老年全麻術患者血清HIF-1α，S-100β蛋白，BDNF水平及rSO2的動態檢測與圍術期神經認知紊亂的相關性分析

馬 磊，蔡親東，陳基勝

（海口市第三人民醫院麻醉科,海口 570100）

圍術期神經認知紊亂（perioperative neurocognitive disorders,PND）是全身麻醉術后常見的并發癥，常見于老年患者，臨床表現為注意力、記憶、執行功能減退及信息處理速度減慢等，PND 明顯延長住院時間，增加住院死亡率[1]。全身麻醉術后PND 的發病機制尚不清楚，可能與手術、麻醉劑毒性作用、神經炎癥反應、神經營養因子缺乏、內源性神經變性等有關[2]。探討與老年患者全身麻醉術后PND 發病相關的分子機制對于術后早期PND 識別、臨床干預均有重要意義。低氧誘導因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）是低氧狀態下機體適應性反應的調節因子，參與異氟醚誘導的認知障礙上游機制[3]。S-100β 蛋白主要存在于神經膠質細胞中，是中樞神經系統損傷的敏感標志物，在老年全身麻醉術后認知功能障礙患者中S-100β 水平也明顯升高[4]。腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是突觸可塑性，突觸之間信號傳導的中介，BDNF 水平降低與神經退行性疾病、神經疾病和精神疾病有關[5]。腦氧飽和度（cerebral regional oxygen saturation,rSO2）可反映圍術期腦組織氧供需變化和認知功能[6]，術中監測rSO2和維持rSO2穩定可降低心血管手術患者PND 發生率[7]。本研究擬通過檢測老年全身麻醉患者圍術期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化，探討其與PND 的關系，旨在為臨床PND 診治提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象 本研究獲得我院倫理委員會批準，選擇2019年3月～2020年9月海口市第三人民醫院手術室接診的141 例接受全身麻醉手術的老年患者。納入標準：①選擇全身麻醉手術治療者；②年齡60 歲以上，80 歲以下；③美國麻醉醫師協會（ASA）分級Ⅱ～Ⅲ級。排除標準：①并發嚴重基礎疾病；②術前不能良好控制的高血壓、高血糖；③接受神經叢阻滯麻醉、椎管內麻醉者；④文盲、交流障礙、無法完成量表評估；⑤既往精神疾病、神經系統疾病、阿爾茲海默癥、血管性癡呆等存在認知功能障礙者；⑥嗜酒、酒精性脂肪肝、并發心腦血管疾病、貧血、高鈉和低鈉血癥、感覺障礙者；⑦術中輸血者。男性82 例，女性59 例，年齡61～73 歲，平均年齡67.87±3.68 歲，文化程度：初中41 例，中專或大專59 例，本科41 例；ASA 分級：Ⅱ級69 例，Ⅲ級72 例；手術部位：頭頸部手術38例，胸腹部手術62 例，脊柱或四肢手術41 例。樣本數量估算方法： 假定老年全麻術后PND 發生率為25%，絕對誤差不超過3%，α=0.05，PASS 軟件正態近似法計算得出需要樣本例數為113 例，考慮脫落率20%，最終樣本例數141 例（113/1-20%）。

1.2 儀器和試劑 ALISEI 全自動酶標儀，HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 試劑盒購自北京科美東雅生物技術有限公司。美國Somanetics 公司INVOS 無創rSO2監測儀。

1.3 方法

1.3.1 血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2檢測：分別于術前，術后1 天、3 天和7 天采集空腹靜脈血5ml，取上清液置于TGL-15M 臺式微量高速冷凍離心機4℃ 3 000r/min 離心15min(離心半徑10cm)，取血清-80℃保存待檢。快速解凍血清樣品，應用酶聯免疫吸附試驗檢測血清HIF-1α,S-100β 蛋白、BDNF 水平。采用無創rSO2監測儀監測術前、術后1 天、3 天、7 天基線處rSO2變化。

1.3.2 認知功能評估：分別于術前，術后1 天、3 天、7 天評估患者認知功能。中文版蒙特利爾認知評估量表 (MoCA)[8]評估患者認知功能，評分越低認知功能越低，<26 分為異常。簡易智能精神狀態檢查量表(MMSE)[9]從定向、回憶、計算、語言、復述、執行功能與命名7 項評估，評分越低認知功能越低，<26 分為異常。以術后MoCA評分或MMSE 評分降低 ＞2 分者歸為PND 組（n=33），其余為認知功能正常組（n=108）[10]。PND 組中包括：男性20 例，女性13 例；ASA 分級：Ⅱ級16 例，Ⅲ級17 例；手術部位：頭頸部8例，胸腹部16 例，脊柱或四肢9 例；術后清醒時間12～28h，平均20.35±6.13h。認知功能正常組包括：男性62 例，女性46 例，ASA 分級：Ⅱ級53例，Ⅲ級55 例；手術部位：頭頸部30 例，胸腹部46 例，脊柱或四肢32 例；術后清醒時間12～28h，平均21.03±6.29h 。以上數據差異無統計學意義（P>0.05）。

