遠端肢體缺血預處理機制及其保護圍術期老年病人認知功能的研究進展

王煜 吳剛 呂海俠 趙樹立 房明崗 于濤 王瑾

遠端肢體缺血預處理(remote ischemic preconditioning，RIPC)是一種簡單、無創(chuàng)、低成本的技術方法，最初用于心臟外科手術的心肌保護，用于肺、肝臟等重要器官的保護已經有30年的歷史。對于RIPC的腦保護作用，目前眾說紛紜，還沒有統(tǒng)一的觀點。由于手術創(chuàng)傷和麻醉引起的應激，圍術期神經認知障礙(perioperative neurocognitive disorders，PND)的發(fā)生率很高，特別是老年人群，發(fā)生率達20%～40%，其中10%無法恢復正常[1]。所以，如何保護圍術期病人，特別是老年人的認知功能，成為我們亟待解決的問題。目前還沒有有效的藥物和治療手段用于預防PND。因此，是否能夠將RIPC應用于術前預處理，以保護圍術期老年病人的認知功能，是我們需要深入探索的問題。

1 RIPC概述

RIPC是指在心、腦、肝、腎等組織器官可能出現較長時間的應激缺血之前，對遠端肢體實施數個周期的短暫缺血和再灌注的預處理，可以對遠隔部位的組織器官產生保護作用。目前，該技術已應用于臟器移植手術，作為防止急性腎損傷發(fā)展以及肝損害的一種保護措施。

1.1 RIPC的方法 RIPC實施方法簡單、無創(chuàng)、廉價。通常使用充氣壓力袖帶，將上肢或下肢血流暫時阻斷3～5 min，然后恢復血流3～5 min，循環(huán)操作3～5個周期。對局部肢體人為造成一段時間的缺血缺氧，進而可提高重要臟器對隨后手術或創(chuàng)傷導致的缺血、缺氧的耐受性。

1.2 RIPC的機制 RIPC的機制復雜，目前尚未清楚，可能與遠端肢體缺血激活了潛在的體液和神經途徑，以及這兩條途徑導致的基因改變和全身因素有關。RIPC可能通過這些途徑實現對遠隔器官的保護性作用。

1.2.1 體液途徑：體液假說認為，短暫的缺血刺激導致局部產生特定物質，在恢復血流的再灌注期釋放入血，進而隨血流到達遠隔效應器官發(fā)揮作用。近來有研究對3名健康成年男性志愿者進行RIPC，然后在預處理對側上臂抽取血液，將血漿分離并注入氧葡萄糖剝奪的人類神經干細胞，以此模擬缺血缺氧大腦模型[2]。結果發(fā)現，RIPC血漿能夠保護神經干細胞，免于氧葡萄糖剝奪誘發(fā)的細胞壞死；同時在RIPC血漿中還發(fā)現，硫氧還原蛋白水平明顯升高。硫氧還原蛋白是一個抗氧化蛋白，經過此蛋白預處理的人類神經干細胞同未經預處理的細胞相比，氧葡萄糖剝奪誘發(fā)的死亡率明顯降低。

目前，在體液途徑中傳遞保護作用的介質有很多，一些研究觀察到腺苷、緩激肽、阿片類物質、一氧化氮、降鈣素相關肽、基質衍生因子1-α(SDF1-α)在缺血灌注期濃度有所增加。所有這些介質到達其他器官之后，激活這些組織器官上相應的受體，啟動細胞內RIPC保護作用的級聯(lián)反應。

1.2.2 炎性與神經通路：Konstantinov等[3]研究發(fā)現，在人類血液循環(huán)中，RIPC能夠顯著降低促炎性基因在WBC中的表達，同時抑制TNF-α信號通路，抑制WBC黏附、趨化及胞外分泌。所有這些過程都促進了機體的抗炎活動，使RIPC在之后的缺血/再灌注損傷中起器官保護作用，同時也有助于多器官保護。

神經通路假說認為，短暫的組織缺血會在局部產生特殊介質，由此激活神經傳入通路。Ding等[4]用兔子動物模型證實了這個結論，即暫時阻斷腎動脈之后恢復血流，會產生心肌保護作用。但是如果在實施腎缺血預處理之前離斷腎周神經，那么腎缺血預處理產生的心肌保護作用就消失了。Dong等[5]也發(fā)現，如果離斷股神經，那么實施下肢缺血預處理產生的減少心肌梗死面積的心肌保護作用就消失了。同樣的缺血預處理器官保護作用，也可以被阻斷交感和副交感神經節(jié)產生降壓作用的降壓藥——六甲銨所阻斷[6]。由上述研究可以推斷，RIPC可能通過神經傳導發(fā)揮器官保護作用。

