全身麻醉后老年患者血清HIF-1α和BDNF水平與術后認知功能障礙的關系

王飛，姚欣耀，聶杰，曹煜

(解放軍第一八八醫院麻醉科，潮州 521000)

術后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)是常見的術后神經系統并發癥，是以記憶力、執行能力、注意力或反應速度等受損表現為特征，對患者的生活質量、工作能力以及死亡率具有顯著的影響[1-2]。老年患者全麻術后出現POCD在骨科手術后發生率高達56%[3]，其癥狀可持續數周至數月。低氧誘導因子1α(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)是一種能激活基因參與細胞適應缺氧和血管化的轉錄因子[4]。有研究報道異氟烷可短暫增加體內和體外HIF-1α蛋白的積聚[5]。腦源性神經營養因子(brain derived neutrophic factor，BDNF)是神經營養因子家族的成員之一。BDNF主要在海馬和皮質表達，與認知功能有關[6]。有研究發現，全身麻醉患者術后血漿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之間的關系，為POCD的預防和治療提供一定的參考依據。

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全髖關節置換手術的老年患者90例，男62例，女28例，年齡65～80歲，平均年齡(71.2±8.2)歲。納入標準：①年齡≥65歲，初次行單側全髖關節置換術；②所有患者根據美國麻醉醫師協會(ASA)分級為Ⅰ～Ⅲ級；③患者認知功能正常，無神經精神系統疾病，未服用抗精神類藥物；④經醫院倫理委員會同意，患者自愿參加，并簽署知情同意書。排除標準：①既往有腦外傷、腦血管疾病等病史；②有認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有嚴重肝腎功能損害，心功能不全等；⑥有血液系統疾病或糖尿病、合并甲狀腺功能異常等內分泌系統疾病；⑦有嚴重肺部感染、尿路感染等表現；⑧髖關節發育不良或有嚴重創傷的患者。

1.2麻醉方法 手術前禁食8～10 h，禁水4 h。進入手術室并確認患者后，常規監測心電圖、脈搏、血氧飽和度和呼吸頻率。行橈動脈穿刺做有創動脈壓監測，并使用Narcotrend監測器測量麻醉深度。所有患者均接受氣管內全麻，麻醉誘導通過靜脈注射咪達唑侖(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)。插管后進行機械通氣，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中麻醉，維持Narcotrend指數在D2-E1。記錄尿量、輸血量和出血量，血流動力學保持穩定。術后給予鎮痛，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蒙特利爾認知評估量表(MoCA)評分及分組 所有患者于不同時間點：手術前3 d(t0)和手術后第1天(t1)，第3天(t2)和第7天(t3)分別行MoCA評定患者的認知功能狀況。MoCA評估7個認知領域：視覺空間/執行，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分表示正常認知。根據術后MoCA評分結果，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、體質量指數(BMI)、性別、麻醉時間、手術時間、術中失血量差異均無統計學意義(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。嚴格按操作說明書進行操作。

2 結果

2.1患者不同時間段MoCA評分結果 根據MoCA評分結果，術后發生認知障礙患者占20.0% (18/90)。t0時兩組之間MoCA評分差異無統計學意義(P>0.05)。非POCD組術后 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，差異無統計學意義(P>0.05)；POCD組在術后 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，但差異無統計學意義(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，但差異無統計學意義(均P>0.05)。t0時兩組間血清HIF-1α、BDNF水平分別比較，均差異無統計學意義(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評分的關系 在POCD患者中，血清HIF-1α水平與MoCA評分呈負相關(r=-0.524，P=0.026)，血清BDNF水平與MoCA評分呈正相關(r=0.528，P=0.024)，見圖3，4。