1.4 統計學分析 SPSS 25.00 進行數據分析，HIF-1α，S-100β 蛋白，BDNF，rSO2，MMSE 評分、MoCA 評分以均數±標準差(±s)表示，不同時間點比較采用重復測量方差分析。性別、文化程度、ASA 分級、手術部位以率(%)表示，采用χ2檢驗。Pearson 相關分析HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF水平以及rSO2與MMSE 評分、MoCA 評分之間相關性，受試者工作特征曲線（ROC）分析HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2診斷老年全身麻醉患者圍術期PND 的價值。檢驗水準α=0.05。

2 結果

2.1 PND 組、認知功能正常組基線資料比較 見表1。PND 組年齡大于認知功能正常組，差異具有統計學意義（t=3.106,P<0.05），文化程度初中比例高于認知功能正常組，差異具有統計學意義（χ2=10.590,P<0.05）。

表1 PND組，認知功能正常組基線資料差異(±s,n%)

表1 PND組，認知功能正常組基線資料差異(±s,n%)

類 別PND 組（n=33）認知功能正常組（n=108）t/χ2P年齡（歲）69.35±3.4567.42±3.023.106 0.002文化程度 初中17（51.52）24（22.22） 10.517 0.001中專或大專 10（30.30）49（45.37） 2.358 0.125本科6（18.18）35（32.41） 2.408 0.115

2.2 PND 組和認知功能正常組圍術期MMSE 評分、MoCA 評分變化 見表2。PND 組和認知功能正常組圍術期間MMSE 評分、MoCA 評分變化，差異具有統計學意義（F=12.054,15.24,均P<0.001），MMSE 評分、MoCA 評分呈先降低后升高變化趨勢，差異具有統計學意義（F=6.352，7.485，均P<0.001）。PND 組和認知功能正常組MMSE評分、MoCA 評分變化存在組間和時間交互效應（F=8.005，9.467，均P<0.001），進一步組間比較，PND 組術后1 天，術后3 天，術后7 天 MMSE 評分、MoCA 評分低于認知功能正常組，差異均具有統計學意義。

表2 PND 組，認知功能正常組圍術期MMSE 評分，MoCA 評分變化(±s,分)

表2 PND 組，認知功能正常組圍術期MMSE 評分，MoCA 評分變化(±s,分)

組別n MMSE 評分MoCA 評分術前術后1 天術后3 天術后7 天術前術后1 天術后3 天術后7 天PND 組3328.42±1.05 25.15±3.26 23.15±2.16 24.05±1.6528.72±0.93 25.05±3.41 22.05±2.05 23.46±1.97認知功能正常組10828.51±0.86 27.05±0.46 26.54±0.34 27.11±0.9828.43±0.96 27.46±0.67 26.43±0.33 27.39±0.73 t 3.33015.80413.1636.96921.47717.305 P 0.0010.0000.0000.0000.0000.000

2.3 PND 組和認知功能正常組圍術期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化 見表3。PND 組和認知功能正常組圍術期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化差異具有統計學意義（F=19.356,25.134,18.094,15.346,均P<0.001）。血清HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2水平呈先升后降趨勢，BDNF 水平變化呈先降后升趨勢，差異有統計學意義（F=14.264，18.498，12.054，9.658， 均P<0.001）。PND 組和認知功能正常組血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化存在組間和時間交互效應（F=13.054，17.154，13.054，7.882， 均P<0.001），進一步組間比較，PND 組術后1，3，7 天血清HIF-1α，S-100β，rSO2蛋白水平高于認知功能正常組，差異均有統計學意義（P<0.05），而BDNF 水平低于認知功能正常組，差異具有統計學意義（P<0.05）。

表3 PND 組和認知功能正常組圍術期血清HIF-1α、S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2 變化(±s)

表3 PND 組和認知功能正常組圍術期血清HIF-1α、S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2 變化(±s)

項目PND 組（n=33）認知功能正常組（n=108）t P HIF-1α（pg/ml） 術前105.35±22.45104.91±21.93術后1d119.42±26.71a109.35±23.652.0760.040術后3d134.24±32.65a106.31±22.065.6390.000術后7d123.05±28.46a104.02±21.434.1170.000 S-100β 蛋白（μg/L） 術前0.19±0.080.18±0.07術后1d0.31±0.12a0.20±0.095.6540.000術后3d0.45±0.19a0.26±0.107.5500.000術后7d0.26±0.11a0.22±0.072.4830.017 BDNF（pg/ml） 術前152.35±35.64152.43±34.19術后1d135.15±29.35a149.42±33.522.2000.029術后3d126.35±25.06a150.24±33.913.7430.000術后7d128.05±26.49a151.42±34.083.6160.000 rSO2（%） 術前61.52±6.9461.65±6.83術后1d76.35±4.98a72.44±5.113.8690.000術后3d71.02±4.73 a65.12±4.986.0250.000術后7d65.05±5.46 a60.35±6.123.9550.000

