右美托咪定對單肺通氣大鼠術后早期空間記憶功能的影響*

鮑　沖， 金　哲， 柯劍娟， 陳　凱， 王焱林

(武漢大學中南醫(yī)院， 湖北 武漢　430071)

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右美托咪定對單肺通氣大鼠術后早期空間記憶功能的影響*

鮑沖， 金哲， 柯劍娟， 陳凱， 王焱林**

(武漢大學中南醫(yī)院， 湖北 武漢430071)

目的： 探討右美托咪定對單肺通氣大鼠術后早期空間記憶能力的影響。方法： 選擇雄性SD大鼠72只，月齡10～11月，隨機分為雙肺通氣組(TLV組)、單肺通氣組(OLV組)和右美托咪定組(DEX組)；DEX組于誘導前30 min腹腔注射鹽酸右美托咪定25 μg/kg，TLV組與OLV組給予等量生理鹽水腹腔注射；各組大鼠采用異氟烷誘導并維持麻醉，經口氣管插管，TLV組全程雙肺通氣，OLV組和DEX組雙肺通氣5 min后采用插入過深法行單肺通氣，90 min后恢復雙肺通氣30 min；每組各取6只大鼠，行右頸內靜脈、左側頸總動脈逆血流置管，以開始單肺通氣0、30、60、90和120 min時 (分別記作T0、T1、T2、T3、T4)采集右頸內靜脈和左側頸總動脈血行血氣分析，計算腦氧攝取率(CERO2)；各組剩余18只大鼠，于術前5 d開始每天行Morris水迷宮定向航行訓練，并于術后第1 、3 、7 天時行空間探索實驗，記錄各組大鼠逃避潛伏期、目標象限停留時間和穿臺次數(shù)。結果： 隨著術后通氣時間延長，各組CERO2逐漸上升(P<0.01)，OLV組在T1至T4時點CERO2明顯高于TLV組(P<0.01)，恢復雙肺通氣后，仍高于TLV組；DEX組在T1至T4時點CERO2均明顯低于OLV組(P<0.05或P<0.01)；各組大鼠隨著術前訓練天數(shù)的增加，逃避潛伏期逐漸縮短(P<0.01)；OLV組在術后第 1、3、7 天，逃避潛伏期均較TLV組明顯延長(P<0.01)，目標象限停留時間縮短(P<0.01)，穿臺次數(shù)減少(P<0.01)；DEX組在術后第 1、3、7 天逃避潛伏期均短于OLV組，且目標象限停留時間增加，穿臺次數(shù)增加(P<0.05)。結論： 右美托咪定可以改善單肺通氣大鼠術后早期空間記憶功能，其機制可能與降低腦組織氧耗有關。

右美托咪定； 單肺通氣； 腦氧攝取率； 認知功能障礙

[Abstract]Objective: To investigate the effect of Dexmedetomidine on the early spatial memory function in rats undergoing one-lung ventilation surgery. Methods: 72 male sprague-dawley rats were randomly divided into 3 groups with 24 of each: group of two-lung ventilation (group TLV)，group of one-lung ventilation(group OLV) and group of one-lung ventilation accompanied with the injection of Dexmedetomidine(group DEX). Group DEX received Dexmedetomidine by intraperitoneal injection with a dose of 25 μg/kg in 30 minutes before induction, while an equal volume of saline was given to group TLV and group OLV at the same time. All three groups receive isoflurane anesthesia (with a flow of 1.5%), two-lung ventilation were given for 5min after intubation for each group followed by one-lung ventilation for 90min and lung inflate for 30min for group OLV and group DEX while only two-lung ventilation were given for group TLV. 6 rats of each group were chosen randomly to capture blood samples from left carotid artery and right internal jugular vein at the time of the beginning(T0), 30 min(T1), 60 min(T2)，90 min (T3) of one-lung ventilation and 30 min after lung inflate (T4) for blood gas analysis to calculate CERO2. The remaining rats in each group were divided randomly into 3 subgroups with 6 of each. The spatial memory function was evaluated by Morris Water Maze(MWM). The place navigation test was taken for five consecutive day before ventilation. The 3 subgroups had the spatial probe test respectively on 1, 3 or 7 post-operative day (post-1d, post-3d, post-7d) for detecting escape latency(EL), percentage of time spend in target quadrant and times of cross over the platform. Results: CERO2in every groups increased gradually while ventilation. Compared with group TLV, CERO2increased significantly at T1、T2、T3、T4in group OLV(P<0.01) . Compared with group OLV, CERO2were lower in group DEX at T1、T2、T3、T4(P<0.05 orP<0.01). EL shortened gradually in each training day(P<0.01) and no difference among groups. Compared with group TLV, EL prolonged in group OLV at 1、3、7 post-operative days(P<0.01). Compared with group OLV, EL shortened, times of cross over the platform and percentage of time spend in target quadrant enhanced at 1、3、7 postoperative days in group DEX (P<0.05 orP<0.01). Conclusions: Dexmedetomidine improves early spatial memory function in rats undergoing one-lung ventilation, the mechanism may be related with reducing oxygen consumption in the brain.