1.2.3 基因改變：有研究證實，缺血預處理對組織器官的保護作用時間是短暫的，大約持續(xù)2 h[7]。然而，在不同的物種都觀察到RIPC存在“第二保護窗”或“延遲RIPC作用”，即保護作用發(fā)生在預處理刺激之后的24 h，作用時間持續(xù)48 h[8]。RIPC預處理存在記憶的假說是基于蛋白激酶C從細胞質中轉移到細胞膜上，并在細胞膜上被激活。時間延遲可能由于基因激活以及新蛋白的表達，這些蛋白可能在延遲器官保護中發(fā)揮作用?？梢酝普?，RIPC是通過系統(tǒng)性因素和基因改變發(fā)揮作用的。

RIPC預處理對認知功能的保護作用，可能由于RIPC引起某個基因被激活，抑制雷帕霉素靶蛋白(mTOR)過度活躍，避免β淀粉樣蛋白(Aβ)1-42的沉積以及tau蛋白的過度磷酸化，從而減輕記憶和認知功能障礙。有研究者認為，RIPC的保護機制可能存在多個通路，包括：一氧化氮[9]、缺氧誘導因子1α[10]、縫隙連接蛋白43[11]、PLT依賴信號[12]，然而，最終的共同途徑似乎是級聯(lián)式細胞內激酶引發(fā)的ATP敏感性線粒體鉀離子通道開放[13]。

2 圍術期發(fā)生PND的原因分析

PND是指術前和術后12個月內發(fā)生的，包含術后譫妄(postoperative delirium，POD)在內的所有圍術期認知功能改變。PND可發(fā)生于任何年齡階段，但是其在老年人群中高發(fā)，表現為圍術期出現記憶力、計算力及定向力下降等認知功能方面的障礙。

關于PND的研究有很多，但其具體的發(fā)病機制目前還不清楚，可能由于手術與麻醉強烈刺激，使得神經元，特別是老年病人衰老神經元發(fā)生應激反應，繼而引起功能障礙。比較成熟的學說有：中樞炎癥學說，Aβ學說，自由基損傷學說等。

3 關于RIPC的爭議與研究現狀

目前有關RIPC的研究結果并不一致，有許多研究者認為RIPC具有腦保護作用，且對老年病人的認知功能具有保護作用。臨床研究顯示，對行結腸癌手術的老年病人術前給予右側上肢RIPC，術后能夠觀察到病人認知功能的改善[14]。另外，監(jiān)測病人血漿中炎性因子IL-1β、TNF-α以及中樞特異性蛋白(S100β)水平發(fā)現，RIPC可通過降低術后炎癥反應保護認知功能。在對膝關節(jié)置換術病人進行RIPC的研究中發(fā)現，RIPC能夠提高腦和肺的氧合，降低血漿乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase，LDH)水平[15]。盡管在松止血帶的時候，動脈血壓都會出現下降，但是腦和肺的氧合卻沒有隨之降低。這是由于RIPC能夠減少急性肺損傷、中性粒細胞活化和氣道阻力，改善肺氧合，進而提高腦氧合。LDH的水平是判斷組織損傷，特別是肌肉組織破壞程度的指標。RIPC能夠幫助降低LDH水平，提示其具有保護組織器官的作用。動物實驗也同樣提示，RIPC能夠改善腦損傷模型小鼠的認知功能和運動協(xié)調能力[16]。

然而，有些學者在研究中并沒有觀察到RIPC有臨床意義的認知功能保護作用。美國學者進行了一項多中心研究，對1403例丙泊酚麻醉下行心臟手術的病人術后1年進行隨訪，發(fā)現RIPC對神經認知功能、心臟功能以及心臟手術病人的長期轉歸沒有影響[17]。一個單中心小樣本研究同樣顯示，RIPC對經股動脈導管主動脈瓣置換術病人的預處理沒有大腦保護作用，與未經預處理的病人相比，RIPC組的短暫腦缺血、腦血管意外發(fā)生率、致殘率均無明顯變化，腦MRI顯示大腦體積及隱匿性腦損傷同樣沒有顯著變化[18]。

在臨床研究中無法觀察到RIPC的認知功能保護作用可能有以下幾個原因：(1)全麻揮發(fā)性麻醉氣體的腦保護作用掩蓋了RIPC的保護作用；(2)RIPC的預處理強度在用于臨床時，與動物實驗相比，其預處理的缺血時間和強度都減弱；(3)圍術期有些藥物的使用對RIPC的作用有影響，例如：心臟手術時β-受體阻滯劑的使用。

4 未來RIPC用于預防PND的可行性分析

簡單、無創(chuàng)、易于被病人接受是RIPC操作方法的優(yōu)點。由于全球老齡化程度不斷加重，未來接受手術治療的老年病人將逐年增多，對他們圍術期認知功能的保護問題日漸凸顯。目前對RIPC用于老年人術后認知功能保護的研究不多。未來在對RIPC相關機制進一步探討的同時，應該積極將無創(chuàng)、便捷的RIPC方法用于圍術期，并開展臨床研究，積累臨床資料。筆者認為可以把RIPC用于預防老年人術后認知功能障礙作為深入研究的一個方向。