2.4 血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2水平與認知功能的相關性 見表4。認知障礙組患者血清HIF-1α，S-100β 蛋白水平、rSO2與MoCA評分、MMSE 評分均呈負相關（均P<0.001），BDNF 水平與MoCA 評分、MMSE 評分均呈正相關（均P<0.001）。

表4 血清HIF-1α,S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2 與MoCA 評分、MMSE 評分相關系數

2.5 HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2診斷老年全身麻醉患者圍術期PND 的價值分析 見圖1 和表5。ROC 分析示HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2診斷老年全身麻醉患者圍術期PND的截斷值為113.34 pg/ml，0.33μg/L，132.15pg/ml和73%，曲線下面積（AUC）分別為0.709，0.717，0.718 和0.705，聯合檢測AUC 為0.901，高于單獨檢測，差異具有統計學意義（Z=2.415，2.323，2.326，2.469；P=0.023，0.018，0.017，0.025）。

圖1 HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2 診斷老年全身麻醉患者圍術期PND 的ROC 圖

表5 HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2 診斷老年全身麻醉患者圍術期PND 的效能

3 討論

老年患者神經功能逐漸衰退，在麻醉劑作用下更容易出現神經功能受損，其中PND 是全麻術后最常見的神經系統并發癥。由于目前缺乏統一的PND 診斷標準和有效的生物學標志物，早期對PND 識別診斷已成為臨床研究的熱點[1-2]。

HIF-1α 是細胞缺氧反應中最重要的轉錄因子，低氧血癥并發高碳酸血癥可通過促進星形膠質細胞HIF-1α轉位破壞血腦屏障，誘發認知障礙[3]。S-100β蛋白是一種低分子酸性鈣結合蛋白，在中樞神經系統星狀膠質細胞、樹突細胞中大量存在，缺血性腦損傷早期膠質細胞損傷后壞死，大量S100β 蛋白產生[9]。BDNF 在中樞神經系統有廣泛的表達，具有神經營養功能，參與神經元增殖、分化、損傷修復等病理生理過程[8]。rSO2與傳統指脈氧飽和度比較，可更準確地評估腦組織中的氧需求與消耗之間的平衡，反映大腦灌注和氧合狀態[6]。本研究發現老年全身麻醉患者圍術期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2均出現一定程度變化，其中HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2呈先增后降趨勢，BDNF 則相反，說明手術應激可引起HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2的變化，隨著手術應激消退HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2可逐漸恢復。

本研究發現PND 組圍術期HIF-1α，S-100β蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化更為顯著，表現為HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2升高更明顯，BDNF 下降幅度大于認知功能正常組，提示圍術期監測HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化有助于識別PND 的發生。相關性分析結果顯示HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2與MMSE 評分、MoCA 評分呈負相關，BDNF 與MMSE 評分、MoCA 評分呈正相關，說明HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 參與老年全身麻醉術后PND 的發生過程，HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2可用于老年全麻手術患者圍術期PND 風險評估。現有研究顯示BDNF Met/Met 基因型可能與恐慌癥患者血漿BDNF水平降低及認知障礙有關[11]，BDNF 水平與長期砷暴露所致認知障礙患者MMSE 評分呈正相關[12]。動物研究顯示大鼠顱腦損傷模型腦組織HIF-1α 表達顯著升高，水迷宮試驗平均逃避潛伏期延長，目標象限停留時間縮短，穿越平臺次數減少，提高表達大鼠平均逃避潛伏期明顯縮短，目標象限停留時間延長，穿越平臺次數增加[13]，提示當認知功能受損時HIF-1α 應激性升高，發揮保護和修復受損神經作用。汪輝德等[14]人同樣發現S-100β 蛋白，rSO2在PND 患者中升高。王飛等[15]人認為圍術期BDNF 缺乏與全身麻醉術后老年患者MMSE 評分，MoCA 評分降低有關。推測HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2參與PND 的機制為手術麻醉刺激下腦組織缺血缺氧，誘導HIF-1α表達上調，rSO2升高，缺血缺氧下神經細胞受損，BDNF表達缺失，S-100β蛋白大量釋放，進一步加重神經功能損傷。ROC 分析HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2診斷老年全身麻醉患者圍術期PND 均具有較高價值，聯合診斷可提高診斷效能，提示HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2可作為老年全身麻醉患者PND 的輔助診斷指標。

綜上，老年全身麻醉術后PND 患者圍術期血清HIF-1α，S-100β 蛋白水平、rSO2先升后降，BDNF 水平先降后升，HIF-1α，S-100β 蛋白水平、rSO2升高、BDNF 水平降低與認知功能損傷密切相關。HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2可作為老年全身麻醉術后PND 早期識別和病情評估的參考指標，在臨床推廣。