全麻藥對發(fā)育期大腦神經(jīng)毒性的研究進展

宋興榮

（廣州醫(yī)科大學附屬廣州市婦女兒童醫(yī)療中心麻醉科，廣東廣州510623）

麻醉是進行手術(shù)或部分檢查之前必不可少的醫(yī)療措施，據(jù)統(tǒng)計美國每年約10%的兒童需要在麻醉下行手術(shù)、檢查等診療操作，其中95%為全身麻醉［1］。妊娠期非產(chǎn)科手術(shù)的發(fā)生率為0.75%～2.0%，大部分此類手術(shù)需要在全身麻醉下進行［2］。全麻藥主要作用于N-甲基-D天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptors，NMDAR）和γ-氨基丁酸受體（γ-aminobutyric acid receptors，GABAAR）。且全麻藥脂溶性高，分子量小，易透過血腦屏障和胎盤。因此，全麻藥可能對胎兒和嬰幼兒發(fā)育的大腦具有毒性作用。近20年來，大量臨床前研究表明，臨床常用全麻藥可致發(fā)育的大腦病理損傷，及遠期行為學異常。部分臨床回顧性研究也表明生命早期全麻藥暴露可致遠期認知功能障礙。為此，美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）在2016年對全麻藥和鎮(zhèn)靜藥使用發(fā)出安全警告：3歲以下兒童或妊娠晚期重復或長時間（＞3 h）使用全麻藥和鎮(zhèn)靜藥物會影響兒童大腦的發(fā)育［3］。該警告將全麻藥對發(fā)育大腦的神經(jīng)毒性問題推向高峰。由于機制不明，且臨床數(shù)據(jù)多來源于回顧性研究，因此，F(xiàn)DA強烈呼吁更多的證據(jù)和明確的機制，尤其是妊娠期全麻藥暴露對子代神經(jīng)發(fā)育的影響。鑒于此，結(jié)合發(fā)育大腦的特點，對全麻藥發(fā)育期神經(jīng)毒性的臨床前及臨床研究作一綜述。

1 發(fā)育期大腦的解剖及生理特性

腦發(fā)育遵循有組織的、預先確定的模式，雖然大腦在子宮內(nèi)經(jīng)歷了最快速和最重要的物理和化學變化，但影響大腦結(jié)構(gòu)的許多過程，包括突觸發(fā)生和修剪、神經(jīng)環(huán)路的精確化、髓鞘形成一直持續(xù)至成年期［4］。在人類，神經(jīng)細胞增殖的高峰期在5～25孕周，遷移主要發(fā)生在12～20孕周內(nèi)，隨神經(jīng)膠質(zhì)細胞的支架遷移到皮質(zhì)的最終目的地。從妊娠19周到出生后4周為神經(jīng)細胞快速凋亡時期，可致神經(jīng)元細胞減少50%～70%。而突觸發(fā)生，在妊娠20周左右開始，出生后迅速增加，在1～2歲時，突觸的數(shù)量比成人多50%，稱為“發(fā)育峰期”，多余的突觸經(jīng)過修剪使神經(jīng)環(huán)路優(yōu)化和精確化，大腦的髓鞘形成在妊娠中期末開始，持續(xù)至整個生命過程［5］。大腦病理損傷（如藥物、毒素、缺氧等）對認知的影響，取決于發(fā)育事件發(fā)生的時間。神經(jīng)發(fā)育期對損傷的易感性增加似乎與神經(jīng)發(fā)育事件的關(guān)鍵時期一致，包括增殖、遷移、分化、凋亡、膠質(zhì)細胞發(fā)生、髓鞘和突觸形成等。目前全麻藥對發(fā)育大腦神經(jīng)毒性的造模時間點多為出生后2周內(nèi)，因為這個階段是凋亡、突觸發(fā)生、膠質(zhì)細胞發(fā)生和髓鞘化的關(guān)鍵階段。P7是突觸的“發(fā)育峰期”，因此多數(shù)研究選用P7為造模時間，可以最大程度的觀察到損傷后的變化。以上腦發(fā)育過程發(fā)生的重大事件在人類的發(fā)生時間如下圖所示（圖1）。

