右美托咪定劑量對老年脊柱手術患者術后認知功能障礙發(fā)生率及Aβ和細胞因子水平的影響：120例隨機對照試驗

李 智，李 虎，姚尚龍，程明華，陳建顏

1汕頭大學醫(yī)學院，廣東 汕頭 515000；2南方醫(yī)科大學附屬寶安醫(yī)院麻醉科，廣東 深圳 518000；3華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院麻醉科，湖北 武漢 430000；4汕頭大學醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院，廣東 汕頭 515000；5廣東藥科大學附屬第一醫(yī)院，廣東 廣州 510000；6廣州醫(yī)科大學附屬深圳沙井醫(yī)院，廣東 深圳 518100；7深圳市福田區(qū)第二人民醫(yī)院，廣東 深圳518000

術后認知功能障礙（POCD）是老年患者常見的術后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，可延長患者住院時間，降低生活質量，增加術后死亡率［1］。年齡、手術是誘發(fā)POCD的危險因素［2-3］，隨著我國人口老齡化趨勢，越來越多老年患者需要接受手術［4］，因此，防治老年患者POCD也越來越受到關注，但POCD發(fā)病機制尚未有確切結論。多項對POCD 發(fā)病機制的研究集中關注神經(jīng)細胞炎癥反應的分子機制［5］，沉積于小膠質細胞內的Aβ激活炎癥小體NLRP3，增加TNF-α、IL-1β和IL-6等細胞因子的釋放［6］。Aβ、TNF-α、IL-1β和IL-6不僅能準確地反應腦部炎癥反應，還與POCD的發(fā)生和發(fā)展密切相關。如何避免或減輕圍術期神經(jīng)炎癥反應，可能是防治POCD的關鍵。右美托咪定（DEX）是一種高選擇性α2-腎上腺素受體激動劑，在不引起呼吸抑制的情況下，為手術患者提供良好的鎮(zhèn)靜和鎮(zhèn)痛作用，但容易出現(xiàn)低血壓和心動過緩。DEX可抑制腦缺血模型的IL-6、TNF-α等促炎性細胞因子釋放，產(chǎn)生神經(jīng)保護作用［7］；DEX為臨床防治POCD提供了新的選擇，應用前景較好，部分臨床研究報道了DEX在預防POCD中的作用［8-9］，然而也有部分臨床研究發(fā)現(xiàn)術中使用DEX并不能預防POCD的發(fā)生［10-11］?；仡櫼酝难芯?，臨床研究因用藥時機、輸注時間和輸注劑量不同而導致結果不同。未來，還需加大臨床研究，加深基礎機制研究，明確DEX在POCD防治中的作用及機制［12］。

近年來，已有研究明確DEX預防POCD與輸注時機及輸注時間密切相關，老年患者非心臟手術后盡早期輸注DEX可降低POCD發(fā)生率，提高術后6月、1年及2年生存率，提高患者生活質量［13］；此外，圍術期長時間接受DEX輸注可明顯改善認知功能障礙的發(fā)生［14］；Lee等［8］研究證明DEX的輸注劑量在預防POCD的重要性，然而當前研究未提出DEX干預POCD的臨床合理輸注劑量，本研究圍繞術中輸注DEX預防老年患者POCD的合理劑量這一目標，設計臨床研究探索DEX輸注劑量對預防POCD 影響的量效關系，我們假設高劑量DEX更能降低老年患者POCD發(fā)生率。

為了驗證這一假設，本研究通過對全身麻醉下接受脊柱手術老年患者靜脈泵注不同劑量DEX，通過檢測簡易智力狀態(tài)量表（MMSE），評估不同劑量DEX對老年脊柱手術患者POCD的影響，這一設計為術中輸注DEX預防老年患者POCD的臨床合理劑量提供參考。此外，本研究測定老年脊柱手術患者Aβ、IL-1β、TNF-α和IL-6的血清水平，為DEX對POCD的免疫調節(jié)作用提供理論依據(jù)，就DEX抗神經(jīng)炎癥損傷的相關機制進行探討。

1 資料和方法

1.1 一般資料

本研究根據(jù)《藥物臨床試驗質量管理規(guī)范》進行。每位受試者術前均告知研究并簽署知情同意書。本研究獲得了南方醫(yī)科大學附屬寶安醫(yī)院倫理委員會的批準。

