外周血單核細胞水平與老年術后認知功能障礙的相關性研究

鄭惠文 陳倩敏 張靖悅 任柏青 劉 超 劉天雅 王志萍

術后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction, POCD)是老年患者手術麻醉后常見的神經系統并發癥,主要表現為術后注意力、記憶力、思維能力、執行能力、視覺空間能力等較術前有一定程度的下降[1]。POCD多見于65歲以上接受重大手術的患者,在非心臟手術麻醉后早期POCD發生率為4%～41%,嚴重影響患者的生活質量[2]。目前POCD的診斷暫無統一標準,主要通過各種神經心理學測試估判,缺乏簡單有效預測的生物學標志物,然而早期的預測是預防POCD的關鍵,同時相關生物學標志物的發現有助于臨床前研究認知受損相關機制的驗證或進一步探究[3]。

研究表明,炎癥和免疫系統的過度激活與POCD密切相關[4]。單核細胞參與免疫炎性反應,是抗感染和損傷的先天性免疫防御系統的重要組成部分,其動態變化可能預示著疾病的進展[5]。近年來研究發現,單核細胞與中樞神經系統疾病也密切相關,已被證實是阿爾茨海默病、腦卒中、創傷性中樞神經系統損傷等多種神經退行性疾病的生物學標志物[6, 7]。但單核細胞與POCD的相關性研究甚少,因此,本研究擬通過觀察老年全髖關節置換術患者圍手術期外周血單核細胞及其他免疫相關的細胞學指標水平,探討其對POCD發生的預測價值,旨在為POCD的預防、診斷及相關機制的研究提供參考。

資料與方法

1.一般資料:采用前瞻性觀察性研究方法,選取2021年10月～2022年3月于徐州醫科大學附屬醫院全身麻醉下行擇期全髖關節置換術的96例老年患者。納入標準:①年齡≥65歲;②美國麻醉醫師協會(American Society of Anesthesiologists, ASA)分級≤Ⅲ級; ③擇期行全髖關節置換術。排除標準:①術前簡易精神狀態量表(mini-mental state examination, MMSE)評分<24分;②臨床明確診斷心臟、肺、肝臟、腎臟功能不全;③患有精神分裂癥、癲癇、帕金森病、重癥肌無力、癡呆或臨床上明顯的神經血管疾病;④拒絕或無法完成神經認知評估的患者。剔除標準:①發生頑固性低血壓、大出血等嚴重圍術期并發癥;②術后入ICU;③術后失訪。本研究已通過徐州醫科大學附屬醫院醫學倫理學委員會批準(倫理學審批號:XYFY2021KL202-0),且與患者或家屬簽署知情同意書。

2. 麻醉方法:患者入室后連接監護系統,行心電圖、脈搏血氧飽和度、呼吸末二氧化碳分壓、無創及有創血壓、腦電雙譜指數(bispectral index, BIS)和體溫監測。所有患者均采用舒芬太尼0.5μg/kg,依托咪酯0.3mg/kg,順式阿曲庫銨0.15mg/kg或羅庫溴銨0.6mg/kg靜脈麻醉誘導。誘導后予以氣管插管,機械通氣10～14次/分,潮氣量6～8ml/kg。靜吸復合麻醉維持,予以七氟烷1.0%～1.5%、丙泊酚1～3mg/(kg·h)、瑞芬太尼0.1～0.3μg/(kg·min),術中隨時調整麻醉藥物用量,使BIS維持在40～60,根據情況追加肌肉松馳藥。術中維持血壓波動幅度不超過基礎值的20%。術后統一采用靜脈自控鎮痛泵緩解疼痛,舒芬太尼1.5μg/kg+地佐辛0.25mg/kg+托烷司瓊6mg,用0.9%氯化鈉溶液稀釋至100ml,背景滴注速率2ml/h,每次追加劑量0.5ml,鎖定時間15min。術后若疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale,VAS)>4分時,靜脈注射50mg氟比洛芬酯補救鎮痛。所有患者術中均靜脈滴注頭孢類抗生素。