2 全麻藥作用靶點的受體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的時空性分布和功能

中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)主要的神經(jīng)遞質(zhì)是谷氨酸和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid receptors，GABA）。谷氨酸受體是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)受體，離子型谷氨酸受體有兩種：α-氨基羥甲基惡唑丙酸（AMPA-type glutamate receptors，AMPAR）和NMDAR。全麻藥主要作用于NMDAR，也可作用于AMPAR。NMDAR是一種電壓、配體雙重門控通道，由NR1、NR2和NR3亞基組成的異聚體。NMDAR亞單位組合方式的多樣性是其生理學多樣性的基礎(chǔ)，如NR2B有較慢的通道動力學及較低的開放概率；NR2A具有更快的動力學、更大的通道開放概率［6］。各亞基分布在神經(jīng)發(fā)育過程中具有時空性，即在發(fā)育的不同階段和不同腦區(qū)具有不同的表達，其中NR1是受體的必須成分，在腦內(nèi)各區(qū)均有分布，胚胎期NR1表達不高，出生后開始增長直至青春期。NR2A和NR2B亞基主要在前腦表達，NR2B和NR2D是胚胎時期主要的亞單位，在出生后2周，NR2A開始部分代替NR2B直到大腦成熟。突觸發(fā)生和NR2B向NR2A的轉(zhuǎn)換在時間上是同步的，NR2A/NR2B的比率調(diào)控樹突生長、突觸的發(fā)生和可塑性［7］。全麻藥氯胺酮、一氧化二氮（nitrous oxide，N2O）、氙氣主要通過拮抗NMDAR發(fā)揮中樞抑制作用。GABAAR是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的快速抑制性神經(jīng)遞質(zhì)受體由兩個α亞基，兩個β或θ亞基，和1個γ/δ或ε亞基組成五邊形異質(zhì)性多肽類寡聚體。其中GABA結(jié)合位點位于β亞基、苯二氮（BDZ）位點由位于α亞基中間的Cl-門控通道組成。GABAAR亞基的表達也表現(xiàn)出獨特時空性，如α2、α3、α5亞基的表達在胚胎期占主導，而其他亞基的表達在出生后或成人大腦中占主導。α1β2γ2型受體的數(shù)量最多，在海馬和皮質(zhì)中表達豐富［8］。而α2/3β2γ2型約為35%，主要分布于紋狀體、海馬、大腦皮質(zhì)，因為每一種GABAR都具有明顯的生物物理和藥理特性，因而對突觸傳遞和突觸整合的影響也不同。異氟醚、七氟醚等吸入麻醉藥及靜脈全麻藥丙泊酚、依托咪酯等主要作用于GABAAR的α、β、γ亞基，增強GABAAR對GABA的反應(yīng)或直接激活（高濃度時）GABAAR，增強抑制性突觸傳遞，改變興奮性神經(jīng)元的電興奮性，從而產(chǎn)生全麻作用［9］。此外，全麻藥也可不同程度地作用于其他受體和離子通道，如煙堿型乙酰膽 堿 受 體（nicotinic acetylcholine receptors，nACHR）、甘氨酸受體、5-羥色胺3受體（5-hydroxytryptamine-3 receptors，5-HT3R）、鈉、鉀離子通道等。全麻藥也可能改變許多細胞信號蛋白的功能，如蛋白激酶C，改變其下游信號傳遞產(chǎn)生血管擴張或肌肉松弛等作用［10］。在目前臨床使用的全麻藥中，沒有任何一種是只通過對單一離子通道發(fā)揮作用的，因此每一種全麻藥都是通過不同程度地改變多個作用位點來改變神經(jīng)元的活動。綜合上述可知，不同全麻藥對NMDAR和GABAAR作用的位點不同，即使是同一種全麻藥，不同發(fā)育階段暴露、不同劑量暴露，作用的受體位點和誘導的信號通路亦不同，因此而產(chǎn)生的神經(jīng)生理改變也可能不同。

3 全麻藥對發(fā)育期大腦神經(jīng)毒性作用的動物研究

在神經(jīng)發(fā)育早期，谷氨酸和GABA主要的作用并不是作為神經(jīng)遞質(zhì)進行信息傳遞，而是作為營養(yǎng)因素調(diào)節(jié)大腦發(fā)育的幾個重要過程，包括神經(jīng)細胞增殖、遷移、分化、突觸的形成和修剪，及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。發(fā)育中的大腦處于建立神經(jīng)連接的動態(tài)狀態(tài)，此時神經(jīng)增殖和凋亡、遷移、軸突和突觸發(fā)生均處于高速發(fā)展階段，GABAAR和NMDAR通過不同亞型的選擇性表達改變自身結(jié)構(gòu)和功能，配合神經(jīng)發(fā)育過程中的重要事件的發(fā)生和完成，調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育［11］。此外，發(fā)育期大腦血腦屏障尚未發(fā)育完全，對神經(jīng)毒性物質(zhì)易通透。因此，不難想象，在這時期的大腦暴露于全麻藥-NMDAR拮抗劑和（或）GABAAR增強劑，可干擾神經(jīng)發(fā)育的微環(huán)境，阻斷神經(jīng)元活動致神經(jīng)細胞丟失、分化和遷移異常、神經(jīng)元超微結(jié)構(gòu)的損傷，及遠期神經(jīng)行為學的異常。

