外周血單核細(xì)胞水平與老年術(shù)后認(rèn)知功能障礙的相關(guān)性研究

鄭惠文 陳倩敏 張靖悅 任柏青 劉 超 劉天雅 王志萍

術(shù)后認(rèn)知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction, POCD)是老年患者手術(shù)麻醉后常見的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥,主要表現(xiàn)為術(shù)后注意力、記憶力、思維能力、執(zhí)行能力、視覺空間能力等較術(shù)前有一定程度的下降[1]。POCD多見于65歲以上接受重大手術(shù)的患者,在非心臟手術(shù)麻醉后早期POCD發(fā)生率為4%～41%,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[2]。目前POCD的診斷暫無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),主要通過各種神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試估判,缺乏簡(jiǎn)單有效預(yù)測(cè)的生物學(xué)標(biāo)志物,然而早期的預(yù)測(cè)是預(yù)防POCD的關(guān)鍵,同時(shí)相關(guān)生物學(xué)標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)有助于臨床前研究認(rèn)知受損相關(guān)機(jī)制的驗(yàn)證或進(jìn)一步探究[3]。

研究表明,炎癥和免疫系統(tǒng)的過度激活與POCD密切相關(guān)[4]。單核細(xì)胞參與免疫炎性反應(yīng),是抗感染和損傷的先天性免疫防御系統(tǒng)的重要組成部分,其動(dòng)態(tài)變化可能預(yù)示著疾病的進(jìn)展[5]。近年來研究發(fā)現(xiàn),單核細(xì)胞與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病也密切相關(guān),已被證實(shí)是阿爾茨海默病、腦卒中、創(chuàng)傷性中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷等多種神經(jīng)退行性疾病的生物學(xué)標(biāo)志物[6, 7]。但單核細(xì)胞與POCD的相關(guān)性研究甚少,因此,本研究擬通過觀察老年全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)患者圍手術(shù)期外周血單核細(xì)胞及其他免疫相關(guān)的細(xì)胞學(xué)指標(biāo)水平,探討其對(duì)POCD發(fā)生的預(yù)測(cè)價(jià)值,旨在為POCD的預(yù)防、診斷及相關(guān)機(jī)制的研究提供參考。

資料與方法

1.一般資料:采用前瞻性觀察性研究方法,選取2021年10月～2022年3月于徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院全身麻醉下行擇期全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的96例老年患者。納入標(biāo)準(zhǔn):①年齡≥65歲;②美國(guó)麻醉醫(yī)師協(xié)會(huì)(American Society of Anesthesiologists, ASA)分級(jí)≤Ⅲ級(jí); ③擇期行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。排除標(biāo)準(zhǔn):①術(shù)前簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表(mini-mental state examination, MMSE)評(píng)分<24分;②臨床明確診斷心臟、肺、肝臟、腎臟功能不全;③患有精神分裂癥、癲癇、帕金森病、重癥肌無力、癡呆或臨床上明顯的神經(jīng)血管疾病;④拒絕或無法完成神經(jīng)認(rèn)知評(píng)估的患者。剔除標(biāo)準(zhǔn):①發(fā)生頑固性低血壓、大出血等嚴(yán)重圍術(shù)期并發(fā)癥;②術(shù)后入ICU;③術(shù)后失訪。本研究已通過徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理學(xué)委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理學(xué)審批號(hào):XYFY2021KL202-0),且與患者或家屬簽署知情同意書。

