BDNF水平。HIF-1α和BDNF ELISA試劑盒購自北京易科攀搏生物科技有限公司。嚴(yán)格按操作說明書進(jìn)行操作。

2 結(jié)果

2.1患者不同時間段MoCA評分結(jié)果 根據(jù)MoCA評分結(jié)果，術(shù)后發(fā)生認(rèn)知障礙患者占20.0% (18/90)。t0時兩組之間MoCA評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。非POCD組術(shù)后 t1、t2時間段MoCA評分均顯著低于t0(均P<0.01)，而t3時間段MoCA評分與t0比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；POCD組在術(shù)后 t1、t2、t3時間段MoCA評分均顯著低于t0(均P<0.01)。兩組間比較，POCD組術(shù)后t1、t2、t3時MoCA評分均顯著低于非POCD組(均P<0.01)，見表2。

2.2兩組患者血清HIF-1α和BDNF水平比較 與t0時比較，POCD組血清HIF-1α水平在t1時稍增高(t=1.393，P=0.172)，在t2、t3時間則顯著升高(t=3.177，P=0.003；t=2.073，P=0.046)；與t0時間比較，POCD組血清BDNF水平在t1時稍下降(t=1.503，P=0.142)，在t2、t3時則明顯下降(t=3.089，P=0.004；t=2.333，P=0.026)；與t0時比較，t1、t2、t3時非POCD組血清HIF-1α水平略升高，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)；與t0時比較，非POCD組t1時血清BDNF水平顯著降低(t=2.470，P=0.015)，在t2、t3時稍下降，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)。t0時兩組間血清HIF-1α、BDNF水平分別比較，均差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)；t2時POCD組患者血清HIF-1α水平明顯高于非POCD組(t=2.528，P=0.013)；在t2、t3時POCD組血清BDNF水平明顯低于非POCD組(t=2.622，P=0.010；t=2.900，P=0.047)，見圖1，2。

表1 兩組患者一般資料比較

表2 兩組患者不同時間段MoCA評分結(jié)果

圖1 兩組患者不同時間血清HIF-1α水平的變化

圖2 兩組患者不同時間血清BDNF水平變化

2.3POCD患者血清HIF-1α和BDNF水平與MoCA評分的關(guān)系 在POCD患者中，血清HIF-1α水平與MoCA評分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.524，P=0.026)，血清BDNF水平與MoCA評分呈正相關(guān)(r=0.528，P=0.024)，見圖3，4。

3 討論

目前，POCD尚無統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn)，其診斷依據(jù)主要是基于神經(jīng)心理測量。近年來最常用的工具是迷你精神狀態(tài)檢查(MMSE)和MoCA。而適合廣泛年齡范圍和教育水平的MoCA評分系統(tǒng)比MMSE具有更高的靈敏度和特異性[8]。研究認(rèn)為，術(shù)前焦慮極為常見，尤其是手術(shù)當(dāng)天更加明顯，這些可能會影響早期術(shù)前評估，認(rèn)為術(shù)前3 d進(jìn)行MoCA評估比較合適，盡可能減少負(fù)面情緒對評估結(jié)果的影響[9]。同時嚴(yán)格控制手術(shù)中的麻醉劑量，避免可能會影響術(shù)后認(rèn)知功能的因素，包括低氧血癥和低血壓，以獲得可比較的結(jié)果。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，POCD組t1、t2、t3時MoCA評分明顯低于t0時，而非POCD組t1、t2時MoCA評分明顯低于t0，到t3時基本恢復(fù)到正常。表明老年患者全麻后早期均會出現(xiàn)不同程度的認(rèn)知功能下降，隨著時間的延長，可自行恢復(fù)，非POCD組患者恢復(fù)更快。

