高壓氣腹對老齡小鼠腹腔探查手術術后認知功能的影響

胡慈賢 蔣婧妍 孟波 葉海旺 安秀君 李曉瑜 秦金玲 陳駿萍 盧波

術后認知功能障礙（postoperative cognitive dysfunction，POCD）會延長住院時間，增加住院費用，嚴重影響患者術后康復和遠期生存質量，成為老年患者術后生活障礙和死亡的重要原因。手術創(chuàng)傷可引起系統(tǒng)性炎癥介質釋放，成為引起中樞神經(jīng)炎癥的主要致炎因子，腹腔鏡手術所必需的高壓力氣腹同樣可造成系統(tǒng)性炎癥介質釋放增加[1-2]。鑒于中樞神經(jīng)炎癥與POCD的發(fā)生、發(fā)展密切相關[3-4]，氣腹引起的系統(tǒng)性炎癥介質釋放是否會使手術麻醉引起的認知功能損傷惡化？對此，目前尚無相關研究進行分析和探討。因此，本研究擬通過動物實驗觀察腹腔鏡氣腹對手術麻醉所致POCD的影響，現(xiàn)報道如下。

1 材料和方法

1.1 材料 雄性清潔級ICR小鼠64只，12～14月齡，由浙江省醫(yī)學科學院實驗動物中心提供。本研究獲得寧波大學實驗動物倫理委員會批準。所有實驗動物均飼養(yǎng)于寧波大學SPF級實驗動物中心。主要儀器：R540SP型小動物麻醉機（中國瑞沃德公司）；小動物氣腹機（德國Karl Storz公司）；條件恐懼行為學測試箱（中國欣軟公司）。

1.2 分組 將64只小鼠隨機分為正常組（N組）、手術組（S組）、手術+低壓氣腹組（L組）和手術+高壓氣腹組（H組），N組不進行任何干預，S組接受腹腔探查手術，L組和H組進行模擬氣腹實驗后接受腹腔探查手術。每組再分兩個亞組（8只一組），分別于手術后第3天（3d）和第7天（7d）進行行為學測試。

1.3 麻醉方法與圍術期管理 小鼠術前禁食24h，不禁飲。使用七氟烷小動物麻醉機，箱內七氟烷濃度調節(jié)至3%后，將小鼠放入箱內進行誘導，直至翻正反射消失，行氣管插管。麻醉維持期調節(jié)七氟烷濃度為1.8%，空氣流量為0.5L/min，保持自主呼吸，控制麻醉維持時間為0.5h。

1.4 氣腹實施和氣腹壓力的設定 小鼠吸入麻醉后仰臥固定，消毒后將18號導管針插入左下腹，導管針末端經(jīng)橡皮管接氣腹機。將另一18號導管針插入右下腹，導管針末端經(jīng)橡皮管接入一盛水燒杯，腹腔內氣體經(jīng)該管排出，盛水燒杯可防止空氣進入腹腔，模擬臨床手術漏氣情況。參照文獻[5]，分別設定2mmHg為低氣腹壓力，8mmHg為高氣腹壓力。氣腹維持時間設定為30min。實驗結束，關閉氣腹機，經(jīng)導管針排出腹腔殘余氣體。

1.5 腹腔探查模型 氣腹實驗結束后進行腹腔探查手術。于右肋下垂直于肋骨作一縱行切口，長約1cm，切口深至腹腔內。戴有無菌外科手套的手指伸入腹腔內進行探查約30s，取出約10cm的小腸至腹腔外，進行摩擦約30s，反復操作3次。用消毒器械和外科縫合線縫合傷口，切口處以0.5%羅哌卡因浸潤鎮(zhèn)痛。整個麻醉手術過程控制在15min以內，結束麻醉后待小鼠自然清醒。

1.6 行為學測試 分別于術后3d和7d開始依次進行新物體識別實驗（novel object recognition，NOR）和條件性恐懼實驗（fear conditioning，F(xiàn)C）。

1.6.1 NOR NOR 測試第 1天，將 A、B 兩相同物體放入曠場箱內，讓小鼠進行探索、訓練5min；第2天，將B物體換為不同形狀、質地的物體C，記錄小鼠5min內對兩物體的探索時間（T），并計算辨別指數(shù)（recognition index，RI）=TC/TA+TC。

1.6.2 FC 小鼠在完成NOR后開始進行FC。小鼠在無聲黑暗試驗箱內適應3min后，給予單一高頻聲音（30s，70dB，3kHz）刺激，隨后給予足底電擊（2s，0.7mA）刺激，刺激結束后恢復30s，循環(huán)2次后放回飼養(yǎng)籠。訓練結束后24h，將小鼠再次放入實驗箱內自由探索3min，不給予任何刺激，記錄場景誘發(fā)僵直時間，主要反映海馬依賴性恐懼記憶；2h后放入改造后實驗箱（白色分隔板遮住通電柵欄，改變四周箱壁顏色），自由探索3min后，給予上述相同聲音刺激3min，記錄線索誘發(fā)僵直時間，主要反映非海馬依賴性恐懼記憶。

1.7 統(tǒng)計學處理 采用Graphpad prism 7.0統(tǒng)計軟件。計量資料以表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用Bonferroni法。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