2. 麻醉方法:患者入室后連接監(jiān)護(hù)系統(tǒng),行心電圖、脈搏血氧飽和度、呼吸末二氧化碳分壓、無創(chuàng)及有創(chuàng)血壓、腦電雙譜指數(shù)(bispectral index, BIS)和體溫監(jiān)測(cè)。所有患者均采用舒芬太尼0.5μg/kg,依托咪酯0.3mg/kg,順式阿曲庫(kù)銨0.15mg/kg或羅庫(kù)溴銨0.6mg/kg靜脈麻醉誘導(dǎo)。誘導(dǎo)后予以氣管插管,機(jī)械通氣10～14次/分,潮氣量6～8ml/kg。靜吸復(fù)合麻醉維持,予以七氟烷1.0%～1.5%、丙泊酚1～3mg/(kg·h)、瑞芬太尼0.1～0.3μg/(kg·min),術(shù)中隨時(shí)調(diào)整麻醉藥物用量,使BIS維持在40～60,根據(jù)情況追加肌肉松馳藥。術(shù)中維持血壓波動(dòng)幅度不超過基礎(chǔ)值的20%。術(shù)后統(tǒng)一采用靜脈自控鎮(zhèn)痛泵緩解疼痛,舒芬太尼1.5μg/kg+地佐辛0.25mg/kg+托烷司瓊6mg,用0.9%氯化鈉溶液稀釋至100ml,背景滴注速率2ml/h,每次追加劑量0.5ml,鎖定時(shí)間15min。術(shù)后若疼痛視覺模擬評(píng)分(visual analogue scale,VAS)>4分時(shí),靜脈注射50mg氟比洛芬酯補(bǔ)救鎮(zhèn)痛。所有患者術(shù)中均靜脈滴注頭孢類抗生素。

3.認(rèn)知功能評(píng)估:術(shù)前1天及術(shù)后7天分別應(yīng)用MMSE評(píng)分評(píng)估患者認(rèn)知功能,為盡量減少偏差,測(cè)試在一天的同一時(shí)間及相同環(huán)境中進(jìn)行?；颊咝g(shù)后7天的MMSE評(píng)分較術(shù)前減少2分及以上認(rèn)為發(fā)生POCD,根據(jù)是否發(fā)生POCD將患者分為POCD組和非POCD組[8, 9]。

4.觀察指標(biāo):記錄患者年齡、性別、體重、身高、體重指數(shù)(body mass index, BMI)、ASA分級(jí)、受教育水平、吸煙情況、飲酒情況、既往病史(高血壓、糖尿病、冠心病)、手術(shù)時(shí)間、麻醉時(shí)間、術(shù)中總輸入量、術(shù)中估計(jì)失血量、拔管時(shí)間、住院時(shí)間等一般資料。記錄術(shù)前及術(shù)后7天MMSE評(píng)分、術(shù)后1～7天疼痛VAS評(píng)分,并記錄最高值。既往研究顯示,行全關(guān)節(jié)置換術(shù)后淋巴細(xì)胞與單核細(xì)胞比值(lymphocyte-to-monocyte ratio, LMR)、中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞比值(neutrophil-to-lymphocyte ratio,NLR)等免疫炎性指標(biāo)均在術(shù)后第1天達(dá)到峰值[10]。因此,記錄術(shù)前及術(shù)后1天外周血單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)(均為徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院擬行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)患者常規(guī)檢查項(xiàng)目,由檢驗(yàn)室常規(guī)檢驗(yàn)),并計(jì)算LMR、NLR及其手術(shù)前后的差值(△LMR、△NLR)。

5.樣本量計(jì)算:采用受試者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線的方法估計(jì)樣本量。預(yù)計(jì)單核細(xì)胞對(duì)POCD預(yù)測(cè)價(jià)值的ROC曲線下面積(area under the curve, AUC)為0.700,全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)老年患者術(shù)后1周POCD發(fā)生率約為30%。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)?zāi)芰?1-β)取80%,Ⅰ型錯(cuò)誤率(α)為5%(雙側(cè)),采用PASS 15.0軟件計(jì)算樣本量,為77例,考慮20%脫落率,預(yù)計(jì)納入96例。

