血清PTGS2水平對(duì)老年髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后認(rèn)知功能障礙的診斷價(jià)值*

馮 蘭，袁紀(jì)蕓，廖 妍，羅美琪，劉宏錦，段曉霞△

(1.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院麻醉科，四川瀘州 646000；2.西南醫(yī)科大學(xué)麻醉學(xué)實(shí)驗(yàn)室，四川瀘州 646000；3.西南醫(yī)科大學(xué)麻醉學(xué)系，四川瀘州 646000)

術(shù)后認(rèn)知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)是一類以記憶力、注意力、信息處理能力及認(rèn)知靈活性等下降為特征的疾病，也是65歲以上老年患者常見的圍手術(shù)期并發(fā)癥[1-3]。隨著世界范圍內(nèi)人口老齡化的加劇，接受手術(shù)的老年患者逐年增加，POCD的發(fā)生備受國內(nèi)外研究者關(guān)注[4]。POCD會(huì)延長患者住院時(shí)間，嚴(yán)重影響患者術(shù)后生活質(zhì)量和遠(yuǎn)期轉(zhuǎn)歸[5-6]，甚至導(dǎo)致患者喪失日常生活能力，產(chǎn)生焦慮或抑郁[6]。目前POCD尚缺乏診斷金標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)研究中專業(yè)的神經(jīng)心理學(xué)量表評(píng)估應(yīng)用最多[7]，但存在耗時(shí)長、患者依從性差等缺點(diǎn)，并且易受患者文化程度的影響。因此，尋找一種新的、合理的、客觀的生物學(xué)標(biāo)志物，對(duì)早期識(shí)別和防治POCD具有重要意義。

神經(jīng)炎癥是POCD發(fā)生的重要機(jī)制[8-9]，健康老年人群血腦屏障通透性普遍增高[10]，疾病狀態(tài)和手術(shù)創(chuàng)傷引起的外周系統(tǒng)性炎癥更容易通過血腦屏障擴(kuò)展至中樞神經(jīng)系統(tǒng)引起神經(jīng)炎癥，對(duì)手術(shù)患者腦脊液標(biāo)本進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)促炎因子水平升高[11]。前列腺素內(nèi)過氧化物合酶2(prostaglandin-endoperoxide synthases 2，PTGS2)是多種炎性前列腺素合成過程中催化限速步驟的關(guān)鍵酶[12]。嚙齒類動(dòng)物試驗(yàn)中脂多糖(LPS)可誘導(dǎo)腦組織PTGS2表達(dá)，升高血清和腦組織勻漿中促炎因子如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素(IL)-1β等[13]水平。此外，在急性腦缺血再灌注損傷動(dòng)物模型中，PTGS2在腦梗死灶邊緣、血腦屏障等部位均可見表達(dá)上調(diào)[14-15]；在蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)小鼠模型可見血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞PTGS2 mRNA和蛋白表達(dá)均明顯上調(diào)，表明PTGS2水平可反映腦損傷嚴(yán)重程度[16]。與健康人群相比，阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)和輕度認(rèn)知功能障礙(mild cognitive impairment，MCI)患者血清、腦脊液均發(fā)現(xiàn)PTGS2表達(dá)上調(diào)[17]。然而，PTGS2是否在POCD患者腦脊液或血清中異常表達(dá)，目前尚無相關(guān)研究報(bào)道。因此，本研究擬通過檢測(cè)老年患者(≥65歲)圍手術(shù)期外周血PTGS2的表達(dá)變化情況，探討外周血PTGS2是否可作為POCD發(fā)生的預(yù)警指標(biāo)，有望為臨床診斷POCD提供一種簡便易行、可靠、靈敏的檢測(cè)方法。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采用前瞻性觀察性研究，研究對(duì)象為西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院2021年1-8月擬在全身麻醉下行人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的老年患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡≥65歲，性別不限；(2)美國麻醉醫(yī)師協(xié)會(huì)(ASA)分級(jí)Ⅰ～Ⅲ級(jí)；(3)符合人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的適應(yīng)證；(4)術(shù)前簡易精神狀態(tài)檢查量表評(píng)分：文盲>17分，小學(xué)>20分，中學(xué)及以上>24分；(5)患者及家屬知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)術(shù)前已存在認(rèn)知功能障礙疾病的患者；(2)存在心肺、肝腎等重要臟器嚴(yán)重?fù)p害的患者；(3)不能配合完成血液標(biāo)本采集或進(jìn)行認(rèn)知功能評(píng)估的患者；(4)長期服用影響認(rèn)知功能藥物的患者；(5)拒絕參加或無法溝通的患者。共納入符合標(biāo)準(zhǔn)的80例患者進(jìn)行研究，20例符合納入標(biāo)準(zhǔn)的非手術(shù)健康對(duì)照者用于量表基線評(píng)價(jià)。本研究已在臨床試驗(yàn)中心注冊(cè)(ChiCTR2100050533)，并通過西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院倫理審查委員會(huì)審核(KY2021215)，所有患者及健康志愿者在參與研究前均由本人或法律委托人簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1臨床資料收集