納入2015年10月～2017年4月在南方醫(yī)科大學附屬寶安醫(yī)院老年脊柱手術患者（≥65歲）120名。納入標準：（1）美國麻醉醫(yī)師協(xié)會（ASA）分級Ⅰ～Ⅲ級；（2）65歲≤年齡≤90歲；（3）術前簡易智力狀態(tài)量表（MMSE）評分≥24；（4）術前無竇性心動過緩各種傳導阻滯或低血壓的患者。排除標準：（1）患者有嚴重的視力障礙、聽力障礙或不能言語；（2）有麻醉藥物過敏史；（3）患有可能影響意識水平的精神和神經(jīng)疾病的患者；（4）嚴重肝腎功能異常：Child-Pugh分級C級和尿毒癥期；（5）中途拒絕繼續(xù)參與研究的患者。實驗分組：本實驗采用區(qū)組隨機雙盲對照研究。采用計算機產(chǎn)生分組序列，分組序列裝入不透光信封存于麻醉護士處。將符合納入標準的患者按手術安排時間順序和分組序列順序匹配，分配四組：C組（n=30）、S組（n=30）、M組（n=30）、L組（n=30）。4組試驗藥物均由麻醉護士使用透明注射器配置不同濃度藥物或生理鹽水，以相同速度靜脈輸注，麻醉護士不知曉研究內容。

1.2 方法

術前禁食6 h，禁飲2 h，避免術前用藥。入室后于右前臂開放靜脈通道，左側橈動脈行動脈置管監(jiān)測外周動脈血壓，所有受試者均由同一位麻醉醫(yī)師進行氣管插管全身麻醉。3組DEX組（S組、M組、L組）的患者在麻醉誘導前使用負荷劑量0.3 μg/kg的鹽酸DEX注射液（200 μg/2 mL 江蘇恒瑞醫(yī)藥股份有限公司 批準文號：國藥準字H20090248）泵注10 min，4組患者均使用1～2 mg/kg丙泊酚中/長鏈脂肪乳注射液（50 mL∶0.5 g預充注射器北京費森尤斯卡比醫(yī)藥有限公司批準文號：國藥準字J20160098）和2～3μg/kg枸櫞酸芬太尼注射液（0.1 mg/mL宜昌人福藥業(yè)有限責任公司批準文號：國藥準字H42022076），0.15 mg/kg注射用液順笨磺酸阿曲庫銨[5 mg/瓶上海東英（江蘇）藥業(yè)有限公司批準文號：國藥準字H20060927）]誘導后置入氣管導管。麻醉維持期間S組、M組、L組患者分別以0.2 μg/（kg·h）、0.5 μg/（kg·h）、0.8 μg/（kg·h）的DEX靜脈泵注維持，對照組C組患者則使用相同容量的生理鹽水作為安慰劑泵注；術中丙泊酚和注射用鹽酸瑞芬太尼（1 mg/瓶宜昌人福藥業(yè)有限責任公司批準文號：國藥準字H20030198）持續(xù)泵注維持麻醉，按需間斷靜脈推注順式阿曲庫銨。機械通氣使PetCO2維持35～45 mmHg，監(jiān)測麻醉深度BIS 值（Aspect Medical System,Norwood,MA,USA）維持40～60［15］，保持血液動力學穩(wěn)定，維持MAP 波動在基線10%以下［16］。預計手術結束前5 min停用全部患者的丙泊酚和瑞芬太尼。預計手術結束前40 min停止S組、M 組 和L 組DEX 泵注和C 組患者生理鹽水的泵注。給予氟比洛芬酯聯(lián)合芬太尼靜脈自控鎮(zhèn)痛緩解術后鎮(zhèn)痛，VAS評分控制在3分以內。

1.3 觀察指標和采血測量

記錄患者術中低血壓（收縮壓<90 mmHg，或比基礎值減少20%以上）和心動過緩（心率<55次/min，或比基礎值減少20%以上）的發(fā)生；記錄手術時間（Te）和手術結束到睜開眼睛的蘇醒時間（Tw）。

麻醉誘導前（D0）和術后1 d（D1）、術后3 d（D2）和術后7 d（D3）采用MMSE評估受試者認知功能，評估由未參與本實驗的工作人員完成。MMSE對術后認知功能領域的檢測結果與術前基線相比，當患者術后功能領域降低至少一個標準差（SD）則被認定為認知下降，當患者有兩個或以上神經(jīng)功能領域出現(xiàn)認知下降時，則被認定出現(xiàn)POCD。