[Key words]dexmedetomidine; one-lung ventilation; cerebral oxygen uptake rates; cognitive dysfunction

術后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction,POCD)表現(xiàn)為麻醉和手術后出現(xiàn)的學習、空間記憶等功能的減退，早期術后認知功能障礙通常指術后1周內出現(xiàn)的認知功能減退，可延長住院日，增加醫(yī)療負擔，近年來在臨床受到重視。POCD的發(fā)生機制復雜，可能涉及到神經炎性反應及腦氧供需平衡失調[1-2]。單肺通氣(one-lung ventilation, OLV)廣泛用于各類心胸外科手術，可有效改善手術視野，但這種非生理性通氣方式，不可避免的導致了通氣/血流比失調，并對組織氧供產生影響，從而增加POCD的發(fā)生率[3-4]。鹽酸右美托咪定(dexmedetomidine,DEX)是高選擇性的α2受體激動劑，具有穩(wěn)定的鎮(zhèn)靜效益[5]。研究證明，DEX在器官缺血、缺氧性損傷中有器官保護作用[6-7]。本研究擬通過Morris水迷宮觀察鹽酸右美托咪定對單肺通氣大鼠術后腦氧攝取率(CERO2)及空間記憶功能的影響，探討其是否能夠調節(jié)單肺通氣時的腦氧供需平衡，為臨床麻醉提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

健康雄性SD大鼠72只，月齡10～11月，體重(260±20)g，由湖北省預防科學院疾病預防控制中心動物實驗中心提供，飼養(yǎng)于武漢大學中南醫(yī)院動物實驗中心SPF級動物房。大鼠呼吸機為美國KENT公司TOPO動物呼吸機。大鼠Morris水迷宮：直徑160 cm、深50 cm的圓形水池，內壁黑色，池內水深30 cm，自動控溫在(26±1)℃，房間內光照恒定，無光線直射在水池內，將水池均分為4個象限，第3象限(目標象限)中央放置一直徑為12 cm，高28 cm的圓形黑色高臺，臺面位于水下2 cm，池壁內等距貼有4個不同形狀的標記。采用西班牙Panlab公司的SMART 3.0軟件進行行為學分析。

1.2方法

1.2.1動物分組適應性飼養(yǎng)7 d后，大鼠隨機分為雙肺通氣組(TLV組)，單肺通氣組(OLV組)及右美托咪定組(DEX組)，每組24只。溫度24 ℃，濕度60%，通風良好，自由進食及飲水，光周期為12 h(7∶00開燈)條件下飼養(yǎng)，開始行為學實驗前3 d分籠飼養(yǎng)。

1.2.2適應性訓練每組各選18只，于術前5 d，每天14～16時行Morris水迷宮定向航行訓練。訓練時，分別于各象限標記點將大鼠面向池壁放入水中，記錄大鼠自入水點到找到并爬上固定平臺所需時間(潛伏期)；如果大鼠在60 s內未找到平臺，則人為引導大鼠到達平臺且停留30 s，此時潛伏期記為60 s。每日14∶00～18∶00進行測試，4次/d，4次潛伏期成績的均值記為當日成績。由SMART3.0系統(tǒng)采集和分析大鼠的逃避潛伏期。