記錄患者的年齡、性別、受教育程度、體重指數(shù)(BMI)和ASA分級(jí)；是否有長期吸煙史和長期飲酒史(本研究將1個(gè)月內(nèi)有20 d吸煙超過20支/天，累計(jì)時(shí)間大于10年者定義為有長期吸煙史；每周平均飲酒量150 mL以上，累計(jì)時(shí)間大于10年者定義為有長期飲酒史)；是否有高血壓、心律失常、糖尿病病史；手術(shù)時(shí)間、出血量。

1.2.2麻醉誘導(dǎo)

所有患者術(shù)前常規(guī)禁飲禁食，入手術(shù)室后建立靜脈通道，監(jiān)測(cè)無創(chuàng)動(dòng)脈血壓、心電圖(ECG)、氧飽和度(SpO2)和腦電雙頻指數(shù)(BIS)。全身麻醉誘導(dǎo)依次靜脈注射鹽酸戊乙奎醚0.01 mg/kg、舒芬太尼0.3 μg/kg、苯磺順阿曲庫銨0.3 mg/kg、丙泊酚1.5～2.0 mg/kg，氣管插管后行機(jī)械通氣，以2%七氟烷持續(xù)吸入和瑞芬太尼0.15 μg·kg-1·min-1持續(xù)靜脈泵注維持麻醉，維持BIS在40～60，根據(jù)肌松需要追加苯磺順阿曲庫銨0.05 mg/kg。必要時(shí)使用心血管活性藥物(如多巴胺、去甲腎上腺素)控制血壓和心率波動(dòng)幅度在基礎(chǔ)值的20%。

1.2.3手術(shù)過程

本研究納入的手術(shù)患者均進(jìn)行后外側(cè)入路人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，手術(shù)者為骨與關(guān)節(jié)科的同一組醫(yī)生，患者術(shù)前未使用任何藥物，術(shù)后藥物及康復(fù)治療相同。待全身麻醉滿意后，取健側(cè)臥位，以大轉(zhuǎn)子為中心于后外側(cè)作切口，顯露深筋膜，松解臀大肌股骨止點(diǎn)。內(nèi)旋髖關(guān)節(jié)，于股骨附著處切斷梨狀肌及聯(lián)合肌腱。屈膝、屈髖、內(nèi)收、內(nèi)旋使髖關(guān)節(jié)脫位，顯露小轉(zhuǎn)子。截?cái)喙晒穷i，取出股骨頭，用髖臼銼銼至髖臼頂和壁周圍松質(zhì)骨出血，固定髖臼外杯，放入聚乙烯髖臼內(nèi)杯。擴(kuò)髓，安放股骨頭、股骨頸假體并評(píng)估髖關(guān)節(jié)活動(dòng)度。沖洗，放置引流管，逐層縫合。

