丙泊酚和七氟烷對電子耳蝸植入術(shù)嬰幼兒腸道菌群多樣性的影響

梁玉丹，李靜潔，劉博研，張 磊，蔡美華

0 引 言

人工電子耳蝸植入術(shù)(cochlearimplant，CI)是近年來迅速發(fā)展用于治療重度感音性神經(jīng)性耳聾的治療方法[1, 2]，手術(shù)時間較長(雙側(cè)CI時間>3h)。健康人體腸道內(nèi)存在著多種正常的微生物菌群，維護著宿主的生理平衡[3]。正常情況下，不同微生物菌群在嬰幼兒腸道內(nèi)定殖后保持相對的恒定，但嬰幼兒的腸道內(nèi)環(huán)境相對脆弱，易受如分娩方式、外來食物、藥物等多種因素影響[4-7]。丙泊酚和七氟烷是常用的全麻藥物，具有鎮(zhèn)靜、抑制手術(shù)中應(yīng)激反應(yīng)等作用。目前，手術(shù)過程較長時間使用全麻維持藥物是否會影響嬰幼兒腸道菌群的多樣性報道較少，不同的全麻藥物對CI嬰幼兒腸道菌群多樣性的影響尚不明確。因此，本研究篩選我院接受CI的嬰幼兒作為研究對象，比較臨床麻醉中最常用的靜脈全麻藥物丙泊酚和吸入全麻藥物七氟烷對腸道菌群多樣性的差異影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象選取2018年1月至8月在上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院麻醉科接受CI手術(shù)的20例聽障患兒。納入標(biāo)準(zhǔn):ASA I～I(xiàn)I級；年齡7個月～2歲；3個月內(nèi)未參加其他臨床試驗者；混合喂養(yǎng)；無其他系統(tǒng)嚴(yán)重性疾病。排除標(biāo)準(zhǔn)：近一周有發(fā)熱、上感或者腹瀉病史；青霉素皮試陽性；合并胃腸道、嚴(yán)重肝腎功能損傷或其他系統(tǒng)疾病者；雞蛋牛奶過敏患兒；惡性高熱家族史患兒；采集標(biāo)本前一周非手術(shù)原因服用抗生素、類固醇藥物，服用中草藥制劑或服用微生態(tài)制劑、酸奶等益生菌。脫落標(biāo)準(zhǔn)：受試患兒因各種原因家屬要求退出試驗；因不良事件尤其是嚴(yán)重不良事件，倫理委員會從倫理道德角度考慮中止研究；試驗期間如有發(fā)生不良事件不得不中斷試驗或采取其他治療，研究者從醫(yī)學(xué)角度考慮受試者有必要中止研究；其他原因需中止試驗者。本研究經(jīng)上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號：2017-443-T339)。所有受試者入組前家屬均同意參加本研究并自愿簽署知情同意書。

1.2 麻醉方法患兒隨機分為丙泊酚組和七氟烷組，每組10例。氣管內(nèi)麻醉使用智能化Zeus麻醉工作站(Drager，德國Zeus Infinity Empowered)，常規(guī)進行血流動力學(xué)等生命體征及腦電雙頻指數(shù)(bispectral index，BIS)監(jiān)測。所有嬰幼兒均無術(shù)前用藥，入室后開放外周靜脈進行補液。麻醉誘導(dǎo)：靜脈注射咪達(dá)唑侖0.05 mg/kg，芬太尼0.02 μg/kg，丙泊酚2.0 mg/kg，羅庫溴胺0.9 mg/kg快速順序誘導(dǎo)，1 min后行經(jīng)口氣管插管，調(diào)整Zeus麻醉機的呼吸參數(shù)為：潮氣量10 mL/kg，頻率20 次/min，調(diào)節(jié)氧濃度以維持指脈血氧飽和度95%以上。術(shù)中麻醉維持丙泊酚組使用靜脈全麻藥物丙泊酚；七氟烷組使用吸入全麻藥物七氟烷。術(shù)中鎮(zhèn)痛使用瑞芬太尼0.1～0.3 μg/(kg·min)持續(xù)靜脈內(nèi)輸注，2組嬰幼兒術(shù)中根據(jù)BIS值調(diào)整靜脈麻醉或吸入麻醉的用藥，以維持BIS穩(wěn)定在40～60，術(shù)畢停用麻醉藥物常規(guī)蘇醒2 h后送返病房。2組嬰幼兒術(shù)前0.5 h按常規(guī)每天50 mg/kg給予三代頭孢滴注預(yù)防感染。