1.2.3動物模型制備各組24只大鼠置于透明誘導箱中經異氟烷誘導麻醉后，經口明視下氣管插管，置管深度距門齒5 cm，吸入氧濃度 100%，呼吸頻率 60次/min，壓力控制模式下行雙肺通氣5 min，1.5%異氟烷維持麻醉，5 min雙肺通氣完成時記作0 min[8]。TLV組: 誘導前30 min腹腔注射生理鹽水6.25 mL/kg，0 min后呼吸頻率 60次/min，壓力控制模式下行雙肺通氣120 min。OLV組：誘導前30 min腹腔注射生理鹽水6.25 mL/kg，0 min后將氣管導管插入過深，距門齒10 cm，氣囊充氣0.3 mL，通過胸廓起伏及聽診器聽診確認右肺單肺通氣，在呼吸頻率80次/min，壓力控制模式下行單肺通氣90 min后氣管導管退至距門齒5 cm，恢復雙肺通氣30 min[9]。DEX組：誘導前30 min腹腔注射25 μg/kg(DEX用0.9% NaCl溶液稀釋成4 mg/L，即DEX用量為 6.25 mL/kg)DEX，其余操作同OLV組。

1.2.4CERO2每組取6只未行適應性訓練的大鼠，于誘導后插管前，沿頸部正中切開皮膚，游離右頸內靜脈、左側頸總動脈，分別逆血流方向置管。于0、30、60、90和120 min(分別記作T0、T1、T2、T3、T4)時，采集右頸內靜脈、左側頸總動脈血各0.2 mL即刻送血氣分析。根據(jù)Fick公式計算CERO2[10]。

1.2.5認知功能檢測每組分別于術后第1、3、7天各取6只大鼠行Morris水迷宮空間探索試驗，記錄大鼠的逃避潛伏期、目標象限停留時間及穿臺次數(shù)。

1.3統(tǒng)計學分析

2　結果

2.1CERO2

與T0時點比較，隨著通氣時間延長，TLV組CERO2逐漸上升；OLV組、DEX組在單肺通氣期間CERO2漸上升，在T3達到峰值(P<0.01),恢復雙肺通氣后，CERO2下降。組間比較，各組在T0時點，CERO2差異無統(tǒng)計學意義；隨著單肺通氣時間延長，OLV組在T1至T4時點的CERO2明顯高于TLV組(P<0.01)。DEX組在單肺通氣期間CERO2明顯低于OLV組，恢復雙肺通氣后仍低。見表1。

表1　3組大鼠各時點

與T0比較，(1)P<0.01,(2)P<0.05；與TLV組比較，(3)P<0.01,(4)P<0.05;與OLV組比較，(5)P<0.01,(6)P<0.05

2.2Morris水迷宮行為學檢測

各組大鼠隨著術前訓練天數(shù)的增加，逃避潛伏期逐漸縮短(P<0.01)，各組術前組間比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。術后各組大鼠逃避潛伏期都較術前延長。同TLV組比較，術后第1、3及7天，OLV組逃避潛伏期均明顯延長(P<0.01)，目標象限停留時間縮短(P<0.01)，穿臺次數(shù)減少(P<0.01)。同OLV組比較，術后第1、3及7 天，DEX組逃避潛伏期明顯縮短，目標象限停留時間延長，穿臺次數(shù)增加(P<0.01或P<0.05)。見表2、表3。