3 討論

目前，POCD尚無統一的診斷標準，其診斷依據主要是基于神經心理測量。近年來最常用的工具是迷你精神狀態檢查(MMSE)和MoCA。而適合廣泛年齡范圍和教育水平的MoCA評分系統比MMSE具有更高的靈敏度和特異性[8]。研究認為，術前焦慮極為常見，尤其是手術當天更加明顯，這些可能會影響早期術前評估，認為術前3 d進行MoCA評估比較合適，盡可能減少負面情緒對評估結果的影響[9]。同時嚴格控制手術中的麻醉劑量，避免可能會影響術后認知功能的因素，包括低氧血癥和低血壓，以獲得可比較的結果。本研究結果發現，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時基本恢復到正常。表明老年患者全麻后早期均會出現不同程度的認知功能下降，隨著時間的延長，可自行恢復，非POCD組患者恢復更快。

圖3 血清HIF-1α水平與MoCA評分的相關性分析

圖4 血清BDNF水平與MoCA評分的相關性分析

低氧血癥以及炎癥反應在POCD的發生機制中起到重要的作用。HIF-1α是一種機體缺氧應答的全局性調控因子，常氧條件下HIF-1α被降解而表達很少，低氧條件下HIF-1α被激活而大量表達[10]。長時間接觸吸入麻醉劑可能導致術后認知功能障礙。HIF-1α及其靶基因血管內皮生長因子(VEGF)可被吸入麻醉劑激活。CAO等[11]研究發現，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蛋白表達增加且MMP-2活化。表明海馬HIF-1α/VEGF信號傳導可能是異氟醚誘發認知障礙的上游機制，從而為POCD提供預防和治療靶點。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到術前水平。進一步分析顯示，POCD組血清HIF-1α水平與MoCA評分呈顯著負相關，說明術后血清HIF-1α水平越高，MoCA評分越低。這些結果表明，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在中樞神經系統的神經元發育、存活和維持中非常重要。由于CNS產生的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的下調可能導致記憶和學習缺陷[13]。研究發現BDNF表達的下調可能有助于異氟烷誘導的認知障礙[14]。此外，組蛋白乙酰化異常和神經炎癥是認知障礙發病機制的關鍵因素。由異氟烷接觸引起的記憶障礙與海馬中失調的組蛋白乙酰化有關，其影響BDNF表達，從而影響BDNF下游信號通路[15]。因此，BDNF在麻醉誘導的認知功能障礙中起到重要的作用。

手術誘導的炎癥過程可促進POCD的發生，其機制可能是炎癥反應直接影響神經元功能或通過內源性途徑的調節，如BDNF介導的途徑。HOVENS等[16]研究發現，3個月齡大鼠進行腹部手術，術后不久就顯示出探索性活動的變化，與術后血漿IL-6水平升高相關。術后2周空間學習和記憶暫時受損。腦組織分析顯示術后7 d神經組織炎癥增加(IL-1B和小膠質細胞增生)，術后第14天和第21天BDNF水平降低。其研究結果表明，海馬依賴性認知特別容易受到手術誘發的損傷。神經組織炎癥，BDNF水平可能反映了POCD潛在的發生機制。此外，研究發現，全身麻醉對CNS有較強的抑制作用，可能造成抑郁、焦慮、POCD等，這些癥狀可能與皮層神經元釋放的BDNF減少有關[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神經元逐漸興奮，血漿BDNF水平一過性升高。而術后次日血漿BDNF水平下降，與術后急性應激等誘因去除有關。研究發現，與脊髓麻醉相比，全麻組血清BDNF水平明顯降低，BDNF水平與應激激素無相關性，表明全身麻醉劑對血清BDNF水平有影響，與應激反應無關[18]。本研究發現，POCD組在t2、t3時間段血清BDNF水平顯著低于t0時，各時間點POCD組血清BDNF水平均顯著低于非POCD組。這些結果表明，早期全身麻醉階段老年患者的POCD發病率較高可能與降低血清BDNF水平有關，BDNF可能會在一定程度上延緩POCD的發展。進一步統計分析顯示血清BDNF水平與MoCA評分呈顯著正相關，表明BDNF可能是POCD的保護因子，其作用可能通過抗炎機制實現。

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。