早在20世紀70年代，已經(jīng)有全麻藥神經(jīng)毒性的研究，主要來源于醫(yī)護人員的職業(yè)暴露和全麻藥生殖毒性研究，如Uemura等［12］發(fā)現(xiàn)妊娠期氟烷暴露致子代鼠突觸成熟延遲和行為缺陷，但并未引起重視。且當時使用的氟烷等全麻藥很快被新藥所替代，比如全麻藥氯胺酮，具有良好的鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜作用，在麻醉劑量下呼吸循環(huán)穩(wěn)定，因此在嬰幼兒麻醉中，具有無可替代的優(yōu)勢。但1999年，Ikonomidou等［13］研究發(fā)現(xiàn)新生鼠及妊娠晚期氯胺酮暴露致神經(jīng)細胞廣泛凋亡，這一結(jié)果引起研究者們強烈關(guān)注。緊接著他們發(fā)現(xiàn)新生鼠和妊娠期乙醇暴露亦可致神經(jīng)細胞凋亡顯著增加［14］。乙醇和全麻藥的主要作用靶點相同，即NMDAR和/或GABAAR，因此研究者們很容易聯(lián)想到其他全麻藥是否也具有和氯胺酮、乙醇相似的神經(jīng)毒性。2003年Jevtovic-Todorovic等［15］用臨床兒科常用的全麻藥組合（咪達唑侖、氧化亞氮、異氟烷）麻醉出生后7 d（postnatal day，P）的大鼠，以外科手術(shù)水平的麻醉深度維持6 h，結(jié)果顯示多個腦區(qū)神經(jīng)元凋亡顯著增加，且成年后學習記憶能力受損。這一研究結(jié)果讓學術(shù)界震驚，也使全麻藥發(fā)育期神經(jīng)毒性成為相關(guān)研究領(lǐng)域的熱點。自此，大量在體和離體實驗對多種全麻藥進行研究，確認了“損傷”這一事實：從線蟲到非人類靈長動物的相關(guān)研究幾乎復制了所有常見的NMDAR拮抗劑和（或）GABAAR增強劑引起的急性神經(jīng)退行性變、永久的神經(jīng)病理學改變和遠期的神經(jīng)行為損害結(jié)果［16］。病理學改變包括多個腦區(qū)廣泛的細胞凋亡，神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)增殖的抑制，突觸和樹突棘數(shù)量和形態(tài)的改變，膠質(zhì)細胞骨架結(jié)構(gòu)損害等［17］。其中，凋亡現(xiàn)象是引起全麻藥對發(fā)育大腦毒性的最早線索，也是最為廣泛確認的結(jié)果。最早的兩個具有里程碑意義的研究，分別是1999年Ikonomidou 等［13］及 2003 年 Jevtovic-Todorovic等［15］的研究。此后很多研究確認了這一結(jié)果，并且在非人靈長類動物得到證實，如Slikker等［18］采用靜脈氯胺酮麻醉妊娠122 d、P5、P35的恒河猴，暴露時間為24 h或3 h。結(jié)果顯示24 h組胎兒和P5新生猴的大腦對氯胺酮誘導的神經(jīng)細胞凋亡比P35的大腦更敏感；且較短的氯胺酮暴露時間（3 h）未導致P5恒河猴神經(jīng)細胞的凋亡，這表明凋亡效應(yīng)和暴露階段、暴露時間有關(guān)。進一步的對比研究發(fā)現(xiàn)，新生恒河猴靜脈給予氯胺酮持續(xù)5 h即可引起顯著的凋亡［19］。同樣地，中等外科手術(shù)麻醉水平的異氟醚（1.5%）、丙泊酚暴露5 h，亦可致發(fā)育期恒河猴大腦多個腦區(qū)顯著凋亡［20］。全麻藥引起的神經(jīng)細胞凋亡有兩條激活途徑：內(nèi)源性通路（或線粒體依賴通路）和外源性通路（或受體依賴通路），據(jù)報道全麻藥對線粒體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的損傷尤為嚴重。除了激活線粒體依賴的凋亡途徑，全麻藥也可通過氧自由基的過度生成，致粒體融合和分裂異常，使線粒體動力學和能量代謝異常［21］。如前所述，凋亡是神經(jīng)發(fā)育早期必須的事件，但這不排除全麻藥暴露后觀察到的凋亡神經(jīng)細胞，本來已處于程序性凋亡的早期階段，因此對全麻藥暴露更為敏感，全麻藥的暴露加速了程序性凋亡的速度，致短時間內(nèi)凋亡顯著增加。而且，目前尚不能證明發(fā)育早期短暫的凋亡增加和認知障礙是否有直接的因果關(guān)系。神經(jīng)細胞數(shù)量的減少可能是因為凋亡增加，和/或神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)增殖受到抑制。確實，在體研究和離體研究的結(jié)果均表明，臨床相關(guān)濃度的全麻藥暴露均可抑制神經(jīng)細胞的發(fā)生或增值［22］。但是，也有研究表明低濃度的七氟醚（1.2%）暴露6 h，顯著增加海馬區(qū)神經(jīng)增殖，因此，全麻藥對神經(jīng)發(fā)生的影響亦依賴于暴露的劑量和時間［23］。海馬區(qū)出生后的神經(jīng)發(fā)生參與空間學習記憶、情緒調(diào)節(jié)等高級認知功能，全麻藥所致持久的神經(jīng)增殖抑制是其遠期學習記憶及情緒障礙的原因之一。

