韋曉勇,李 軍,王 毅,閔紅星*
·論著·
七氟醚對老齡大鼠空間學(xué)習(xí)和記憶能力的影響
韋曉勇1,李 軍1,王 毅2,閔紅星2*
目的 通過Morris水迷宮實驗,探討七氟醚對老齡大鼠空間學(xué)習(xí)和記憶能力的影響。方法 選取18月齡,450~500 g,健康雄性SD大鼠24只,隨機(jī)分為4組。大鼠于麻醉前進(jìn)行Morris水迷宮適應(yīng)性訓(xùn)練3 d,于麻醉結(jié)束后1、3、7 d進(jìn)行Morris水迷宮實驗測定空間學(xué)習(xí)和記憶能力。結(jié)果 ①定位航行實驗。組間比較:麻醉后1、3 d,I組、S1組逃避潛伏期較C組延長(P<0.05);麻醉后3 d,I組、S1組總游泳距離較C組延長(P<0.05);麻醉后7 d,I組逃避潛伏期和總游泳距離較C組、S1組延長(P<0.05)。組內(nèi)比較:與麻醉后1 d比較,麻醉后3、7 d各組逃避潛伏期和總游泳距離均延長(P<0.05,P<0.01)。②空間探索實驗。S1組、S2組的平臺象限的停留時間(TP)和TP與總游泳時間的百分比(TP/T)與C組比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),I組與C組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。結(jié)論 低濃度七氟醚對老齡大鼠早期空間學(xué)習(xí)和記憶能力無明顯影響。高濃度七氟醚、異氟醚均可引起老齡大鼠早期空間學(xué)習(xí)和記憶能力一過性下降,但這些變化均在麻醉后第7天趨于恢復(fù),且七氟醚恢復(fù)較異氟醚快。
七氟醚;老齡大鼠;學(xué)習(xí);記憶
七氟醚是一種強(qiáng)效的揮發(fā)性吸入麻醉藥,具有較低的血氣分配系數(shù),起效快、蘇醒快,麻醉深度易于調(diào)節(jié),較少在體內(nèi)蓄積,近年普遍應(yīng)用于臨床麻醉,尤其適合于老年患者麻醉。但關(guān)于其是否引起老年患者術(shù)后認(rèn)知功能障礙(POCD),臨床和基礎(chǔ)研究結(jié)果不一致[1-2]。因此,本研究采用Morris水迷宮實驗,對七氟醚吸入麻醉后的老齡大鼠的學(xué)習(xí)和記憶功能進(jìn)行觀察,以此來評判其是否引起POCD,為高齡老年患者安全應(yīng)用其麻醉提供參考依據(jù)。
1.1 藥品和儀器 七氟醚(魯南貝特制藥有限公司,批號:65130101),異氟醚(魯南貝特制藥有限公司,批號:110408),Morris水迷宮視頻跟蹤系統(tǒng)(成都泰盟科技有限公司),麻醉氣體監(jiān)測儀(Drager infinity kappa,德國),麻醉機(jī)(Drager,SA2-C型,德國),生物安全柜[力康HealForce,A2型,力新儀器(上海)有限公司]。
1.2 實驗動物及分組 選取18月齡,450~500 g,健康雄性SD大鼠24只[由寧夏醫(yī)科大學(xué)動物實驗中心提供,清潔級,合格證號:SCXK(寧)2011-0001],采用隨機(jī)數(shù)字表法,將所選大鼠分為4組:空白對照組(C組)、1.5%七氟烷組(S2組)、3%七氟烷組(S1組)、3%異氟醚組(I組),每組6只。