3.認知功能評估:術前1天及術后7天分別應用MMSE評分評估患者認知功能,為盡量減少偏差,測試在一天的同一時間及相同環境中進行。患者術后7天的MMSE評分較術前減少2分及以上認為發生POCD,根據是否發生POCD將患者分為POCD組和非POCD組[8, 9]。

4.觀察指標:記錄患者年齡、性別、體重、身高、體重指數(body mass index, BMI)、ASA分級、受教育水平、吸煙情況、飲酒情況、既往病史(高血壓、糖尿病、冠心病)、手術時間、麻醉時間、術中總輸入量、術中估計失血量、拔管時間、住院時間等一般資料。記錄術前及術后7天MMSE評分、術后1～7天疼痛VAS評分,并記錄最高值。既往研究顯示,行全關節置換術后淋巴細胞與單核細胞比值(lymphocyte-to-monocyte ratio, LMR)、中性粒細胞與淋巴細胞比值(neutrophil-to-lymphocyte ratio,NLR)等免疫炎性指標均在術后第1天達到峰值[10]。因此,記錄術前及術后1天外周血單核細胞、淋巴細胞、中性粒細胞等實驗室指標(均為徐州醫科大學附屬醫院擬行全髖關節置換術患者常規檢查項目,由檢驗室常規檢驗),并計算LMR、NLR及其手術前后的差值(△LMR、△NLR)。

5.樣本量計算:采用受試者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線的方法估計樣本量。預計單核細胞對POCD預測價值的ROC曲線下面積(area under the curve, AUC)為0.700,全髖關節置換術老年患者術后1周POCD發生率約為30%。統計檢驗能力(1-β)取80%,Ⅰ型錯誤率(α)為5%(雙側),采用PASS 15.0軟件計算樣本量,為77例,考慮20%脫落率,預計納入96例。

結 果

1.一般資料和臨床指標比較:最終有96例患者納入本研究,其中26例患者術后7天發生POCD(27.08%)。兩組患者性別、年齡、BMI、ASA分級、受教育程度、吸煙情況、飲酒情況、既往病史、術前MMSE評分、手術時間、麻醉時間、術中總輸入量、術中估計失血量、術中輸血情況、拔管時間及術后疼痛情況等差異均無統計學意義(P>0.05,表1)。與術前比較,術后單核細胞、淋巴細胞、中性粒細胞水平、LMR、NLR均明顯改變(P<0.05)。兩組患者術前和術后單核細胞水平比較,差異均有統計學意義(P<0.05),POCD組均明顯高于非POCD組;兩組患者術前LMR和△LMR比較,差異均有統計學意義(P<0.05),POCD組均明顯低于非POCD組(表2)。POCD組和非POCD組患者術前淋巴細胞、中性粒細胞、NLR及術后淋巴細胞、中性粒細胞、LMR、NLR、△NLR比較,差異均無統計學意義(P>0.05,表2)。

表1 兩組患者一般資料和臨床指標比較

表2 兩組患者手術前后實驗室檢查指標比較

2.ROC曲線分析:采用ROC曲線評價術前外周血單核細胞水平對POCD的預測效能。術前外周血單核細胞預測行全髖關節根治術的老年患者早期發生POCD的最佳截斷值為0.55×109/L,AUC為0.729(95% CI:0.618～0.840,P<0.05),其敏感度和特異性分別為53.9%和85.7%(圖1)。

圖1 術前外周血單核細胞水平預測POCD的ROC曲線

3.危險因素分析:術前單核細胞和術前LMR和△LMR存在多重共線性(VIF>10),排除預測能力低的變量。POCD的單因素Logistic回歸分析結果顯示,受教育水平、術前及術后單核細胞對POCD的影響差異有統計學意義(P<0.05)。受教育水平低、術前及術后單核細胞水平高的患者POCD的發生風險會增加。將單因素分析中P<0.05的變量納入多因素Logistic回歸分析,在校正了其他影響因素后,結果顯示,術前外周血單核細胞水平與POCD的發生獨立相關(OR=2.725,95% CI:1.506～4.930,P<0.05,表3)。