突觸是神經(jīng)元之間進行信息傳遞的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，神經(jīng)元功能和認知的發(fā)展取決于神經(jīng)元之間突觸連接的形成和神經(jīng)環(huán)路的精確化。突觸是神經(jīng)環(huán)路可塑性最易變的環(huán)節(jié)和關(guān)鍵部位，大部分（＞90%）興奮性突觸定位于樹突棘。在整個生命過程中，樹突棘的數(shù)量和形態(tài)呈現(xiàn)復雜且有序的動態(tài)變化，出生后早期樹突棘數(shù)量迅速增加，這一階段也是突觸發(fā)生和神經(jīng)環(huán)路形成的高峰期。隨后在青少年進入樹突棘的修剪期，這一階段和神經(jīng)環(huán)路的精確化有關(guān)。樹突棘的變化不僅是學習與記憶在突觸水平的關(guān)鍵機制，而且自閉癥、精神分裂癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病病變的重點部位［24］。樹突棘發(fā)育過程中受到一系列信號分子精確的時空性調(diào)控，如GABAAR、NMDAR、細胞內(nèi)鈣、神經(jīng)營養(yǎng)因子、突觸粘附分子等，并受神經(jīng)電活動的調(diào)控。因此，發(fā)育早期全麻藥暴露改變改變樹突棘的“成長軌跡”，表現(xiàn)為數(shù)量和形態(tài)的變化。如Briner［25］等的研究表明，給予不同年齡階段（P5、P10、P15、P20、P30）的大鼠間斷腹腔注射丙泊酚維持深度鎮(zhèn)靜6 h，一個月后發(fā)現(xiàn)，P5和P10暴露的大鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮層的第5層錐體神經(jīng)元樹突棘密度顯著降低，而P15、P20、P30暴露的大鼠，該區(qū)域樹突棘的密度顯著增加，且異丙酚誘導的樹突棘密度改變持續(xù)至P90。這表明，異丙酚暴露對大鼠樹突棘的損害呈年齡依賴性，且損害一直持續(xù)至成年。Head［26］等的研究進一步表明，異氟醚和丙泊酚對樹突棘的抑制可能和BDNF有關(guān)，通過營養(yǎng)因子受體P75及下游的RhoA信號通路，致肌動蛋白解聚，軸突運輸障礙。同樣，P16大鼠進行異氟烷（1.5%），七氟醚（2.5%），或地氟醚（7%）麻醉30 min、60 min、120 min，并沒有導致顯著的凋亡，但著增加前額葉皮質(zhì)第5錐體神經(jīng)元樹突棘的密度［25］。這些研究說明，樹突棘快速發(fā)生階段和樹突棘修剪階段暴露，對樹突棘可塑性的影響是不同的，抑制樹突棘發(fā)生將導致樹突棘密度下降；但在修剪期，GABAAR依賴的信號是阻止樹突棘的過度修剪的信號，對樹突棘修剪起“剎車”作用，且在青春期，GABA信號可促進樹突棘發(fā)生［27］。

