鈣振蕩在異氟醚對(duì)海馬神經(jīng)元樹(shù)突脊發(fā)育中的影響

何二寧 綜述 宋興榮 審校

(1 廣西醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院暨南寧市第二人民醫(yī)院，南寧市 530031；2 廣州市婦女兒童醫(yī)療中心，廣東省廣州市 510120)

醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展，使得新生兒在出生之時(shí)就有機(jī)會(huì)接受手術(shù)，以矯正一些先天上的缺陷。目前仍處于發(fā)展中的新生兒手術(shù)，是一門(mén)精細(xì)甚至是近乎“奇跡”的先進(jìn)技術(shù)，被認(rèn)為是當(dāng)今醫(yī)學(xué)科學(xué)的重大進(jìn)展之一，目前正蓬勃發(fā)展。研究表明，出生7 d的大鼠其中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育階段約相當(dāng)于人類出生后0～6個(gè)月腦發(fā)育時(shí)期[1]。目前國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)也先后開(kāi)展新生兒、胎兒手術(shù)，已經(jīng)完成數(shù)例分娩期宮外治療的胎兒手術(shù)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高，那些不能自然妊娠的家庭逐漸開(kāi)始嘗試應(yīng)用體外受精技術(shù)，且技術(shù)趨漸成熟。但是一旦發(fā)現(xiàn)胎兒患有先天缺陷，就會(huì)成為一個(gè)家庭的陰影。新生兒手術(shù)的發(fā)展，可以讓這些先天畸形患兒獲得治療，讓父母和家人有一個(gè)健康的寶寶，這既有利于孩子，又有利于家庭的和諧和幸福。此外，目前我們國(guó)家晚婚晚育較多，以及開(kāi)放二胎，使得高齡孕婦越來(lái)越多，即便發(fā)現(xiàn)新生兒患有先天畸形，也多積極救治，不言放棄?？梢?jiàn)，新生兒手術(shù)的發(fā)展是醫(yī)療發(fā)展的結(jié)果，更是社會(huì)需求的結(jié)果。隨著技術(shù)的成熟，其應(yīng)用會(huì)越來(lái)越普遍，成功率會(huì)越來(lái)越高， 發(fā)展空間也會(huì)越來(lái)越廣闊。然而手術(shù)中吸入性麻醉藥對(duì)新生兒的影響是一個(gè)不得不面對(duì)的重要課題，而異氟醚的廣泛應(yīng)用，更應(yīng)進(jìn)行深入的研究探索。新生兒手術(shù)的開(kāi)展是對(duì)整個(gè)醫(yī)療水平的促進(jìn)，能夠促進(jìn)婦產(chǎn)科、兒科、麻醉科及護(hù)理的協(xié)調(diào)工作，共同提高醫(yī)療技術(shù)水平。胎兒手術(shù)的成功不但是對(duì)醫(yī)療人員的鼓勵(lì)，更是對(duì)新生兒家人精神上的回報(bào)，有利于家庭的和睦、社會(huì)的穩(wěn)定。

1 異氟醚致神經(jīng)元毒性的研究意義

吸入麻醉藥由于可控性好、效果確切，故而在新生兒全麻手術(shù)中廣泛應(yīng)用。但近期研究表明，異氟醚等吸入麻醉藥均有不同程度的神經(jīng)毒性，表現(xiàn)為對(duì)學(xué)習(xí)和記憶等認(rèn)知功能的損害。有研究發(fā)現(xiàn)，異氟醚會(huì)影響發(fā)育期海馬神經(jīng)元樹(shù)突棘的生長(zhǎng)及神經(jīng)元間突觸的形成，干擾神經(jīng)元環(huán)路的構(gòu)建，誘發(fā)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物長(zhǎng)期學(xué)習(xí)與記憶損傷[2]。多篇文章報(bào)道使用異氟醚可誘導(dǎo)發(fā)育期動(dòng)物腦神經(jīng)毒性作用并降低成年后的學(xué)習(xí)記憶功能[3-8]。但其具體的作用機(jī)制仍不明確。因此深入研究異氟醚致發(fā)育期海馬神經(jīng)元毒性，并采取針對(duì)性措施拮抗異氟醚對(duì)海馬神經(jīng)元樹(shù)突棘發(fā)育及突觸形成的抑制，有望為防治異氟醚神經(jīng)毒副作用提供新的思路。