1.3 麻醉方法 自制透明麻醉箱(透明玻璃材質(zhì)),體積為40 cm×30 cm×25 cm,麻醉箱30 cm×25 cm的兩側(cè)壁中線距上下頂?shù)? cm處各有一小孔,一孔接麻醉機(jī),另一孔連接麻醉氣體監(jiān)測儀,麻醉時在箱底部鋪設(shè)一薄層鈉石灰,吸收CO2,防止麻醉過程箱內(nèi)CO2蓄積影響實驗結(jié)果,并在鈉石灰上平鋪一層醫(yī)用紗布,防止大鼠吸入鈉石灰粉塵和灼傷四肢皮膚。將進(jìn)行Morris水迷宮適應(yīng)性訓(xùn)練3 d后的四組大鼠分別置于自制的循環(huán)密閉麻醉箱中,并把麻醉箱放于生物安全柜中,以便收集廢氣,麻醉箱連接于麻醉呼吸機(jī)螺紋管回路中,麻醉呼吸機(jī)工作狀態(tài)為手控模式,調(diào)節(jié)排氣閥至最小壓力,調(diào)節(jié)七氟醚揮發(fā)罐輸出濃度為3%行麻醉誘導(dǎo),吸入氧濃度40%,麻醉機(jī)輸出氣體總流量2 L/min,接氣體監(jiān)測儀監(jiān)測麻醉箱內(nèi)氧氣、CO2、七氟醚的濃度。待大鼠翻正反射消失后,S2組調(diào)節(jié)七氟醚揮發(fā)罐使箱內(nèi)七氟醚濃度達(dá)1.5%,吸入2 h,觀察大鼠皮膚顏色,監(jiān)測呼吸頻率、心率和脈搏血氧飽和度,之后將大鼠置于氧濃度約為40%的環(huán)境中任其自然蘇醒,回籠飼養(yǎng),自由取食。S1組、I組方法同上,分別調(diào)節(jié)七氟醚、異氟醚揮發(fā)罐,維持箱內(nèi)七氟醚、異氟醚濃度均為3%,吸入2 h。C組只吸入含有40%氧氣的空氧混合氣體2 h。維持麻醉箱溫度(25±1) ℃。
1.4 Morris水迷宮實驗 各組大鼠于麻醉結(jié)束后1、3、7 d分別進(jìn)行Morris水迷宮測試。Morris水迷宮由一個直徑120 cm、高50 cm的圓形水池和一個可移動的透明有機(jī)玻璃平臺組成。池內(nèi)水深30 cm,水面均勻覆蓋一層大小相似的泡沫顆粒,池壁上標(biāo)有東、南、西、北4個入水點。將水池劃分為4個象限,分別為西南、西北、東南、東北象限。在西北象限放置平臺,平臺沒于水下2 cm,水溫保持21~25 ℃。在實驗過程中,保持環(huán)境安靜以及水迷宮周圍光源和物體位置不變,并在每一個訓(xùn)練日結(jié)束后,清洗迷宮以消除嗅覺提示。
1.4.1 定位航行實驗 在每天的固定時間(早9∶00)開始訓(xùn)練4次,分別于4個入水點將大鼠面向池壁放入水中,記錄大鼠尋找并爬上平臺所需時間(逃避潛伏期),如果在120 s內(nèi)未到達(dá)平臺,則由實驗者將其引至平臺,逃避潛伏期計為120 s,每次訓(xùn)練間隔1 min。取大鼠4次逃避潛伏期的平均值,作為其該日的學(xué)習(xí)成績,即逃避潛伏期(s),并記錄總游泳距離(cm)。
1.4.2 空間探索實驗 在定位航行實驗結(jié)束后撤除平臺,大鼠于東南象限池壁中點背向池壁放入水中,記錄在2 min內(nèi)的游泳軌跡及TP(s),并計算TP/T(%)。
2.1 Morris水迷宮定位航行結(jié)果 見表1、圖1、圖2。
2.1.1 相同時間點不同組比較 麻醉后1 d,與C組比較,I組、S1組逃避潛伏期均延長(P<0.05);與I組、S1組比較,C組、S2組逃避潛伏期均縮短(P<0.05);而四組總游泳距離比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。麻醉后3 d,與C組比較,I組、S1組逃避潛伏期和總游泳距離均延長(P<0.05);與I組、S1組比較,C組、S2組逃避潛伏期和總游泳距離均縮短(P<0.05)。麻醉后7 d,與C組、S1組比較,I組的逃避潛伏期和總游泳距離延長(P<0.05);與I組比較,C組、S1組、S2組的逃避潛伏期和總游泳距離均縮短,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。
2.1.2 不同時間點相同組比較 與麻醉后1 d比較,麻醉后3、7 d各組的逃避潛伏期和總游泳距離均延長(P<0.05,P<0.01)。
2.2 Morris水迷宮空間探索實驗結(jié)果。