分別在D0、D1、D2、D34個時間點抽取受試者靜脈血10 mL測定血清Aβ、TNF-α、IL-1β和IL-6的含量。通過插入右側前臂靜脈的留置導管抽取血液樣本，放入肝素抗凝管，30 min 內送往醫(yī)院實驗室，在4 ℃離心力2000×g下離心10 min，分離血漿樣本-80 ℃保存檢驗。用市售酶ELISA 試劑盒（Thermo Fisher Scientific Co.Ltd Boston,USA），采用ELISA技術測定Aβ和TNF-α、IL-1β、IL-6 的血清水平。

1.4 統(tǒng)計學方法

本項研究使用20.0 版SPSS（SPSS Inc.Chicago,IL,USA）軟件統(tǒng)計分析。計量資料以均數(shù)±標準差表示，分類變量以頻數(shù)（%）表示。Aβ、TNF-α、IL-1β、IL-6血清水平比較采用單因素方差分析和LSD-t檢驗，計數(shù)資料采用χ2檢驗。P<0.05 被認為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 4組受試者一般資料比較

4組共納入120名老年脊柱手術患者，4組患者一般資料統(tǒng)計（年齡、性別比例、身高、體質量、ASA分級、手術時間）比較差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05，表1）。

表1 4組受試者一般資料比較Tab.1 Demographic and clinical data of the patients in the 4 groups

2.2 圍手術期認知功能的評估

與D0比較，C組和S組受試者的MMSE評分在D1、D2、D3時間點顯著降低（P<0.05），而M組和L組受試者的MMSE評分則無顯著統(tǒng)計學差異。與C組相比，M組和L 組D1、D2、D3時間點MMSE 評分顯著升高（P<0.05），S組無顯著統(tǒng)計學差異（表2）。

表2 4組患者MMSE評分Tab.2 Mini Mental-State Examination(MMSE)scores in the 4 groups（Mean±SD）

2.3 術后POCD的發(fā)生率

術后第1天C組13名受試者和S組11名受試者出現(xiàn)POCD，兩組之間沒有顯著統(tǒng)計學差異（P=0.598）。與C 組相比，M 組（5 名患者）和L 組（3 名患者）出現(xiàn)POCD的患者數(shù)量顯著減少（分別P<0.05和P<0.01），但兩組之間沒有顯著統(tǒng)計學差異（表3）。

2.4 不良反應的發(fā)生率和蘇醒時間

圍術期L組受試者低血壓和心動過緩的發(fā)生率最高（P<0.01），其蘇醒時間（Tw）也比其他3 組長（P<0.05），其余3組差異無統(tǒng)計學意義（表4）。

表3 4組受試者POCD的發(fā)生率Tab.3 Incidence of POCD in the 4 groups(n,%)

表4 4組患者不良反應的發(fā)生率及蘇醒時間Tab.4 Incidence of adverse effects and recovery time of the patients in the 4 groups

2.5 DEX對Aβ的影響

4組受試者術前Aβ水平無統(tǒng)計學差異（P>0.05），與術前（D0）血清水平相比較,各組Aβ血清水平在D1時間點均明顯增加，隨后呈逐漸下降趨勢；術后7 d C組和S組的Aβ仍有顯著較高水平（P<0.01），而M組和L組的Aβ則下降至術前水平（P>0.05，圖1）。與C組比較，D1、D2、D3時間點Aβ血清水平在M組和L組顯著降低（P<0.01），S組無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。

圖1 4組患者Aβ的變化趨勢Fig.1 Changes in serum levels of Aβ in the 4 groups.*P<0.05 vs before surgery;#P<0.05 vs control group.

2.6 DEX對血清IL1β、TNF-α、IL6的影響

與術前相比（D0），各組TNF-α、IL1β和IL6的血清水平在D1時間點增加至高峰后呈逐漸下降趨勢。在C組和S組的TNF-α、IL1β和IL6血清水平在D2時間點仍處于顯著較高水平（P<0.01），D3時間點可下降至正常（P>0.05）；M 組和L 組的TNF-α、IL1β和IL6血清水平在D2時間點就下降到正常（P>0.05）。與C組比較，D1、D2時間點TNF-α、IL1β和IL6血清水平在M組和L組顯著降低（P<0.01），S組無統(tǒng)計學意義（P>0.05，圖2A～C）。