1.2.4神經(jīng)心理學(xué)量表評(píng)估及研究對(duì)象分組

術(shù)前1 d和術(shù)后7 d由受過專業(yè)訓(xùn)練的規(guī)范化培訓(xùn)醫(yī)生對(duì)所有納入研究對(duì)象進(jìn)行神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試，包括簡易精神狀態(tài)檢查量表(Mini-Mental State Examination，MMSE)、畫鐘測(cè)試(Clock Drawing Test，CDT)、數(shù)字廣度測(cè)驗(yàn)(Digit Span Test，DST)、數(shù)字-符號(hào)轉(zhuǎn)換測(cè)驗(yàn)(Symbol Digit Modalities Test，SDMT)及連線測(cè)驗(yàn)(Trail Making Test A，TMT-A)，用于評(píng)估患者學(xué)習(xí)、記憶、注意力及執(zhí)行功能。為了確定認(rèn)知功能的正常參考值，招募了20例未接受手術(shù)的健康受試者作為對(duì)照組，并根據(jù)年齡、性別和受教育程度進(jìn)行匹配，間隔7 d評(píng)估兩次認(rèn)知功能，計(jì)算基線評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)差。在重復(fù)的神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試中存在的學(xué)習(xí)效應(yīng)，被計(jì)算為從基線到第2次評(píng)估的平均變異。采用國際術(shù)后認(rèn)知功能障礙研究1(ISPOCD1)確定的“Z評(píng)分”法進(jìn)行評(píng)估，將手術(shù)患者分為POCD和非POCD(NPOCD)組。每一項(xiàng)神經(jīng)心理測(cè)試得分減去基線得分和學(xué)習(xí)效果，再將其差值除以對(duì)照組基線得分的標(biāo)準(zhǔn)差即為Z分?jǐn)?shù)，各亞測(cè)試復(fù)合Z分?jǐn)?shù)≤-1.96分或至少有2個(gè)亞測(cè)試的Z分?jǐn)?shù)≤-1.96分(當(dāng)測(cè)試結(jié)果分?jǐn)?shù)下降代表認(rèn)知功能下降)即可診斷為POCD[18]。

1.2.5標(biāo)本采集及PTGS2表達(dá)水平檢測(cè)

分別于術(shù)前1 d、術(shù)后7 d兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，經(jīng)肘靜脈抽取患者靜脈血5 mL，保存于乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝管內(nèi)。血液標(biāo)本在4 ℃下靜置分層后，以3 000×g離心15 min，取上清液于-80 ℃保存。采用雙抗體夾心酶標(biāo)免疫分析法測(cè)定血清PTGS2表達(dá)水平，所用試劑盒為人PTGS2 ELISA試劑盒(北京索萊寶科技有限公司，批號(hào)SEKH-0413)，標(biāo)本處理及檢測(cè)步驟嚴(yán)格按照試劑盒說明書進(jìn)行。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 試驗(yàn)組與對(duì)照組的臨床基本特征及基線認(rèn)知功能比較

本研究共納入80例患者，其中5例拒絕參與術(shù)后神經(jīng)認(rèn)知評(píng)估，5例未完成神經(jīng)認(rèn)知評(píng)估，2例未采集血液標(biāo)本，1例血液標(biāo)本溶血。最終完成研究并納入統(tǒng)計(jì)學(xué)分析共67例。試驗(yàn)組與對(duì)照組相比，年齡、性別、BMI、受教育程度、基線MMSE、CDT、DST、SDMT、TMT-A均無明顯差異(P>0.05)，見表1。

2.2 POCD組與NPOCD組的臨床基本資料比較

試驗(yàn)組67例患者中，21例術(shù)后7 d發(fā)生POCD，POCD發(fā)生率為31.34%;受教育程度為小學(xué)或文盲的患者有39例，其中17例術(shù)后7 d發(fā)生了POCD，POCD發(fā)生率為43.59%；術(shù)中失血量>400 mL的患者有14例(20.9%)，其中有9例術(shù)后7 d發(fā)生了POCD，POCD發(fā)生率為64.29%。兩組BMI、基線MMSE、DST、CDT、SDMT及TMT-A評(píng)分，血清PTGS2表達(dá)水平，長期飲酒史、心律失常及高血壓病史均無明顯差異(P>0.05)；與NPOCD組相比，POCD組患者年齡更大，受教育程度更低，手術(shù)時(shí)間更長，失血量大于400 mL的患者占比更高(42.86%)，有糖尿病史患者占比更高(28.57%)，但男性(23.81%)和有長期吸煙史(9.52%)患者占比較低(P<0.05)，見表2。

