老年全麻術(shù)患者血清HIF-1α，S-100β蛋白，BDNF水平及rSO2的動(dòng)態(tài)檢測(cè)與圍術(shù)期神經(jīng)認(rèn)知紊亂的相關(guān)性分析

馬 磊，蔡親東，陳基勝

（?？谑械谌嗣襻t(yī)院麻醉科,?？?570100）

圍術(shù)期神經(jīng)認(rèn)知紊亂（perioperative neurocognitive disorders,PND）是全身麻醉術(shù)后常見(jiàn)的并發(fā)癥，常見(jiàn)于老年患者，臨床表現(xiàn)為注意力、記憶、執(zhí)行功能減退及信息處理速度減慢等，PND 明顯延長(zhǎng)住院時(shí)間，增加住院死亡率[1]。全身麻醉術(shù)后PND 的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，可能與手術(shù)、麻醉劑毒性作用、神經(jīng)炎癥反應(yīng)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子缺乏、內(nèi)源性神經(jīng)變性等有關(guān)[2]。探討與老年患者全身麻醉術(shù)后PND 發(fā)病相關(guān)的分子機(jī)制對(duì)于術(shù)后早期PND 識(shí)別、臨床干預(yù)均有重要意義。低氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）是低氧狀態(tài)下機(jī)體適應(yīng)性反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子，參與異氟醚誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙上游機(jī)制[3]。S-100β 蛋白主要存在于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的敏感標(biāo)志物，在老年全身麻醉術(shù)后認(rèn)知功能障礙患者中S-100β 水平也明顯升高[4]。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是突觸可塑性，突觸之間信號(hào)傳導(dǎo)的中介，BDNF 水平降低與神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)疾病和精神疾病有關(guān)[5]。腦氧飽和度（cerebral regional oxygen saturation,rSO2）可反映圍術(shù)期腦組織氧供需變化和認(rèn)知功能[6]，術(shù)中監(jiān)測(cè)rSO2和維持rSO2穩(wěn)定可降低心血管手術(shù)患者PND 發(fā)生率[7]。本研究擬通過(guò)檢測(cè)老年全身麻醉患者圍術(shù)期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化，探討其與PND 的關(guān)系，旨在為臨床PND 診治提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象 本研究獲得我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，選擇2019年3月～2020年9月?？谑械谌嗣襻t(yī)院手術(shù)室接診的141 例接受全身麻醉手術(shù)的老年患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①選擇全身麻醉手術(shù)治療者；②年齡60 歲以上，80 歲以下；③美國(guó)麻醉醫(yī)師協(xié)會(huì)（ASA）分級(jí)Ⅱ～Ⅲ級(jí)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①并發(fā)嚴(yán)重基礎(chǔ)疾?。虎谛g(shù)前不能良好控制的高血壓、高血糖；③接受神經(jīng)叢阻滯麻醉、椎管內(nèi)麻醉者；④文盲、交流障礙、無(wú)法完成量表評(píng)估；⑤既往精神疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、阿爾茲海默癥、血管性癡呆等存在認(rèn)知功能障礙者；⑥嗜酒、酒精性脂肪肝、并發(fā)心腦血管疾病、貧血、高鈉和低鈉血癥、感覺(jué)障礙者；⑦術(shù)中輸血者。男性82 例，女性59 例，年齡61～73 歲，平均年齡67.87±3.68 歲，文化程度：初中41 例，中專(zhuān)或大專(zhuān)59 例，本科41 例；ASA 分級(jí)：Ⅱ級(jí)69 例，Ⅲ級(jí)72 例；手術(shù)部位：頭頸部手術(shù)38例，胸腹部手術(shù)62 例，脊柱或四肢手術(shù)41 例。樣本數(shù)量估算方法： 假定老年全麻術(shù)后PND 發(fā)生率為25%，絕對(duì)誤差不超過(guò)3%，α=0.05，PASS 軟件正態(tài)近似法計(jì)算得出需要樣本例數(shù)為113 例，考慮脫落率20%，最終樣本例數(shù)141 例（113/1-20%）。

1.2 儀器和試劑 ALISEI 全自動(dòng)酶標(biāo)儀，HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 試劑盒購(gòu)自北京科美東雅生物技術(shù)有限公司。美國(guó)Somanetics 公司INVOS 無(wú)創(chuàng)rSO2監(jiān)測(cè)儀。