3 討論

POCD通常發(fā)生于老年患者，其臨床表現(xiàn)為意識紊亂、覺醒水平降低、性格改變和記憶力減弱或錯構等，可能發(fā)展成不可逆的阿爾默海茨?。?7］。Tan等［18］研究顯示，老年患者的POCD發(fā)生率平均高達47%。Shoair等［19］研究顯示，即使在大型非心臟手術術后3 個月，仍有15.9%的老年患者表現(xiàn)POCD。本研究結果顯示C組患者D1時間點POCD的發(fā)生率為43%，結果與相關文獻相近，說明老年脊柱手術POCD發(fā)生率較高，脊柱手術的創(chuàng)傷應激可能是促使老年脊柱手術患者POCD發(fā)生的重要因素之一?？刂剖中g創(chuàng)傷應激是臨床麻醉重要要求，探索安全有效的麻醉藥物，對提高麻醉質量和減少POCD發(fā)生具有重要意義。

DEX 的神經(jīng)保護作用已有相關研究報道，Sato等［20］使用DEX處理腦缺血大鼠神經(jīng)系統(tǒng)，明確DEX的體外神經(jīng)保護作用，而臨床上DEX干預對POCD的影響臨床試驗結果尚不統(tǒng)一，關于DEX干預和POCD發(fā)生的量效關系研究也甚少。本研究對老年脊柱手術患者泵注三種不同劑量的DEX，通過MMSE評估POCD發(fā)生率，結果表明：與術前相比，術后1 d到7 d C組和S組MMSE評分顯著降低，S組POCD發(fā)生率雖有所下降，但與C組比較無統(tǒng)計學差異（P>0.05），說明圍術期使用小劑量DEX不能顯著減少POCD的發(fā)生；M組和L組術后第1～7天的MMSE評分與術前比較無明顯變化（P>0.05），與C組比較，POCD發(fā)生率顯著降低。本試驗使用中、大劑量DEX可顯著減少POCD的發(fā)生率，考慮到DEX的鎮(zhèn)靜作用呈劑量依賴性的，我們推斷DEX在足夠的血藥濃度下才能充分發(fā)揮神經(jīng)保護作用，與部分臨床試驗顯示［10-11］DEX對POCD無顯著影響的結果比較，可能與低劑量輸入DEX不能有效控制手術創(chuàng)傷應激反應，而未能明顯抑制神經(jīng)炎性反應有關，以上研究顯示出術中使用中、大劑量DEX可能影響POCD發(fā)生，并且術中DEX輸注劑量可能為干預POCD提供新的選擇。本研究應用DEX的不良反應統(tǒng)計結果顯示，老年患者大劑量使用DEX后低血壓和心動過緩發(fā)生率最高（P<0.01），蘇醒時間（Tw）明顯長于其他3 組（P<0.05），且與C組相比差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），說明圍術期大劑量DEX輔助麻醉并不適合老年患者，美國食品藥品監(jiān)督管理局和歐洲藥品管理局在DEX的注冊文件顯示，65 歲以上患者的心動過緩和低血壓發(fā)生率較高［21］，鑒于DEX的臨床廣泛使用和安全考慮，圍術期中等劑量DEX更適合老年患者的臨床使用。

圖2 4組患者不同時間點IL-1β、IL-6、TNF-α變化趨勢Fig.2 Changes in serum levels of IL-1β(A)、IL-6(B)and TNF-α(C)in the 4 groups.*P<0.05 vs before surgery;#P<0.05 vs control group.

研究顯示［22］，老年小鼠經(jīng)腹部手術發(fā)展POCD后，β前體蛋白轉錄活性增強，Aβ含量顯著增加。Aβ是體內β-淀粉樣前體蛋白正常代謝產(chǎn)物之一，低濃度Aβ可刺激未成熟神經(jīng)元的分化，隨著濃度的增加，Aβ出現(xiàn)神經(jīng)毒性效應，包括樹突和軸突收縮，以及成熟分化神經(jīng)元細胞的減少或缺失［23-24］。Aβ的神經(jīng)毒性引起老年患者發(fā)生POCD的機制可能與增強氧化應激、誘導神經(jīng)元凋亡、突觸功能障礙、中樞膽堿能損傷和Tau蛋白磷酸化加速有關［25-27］。因此，抑制或減少Aβ的產(chǎn)生和沉積可能是成功防治POCD的關鍵。本研究結果表明：四組患者術后血清Aβ含量均升高，術后1 d達到峰值，說明老年患者經(jīng)歷脊柱手術創(chuàng)傷應激可能是誘發(fā)POCD的因素；由于停止手術創(chuàng)傷應激，術后血清Aβ含量開始下降，M組和L組術后7 d Aβ含量可恢復到術前水平，但C組和S組含量仍高于術前水平，M組和L組術后Aβ含量明顯低于C組，說明圍術期使用中、大劑量DEX干預可顯著減少Aβ分泌，調節(jié)手術創(chuàng)傷應激產(chǎn)生的相關神經(jīng)炎癥。