2.3 不同時(shí)間點(diǎn)POCD組與NPOCD組血清PTGS2水平比較

與術(shù)前1 d相比，POCD組術(shù)后7 d血清PTGS2表達(dá)水平明顯升高(P<0.05)，NPOCD組術(shù)前1 d與術(shù)后7 d血清PTGS2表達(dá)水平無明顯差異(P>0.05)；與NPOCD組相比，POCD組術(shù)后7 d血清PTGS2表達(dá)水平明顯升高(P<0.05)，見表3。

表1 試驗(yàn)組與對(duì)照組的臨床基本特征及基線認(rèn)知功能比較

表2 POCD組與NPOCD組臨床基本資料比較

2.4 單因素及多因素分析

單因素分析顯示，年齡、性別、受教育程度、吸煙史、糖尿病史、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中失血量(≥400 mL)及術(shù)后7 d血清PTGS2水平可能是POCD的危險(xiǎn)因素(P<0.05)。將上述潛在風(fēng)險(xiǎn)因素納入單變量和多變量logistic回歸分析。單變量logistic回歸分析顯示，術(shù)后7 d血清PTGS2表達(dá)水平是POCD的危險(xiǎn)因素[OR=1.025，95%CI(1.010，1.041)，P<0.001]。多變量logistic回歸分析顯示，術(shù)后7 d血清PTGS2表達(dá)水平是POCD的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[aOR=1.039，95%CI(1.011,1.067)，P=0.005]，見表4。

2.5 術(shù)后7 d血清PTGS2表達(dá)水平對(duì)POCD的診斷價(jià)值

ROC曲線顯示，術(shù)后7 d血清PTGS2表達(dá)水平的曲線下面積(AUC)=0.754(P<0.01)。術(shù)后7 d血清PTGS2用于檢測(cè)POCD的閾值為0.234 ng/mL，所對(duì)應(yīng)的靈敏度為71.4%，特異度為69.6%，見圖1。

表3 POCD組與NPOCD組不同時(shí)間點(diǎn)PTGS2表達(dá)水平比較[M(P25，P75)，ng/mL]

表4 多變量logistic回歸分析POCD的影響因素

圖1 術(shù)后7 d血清PTGS2表達(dá)水平對(duì)POCD的診斷價(jià)值

3 討 論

本研究通過探討髖關(guān)節(jié)置換術(shù)老年患者血清PTGS2表達(dá)水平與POCD的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)POCD老年患者術(shù)后7 d血清PTGS2表達(dá)水平明顯升高，且PTGS2對(duì)POCD的發(fā)生具有預(yù)警價(jià)值。本研究結(jié)果顯示，老年患者行髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后POCD的發(fā)生率為31.34%，該結(jié)果低于老年患者心臟手術(shù)術(shù)后POCD的發(fā)生率(47.7%)[19]，略高于非心臟手術(shù)術(shù)后POCD的發(fā)生率(25.8%)[20]，可能與髖關(guān)節(jié)置換術(shù)相較于其他非心臟手術(shù)術(shù)中失血量更多有關(guān)[21]。本研究術(shù)中失血量>400 mL的患者占20.9%，其中有64.29%發(fā)生了POCD，這與相關(guān)研究報(bào)道術(shù)中失血量多是POCD的危險(xiǎn)因素一致[22]。