1.3 方法

1.3.1 血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2檢測(cè)：分別于術(shù)前，術(shù)后1 天、3 天和7 天采集空腹靜脈血5ml，取上清液置于TGL-15M 臺(tái)式微量高速冷凍離心機(jī)4℃ 3 000r/min 離心15min(離心半徑10cm)，取血清-80℃保存待檢?？焖俳鈨鲅鍢悠?，應(yīng)用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)檢測(cè)血清HIF-1α,S-100β 蛋白、BDNF 水平。采用無(wú)創(chuàng)rSO2監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)術(shù)前、術(shù)后1 天、3 天、7 天基線處rSO2變化。

1.3.2 認(rèn)知功能評(píng)估：分別于術(shù)前，術(shù)后1 天、3 天、7 天評(píng)估患者認(rèn)知功能。中文版蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表 (MoCA)[8]評(píng)估患者認(rèn)知功能，評(píng)分越低認(rèn)知功能越低，<26 分為異常。簡(jiǎn)易智能精神狀態(tài)檢查量表(MMSE)[9]從定向、回憶、計(jì)算、語(yǔ)言、復(fù)述、執(zhí)行功能與命名7 項(xiàng)評(píng)估，評(píng)分越低認(rèn)知功能越低，<26 分為異常。以術(shù)后MoCA評(píng)分或MMSE 評(píng)分降低 ＞2 分者歸為PND 組（n=33），其余為認(rèn)知功能正常組（n=108）[10]。PND 組中包括：男性20 例，女性13 例；ASA 分級(jí)：Ⅱ級(jí)16 例，Ⅲ級(jí)17 例；手術(shù)部位：頭頸部8例，胸腹部16 例，脊柱或四肢9 例；術(shù)后清醒時(shí)間12～28h，平均20.35±6.13h。認(rèn)知功能正常組包括：男性62 例，女性46 例，ASA 分級(jí)：Ⅱ級(jí)53例，Ⅲ級(jí)55 例；手術(shù)部位：頭頸部30 例，胸腹部46 例，脊柱或四肢32 例；術(shù)后清醒時(shí)間12～28h，平均21.03±6.29h 。以上數(shù)據(jù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 SPSS 25.00 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，HIF-1α，S-100β 蛋白，BDNF，rSO2，MMSE 評(píng)分、MoCA 評(píng)分以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，不同時(shí)間點(diǎn)比較采用重復(fù)測(cè)量方差分析。性別、文化程度、ASA 分級(jí)、手術(shù)部位以率(%)表示，采用χ2檢驗(yàn)。Pearson 相關(guān)分析HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF水平以及rSO2與MMSE 評(píng)分、MoCA 評(píng)分之間相關(guān)性，受試者工作特征曲線（ROC）分析HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2診斷老年全身麻醉患者圍術(shù)期PND 的價(jià)值。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 PND 組、認(rèn)知功能正常組基線資料比較 見(jiàn)表1。PND 組年齡大于認(rèn)知功能正常組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=3.106,P<0.05），文化程度初中比例高于認(rèn)知功能正常組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=10.590,P<0.05）。

表1 PND組，認(rèn)知功能正常組基線資料差異(±s,n%)

表1 PND組，認(rèn)知功能正常組基線資料差異(±s,n%)

類(lèi) 別PND 組（n=33）認(rèn)知功能正常組（n=108）t/χ2P年齡（歲）69.35±3.4567.42±3.023.106 0.002文化程度 初中17（51.52）24（22.22） 10.517 0.001中專(zhuān)或大專(zhuān) 10（30.30）49（45.37） 2.358 0.125本科6（18.18）35（32.41） 2.408 0.115

2.2 PND 組和認(rèn)知功能正常組圍術(shù)期MMSE 評(píng)分、MoCA 評(píng)分變化 見(jiàn)表2。PND 組和認(rèn)知功能正常組圍術(shù)期間MMSE 評(píng)分、MoCA 評(píng)分變化，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=12.054,15.24,均P<0.001），MMSE 評(píng)分、MoCA 評(píng)分呈先降低后升高變化趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=6.352，7.485，均P<0.001）。PND 組和認(rèn)知功能正常組MMSE評(píng)分、MoCA 評(píng)分變化存在組間和時(shí)間交互效應(yīng)（F=8.005，9.467，均P<0.001），進(jìn)一步組間比較，PND 組術(shù)后1 天，術(shù)后3 天，術(shù)后7 天 MMSE 評(píng)分、MoCA 評(píng)分低于認(rèn)知功能正常組，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 PND 組，認(rèn)知功能正常組圍術(shù)期MMSE 評(píng)分，MoCA 評(píng)分變化(±s,分)

表2 PND 組，認(rèn)知功能正常組圍術(shù)期MMSE 評(píng)分，MoCA 評(píng)分變化(±s,分)