2 全身麻醉藥誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的機(jī)理

研究普遍認(rèn)為，大鼠的腦組織發(fā)育高峰期是在出生后的前10 d，而人類腦組織生長(zhǎng)發(fā)育的高峰期是從妊娠的最后一個(gè)月至出生后6個(gè)月[9]，此期間任何干預(yù)突觸發(fā)生的因素皆可影響海馬的正常功能。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，越來(lái)越多的孕婦及嬰幼兒在全身麻醉下接受手術(shù)治療，因此新生兒及嬰幼兒的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育是否會(huì)受到全身麻醉藥的影響逐漸引起了關(guān)注[10]。兩項(xiàng)對(duì)新生兒期或嬰兒期接受全身麻醉和手術(shù)的患者成年以后的流行病學(xué)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，發(fā)育期不成熟的神經(jīng)元可能會(huì)在麻醉及手術(shù)期受到影響，并導(dǎo)致成年后學(xué)習(xí)功能異常[2]。與七氟醚相比，異氟醚的促凋亡作用更為顯著[11]，其損傷機(jī)制可能是鈣失調(diào)、三磷酸肌醇受體激活等，最終激活凋亡通路誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，影響神經(jīng)系統(tǒng)功能。同樣，神經(jīng)元之間突觸聯(lián)系的形成也對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)功能起著重要作用。研究表明[12]，臨床相關(guān)濃度的異氟烷及地氟烷干預(yù)16日齡成熟的Wistar大鼠2 h，并不導(dǎo)致神經(jīng)元明顯凋亡，而是抑制樹(shù)突棘的發(fā)育及突觸的形成，干擾大腦皮層形成合適的神經(jīng)元環(huán)路。因此，凋亡并不是導(dǎo)致吸入性麻醉藥物致發(fā)育期神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙的唯一原因，而在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的高峰期，任何干擾神經(jīng)元樹(shù)突棘的發(fā)育及突觸發(fā)生的因素，都會(huì)對(duì)成年后的神經(jīng)系統(tǒng)功能產(chǎn)生重大影響。

3 海馬區(qū)與吸入性麻醉藥的關(guān)系

海馬是學(xué)習(xí)、記憶的關(guān)鍵腦區(qū)，這一功能主要通過(guò)海馬神經(jīng)元以不同的方式形成突觸聯(lián)系而完成[13-14]。其突觸長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng) (LTP)是突觸可塑性的一種，而吸入麻醉藥異氟醚可抑制海馬LTP而損害學(xué)習(xí)和記憶功[15]。海馬是神經(jīng)元相對(duì)獨(dú)立的腦組織，涉及學(xué)習(xí)、 記憶和情感反應(yīng)等高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)，適合神經(jīng)元多方面的研究[16]。有研究表明，安氟醚和異氟醚對(duì)大鼠海馬神經(jīng)元自發(fā)放電活動(dòng)可產(chǎn)生明顯可逆性的抑制作用，提示海馬區(qū)是吸入麻醉劑在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的重要作用部位，吸入麻醉劑在抑制海馬神經(jīng)元興奮性同時(shí)也相應(yīng)地抑制了某些神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，但對(duì)于海馬參與全麻現(xiàn)象的確切神經(jīng)通路及具體信號(hào)傳導(dǎo)途徑尚不清楚[17]。

4 鈣振蕩與神經(jīng)元

Ca2+作為一種廣泛存在的細(xì)胞內(nèi)第二信使而激活相關(guān)蛋白質(zhì)和酶，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞功能的精細(xì)調(diào)節(jié)。神經(jīng)元在靜息狀態(tài)下胞漿內(nèi) Ca2+濃度僅為100 nmol/L，而激活后Ca2+濃度可增加至1 000 nmol/L。這種胞漿Ca2+周期性的增加和減少并以一定的振幅和頻率波動(dòng)的現(xiàn)象，稱為鈣振蕩。海馬神經(jīng)元存在自發(fā)的、本能的鈣振蕩，表現(xiàn)為胞漿內(nèi)Ca2+濃度在一定范圍、以一定頻率波動(dòng)[18-23]。發(fā)育期海馬及皮層神經(jīng)元均存在本能的鈣振蕩[24-25]。神經(jīng)元胞漿內(nèi)的鈣振蕩通過(guò)振幅和頻率的改變，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育、成熟和突觸連接的調(diào)節(jié)等方面起著重要作用。Tang等[23]研究發(fā)現(xiàn)鈣振蕩的振幅、頻率與軸突生長(zhǎng)的速度成負(fù)相關(guān)，而當(dāng)胞漿內(nèi)Ca2+濃度超出了正常值則對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)不利。

目前普遍認(rèn)為，異氟醚主要通過(guò)激活中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的γ-氨基丁酸A(GABAA)受體的功能發(fā)揮作用的。田海濤等[24]研究表明，GABAA受體參與了異氟醚導(dǎo)致新生大鼠認(rèn)知功能障礙的過(guò)程。GABAA受體激活后導(dǎo)致神經(jīng)元超極化，使神經(jīng)元處于相對(duì)受抑制的狀態(tài)， 這是在成熟并表達(dá)GABAA受體的神經(jīng)元中普遍存在的現(xiàn)象。而與成熟神經(jīng)元不同，發(fā)育期海馬神經(jīng)元GABAA受體激活以后可導(dǎo)致細(xì)胞膜去極化現(xiàn)象。此時(shí)，海馬神經(jīng)元胞漿外鈣離子通過(guò)配體門(mén)控型Ca2+通道，NMDA受體或者電壓依賴型Ca2+通道(VDCC)內(nèi)流增加，神經(jīng)元鈣振蕩增強(qiáng)[26]。研究表明[27]：發(fā)育期海馬神經(jīng)元γ-氨基丁酸能和谷氨酸能突觸傳遞序貫形成，胞漿內(nèi)中等的Ca2+濃度變化有利于棘的生長(zhǎng)和新棘的發(fā)生。