目前大部分的研究集中在谷氨酸能錐體神經(jīng)元，對中間能神經(jīng)元研究較少，GABA能信號調(diào)控中間能神經(jīng)元的遷移和分化，因此宮內(nèi)全麻藥暴露可能會干擾中間能神經(jīng)元的遷移和分化等過程。且中間能神經(jīng)元和錐體神經(jīng)元之間形成廣泛的電、化學突觸相聯(lián)系，調(diào)控抑制性信息傳遞，在整個皮層神經(jīng)環(huán)路中起重要的調(diào)控和整合作用。中間能神經(jīng)元的發(fā)育異常，致皮質(zhì)興奮/抑制失調(diào)，是多種神經(jīng)發(fā)育性疾?。ㄈ缱蚤]癥、精神分裂癥等）的重要機制［28］。出生后全麻藥暴露有可能損害中間能神經(jīng)元，導致興奮/抑制失調(diào)和神經(jīng)環(huán)路異常。很遺憾，目前對于這一可能的神經(jīng)毒性機制研究尚未發(fā)現(xiàn)有報道。非神經(jīng)細胞包括膠質(zhì)細胞（星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞和室管膜細胞）和血腦屏障的研究較少。事實上，這些神經(jīng)細胞對于大腦的發(fā)育和穩(wěn)態(tài)非常重要。星形膠質(zhì)細胞是神經(jīng)遞質(zhì)合成代謝及營養(yǎng)因子生產(chǎn)的重要場所，而且通過各種分泌和直接接觸介導的信號，強有力地控制突觸的形成、成熟、和消除，參與許多由突觸缺陷引起的精神和神經(jīng)疾病的病理生理過程［29］。星形膠質(zhì)細胞發(fā)育和少突膠質(zhì)細胞的發(fā)育高峰期分布為出生后1～2周和2～3周。小膠質(zhì)細胞的發(fā)育高峰期在宮內(nèi)階段（圖2）。非神經(jīng)細胞中星形膠質(zhì)細胞數(shù)量最多，來源于神經(jīng)細胞系，在神經(jīng)發(fā)育早期，神經(jīng)上皮細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榉派錉钅z質(zhì)細胞，隨著神經(jīng)元遷移和定位接近尾聲，放射狀膠質(zhì)細胞逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾切文z質(zhì)細胞［30］。星形膠質(zhì)細胞發(fā)育過程中的神經(jīng)上皮細胞、放射狀膠質(zhì)細胞以及未成熟星形膠質(zhì)細胞膜上均有GABAAR受體，且大腦發(fā)育早期主要是GABAAR活動形成的興奮性神經(jīng)環(huán)路，這些GABAAR對外源性GABA等化學藥物及環(huán)境改變非常敏感，研究表明GABAAR的活動和穩(wěn)定可影響放射狀膠質(zhì)細胞的分化［31］。因此，宮內(nèi)暴露和出生后暴露對星形膠質(zhì)細胞的影響及機制可能不同。多項研究表明，麻醉暴露會改變出生后早期星形膠質(zhì)細胞的正常發(fā)育，在組織培養(yǎng)中，未成熟星形膠質(zhì)細胞暴露于3%異氟醚24 h后，其形態(tài)學上發(fā)生了類似于星形膠質(zhì)細胞延遲成熟的變化，這種效應(yīng)只存在于未成熟的星形膠質(zhì)細胞中，對成熟星形膠質(zhì)細胞培養(yǎng)無明顯影響［32］。而且，星形膠質(zhì)細胞暴露于異氟醚后，再與新生神經(jīng)元共同培養(yǎng)，無法促進和支持正常的軸突生長［33］。同樣，P7大鼠暴露2.5%七氟醚6 h，星形膠質(zhì)細胞的表達顯著下降［34］。關(guān)于全麻藥對少突膠質(zhì)細胞毒性的文獻很少，已有的研究是在非人類靈長類動物中進行的。作者將P6的獼猴暴露于臨床麻醉劑量的異氟醚中5 h，并在暴露后3 h收集它們的大腦，其中52%的凋亡細胞為少突膠質(zhì)細胞，且最易受影響的是正在髓鞘形成的少突膠質(zhì)細胞［35］。胎兒或新生恒河猴丙泊酚暴露5 h，得到同樣的結(jié)論［20］。小膠質(zhì)細胞被認為是大腦中的免疫細胞，不僅是促炎細胞因子的主要來源，而且在調(diào)控神經(jīng)元的增殖、突觸的發(fā)生和修剪過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。研究表明，P6的小鼠，3%七氟醚暴露2 h，連續(xù)3 d，海馬區(qū)小膠質(zhì)細胞激活，且IL-6和TNF-α水平顯著升高［36］。由于膠質(zhì)細胞的形態(tài)異常和功能障礙可影響神經(jīng)細胞發(fā)育和神經(jīng)環(huán)路的形成，因此，非神經(jīng)細胞和神經(jīng)細胞對全麻藥損害的敏感性、時間先后、相互的因果關(guān)系和暴露階段和劑量有關(guān)，尚需要進一步的研究證實。這需要精心設(shè)計多個時間點進行系統(tǒng)觀察，但是目前大多數(shù)的研究只涉及的某一個時間點，這難以體現(xiàn)神經(jīng)發(fā)育過程的動態(tài)性和聯(lián)系性。