1.3 標(biāo)本采集所有嬰幼兒留取入院后手術(shù)前和術(shù)后第1次糞便，由上海烈冰生物醫(yī)藥科技有限公司進行腸道菌群的培養(yǎng)和分離、菌群基因組DNA提取、PCR技術(shù)擴增并用16S rDNA測序技術(shù)進行組間菌群多樣性(腸道菌群分類學(xué)組成、菌群alpha多樣性指數(shù)、腸道菌群PICRUSt功能預(yù)測)分析。

1.4 分析指標(biāo)分析菌群種類，包括放線菌門、擬桿菌門、厚壁桿菌門、變形桿菌門等)；菌群alpha多樣性指數(shù)，包括物種信息指數(shù)、chao1指數(shù)、ace指數(shù)、香濃指數(shù)、辛普森指數(shù)及樣本覆蓋率[7]；菌群功能通路，包括蛋白激酶代謝、肽酶代謝及結(jié)核病通路。

2 結(jié) 果

2.1 一般資料及麻醉用藥比較七氟烷組有1例嬰幼兒兒術(shù)中出現(xiàn)嚴(yán)重支氣管痙攣，結(jié)果剔除。2組嬰幼兒在年齡、性別、體重、手術(shù)時間、麻醉時間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。2組嬰幼兒麻醉誘導(dǎo)用藥藥量及術(shù)中BIS監(jiān)測均值比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

表 1 CI嬰幼兒基礎(chǔ)資料比較

Table 1 General information of infants undergoing cochlear implant

變量七氟烷組(n=9)丙泊酚組(n=10)P值年齡(x±s,月)14.67±5.3217.90±9.490.38性別(男/女,n)7/29/10.92體重(x±s,Kg)10.78±1.6612.17±3.430.26手術(shù)時間(x±s,min)312.56±66.79251.50±82.530.10麻醉時間(x±s,min)342.78±60.83279.40±74.150.06咪達(dá)唑侖(x±s,mg)0.56±0.170.55±0.160.94芬太尼(x±s,mg)0.048±0.0150.048±0.0180.98誘導(dǎo)用丙泊酚(x±s,mg)27.22±7.5529.60±5.520.44羅庫溴銨(x±s,mg)9.44±2.4010.30±2.710.47右旋美托咪定(x±s,ug)46.56±22.0547.56±15.790.91瑞芬太尼(x±s,mg)0.73±0.250.87±0.280.26麻醉深度BIS監(jiān)測(x±s)50.73±6.0350.49±7.090.93

2.2 生物信息學(xué)組成分析腸道菌群分類學(xué)組成分析顯示，術(shù)后2組嬰幼兒腸道菌群均以厚壁桿菌門和擬桿菌門為主要菌門，2組對腸道菌群各菌門種類數(shù)量的影響差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。菌群alpha多樣性指數(shù)分析顯示，2組各度量指標(biāo)結(jié)果差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。腸道菌群PICRUSt功能預(yù)測分析顯示，2組在KO 功能中部分通路影響的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表2。

表 2 電子耳蝸植入術(shù)嬰幼兒2組術(shù)后腸道菌群種類、alpha多樣性指數(shù)及菌群功能的比較

Table 2 Percentage of intestinal flora in groups and comparison between two groups of infants after cochlear implantation

指標(biāo)七氟烷組(n=9)丙泊酚組(n=10)P值菌群種類 放線菌門14.50%17.59%0.69 擬桿菌門19.60%30.40%0.34 厚壁桿菌門56.70%47.59%0.35 變形桿菌門9.00%4.30%0.17 其他菌門0.20%0.11%0.39菌群alpha多樣性指數(shù) 物種信息指數(shù)5117.22±939.585037.00±541.830.83 chao1指數(shù)10569.35±2096.4310489.47±1330.810.92 ace指數(shù)11214.55±2319.5711003.17±1435.640.82 香濃指數(shù)5.41±1.025.48±0.690.85 辛普森指數(shù)0.87±0.110.89±0.070.57 樣本覆蓋率0.97±0.010.97±0.000.97菌群功能通路 蛋白激酶代謝0.32±0.030.28±0.030.022 肽酶代謝1.82± 0.081.91±0.070.021 結(jié)核病通路0.14±0.010.15±0.010.049