圖3 血清HIF-1α水平與MoCA評分的相關(guān)性分析

圖4 血清BDNF水平與MoCA評分的相關(guān)性分析

低氧血癥以及炎癥反應(yīng)在POCD的發(fā)生機(jī)制中起到重要的作用。HIF-1α是一種機(jī)體缺氧應(yīng)答的全局性調(diào)控因子，常氧條件下HIF-1α被降解而表達(dá)很少，低氧條件下HIF-1α被激活而大量表達(dá)[10]。長時間接觸吸入麻醉劑可能導(dǎo)致術(shù)后認(rèn)知功能障礙。HIF-1α及其靶基因血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)可被吸入麻醉劑激活。CAO等[11]研究發(fā)現(xiàn)，20個月齡大鼠中暴露于異氟醚4 h后，大鼠海馬中HIF-1α和VEGF蛋白表達(dá)增加且MMP-2活化。表明海馬HIF-1α/VEGF信號傳導(dǎo)可能是異氟醚誘發(fā)認(rèn)知障礙的上游機(jī)制，從而為POCD提供預(yù)防和治療靶點(diǎn)。本研究顯示，POCD組在t2、t3時血清HIF-1α水平明顯高于t0，而非POCD組在t3時血清水平基本恢復(fù)到術(shù)前水平。進(jìn)一步分析顯示，POCD組血清HIF-1α水平與MoCA評分呈顯著負(fù)相關(guān)，說明術(shù)后血清HIF-1α水平越高，MoCA評分越低。這些結(jié)果表明，全身麻醉后老年患者血清HIF-1α水平升高，可能參與POCD的病理生理過程。BDNF在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元發(fā)育、存活和維持中非常重要。由于CNS產(chǎn)生的BDNF可迅速通過血腦屏障，因此血清BDNF水平可反映腦組織BDNF水平[12]。腦中BDNF的下調(diào)可能導(dǎo)致記憶和學(xué)習(xí)缺陷[13]。研究發(fā)現(xiàn)BDNF表達(dá)的下調(diào)可能有助于異氟烷誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙[14]。此外，組蛋白乙?；惓：蜕窠?jīng)炎癥是認(rèn)知障礙發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵因素。由異氟烷接觸引起的記憶障礙與海馬中失調(diào)的組蛋白乙酰化有關(guān)，其影響B(tài)DNF表達(dá)，從而影響B(tài)DNF下游信號通路[15]。因此，BDNF在麻醉誘導(dǎo)的認(rèn)知功能障礙中起到重要的作用。

手術(shù)誘導(dǎo)的炎癥過程可促進(jìn)POCD的發(fā)生，其機(jī)制可能是炎癥反應(yīng)直接影響神經(jīng)元功能或通過內(nèi)源性途徑的調(diào)節(jié)，如BDNF介導(dǎo)的途徑。HOVENS等[16]研究發(fā)現(xiàn)，3個月齡大鼠進(jìn)行腹部手術(shù)，術(shù)后不久就顯示出探索性活動的變化，與術(shù)后血漿IL-6水平升高相關(guān)。術(shù)后2周空間學(xué)習(xí)和記憶暫時受損。腦組織分析顯示術(shù)后7 d神經(jīng)組織炎癥增加(IL-1B和小膠質(zhì)細(xì)胞增生)，術(shù)后第14天和第21天BDNF水平降低。其研究結(jié)果表明，海馬依賴性認(rèn)知特別容易受到手術(shù)誘發(fā)的損傷。神經(jīng)組織炎癥，BDNF水平可能反映了POCD潛在的發(fā)生機(jī)制。此外，研究發(fā)現(xiàn)，全身麻醉對CNS有較強(qiáng)的抑制作用，可能造成抑郁、焦慮、POCD等，這些癥狀可能與皮層神經(jīng)元釋放的BDNF減少有關(guān)[17]。李靜等[7]研究表明，全身麻醉可降低血漿BDNF水平，并且隨著麻醉深度的減輕，CNS神經(jīng)元逐漸興奮，血漿BDNF水平一過性升高。而術(shù)后次日血漿BDNF水平下降，與術(shù)后急性應(yīng)激等誘因去除有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，與脊髓麻醉相比，全麻組血清BDNF水平明顯降低，BDNF水平與應(yīng)激激素?zé)o相關(guān)性，表明全身麻醉劑對血清BDNF水平有影響，與應(yīng)激反應(yīng)無關(guān)[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，POCD組在t2、t3時間段血清BDNF水平顯著低于t0時，各時間點(diǎn)POCD組血清BDNF水平均顯著低于非POCD組。這些結(jié)果表明，早期全身麻醉階段老年患者的POCD發(fā)病率較高可能與降低血清BDNF水平有關(guān)，BDNF可能會在一定程度上延緩POCD的發(fā)展。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析顯示血清BDNF水平與MoCA評分呈顯著正相關(guān)，表明BDNF可能是POCD的保護(hù)因子，其作用可能通過抗炎機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，全身麻醉后老年患者血清HIF-1α水平升高和血清BDNF水平降低，可能共同參與POCD病理生理過程。