結(jié) 果

1.一般資料和臨床指標(biāo)比較:最終有96例患者納入本研究,其中26例患者術(shù)后7天發(fā)生POCD(27.08%)。兩組患者性別、年齡、BMI、ASA分級(jí)、受教育程度、吸煙情況、飲酒情況、既往病史、術(shù)前MMSE評(píng)分、手術(shù)時(shí)間、麻醉時(shí)間、術(shù)中總輸入量、術(shù)中估計(jì)失血量、術(shù)中輸血情況、拔管時(shí)間及術(shù)后疼痛情況等差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,表1)。與術(shù)前比較,術(shù)后單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞水平、LMR、NLR均明顯改變(P<0.05)。兩組患者術(shù)前和術(shù)后單核細(xì)胞水平比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),POCD組均明顯高于非POCD組;兩組患者術(shù)前LMR和△LMR比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),POCD組均明顯低于非POCD組(表2)。POCD組和非POCD組患者術(shù)前淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、NLR及術(shù)后淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、LMR、NLR、△NLR比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,表2)。

表1 兩組患者一般資料和臨床指標(biāo)比較

表2 兩組患者手術(shù)前后實(shí)驗(yàn)室檢查指標(biāo)比較

2.ROC曲線分析:采用ROC曲線評(píng)價(jià)術(shù)前外周血單核細(xì)胞水平對(duì)POCD的預(yù)測(cè)效能。術(shù)前外周血單核細(xì)胞預(yù)測(cè)行全髖關(guān)節(jié)根治術(shù)的老年患者早期發(fā)生POCD的最佳截?cái)嘀禐?.55×109/L,AUC為0.729(95% CI:0.618～0.840,P<0.05),其敏感度和特異性分別為53.9%和85.7%(圖1)。

圖1 術(shù)前外周血單核細(xì)胞水平預(yù)測(cè)POCD的ROC曲線

3.危險(xiǎn)因素分析:術(shù)前單核細(xì)胞和術(shù)前LMR和△LMR存在多重共線性(VIF>10),排除預(yù)測(cè)能力低的變量。POCD的單因素Logistic回歸分析結(jié)果顯示,受教育水平、術(shù)前及術(shù)后單核細(xì)胞對(duì)POCD的影響差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。受教育水平低、術(shù)前及術(shù)后單核細(xì)胞水平高的患者POCD的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。將單因素分析中P<0.05的變量納入多因素Logistic回歸分析,在校正了其他影響因素后,結(jié)果顯示,術(shù)前外周血單核細(xì)胞水平與POCD的發(fā)生獨(dú)立相關(guān)(OR=2.725,95% CI:1.506～4.930,P<0.05,表3)。

表3 POCD患者相關(guān)危險(xiǎn)因素的多因素Logistic回歸分析

討 論

POCD是老年患者手術(shù)和麻醉后常見的神經(jīng)退行性疾病,2018年有學(xué)者提出將其更名為“圍術(shù)期神經(jīng)認(rèn)知功能紊亂(perioperative neurocognitive disorders, PND)”[11]。本研究中老年患者行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后POCD發(fā)生率為27.08%,與既往文獻(xiàn)報(bào)道基本一致[12]。POCD的早期診斷對(duì)患者具有重要意義,尋找簡(jiǎn)單有效的POCD生物學(xué)標(biāo)志物是POCD防治的關(guān)鍵。本研究發(fā)現(xiàn),術(shù)前外周血單核細(xì)胞高水平與POCD發(fā)生相關(guān),且校正混雜因素后相關(guān)性仍然存在,是POCD的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。

研究表明,免疫炎性反應(yīng)是POCD發(fā)生、發(fā)展的重要機(jī)制,手術(shù)創(chuàng)傷引起的外周炎性細(xì)胞因子可通過血-腦脊液屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng),進(jìn)而影響神經(jīng)認(rèn)知功能[13]。單核細(xì)胞是一類來源于骨髓祖細(xì)胞的白細(xì)胞,對(duì)感染和損傷進(jìn)行免疫防御具有重要作用,近年來對(duì)腦功能的影響也被越來越多地認(rèn)識(shí)到。在創(chuàng)傷、慢性應(yīng)激、感染等病理?xiàng)l件下,單核細(xì)胞可透過受損的血-腦脊液屏障,分化為巨噬細(xì)胞,通過分泌炎性介質(zhì)促進(jìn)神經(jīng)炎癥,且與膠質(zhì)細(xì)胞相互作用使突觸受損,影響神經(jīng)元功能[14]。Chen等[15]研究發(fā)現(xiàn),手術(shù)和麻醉后單核細(xì)胞中炎性小體NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)過度激活,中樞白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)增加,導(dǎo)致神經(jīng)元活動(dòng)減退、學(xué)習(xí)依賴的樹突棘形成障礙,進(jìn)而導(dǎo)致POCD。術(shù)前消耗外周血單核細(xì)胞或使NLRP3炎性小體失活可降低中樞IL-1β水平,可以改善小鼠的神經(jīng)元受損和行為異常情況。本研究結(jié)果與既往基礎(chǔ)研究一致,相較于老年行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后未發(fā)生POCD的患者,POCD患者術(shù)前單核細(xì)胞水平更高,術(shù)前單核細(xì)胞水平可以預(yù)測(cè)POCD的發(fā)生。