4組小鼠術后3、7d NOR和FC結果比較 見表1。

4組小鼠術后3、7d的RI比較差異均有統(tǒng)計學意義（F=10.14、4.462，均 P＜0.05）。術后 3 d，S 組、L 組和H組的 RI均低于 N 組（均 P＜0.05）；術后 7 d，L 組和 H組的RI均低于 N組（均 P＜0.01）。4組小鼠術后 3、7d的場景誘發(fā)僵直時間比較差異均有統(tǒng)計學意義（F=11.28、10.45，均 P＜0.01）。S 組、L 組和 H 組術后 3、7d 的場景誘發(fā)僵直時間均低于N組（均P＜0.05），且H組低于L組（均P＜0.05）。4組小鼠術后3、7d的線索誘發(fā)僵直時間比較差異均有統(tǒng)計學意義（F=11.73、11.7，均 P＜0.01）。S組、L組和H組術后3、7d的線索誘發(fā)僵直時間均低于N組（均P＜0.05），且H組均低于L組（均P＜0.05）。

表1 4組小鼠術后3、7d NOR和FC結果比較

3 討論

與傳統(tǒng)的開放性手術相比，微創(chuàng)的腹腔鏡手術具有顯著的優(yōu)勢，包括減輕術后疼痛、縮短住院時間、降低病死率和快速康復。然而，腹腔鏡手術并非沒有內在器官的生理紊亂，腹壁受氣腹正壓擴張所致的機械性損傷會增加患者術中和術后的應激反應[6]。腹腔鏡檢查所需的正壓氣腹會顯著降低腹腔內臟器的血流灌注，促使無氧代謝的形成，進而導致乳酸酸中毒、氧化應激和臟器功能的損傷[6-7]。Schietroma等[2]觀察了不同氣腹壓（12～14mmHg vs 6～8mmHg）下行腹腔鏡腎上腺切除術對外周炎癥指標影響，發(fā)現(xiàn)高氣腹壓組術后白細胞介素（IL）-1、IL-6及CRP水平均顯著升高。上述證據(jù)提示，氣腹是腹腔鏡手術創(chuàng)傷的一部分，高氣腹壓力可造成臟器功能的損傷和系統(tǒng)性炎癥介質的表達增加?；诖?，本研究通過對老年小鼠行腹腔探查手術建立POCD動物模型，與先前研究一致，腹腔探查手術會明顯損害老年小鼠的物體識別記憶、海馬依賴和非海馬依賴的恐懼記憶。在此模型基礎上，本研究進一步施加氣腹干預以模擬臨床上的腹腔鏡“大手術”，結果發(fā)現(xiàn)H組小鼠的場景性恐懼記憶和線索性恐懼記憶損害均顯著高于L組。

外科手術對機體產(chǎn)生巨大的創(chuàng)傷和應激，炎癥介質（如TNF-α、IL-1β、IL-6等）會在短時間內大量、快速的釋放，引起局部炎癥的同時，也使構筑血腦屏障（blood brain barrier，BBB）的血管內皮細胞及其周圍細胞激活[8-9]。這些細胞產(chǎn)生的擴大炎癥級聯(lián)反應對血腦屏障及腦組織產(chǎn)生損傷，使得外周炎癥因子能直接突破中樞炎癥反應區(qū)域的血腦屏障防御進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)并激活中樞的免疫相關細胞（如小膠質細胞），釋放多種炎性介質，在參與中樞炎癥的各組分間形成多組正反饋，進一步放大炎癥信號，對中樞神經(jīng)元造成損傷[8-10]，最終導致記憶和認知功能受損[11]。因此，筆者推測高壓氣腹通過促進外周炎癥進展和增加BBB通透性，進而引起中樞炎癥反應的形成和惡化手術麻醉引起的認知功能減退。對此假設的進一步驗證是未來研究的一個重要方向。

本研究選擇了目前POCD研究領域使用較為廣泛的新物體識別實驗和條件性恐懼實驗來評估小鼠的認知功能。結果發(fā)現(xiàn)，術后3、7d時H組和L組之間的RI均無統(tǒng)計學差異，提示高氣腹壓對小鼠的物體識別記憶并未造成進一步的損傷，這與恐懼記憶實驗的結果并不一致。筆者認為，POCD所損傷的認知功能涉及多個方面，累及的相關腦區(qū)也存在差異性，臨床中通常使用多維度、多方面的評估量表來診斷POCD，因此動物研究也應該結合更多的行為學實驗（如Morris水迷宮、曠場實驗）來綜合評估認知功能。在本研究的實驗條件下，高壓氣腹可能更大程度的損傷了恐懼記憶，而對物體識別記憶無顯著影響。

隨著選擇性肌松拮抗劑舒更葡糖鈉的上市，針對腹腔鏡手術是否應該常規(guī)應用深肌松技術的討論愈發(fā)激烈。近來大量臨床研究證實深肌松麻醉下使用低氣腹壓（8mmHg）即可滿足大部分腹腔鏡手術的操作視野[12]。然而，相關研究中的關注點更多集中于手術空間、手術視野、術后疼痛、快速康復等，尚未有研究將認知功能評估作為低氣腹壓的優(yōu)勢指標之一。然而事實上，隨著外科技術的飛速發(fā)展，越來越多高齡患者接受長時間、大創(chuàng)傷的手術，此類患者是POCD的相對高發(fā)人群，雖然胡夢瑩等[13]已有初步的探索性研究，但仍需大量針對低氣腹壓對術后認知功能影響的高質量臨床隨機對照試驗對其進行深入的探討。

綜上所述，相比低氣腹壓，高氣腹壓力加劇手術麻醉所致的老齡小鼠恐懼記憶損害。