表3 POCD患者相關危險因素的多因素Logistic回歸分析

討 論

POCD是老年患者手術和麻醉后常見的神經退行性疾病,2018年有學者提出將其更名為“圍術期神經認知功能紊亂(perioperative neurocognitive disorders, PND)”[11]。本研究中老年患者行全髖關節置換術后POCD發生率為27.08%,與既往文獻報道基本一致[12]。POCD的早期診斷對患者具有重要意義,尋找簡單有效的POCD生物學標志物是POCD防治的關鍵。本研究發現,術前外周血單核細胞高水平與POCD發生相關,且校正混雜因素后相關性仍然存在,是POCD的獨立危險因素。

研究表明,免疫炎性反應是POCD發生、發展的重要機制,手術創傷引起的外周炎性細胞因子可通過血-腦脊液屏障進入中樞神經系統,進而影響神經認知功能[13]。單核細胞是一類來源于骨髓祖細胞的白細胞,對感染和損傷進行免疫防御具有重要作用,近年來對腦功能的影響也被越來越多地認識到。在創傷、慢性應激、感染等病理條件下,單核細胞可透過受損的血-腦脊液屏障,分化為巨噬細胞,通過分泌炎性介質促進神經炎癥,且與膠質細胞相互作用使突觸受損,影響神經元功能[14]。Chen等[15]研究發現,手術和麻醉后單核細胞中炎性小體NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)過度激活,中樞白細胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)增加,導致神經元活動減退、學習依賴的樹突棘形成障礙,進而導致POCD。術前消耗外周血單核細胞或使NLRP3炎性小體失活可降低中樞IL-1β水平,可以改善小鼠的神經元受損和行為異常情況。本研究結果與既往基礎研究一致,相較于老年行全髖關節置換術后未發生POCD的患者,POCD患者術前單核細胞水平更高,術前單核細胞水平可以預測POCD的發生。

Berger等[16, 17]研究表明,手術前后腦脊液中單核細胞水平變化與術后POCD發生密切相關。Mocco等[18]研究表明,術前高單核細胞水平是頸動脈內膜切除術后早期POCD的危險因素。而本研究納入了對血管創傷更小的老年常見手術,并補充了手術前后其他外周免疫細胞學指標,根據多因素Logistic回歸及ROC曲線分析探究了相較于腦脊液更簡單方便的外周血單核細胞水平與POCD的相關性。Zhao等[19]研究表明,在胃腸手術患者中,術前LMR及術前和術后7天LMR的動態變化與POCD密切相關,但是在本研究中發現,相較于LMR,單核細胞與POCD的相關性更高。此外,本研究也納入了手術前后中性粒細胞水平,并計算了NLR值,但均未發現與POCD存在相關性,這也與既往研究不符[20, 21]。這些可能與納入的手術方式以及術前患者的炎癥基礎情況不同有關,相較于既往研究,本研究納入的擬行全髖關節置換患者術前炎性指標更高,且術中抗生素的應用預防性減少患者術后炎性反應,降低了術后各免疫細胞學指標的動態變化。

本研究尚存在一定的局限性:①研究僅使用了MMSE評分作為POCD的診斷標準,雖然本研究納入的患者學歷普遍較低,但是考慮到MMSE的天花板效應仍存在對于輕度POCD漏診的可能;②本研究僅探究了術后1天外周血單核細胞水平,并未進行遠期監測,未關注術后多時間點的動態變化情況;③本研究樣本量偏小且僅納入全髖關節置換術單一術式,未來需要進一步擴大樣本量并進行多術式、多中心研究,進一步明確免疫細胞與POCD的關系。

綜上所述,術前外周血單核細胞水平升高是POCD發生的危險因素,麻醉和手術后外周單核細胞透過受損的血-腦脊液屏障,促進中樞炎性反應,進而影響認知功能。與術后標志物不同,單核細胞水平作為術前標志物,可以提前預測POCD的潛在風險,有助于進一步完善手術和麻醉計劃,且血常規作為術前常規檢查項目,患者術前單核細胞水平應更加引起重視。