全麻藥神經(jīng)毒性的神經(jīng)行為損害結(jié)果主要表現(xiàn)為認知功能受損，如學習記憶的損害。Jevtovic-Todorovic［15］等研究對7 d齡幼鼠給予兒科常用全麻藥組合（咪達唑侖，氧化亞氮和異氟醚）維持手術(shù)水平的麻醉深度6 h，首次系統(tǒng)地采用多個行為學觀察全麻藥暴露對遠期行為學的影響，感覺運動及聽覺均無異常，麻醉組大鼠表現(xiàn)出持續(xù)的學習和記憶障礙［22］。此后多個研究重復了這一結(jié)果，包括妊娠期全麻藥暴露對子代遠期認知功能的影響，如妊娠期14 d，1.3%的異氟醚暴露4 h，子代表現(xiàn)出空間學習和記憶的缺損［37-38］。Paule［39］等給新生恒河猴持續(xù)靜脈注射氯胺酮24 h，維持相當于輕度外科水平的麻醉深度，通過測試顏色辨別、動機、學習、短期記憶、發(fā)現(xiàn)氯胺酮暴露組恒河猴得分明顯低于對照組，且這種缺陷一直持續(xù)至3歲。值得關(guān)注地是，也有少數(shù)研究關(guān)注遠期情緒異常如焦慮、抑郁［22，40］。認知障礙和情緒障礙的關(guān)系復雜，或互為因果，或并存而共同發(fā)生發(fā)展。情緒異常的很多疾病如抑郁等與認知障礙共存或并發(fā)，認知障礙可能只是情緒障礙發(fā)展到一定階段的癥狀［41］。本課題組研究發(fā)現(xiàn)妊娠14 d的大鼠，靜脈持續(xù)泵注深度鎮(zhèn)靜水平的氯胺酮2 h，通過多個行為學測試，結(jié)果顯示，氯胺酮組子代鼠表現(xiàn)出抑郁和焦慮樣情緒異常并認知功能損害［40］。新生猴多次七氟醚或異氟醚麻醉，半年后及一年后行為學測試表明，暴露組焦慮相關(guān)行為顯著增加，社交-情感行為顯著異常［42］。情緒異常是全麻藥發(fā)育期大腦神經(jīng)毒性后果非常重要的一個方面，或者是更為嚴重的損害，但是目前這方面的研究非常少，有待進一步深入研究。

綜合上述，臨床前研究和離體研究體系已經(jīng)確認全麻藥對發(fā)育大腦的神經(jīng)毒性作用，且損傷程度和暴露階段、暴露劑量即暴露次數(shù)相關(guān)，這種以年齡、性別、麻醉劑量依賴的研究方式為全麻藥物對發(fā)育大腦的影響提供了非常有價值的數(shù)據(jù)。但是，動物實驗的數(shù)據(jù)不能直接外推應(yīng)用于人類，人類也無法像動物研究一樣，對暴露于全麻后的腦組織行組織學檢查，也無驗證大腦損傷的直接可靠血清學標志，及敏感直觀的影像學技術(shù)來檢查凋亡和超微結(jié)構(gòu)改變。故在動物研究中的發(fā)現(xiàn)是否適用于人類有待進一步驗證。

4 全麻藥對發(fā)育大腦影響的臨床研究

自2009年，與此相應(yīng)的臨床研究逐漸多起來?；仡櫺躁犃醒芯勘砻?，新生兒期的大手術(shù)與神經(jīng)發(fā)育不良之間存在關(guān)聯(lián)［43］。與一般人群相比，出生時患有食道閉鎖兒童的遠期學習和不良情緒行為增加［44］。2009年，Wilder等［45］使用梅奧診所的大規(guī)模出生隊列，比較在4歲之前接受過手術(shù)或沒有接受過手術(shù)的兒童，他們發(fā)現(xiàn)學習障礙的風險隨著孩子接受的麻醉藥物增加而增加。但是，沒有證據(jù)表明只接受一次麻醉暴露會增加學習障礙風險。當對慢性疾病進行調(diào)整時，學習障礙與多次接觸麻醉藥之間的關(guān)系仍然存在。Di Maggio等［46］使用紐約醫(yī)療援助記錄進行了一項隊列研究，比較在3歲前接受疝修補術(shù)的兒童與未接受手術(shù)治療的兒童。在調(diào)整了幾個潛在混雜因素后，他們發(fā)現(xiàn)接受疝修補術(shù)的兒童患有行為或發(fā)育障礙的風險是未接受手術(shù)兒童的兩倍。