組別n MMSE 評(píng)分MoCA 評(píng)分術(shù)前術(shù)后1 天術(shù)后3 天術(shù)后7 天術(shù)前術(shù)后1 天術(shù)后3 天術(shù)后7 天PND 組3328.42±1.05 25.15±3.26 23.15±2.16 24.05±1.6528.72±0.93 25.05±3.41 22.05±2.05 23.46±1.97認(rèn)知功能正常組10828.51±0.86 27.05±0.46 26.54±0.34 27.11±0.9828.43±0.96 27.46±0.67 26.43±0.33 27.39±0.73 t 3.33015.80413.1636.96921.47717.305 P 0.0010.0000.0000.0000.0000.000

2.3 PND 組和認(rèn)知功能正常組圍術(shù)期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化 見(jiàn)表3。PND 組和認(rèn)知功能正常組圍術(shù)期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=19.356,25.134,18.094,15.346,均P<0.001）。血清HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2水平呈先升后降趨勢(shì)，BDNF 水平變化呈先降后升趨勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=14.264，18.498，12.054，9.658， 均P<0.001）。PND 組和認(rèn)知功能正常組血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化存在組間和時(shí)間交互效應(yīng)（F=13.054，17.154，13.054，7.882， 均P<0.001），進(jìn)一步組間比較，PND 組術(shù)后1，3，7 天血清HIF-1α，S-100β，rSO2蛋白水平高于認(rèn)知功能正常組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），而B(niǎo)DNF 水平低于認(rèn)知功能正常組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

表3 PND 組和認(rèn)知功能正常組圍術(shù)期血清HIF-1α、S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2 變化(±s)

表3 PND 組和認(rèn)知功能正常組圍術(shù)期血清HIF-1α、S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2 變化(±s)

項(xiàng)目PND 組（n=33）認(rèn)知功能正常組（n=108）t P HIF-1α（pg/ml） 術(shù)前105.35±22.45104.91±21.93術(shù)后1d119.42±26.71a109.35±23.652.0760.040術(shù)后3d134.24±32.65a106.31±22.065.6390.000術(shù)后7d123.05±28.46a104.02±21.434.1170.000 S-100β 蛋白（μg/L） 術(shù)前0.19±0.080.18±0.07術(shù)后1d0.31±0.12a0.20±0.095.6540.000術(shù)后3d0.45±0.19a0.26±0.107.5500.000術(shù)后7d0.26±0.11a0.22±0.072.4830.017 BDNF（pg/ml） 術(shù)前152.35±35.64152.43±34.19術(shù)后1d135.15±29.35a149.42±33.522.2000.029術(shù)后3d126.35±25.06a150.24±33.913.7430.000術(shù)后7d128.05±26.49a151.42±34.083.6160.000 rSO2（%） 術(shù)前61.52±6.9461.65±6.83術(shù)后1d76.35±4.98a72.44±5.113.8690.000術(shù)后3d71.02±4.73 a65.12±4.986.0250.000術(shù)后7d65.05±5.46 a60.35±6.123.9550.000

2.4 血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2水平與認(rèn)知功能的相關(guān)性 見(jiàn)表4。認(rèn)知障礙組患者血清HIF-1α，S-100β 蛋白水平、rSO2與MoCA評(píng)分、MMSE 評(píng)分均呈負(fù)相關(guān)（均P<0.001），BDNF 水平與MoCA 評(píng)分、MMSE 評(píng)分均呈正相關(guān)（均P<0.001）。

表4 血清HIF-1α,S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2 與MoCA 評(píng)分、MMSE 評(píng)分相關(guān)系數(shù)

2.5 HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2診斷老年全身麻醉患者圍術(shù)期PND 的價(jià)值分析 見(jiàn)圖1 和表5。ROC 分析示HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2診斷老年全身麻醉患者圍術(shù)期PND的截?cái)嘀禐?13.34 pg/ml，0.33μg/L，132.15pg/ml和73%，曲線下面積（AUC）分別為0.709，0.717，0.718 和0.705，聯(lián)合檢測(cè)AUC 為0.901，高于單獨(dú)檢測(cè)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=2.415，2.323，2.326，2.469；P=0.023，0.018，0.017，0.025）。

圖1 HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2 診斷老年全身麻醉患者圍術(shù)期PND 的ROC 圖

表5 HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2 診斷老年全身麻醉患者圍術(shù)期PND 的效能

3 討論

老年患者神經(jīng)功能逐漸衰退，在麻醉劑作用下更容易出現(xiàn)神經(jīng)功能受損，其中PND 是全麻術(shù)后最常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥。由于目前缺乏統(tǒng)一的PND 診斷標(biāo)準(zhǔn)和有效的生物學(xué)標(biāo)志物，早期對(duì)PND 識(shí)別診斷已成為臨床研究的熱點(diǎn)[1-2]。