Berger等[16, 17]研究表明,手術(shù)前后腦脊液中單核細(xì)胞水平變化與術(shù)后POCD發(fā)生密切相關(guān)。Mocco等[18]研究表明,術(shù)前高單核細(xì)胞水平是頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)后早期POCD的危險(xiǎn)因素。而本研究納入了對(duì)血管創(chuàng)傷更小的老年常見手術(shù),并補(bǔ)充了手術(shù)前后其他外周免疫細(xì)胞學(xué)指標(biāo),根據(jù)多因素Logistic回歸及ROC曲線分析探究了相較于腦脊液更簡(jiǎn)單方便的外周血單核細(xì)胞水平與POCD的相關(guān)性。Zhao等[19]研究表明,在胃腸手術(shù)患者中,術(shù)前LMR及術(shù)前和術(shù)后7天LMR的動(dòng)態(tài)變化與POCD密切相關(guān),但是在本研究中發(fā)現(xiàn),相較于LMR,單核細(xì)胞與POCD的相關(guān)性更高。此外,本研究也納入了手術(shù)前后中性粒細(xì)胞水平,并計(jì)算了NLR值,但均未發(fā)現(xiàn)與POCD存在相關(guān)性,這也與既往研究不符[20, 21]。這些可能與納入的手術(shù)方式以及術(shù)前患者的炎癥基礎(chǔ)情況不同有關(guān),相較于既往研究,本研究納入的擬行全髖關(guān)節(jié)置換患者術(shù)前炎性指標(biāo)更高,且術(shù)中抗生素的應(yīng)用預(yù)防性減少患者術(shù)后炎性反應(yīng),降低了術(shù)后各免疫細(xì)胞學(xué)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化。

本研究尚存在一定的局限性:①研究?jī)H使用了MMSE評(píng)分作為POCD的診斷標(biāo)準(zhǔn),雖然本研究納入的患者學(xué)歷普遍較低,但是考慮到MMSE的天花板效應(yīng)仍存在對(duì)于輕度POCD漏診的可能;②本研究?jī)H探究了術(shù)后1天外周血單核細(xì)胞水平,并未進(jìn)行遠(yuǎn)期監(jiān)測(cè),未關(guān)注術(shù)后多時(shí)間點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化情況;③本研究樣本量偏小且僅納入全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)單一術(shù)式,未來需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量并進(jìn)行多術(shù)式、多中心研究,進(jìn)一步明確免疫細(xì)胞與POCD的關(guān)系。

綜上所述,術(shù)前外周血單核細(xì)胞水平升高是POCD發(fā)生的危險(xiǎn)因素,麻醉和手術(shù)后外周單核細(xì)胞透過受損的血-腦脊液屏障,促進(jìn)中樞炎性反應(yīng),進(jìn)而影響認(rèn)知功能。與術(shù)后標(biāo)志物不同,單核細(xì)胞水平作為術(shù)前標(biāo)志物,可以提前預(yù)測(cè)POCD的潛在風(fēng)險(xiǎn),有助于進(jìn)一步完善手術(shù)和麻醉計(jì)劃,且血常規(guī)作為術(shù)前常規(guī)檢查項(xiàng)目,患者術(shù)前單核細(xì)胞水平應(yīng)更加引起重視。