GAS是目前唯一一項比較嬰兒期不同麻醉方式對發(fā)育大腦影響的國際性、前瞻性的隨機對照等效性試驗，從澳大利亞，意大利，美國，英國，加拿大，荷蘭和新西蘭的28家醫(yī)院招募了矯正胎齡小于60周、孕周大于26周，并接受過腹股溝疝修補術(shù)的嬰兒。嬰兒被隨機分配（1∶1）接受清醒局部麻醉或七氟醚全身麻醉。以兩個或四個為一組進行隨機化分組，并按出生時的部位和孕齡進行分層。如果嬰兒存在神經(jīng)損傷的危險因素，則將其排除在外。該試驗的主要結(jié)果是5歲時韋克斯勒學前兒童智力量表Ⅲ（WPPSI-Ⅲ）的全智能智商評分，次要結(jié)果是2歲時Bayley量表的綜合認知得分。2007年2月9日至2013年1月31日期間，363名嬰兒被隨機分配接受清醒局部麻醉，359名全身麻醉，全身麻醉組麻醉的中位持續(xù)時間為54 min。2015年，該團隊將隨訪至2歲的研究結(jié)果發(fā)表至Lancet，納入研究的包括清醒局麻組的238名兒童和全身麻醉組的294名兒童，結(jié)果表明：與清醒局部麻醉相比，嬰兒期間不到1 h的七氟醚全身麻醉不會增加2歲時不良神經(jīng)發(fā)育結(jié)局的風險［47］。2019年2月，該團隊在Lancet發(fā)表了隨訪至5歲的結(jié)果，納入研究的包括清醒局麻組的205名兒童和全身麻醉組的242名兒童。研究者發(fā)現(xiàn)：與清醒局部麻醉相比，早期嬰兒接受不到1 h的全身麻醉不會改變5歲時的神經(jīng)發(fā)育結(jié)局［48］。然而GAS研究納入對象多為男性，對女性的影響還需進一步探討。兒童麻醉中常使用多種全麻藥物，而該試驗只使用了七氟醚，這可能會限制研究結(jié)果的普遍性。另外，一些更晚期才會發(fā)展的執(zhí)行或社交能力，可能在兒童5歲時還無法發(fā)現(xiàn)是否有影響。

PANDA是一項目前規(guī)模最大的通過詳盡的神經(jīng)發(fā)育測試評估認知功能預后的同胞匹配隊列研究，觀察健康幼兒單次麻醉是否與兒童晚期神經(jīng)認知發(fā)育受損和行為異常有關(guān)。在2009年5月至2015年4月期間，暴露組的嬰幼兒在3歲前接受腹股溝疝修補手術(shù)時單次暴露于全身麻醉，未暴露組的嬰幼兒沒有麻醉暴露。納入105對同胞對，目前為8～15歲。通過回顧性記錄的麻醉暴露數(shù)據(jù)從而前瞻性評估神經(jīng)認知功能和行為結(jié)果。所有暴露的兒童均接受吸入麻醉劑，麻醉持續(xù)時間為20～240 min，中位持續(xù)時間為80 min。研究發(fā)現(xiàn)：同胞對在記憶/學習，運動/處理速度，視覺空間功能，注意力，執(zhí)行功能，語言或行為之間的平均得分沒有統(tǒng)計學上的顯著差異。因而得出結(jié)論：在3歲前單次麻醉暴露的健康兒童中，與沒有麻醉暴露的健康兄弟姐妹相比，兒童晚期的智商分數(shù)沒有統(tǒng)計學上的顯著差異［49］。需要進一步研究多次暴露、長時間暴露和易感人群。

MASK檢驗了這樣的假設(shè)，即3歲前多次麻醉暴露，與不良神經(jīng)發(fā)育結(jié)局相關(guān)。采用傾向性匹配分層方法，將入組患兒分為無麻醉暴露、3歲前單次麻醉和3歲前多次麻醉組。此前該團隊的回顧性隊列研究表明，多次麻醉暴露引起學習障礙的發(fā)生率高于單次麻醉［45］。為更新該結(jié)果，回顧性MASK研究納入1996-2006年出生，就讀于美國羅切斯特校區(qū)的學生，其中無麻醉暴露組465例，單次麻醉組466例，多次麻醉組126例，評估其學習和行為情況。初步結(jié)果表明，多次麻醉可引起學習障礙和注意缺陷多動障礙，與上世紀70年代的研究有相同結(jié)論，也就是說，盡管麻醉藥物和術(shù)中監(jiān)測技術(shù)均在進步，早期接受全麻手術(shù)依然可能損傷認知功能。前瞻性MASK研究納入1994年至2007年在明尼蘇達州奧姆斯特德縣出生的兒童，分為未暴露、單次暴露和多次暴露組，并在8至12歲或15至20歲時進行神經(jīng)心理學測試。總共有997名兒童完成了測試（411名未暴露，380名單次暴露和206名多次暴露）。主要結(jié)果是Wechsler智力簡化量表的全面智商標準評分，次要結(jié)果包括個別領(lǐng)域的綜合神經(jīng)心理學評估和家長報告。結(jié)果顯示，各組間智商的主要結(jié)果沒有顯著差異；多次暴露和單獨暴露的兒童分別比未暴露的兒童得分低1.3分（95%CI，-3.8～1.2；P=0.32）和0.5分（95%CI，-2.8～1.9；P=0.70）。對于次要結(jié)果，處理速度和精細運動能力在多次暴露兒童中降低；其他領(lǐng)域沒有差異。多次暴露兒童的父母報告：與執(zhí)行功能、行為和閱讀相關(guān)的問題增多。結(jié)論：3歲前的麻醉暴露與一般智力的主要結(jié)果缺陷無關(guān)。雖然必須謹慎解釋次要結(jié)果，但他們提出的假設(shè)是，多次暴露與行為和學習困難的特定神經(jīng)心理學領(lǐng)域的變化相關(guān)［50］。這項研究給出了一個讓臨床醫(yī)生和家庭比較放心的結(jié)論：3歲前的麻醉暴露與智力缺陷無關(guān)。但發(fā)現(xiàn)多次暴露與處理速度的適度降低和精細的運動協(xié)調(diào)有關(guān)。家長報告中發(fā)現(xiàn)，多次暴露在麻醉下的兒童在行為和閱讀方面更有困難，因此需要更多的研究去探索麻醉暴露與可能會導致學習和行為障礙的損傷模式間的關(guān)聯(lián)。