HIF-1α 是細(xì)胞缺氧反應(yīng)中最重要的轉(zhuǎn)錄因子，低氧血癥并發(fā)高碳酸血癥可通過(guò)促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞HIF-1α轉(zhuǎn)位破壞血腦屏障，誘發(fā)認(rèn)知障礙[3]。S-100β蛋白是一種低分子酸性鈣結(jié)合蛋白，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)星狀膠質(zhì)細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞中大量存在，缺血性腦損傷早期膠質(zhì)細(xì)胞損傷后壞死，大量S100β 蛋白產(chǎn)生[9]。BDNF 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)有廣泛的表達(dá)，具有神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)功能，參與神經(jīng)元增殖、分化、損傷修復(fù)等病理生理過(guò)程[8]。rSO2與傳統(tǒng)指脈氧飽和度比較，可更準(zhǔn)確地評(píng)估腦組織中的氧需求與消耗之間的平衡，反映大腦灌注和氧合狀態(tài)[6]。本研究發(fā)現(xiàn)老年全身麻醉患者圍術(shù)期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2均出現(xiàn)一定程度變化，其中HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2呈先增后降趨勢(shì)，BDNF 則相反，說(shuō)明手術(shù)應(yīng)激可引起HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2的變化，隨著手術(shù)應(yīng)激消退HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2可逐漸恢復(fù)。

本研究發(fā)現(xiàn)PND 組圍術(shù)期HIF-1α，S-100β蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化更為顯著，表現(xiàn)為HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2升高更明顯，BDNF 下降幅度大于認(rèn)知功能正常組，提示圍術(shù)期監(jiān)測(cè)HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2變化有助于識(shí)別PND 的發(fā)生。相關(guān)性分析結(jié)果顯示HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2與MMSE 評(píng)分、MoCA 評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，BDNF 與MMSE 評(píng)分、MoCA 評(píng)分呈正相關(guān)，說(shuō)明HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 參與老年全身麻醉術(shù)后PND 的發(fā)生過(guò)程，HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2可用于老年全麻手術(shù)患者圍術(shù)期PND 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。現(xiàn)有研究顯示BDNF Met/Met 基因型可能與恐慌癥患者血漿BDNF水平降低及認(rèn)知障礙有關(guān)[11]，BDNF 水平與長(zhǎng)期砷暴露所致認(rèn)知障礙患者M(jìn)MSE 評(píng)分呈正相關(guān)[12]。動(dòng)物研究顯示大鼠顱腦損傷模型腦組織HIF-1α 表達(dá)顯著升高，水迷宮試驗(yàn)平均逃避潛伏期延長(zhǎng)，目標(biāo)象限停留時(shí)間縮短，穿越平臺(tái)次數(shù)減少，提高表達(dá)大鼠平均逃避潛伏期明顯縮短，目標(biāo)象限停留時(shí)間延長(zhǎng)，穿越平臺(tái)次數(shù)增加[13]，提示當(dāng)認(rèn)知功能受損時(shí)HIF-1α 應(yīng)激性升高，發(fā)揮保護(hù)和修復(fù)受損神經(jīng)作用。汪輝德等[14]人同樣發(fā)現(xiàn)S-100β 蛋白，rSO2在PND 患者中升高。王飛等[15]人認(rèn)為圍術(shù)期BDNF 缺乏與全身麻醉術(shù)后老年患者M(jìn)MSE 評(píng)分，MoCA 評(píng)分降低有關(guān)。推測(cè)HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2參與PND 的機(jī)制為手術(shù)麻醉刺激下腦組織缺血缺氧，誘導(dǎo)HIF-1α表達(dá)上調(diào)，rSO2升高，缺血缺氧下神經(jīng)細(xì)胞受損，BDNF表達(dá)缺失，S-100β蛋白大量釋放，進(jìn)一步加重神經(jīng)功能損傷。ROC 分析HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2診斷老年全身麻醉患者圍術(shù)期PND 均具有較高價(jià)值，聯(lián)合診斷可提高診斷效能，提示HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2可作為老年全身麻醉患者PND 的輔助診斷指標(biāo)。

綜上，老年全身麻醉術(shù)后PND 患者圍術(shù)期血清HIF-1α，S-100β 蛋白水平、rSO2先升后降，BDNF 水平先降后升，HIF-1α，S-100β 蛋白水平、rSO2升高、BDNF 水平降低與認(rèn)知功能損傷密切相關(guān)。HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2可作為老年全身麻醉術(shù)后PND 早期識(shí)別和病情評(píng)估的參考指標(biāo)，在臨床推廣。