小膠質細胞為位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一類巨噬細胞，小膠質細胞通過細胞表面受體與可溶性Aβ結合，活化的小膠質細胞和星形膠質細胞釋放炎性細胞因子，如TNF-α、IL-6和IL-1β，激活補體系統(tǒng)，引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應，影響神經(jīng)元突觸連接功能，引起海馬損傷發(fā)展為POCD［28-30］。Taniguchi等［31］發(fā)現(xiàn)DEX可劑量依賴性地降低內毒素注射后極高的死亡率和細胞因子血清濃度，DEX的神經(jīng)保護作用是否能通過抑制炎性細胞因子，控制神經(jīng)炎性反應，減少POCD發(fā)生率尚不明確［32］。本研究還發(fā)現(xiàn)，圍手術期使用中、大劑量DEX可降低IL-1β、IL-6和TNF-α的血清水平，與C組比較，M組和L組在術后1 d、3 d的IL-1β、IL-6和TNF-α血清濃度顯著降低，這些變化與Aβ血清含量的變化相一致，說明圍術期使用中、大劑量DEX可顯著控制炎癥反應。本研究C組Aβ和IL-6、TNF-α、IL-1β在術后D1、D2時間點上升，相應時間點的MMSE評分降低，與D0比較差異均有統(tǒng)計學意義，POCD發(fā)生率分別為13例（43.3%）、12例（40.0%），通過對比MMSE評分和POCD發(fā)生率，發(fā)現(xiàn)血清Aβ和IL-6、TNF-α、IL-1β的波動變化還與POCD發(fā)生密切相關。在You［33］的調查結果也被提到，MMSE與Aβ等炎性相關生物標志物呈負相關。Aβ等炎性相關生物標志物升高聯(lián)合MMSE評分下降可為POCD診斷提供關鍵指標。然而，DEX干預后Aβ與細胞因子變化趨勢不同，DEX組術后3 d TNF-α、IL-1β和IL-6血清水平下降至基線值正常水平，但Aβ血清水平在術后7 d才下降至正常水平。據(jù)報道，IL-1β活性形式的形成是一個復雜的過程，通常需要兩個獨立的步驟，分別是誘導pro-IL-1β和激活caspase-1［34］。本研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β血清水平迅速下降至正常水平，并先于Aβ血清水平的下降，說明DEX可能通過抑制Aβ分泌阻斷pro-IL-1β的誘導和caspase-1的激活，IL-1β分泌在促炎反應中產(chǎn)生炎癥級聯(lián)反應起關鍵作用，最終導致神經(jīng)元功能障礙和神經(jīng)元死亡，一定劑量下DEX干預可抑制IL-1β的分泌發(fā)揮抗神經(jīng)炎反應的作用。當前研究沒有注冊，可能存在小偏移，但是我們嚴格按照CONSORT條目清單步驟進行。此發(fā)現(xiàn)為我們進一步探索DEX 預防POCD的發(fā)病機制及尋找干預靶點提供新的思路及依據(jù)。目前沒有文獻報道阻斷IL-1β分泌在干預POCD發(fā)生發(fā)展中的作用，因此對其具體調控機制及下游通路仍需進一步研究。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)DEX改善POCD的作用呈劑量相關，圍術期使用負荷劑量0.3 μg/kg DEX泵注10 min，維持劑量0.5和0.8 μg/（kg·h）[優(yōu)先為0.5 μg/（kg·h）]可能通過抑制Aβ和促炎性細胞因子的分泌，降低炎癥反應，減少老年脊柱手術患者POCD發(fā)病率。

致謝：作者感謝徐楚紅博士（中國武漢華中科技大學協(xié)和醫(yī)院臨床藥理學系）對數(shù)據(jù)分析的幫助！