椎管內麻醉對老年髖關節置換術病人術后認知功能及NLRP3炎性小體的影響

張春麗 徐志新 陳定中 黃鈺媛

髖關節置換術既往在骨性關節炎的治療中應用廣泛，能改善關節畸形，減輕疼痛，促進關節功能恢復[1]。骨性關節炎在老年人中較常見，但對于老年病人而言，機體重要臟器衰退，神經、循環以及呼吸系統代償儲備功能低下，易增加手術風險，引起術后并發癥[2]。術后認知障礙則是老年髖關節置換術后較常見的一種并發癥，發生機制復雜，可能與年齡、低血壓、缺氧等有關，主要特點為定向力、注意力、語言功能等下降，癥狀持續時間不一，可能是數天、數月、數年或永久改變[3]。研究發現，麻醉或手術創傷可能將巨噬細胞、內皮細胞激活，促使炎癥介質釋放，如IL-1β、IL-8等炎癥因子大量釋放入血，破壞血腦屏障，引起海馬體免疫環境紊亂，損害神經元功能，表明炎癥可能參與了術后神經功能損害過程[4]。另有研究發現，核苷酸結合寡聚化域受體蛋白3(nucleotidebinding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)與IL-1β、IL-8的分泌、合成存在關聯，可通過對固有免疫系統進行調節，介導神經認知疾病的發生[5]。含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1(Caspase-1)可通過與NLRP3結合來促進IL-1β、IL-8等炎癥因子的成熟和釋放，在炎癥反應中起著核心調控作用。但目前臨床尚未明確椎管內麻醉對行老年髖關節置換術病人術后NLRP3炎性小體的影響，也尚不清楚NLRP3炎性小體是否參與了這類病人術后認知損害的過程，基于此，本研究納入115例擇期行老年髖關節置換術病人，以期進一步了解病人認知損害的發生機制，為術后早期診療提供依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取我院2018年9月至2021年4月擇期行髖關節置換術的老年病人115例。納入標準：年齡≥60歲，擬行椎管內麻醉；美國麻醉醫師協會(American Society of Anesthesiologists，ASA)分級Ⅰ～Ⅲ級；術前行血常規、心電圖等檢查提示正常；近4周內未使用過抗菌藥物；自愿簽署知情同意書者。排除標準：既往有精神疾病、心理障礙、癡呆病史者；肝功能、腎功能等臟器功能嚴重不全者；既往有吸毒史、酗酒史者；長期使用對認知功能有影響的藥物；有椎管內麻醉禁忌證，如穿刺處感染、凝血功能障礙等；語言不通、聽力受限者；合并惡性腫瘤者。其中男67例，女48例，年齡60～75歲，平均(68.32±6.24)歲；BMI：18～24，平均21.24±1.59；受教育年限3～12年，平均(7.32±3.11)年。本研究方案已獲我院倫理委員會批準(2018021)。

1.2 方法

1.2.1 麻醉方法：所有病人在無菌環境下行硬膜外腰椎L3～L4穿刺，置管固定。病人取平臥位，注射4 mL 1%利多卡因(山西晉新雙鶴藥業有限責任公司，國藥準字H11022295)，觀察5 min，若發生全脊麻現象，停止麻醉，若未出現該現象，則在手術所需時間內，每隔5 min向硬膜外腔推注3～5 mL 0.5%羅哌卡因(成都天臺山制藥有限公司，國藥準字H20052666)。

1.2.2 血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA表達檢測：分別在術前及術后3 d，采集病人3 mL空腹靜脈血，離心25 min(2500 r/min)，分離血清，存至-80 ℃環境下。采用實時逆轉錄PCR(quantitative real-time reverse transcription PCR，qRT-PCR)法測定，主要試劑為逆轉錄試劑、Trizol試劑(賽默飛世爾公司)，水乙醇、異丙醇(煙臺遠東精細化工有限公司)。經Trizol試劑對總RNA進行提取，并測定其濃度以及純度；經逆轉錄試劑合成互補DNA(cDNA)，然后行PCR擴增。引物序列：NLRP3 mRNA上、下游序列分別為5′-CCACAAGATCGTGAGAAAACCC-3′、5′-CGGTCCTATGTGCTCGTCA-3′；Caspase-1 mRNA上、下游序列分別為5′-TTTCCGCAAGGTTCGATTTTCA-3′、5′-GGCATCTGCGCTCTACCATC-3′；以β-actin為內參引物，上、下游序列分別為5′-GGCTGTATTCCCCTCCATCG-3′、5′-CCAGTTGGTAACAATGCCATGT-3′。反應條件：95 ℃ 10 min(預變性)；95 ℃ 10 min(變性)、60 ℃ 20 min(退火)、72 ℃ 15 min(延伸)，45個循環。采用2-△△CT表示目的基因表達量。

1.2.3 臨床資料收集：收集病人人口學資料，包括性別、年齡、BMI、受教育年限、是否合并高血壓和糖尿病。收集術中資料，包括手術時間、術中出血量、是否應用骨水泥、輸液量和術中出現低血壓情況。術中低血壓定義為術中平均動脈壓≤65 mmHg[3]。

1.2.4 血清IL-1β、IL-8水平檢測：另取3 mL外周空腹靜脈血，離心方式同上，存至-80 ℃環境待測。經ELISA法測定血清IL-1β、IL-8水平，試劑盒由南京卡米洛生物工程有限公司提供，根據說明書操作。

1.2.5 認知功能評估：分別在術前、術后3 d采用MMSE[6]評估病人的認知功能。總分為30分，其中文盲>17分、小學學歷>20分、初中及以上學歷>24分提示無認知障礙，否則為有認知障礙，據此將病人分成認知損害組、非認知損害組。