5 異氟醚與鈣濃度的關(guān)系

海馬神經(jīng)元上的鈣通道與海馬功能的發(fā)揮也有密切關(guān)系，Ca2+升高是細(xì)胞損傷的較早期事件。研究表明，刺激因子作用于細(xì)胞后，細(xì)胞凋亡前均有細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度的持續(xù)升高，并隨之出現(xiàn)DNA降解和細(xì)胞凋亡。越來(lái)越多的證據(jù)表明，吸入麻醉藥可改變細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度而導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病 (POCD、AD)[28]。在細(xì)胞學(xué)研究中，翟文慧等[26]用1.2%異氟醚處理神經(jīng)元樣PCI12細(xì)胞12 h，發(fā)現(xiàn)異氟醚可異常重新啟動(dòng)細(xì)胞周期，誘發(fā)細(xì)胞凋亡，且與Ca2+增加有關(guān)。王秋筠等[27]發(fā)現(xiàn)，異氟醚不但可通過(guò)細(xì)胞膜鈣通道引起Ca2+升高，也可通過(guò)神經(jīng)元內(nèi)鈣庫(kù)釋放Ca2+，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高從而降低神經(jīng)元活力。而Liang等[28]分別用異氟醚和七氟醚麻醉新生小鼠，發(fā)現(xiàn)二者均可通過(guò)干擾海馬細(xì)胞內(nèi)Ca2+，尤其是通過(guò)引起IP3受體過(guò)度激活，導(dǎo)致Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放增加，且異氟醚引起神經(jīng)退行性變的程度更重。大量證據(jù)指出，Ca2+穩(wěn)態(tài)在神經(jīng)退行性變過(guò)程中扮演調(diào)控者的重要角色，且Ca2+的釋放對(duì)神經(jīng)傳遞也發(fā)揮重要作用。因此他的失調(diào)可能通過(guò)影響神經(jīng)傳遞間接對(duì)認(rèn)知功能產(chǎn)生負(fù)面影響。

6 鈣濃度變化的影響

在出生0～2 d的海馬神經(jīng)元，GABAA受體興奮所致的胞膜去極化激活電壓依賴性Na+和Ca2+通道是其突觸興奮的主要來(lái)源。谷氨酸能突觸在出生后2～5 d出現(xiàn)，由于缺乏具有功能的AMPA受體，只能通過(guò)和γ-氨基丁酸能突觸協(xié)同作用而產(chǎn)生興奮效應(yīng)，其間GABAA受體興奮可以解除電壓依賴性的Mg2+對(duì)NMDA受體Ca2+通道的阻滯，使Ca2+內(nèi)流去極化而產(chǎn)生興奮效應(yīng)。Ca2+作為一種廣泛存在的細(xì)胞內(nèi)第二信使，控制著活體細(xì)胞內(nèi)眾多的細(xì)胞進(jìn)程，被認(rèn)為是GABAA受體調(diào)節(jié)神經(jīng)元發(fā)育的一個(gè)重要因子。最新的鈣動(dòng)力學(xué)研究顯示，在神經(jīng)元中過(guò)高或者過(guò)低的鈣濃度變化都會(huì)導(dǎo)致形成短小的樹(shù)突棘或者誘發(fā)樹(shù)突棘萎縮。也有研究發(fā)現(xiàn)，胞漿內(nèi)中等的Ca2+濃度變化造成棘的生長(zhǎng)和新棘的發(fā)生， 而過(guò)高的Ca2+濃度變化會(huì)造成神經(jīng)元樹(shù)突棘的萎縮。這提示了在發(fā)育期的海馬神經(jīng)元中，維持鈣振蕩于生理水平對(duì)形成形態(tài)正常的神經(jīng)元具有重要意義。但是異氟醚如何通過(guò)激活GABAA受體增強(qiáng)鈣振蕩來(lái)影響海馬神經(jīng)元樹(shù)突棘的發(fā)育，以及GABAA受體拮抗劑或者NMDA受體阻滯劑能否逆轉(zhuǎn)這一生物學(xué)效應(yīng)，其量效關(guān)系如何？目前未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)的研究報(bào)道。

深入研究異氟醚致發(fā)育期海馬神經(jīng)元神經(jīng)毒性，并采取針對(duì)性措施拮抗異氟醚對(duì)海馬神經(jīng)元樹(shù)突棘發(fā)育及突觸形成的抑制，有望為防治吸入麻醉藥神經(jīng)毒副作用提供新的思路，為臨床胎兒手術(shù)及產(chǎn)科手術(shù)時(shí)安全使用吸入全麻藥提供理論依據(jù)，具有重要的科學(xué)意義及臨床研究應(yīng)用價(jià)值。

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