3 討 論

新生兒出生后腸道微生物的定殖與發(fā)展呈現(xiàn)連續(xù)的動態(tài)變化，從嬰兒出生第1個月到第3年，腸道微生物多樣性逐漸增加，擬桿菌門逐漸增加，一些短暫存在的細(xì)菌，一旦腸道環(huán)境發(fā)生改變就會消失，另外一些細(xì)菌演變成固有細(xì)菌一直存在，3周歲時嬰幼兒的腸道菌群基本接近成年人[8]。兒科臨床上常出現(xiàn)由于腸內(nèi)菌群失調(diào)而導(dǎo)致的胃腸功能障礙，飲食、藥物、環(huán)境以及情緒的變化等等多種因素都會影響腸道的菌群[9]。本研究觀察了嬰幼兒階段接受長時間手術(shù)，使用不同作用機制的麻醉藥物，在術(shù)后短期內(nèi)對其腸道菌群的影響。

既往研究表明，個體腸道菌群的組成在種水平上具有很大的差異，但在門水平上具有一定的穩(wěn)定性和保守性[10-11]。本研究通過對操作單元OUT進行腸道菌群種類多樣性物種豐度分析，發(fā)現(xiàn)術(shù)后腸道的優(yōu)勢菌群在門水平上為厚壁菌門、擬桿菌門及放線菌門，與吳亞團隊對于學(xué)齡前兒童的菌群研究結(jié)果[12]一致。這一結(jié)果表明先天性耳聾嬰幼兒腸道菌群種類多樣性在菌門方面與正常學(xué)齡前兒童無明顯差異，均以厚壁菌門、擬桿菌門及放線菌門為優(yōu)勢菌群。

另外，通過對Illumina高通量測序數(shù)據(jù)α多樣性結(jié)果分析，本研究發(fā)現(xiàn)，隨機入組的嬰幼兒術(shù)前在群落豐度和群落均勻度無明顯差異的情況下，術(shù)后進行2組間比較分析，七氟烷組和丙泊酚組腸道菌群在群落豐度和群落均勻度上也無明顯差異。這表明了長時間接受七氟烷或丙泊酚麻醉，兩者對于腸道菌群的菌門分類、菌群豐度及菌落均勻度的影響無明顯差異。

本研究采用美國哈佛大學(xué)開發(fā)的PICRUSt軟件，分析不同分組樣本之間基因功能的差異[13-14]。其預(yù)測準(zhǔn)確性在84%～95%，能非常好得反映樣品中的功能基因構(gòu)成。其中，KO為腸道菌群KEGG代謝途徑分析[15]。進行2組樣本腸道菌群功能多樣性PICRUSt差異分析，發(fā)現(xiàn)較長時間(>3 h)暴露于七氟烷吸入麻醉能增強接受CI嬰幼兒的腸道菌群蛋白激酶代謝活性，而較長時間(>3 h)靜脈使用丙泊酚可以增強腸道菌群肽酶代謝及結(jié)核病通路的活性。

蛋白激酶參與體內(nèi)脂類代謝，有助于控制高脂血癥。七氟烷增強術(shù)后嬰幼兒腸道菌群蛋白激酶的代謝活性，這或許對耳聾嬰幼兒的預(yù)后有積極影響。與七氟烷相比較，丙泊酚在增強腸道菌群肽酶代謝通路活性的同時，對腸道菌群結(jié)核病通路也產(chǎn)生活性影響。雖然，全麻藥物影響嬰幼兒腸道菌群的代謝通路機制尚不明確，但研究表明了七氟烷和丙泊酚可以調(diào)節(jié)腸道菌群基因的代謝功能，且調(diào)節(jié)的代謝通路不同。因而，臨床麻醉中可以將不同作用機制的全麻藥物結(jié)合起來，減少單一藥物的使用劑量，減輕大劑量使用單一麻醉藥物的不良反應(yīng)，更好的發(fā)揮復(fù)合麻醉的優(yōu)勢，更大程度維護嬰幼兒的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。

綜上所述，本研究觀察發(fā)現(xiàn)長時間(>3 h)使用七氟烷或丙泊酚會影響聽障嬰幼兒腸道菌群功能多樣性中KO功能的不同代謝通路。七氟烷與丙泊酚通過影響不同的代謝通路進而調(diào)節(jié)腸道菌群功能多樣性的變化。但聽障兒童和正常嬰幼兒人群在腸道菌群菌門以下層級的菌群數(shù)量和種類多樣性的差異及全麻藥物對術(shù)后較長時間腸道菌群多樣性的影響有待進一步研究。