2 結果

2.1 病人手術前后MMSE評分比較及術后認知損害發生的單因素分析 病人術前MMSE評分為(27.45±1.01)分，術后為(22.01±3.62)分，差異有統計學意義(t=15.522，P<0.001)，其中術后認知損害35例(30.43%)，非認知損害80例(69.57%)。單因素分析結果顯示，認知損害組年齡大于非認知損害組，受教育年限低于非認知損害組，合并糖尿病、術中低血壓占比高于非認知損害組(P<0.01)，見表1。

表1 病人術后認知損害發生的單因素分析

2.2 病人術后認知損害發生的多元Logistic回歸分析 對相關變量行量化賦值，其中年齡、受教育年限以均值為界賦值，以術后是否發生認知損害為因變量(否=0，是=1)建立多元Logistic回歸模型，結果提示年齡≥68歲、糖尿病、術中低血壓是病人術后認知損害發生的危險因素，而受教育年限≥7年是術后認知損害的保護因素，見表2。

表2 病人術后認知損害發生的多元Logistic回歸分析

2.3 2組手術前后NLRP3炎性小體指標比較 2組術前血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA表達量及IL-1β、IL-8水平差異均無統計學意義(P>0.05)。認知損害組術后各指標水平均高于術前與非認知損害組(P<0.05)，而非認知損害組術后各指標水平與術前相比，差異均無統計學意義(P>0.05)，見表3。

表3 2組手術前后NLRP3炎性小體指標比較

2.4 病人術后MMSE評分與NLRP3炎性小體指標的相關性 Pearson相關分析顯示，病人術后MMSE評分與血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA表達量及IL-1β、IL-8水平均呈負相關(r=-0.601、-0.652、-0.501、-0.519，均P<0.01)。

3 討論

術后認知障礙在老年人麻醉手術后較常見，有資料顯示，年齡≥60歲的病人行非心臟手術后1周內認知損害發生率高達26%，術后3個月發生率則約為10%[7]。Oberai等[8]研究發現，行骨科手術的老年病人術后認知障礙發生率達25%～40%。因此，盡早明確術后認知障礙發生的危險因素以及機制具有重要臨床意義。有學者指出，炎癥免疫反應與認知損害發生有關，在應激反應與炎癥狀態下，機體會釋放大量去甲腎上腺素，導致認知功能、意識水平下降；此外，手術刺激所造成的炎癥介質釋放也會損害腦組織功能，增加認知障礙發生風險[9]。另有研究提示，NLRP3炎性小體能被多種危險信號、病原體激活，對因外界刺激所致的應激反應有調節作用，能促進IL-1β合成，可能通過介導炎癥誘發腦組織損害，影響認知功能[10]。因此，臨床需進一步探索NLRP3炎性小體與老年病人術后認知功能的關系，明確其在認知損害中的作用。

本研究發現，行髖關節置換術的老年病人術后MMSE評分較術前降低，術后認知損害發生率為30.43%。張益維等[11]的研究顯示，老年髖關節置換術后認知損害發生率為23.75%(19/80)，與本研究數據接近。本研究結果提示，術后認知損害發生與年齡、糖尿病、術中低血壓、受教育年限有關，其中受教育年限為保護性因素。分析原因可能如下：(1)年齡越大的病人大腦功能已經出現進行性萎縮，神經元數量變少，神經遞質、中樞內受體數量也減少，再加上這類病人身體機能減退，受麻醉藥物、手術等應激因素影響，更易出現認知損害。(2)糖尿病病人可能伴有腦微血管結構改變、基底膜厚度增加、毛細血管減少等變化，再加上手術可能致血流不通暢、腦灌注壓下調，引起缺氧損害，增加認識障礙風險。(3)術中低血壓是引起腦供血不足的重要因素，可導致自由基損傷，誘發腦部應激反應，導致認知損害。劉云霞等[12]研究發現，年齡、受教育程度、術中低血壓、糖尿病與老年髖部骨折病人人工關節置換術后認知損害發生有關，本研究結果與其基本符合。此外，該研究還發現高血壓也與認知損害發生存在關聯，而本研究結果未體現這點，這可能與本次納入的病人血壓控制效果較好有關，未因高血壓引起不良事件。

海馬體依賴性記憶缺陷通常伴有多種促炎因子水平發生變化[13]。本研究結果顯示，認知損害組術后3 d血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA、IL-1β、IL-8水平均明顯高于術前與非認知損害組(P<0.05)，而非認知損害組術后3 d上述各指標水平與術前相比，差異無統計學意義(P>0.05)，這表明NLRP3炎性小體可能參與了病人術后認知損害的過程。在機體受到應激刺激后，NLRP3炎性小體表達急劇增高，可致Caspase-1前體活化，引起其表達上調，并作用于IL-1β前體，致使免疫細胞在局部大量聚集，導致下游炎癥因子釋放，促進神經細胞凋亡，這可能是NLRP3炎性小體參與認知損害發生的一種機制[14]。已有研究發現，通過阻斷NLRP3炎性小體激活路徑能使神經炎癥得到緩解，減輕腦損傷程度[15]。且Xue等[16]的動物實驗結果提示，NLRP3能活化海馬體內小膠質細胞，損害海馬功能，這為本結論給予了一定支持。本研究中Pearson相關分析顯示，病人的MMSE評分與血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA、IL-1β、IL-8水平均呈負相關，進一步提示NLRP3炎性小體所介導的炎癥反應與病人術后認知損害發生有關。

綜上所述，實施椎管內麻醉的老年髖關節置換術病人認知損害發生可能與術后NLRP3炎性小體指標上調有關，臨床需引起重視。本研究局限性為所選取的樣本量較少，且在分析術后認知損害危險因素時，所納入的變量較少，未來還需增加樣本量與納入變量進一步對此加深探討。