3　討論

POCD最早于1955年提出，其發(fā)生受到年齡、基礎疾病、手術及麻醉方式、持續(xù)時間等多種因素的影響[11-12]。其發(fā)病機制涉及神經、內分泌等多系統(tǒng)，尚待深入研究。目前，對其機制的研究主要集中在炎性應激與腦組織氧供不足兩方面。腦組織具有高灌注高代謝低儲備的特點，對缺血缺氧的耐受性較差。隨著胸科手術量的增加，經單肺通氣手術后的POCD受到越來越多的關注。行單肺通氣時，肺循環(huán)血流重新分布，流經非通氣側肺的血液未經氧合，導致腦氧飽和度下降。研究證實單肺通氣期間腦氧飽和度下降，其會導致術后認知功能的改變[13-14]。CERO2為腦組織在單位時間內消耗的氧量，排除了血紅蛋白濃度的影響[15]。CERO2增加，說明腦氧攝取增加，腦血流相對于腦氧耗不足；CERO2降低，提示腦氧攝取減少，腦血流相對于腦氧耗過剩。本研究通過檢測CERO2反應腦氧供需平衡，其結果顯示隨著通氣時間延長，各組CERO2均升高，腦氧耗逐漸增加。同TLV組比較， OLV組CERO2值于在單肺通氣后各個時點升高更顯著，腦組織需氧量明顯增加，氧供相對不足。從Morris水迷宮的結果分析，OLV組大鼠術后第1 、3 和7天時逃避潛伏期均較TLV組延長，目標象限停留時間縮短，穿臺次數(shù)減少，說明單肺通氣后，大鼠術后早期空間記憶能力出現(xiàn)明顯減退。

表2　3組大鼠術前Morris水迷宮透應性訓練逃避潛伏期

(1)與術前5 d比較，P<0.01

表3　3組大鼠術后Morris水迷宮空間探索實驗結果

與TLV組同指標比較，(1)P<0.01；與OLV組同指標比較，(2)P<0.01,(3)P<0.05

選擇性α2受體激動劑右美托咪定，具有抑制交感神經、鎮(zhèn)靜、遺忘等作用[16]。大量研究證明DEX在肝臟、腎臟、腸等組織的缺血、缺氧及再灌注損傷中具有器官保護作用。在大腦缺氧缺血的實驗模型中，DEX顯示出了降低CERO2，減輕缺氧缺血性腦損傷，并改善腦損傷后神經功能的預后的作用[17-19]。Sanders等研究證明了DEX對成年大鼠的神經保護呈現(xiàn)出劑量依賴效應；進一步研究顯示，同更小的劑量相比，25～50 μg/kg的劑量可以產生良好的神經保護作用[20]。因此本研究在誘導前30 min腹腔注射25 μg/kg劑量的DEX，來觀察其是否能降低單肺通氣期間的CERO2，以及能否改善單肺通氣大鼠術后的空間記憶能力。

本研究顯示，腹腔注射DEX后，單肺通氣期間，CERO2仍上升。相對于未給予DEX的OLV組，DEX可以有效降低單肺通氣期間及恢復雙肺通氣后的各個時點的CERO2，即右美托咪定可以降低單肺通氣期間腦組織氧耗。從Morris水迷宮的結果分析，DEX組大鼠在術后第1、3、7天逃避潛伏期均較OLV組縮短，目標象限停留時間延長，穿臺次數(shù)增加，即DEX可以改善單肺通氣后的空間記憶能力。

綜上所述，DEX可改善單肺通氣大鼠術后空間記憶能力，其機制可能與改善腦氧供需平衡相關。

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(2016-02-12收稿，2016-07-11修回)

中文編輯： 文箐潁； 英文編輯： 劉華

Dexmedetomidine Improves the Early Spatial Memory Function in Rats Undergoing One-lung Ventilation

BAO Chong, JIN Zhe, KE Jianjuan, CHEN Kai, WANG Yanlin

(DepartmentofAnesthesiology,ZhongnanHospitalofWuhanUniversity,Wuhan430071,Hubei,China)

國家自然科學基金項目(81471858)

Email:wyl0342@sina.com

R453.9； R35.33

A

1000-2707(2016)08-0891-05

10.19367/j.cnki.1000-2707.2016.08.006

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網(wǎng)絡出版時間：2016-08-23網(wǎng)絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.5012.R.20160823.1343.046.html