研究表明，年齡是POCD發(fā)生的危險(xiǎn)因素之一[23]，本研究中發(fā)生POCD的患者年齡更大；試驗(yàn)組有39例患者受教育程度為小學(xué)或文盲，其術(shù)后POCD發(fā)生率為43.59%，與相關(guān)研究報(bào)道的受教育程度低與POCD發(fā)生有關(guān)一致[24]。研究顯示，術(shù)前合并糖尿病患者發(fā)生POCD的風(fēng)險(xiǎn)增加1.26倍[25]。本研究單因素分析顯示，POCD組有糖尿病史患者占比較高。吸煙是老年人認(rèn)知功能減退的重要危險(xiǎn)因素[26]，但本研究中POCD組有長期吸煙史患者占比較低(9.52%)，這可能與男性患者較少有關(guān)。將上述影響因素納入最終多變量logistic回歸分析，除年齡外，其余參數(shù)對(duì)POCD的發(fā)生不具有預(yù)測(cè)作用，這一結(jié)果可能與本研究樣本量、納入和排除標(biāo)準(zhǔn)、患者特征、術(shù)前合并疾病的差異及混雜因素有關(guān)。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)是POCD發(fā)生的病理生理機(jī)制之一[8]，老年脊柱手術(shù)患者術(shù)后血清IL-1β、IL-6、TNF-α等炎癥因子水平升高與POCD發(fā)生有關(guān)[27]。圍手術(shù)期應(yīng)激可通過激活外周及中樞神經(jīng)炎癥反應(yīng)導(dǎo)致POCD發(fā)生，其機(jī)制可能與PTGS2激活小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮炎癥激活放大作用有關(guān)[28]。AD小鼠模型中發(fā)生中樞炎癥及神經(jīng)元凋亡與海馬PTGS2表達(dá)上調(diào)有關(guān)，同時(shí)血清PTGS2表達(dá)水平上調(diào)可在一定程度反映海馬PTGS2表達(dá)情況[29]；AD和MCI患者血清、腦脊液均發(fā)現(xiàn)PTGS2上調(diào)。因此，可通過檢測(cè)外周血PTGS2表達(dá)水平評(píng)估神經(jīng)炎癥反應(yīng)程度，進(jìn)一步反映神經(jīng)認(rèn)知功能的損傷情況。在POCD、腦血管癡呆及AD患者均發(fā)現(xiàn)中樞和外周炎癥因子表達(dá)上調(diào)[30]，但尚未有關(guān)于POCD患者外周PTGS2表達(dá)情況的報(bào)道。

本研究發(fā)現(xiàn)，圍手術(shù)期應(yīng)激導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)置換術(shù)老年患者血清PTGS2表達(dá)上調(diào)，而發(fā)生了POCD的患者上調(diào)程度更為明顯。術(shù)后7 d血清PTGS2水平用于診斷POCD的靈敏度為71.4%，特異度為69.6%，提示血清PTGS2對(duì)POCD的發(fā)生具有預(yù)警價(jià)值。研究表明，腦脊液膽堿能生物標(biāo)志物膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT)、乙酰膽堿(ACh)等對(duì)POCD有一定的診斷價(jià)值[31]，但腦脊液標(biāo)本采集相對(duì)復(fù)雜、創(chuàng)傷大，檢測(cè)手段有限，且報(bào)道顯示ChAT活性在中樞海馬和外周表達(dá)情況不一致[32]，不能通過檢測(cè)外周ChAT活性反映中樞表達(dá)情況，對(duì)于內(nèi)在機(jī)制的探討存在局限性。Meta分析顯示，腦脊液和血清炎癥標(biāo)志物IL-6、TNF-α、C反應(yīng)蛋白(CRP)等在POCD患者體內(nèi)表達(dá)情況不一致，且特異性較低，易受很多因素干擾，用于預(yù)測(cè)POCD發(fā)生的價(jià)值有限[30]。而PTGS2在認(rèn)知損傷動(dòng)物模型血清與海馬神經(jīng)元均表達(dá)上調(diào)[29]，因此，外周PTGS2可作為后期靶向研究PTGS2在中樞炎癥反應(yīng)中所起作用的外周生物學(xué)標(biāo)記物，推動(dòng)POCD從發(fā)生機(jī)制研究到臨床診治的進(jìn)程。

本研究是對(duì)血清PTGS2是否可作為POCD生物學(xué)診斷標(biāo)志物的初步探索，存在因樣本量不足導(dǎo)致的檢驗(yàn)效能偏低的風(fēng)險(xiǎn)，且僅采集了術(shù)前1 d和術(shù)后7 d的血清標(biāo)本，未進(jìn)一步動(dòng)態(tài)隨訪術(shù)后更長時(shí)間的外周血PTGS2水平及患者認(rèn)知功能。后期會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量、延長觀察隨訪時(shí)間，采集多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的血液標(biāo)本及增加認(rèn)知功能評(píng)估次數(shù)，以期通過開展更大樣本、前瞻、對(duì)照設(shè)計(jì)的臨床隊(duì)列研究為POCD從診斷到發(fā)生機(jī)制的探討提供更多臨床數(shù)據(jù)支持，并進(jìn)一步開展相應(yīng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證外周和中樞PTGS2在POCD發(fā)生機(jī)制中所發(fā)揮的作用。