GAS、PANDA和MASK是現(xiàn)有的三個深具影響力的人群研究，都表明單次短時間接受全身麻醉并不會對嬰幼兒的神經(jīng)發(fā)育產(chǎn)生不良影響。這一發(fā)現(xiàn)意味著，不再需要因擔憂麻醉風險，而讓兒童承受延遲手術(shù)所帶來的潛在風險。但是嬰幼兒時期的不良神經(jīng)發(fā)育受到多種風險因素和保護因素的綜合作用，包括遺傳因素、醫(yī)療環(huán)境、家族和環(huán)境條件等。此外，參與研究的大多是男孩，對女孩的影響還需要更多研究來確認。而最重要的是，這一結(jié)論無法拓展到長期接觸全身麻醉，或在同一臺手術(shù)中接受多種全麻藥的兒童。因此，課題組在2018年4月和廣州市出生隊列共同開展了“兒童長時間或多次全麻暴露與認知發(fā)育的隊列研究”（http：//www.chictr.org.cn/showproj.aspx？proj=23418）。有望進一步明確嬰幼兒時間長時間全麻藥暴露對遠期認知功能的影響。

5 小結(jié)

關(guān)于全麻藥對發(fā)育大腦神經(jīng)毒性的研究越來越多，在動物實驗中多數(shù)都證實了全麻藥的神經(jīng)毒性，但這些結(jié)果與臨床研究不一致，說明動物實驗的結(jié)論并不能直接外推至人類。首先，人類與動物的大腦結(jié)構(gòu)與生理存在差異，人類的大腦結(jié)果比動物的相對復雜得多，人類與動物大腦發(fā)育存在時間和空間上的差異，需要進行進一步的比較才能得出更具說服力的結(jié)果；其次，發(fā)育早期的神經(jīng)具有易損性，但同時也具體最強的可塑性，尤其在人類，早期的環(huán)境豐富、康復訓練、專項培訓等均可使認知功能得到顯著提高。此外，雖然臨床前數(shù)據(jù)顯示，在沒有疼痛刺激的情況下，全麻藥暴露與幼年動物神經(jīng)認知能力下降之間存在著強有力的關(guān)聯(lián)，和這個數(shù)據(jù)對應(yīng)的臨床情況如門診中深度鎮(zhèn)靜劑下行磁共振成像、心臟超聲檢查，以及在重癥監(jiān)護室需要連續(xù)鎮(zhèn)靜的情況。但這個模型并不能很好地模擬手術(shù)疼痛刺激情況下的全麻藥暴露。因為生命早期未經(jīng)治療的痛苦經(jīng)歷、不良精神刺激與神經(jīng)可塑性變化有關(guān)，會導致生命后期對有害刺激產(chǎn)生痛覺過敏、增加神經(jīng)精神疾病和人格障礙的發(fā)生。且疼痛也能引起大鼠發(fā)大腦多個腦區(qū)的凋亡，尤其是丘腦、下丘腦和杏仁核的凋亡，從而導致神經(jīng)發(fā)育和記憶受損。臨床前實驗表明，全麻藥氯胺酮、七氟醚等可減輕與疼痛相關(guān)的認知功能障礙，具有神經(jīng)保護作用。因此，對于不可避免的手術(shù)治療，疼痛造成的損害作用大于全麻藥可能的神經(jīng)毒性，使用全麻藥麻醉師用不僅是必須的，更是利大于弊的。這要求麻醉醫(yī)師面對這一臨床問題的時候，綜合考慮和衡量，不可“因噎廢食”，延誤必要的手術(shù)治療。最后，目前尚缺乏妊娠期全麻藥暴露對子代神經(jīng)發(fā)育的影響、嬰幼兒時期長時間全麻藥暴露對遠期行為影響的臨床數(shù)據(jù)，需要進一步精心設(shè)計臨床研究，以明確宮內(nèi)暴露和長時間暴露對神經(jīng)發(fā)育的影響，只有當臨床和動物實驗的結(jié)論達到一致時，關(guān)于全麻藥對發(fā)育大腦的神經(jīng)毒性才能更具說服力。