2.2.1 各組大鼠TP和TP/T比較 S1組、S2組與C組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),I組與C組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。見表2。
2.2.2 空間探索軌跡 見圖3。
表1 四組老齡大鼠Morris水迷宮逃避潛伏期、總游泳距離比較
注:與C組比較,*P<0.05;與I組比較,#P<0.05;與S1組比較,&P<0.05;與1 d比較,△P<0.05,△△P<0.01(下同)
圖1 定位航行實驗中4組大鼠的逃避潛伏期比較
圖2 定位航行實驗中4組大鼠的總游泳距離比較
表2 四組老齡大鼠Morris 水迷宮空間搜素結(jié)果比較
注:與C組比較,*P<0.05,**P<0.01
圖3 空間探索實驗中四組老齡大鼠的游泳軌跡圖
麻醉和手術(shù)是POCD發(fā)生的重要危險因素,其發(fā)生率隨著年齡的增長而不斷增加[3],老年人發(fā)病率最高[4]。麻醉藥(尤其是吸入麻醉藥)可引起患者的認(rèn)知功能下降,但具體機(jī)制仍未完全闡明[5],另外,吸入麻醉藥可能影響老年大鼠的學(xué)習(xí)記憶功能。國內(nèi)外許多專家對其發(fā)病機(jī)制進(jìn)行了研究,但尚無定論[6]。研究發(fā)現(xiàn)大鼠七氟醚肺泡最小有效濃度約為2.4 %[7],而在臨床麻醉中,99%的有效劑量(ED99) 約為1.3 MAC,0.65 MAC是較常用的亞麻醉劑量[8]。七氟醚和異氟醚均可引起術(shù)后認(rèn)知功能的下降[9],但在下降程度和持續(xù)時間方面,兩者相比,研究結(jié)果目前不一致[9-10]。
Morris水迷宮是空間學(xué)習(xí)記憶的金標(biāo)準(zhǔn)[11],其中定位航行實驗可反映動物的學(xué)習(xí)記憶能力,空間搜索實驗反映動物的空間聯(lián)想能力及回憶探究能力。目前,老年患者早期POCD主要發(fā)生在術(shù)后1周。有報道,在60~69歲患者中,術(shù)后1周POCD的發(fā)生率為23%,70歲以上為29%[12]。王偉明[13]發(fā)現(xiàn),80例老年患者在術(shù)后1、3、7 d發(fā)生POCD的幾率分別為40%、35%、3%,因此,本實驗選擇麻醉后1、3、7 d,通過Morris水迷宮定位航行和空間搜索實驗來測定吸入麻醉后老齡大鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力。
本研究定位航行實驗結(jié)果顯示,麻醉后1、3 d,I組、S1組逃避潛伏期較C組延長,麻醉后3 d,I組、S1組總游泳距離較C組延長,提示大鼠麻醉后1、3 d學(xué)習(xí)和記憶能力下降。而術(shù)后3 d各組逃避潛伏期和總游泳距離均較術(shù)后1 d縮短,反映大鼠學(xué)習(xí)和記憶雖下降但較前有所好轉(zhuǎn)。麻醉后7 d,I組逃避潛伏期和總游泳距離較C組、S1組、S2組延長,而C組、S1組、S2組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義;與1 d比較,各組逃避潛伏期和總游泳距離均明顯縮短,趨于正常。表明七氟醚麻醉后7 d,大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力恢復(fù)正常,而異氟醚麻醉未完全恢復(fù)正常??臻g探索實驗結(jié)果顯示,I組的TP和TP/T與C組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義,表明七氟醚對老齡大鼠認(rèn)知功能的影響弱于異氟醚,與Delphin等[9]研究結(jié)論一致。
本研究結(jié)果表明,七氟醚對老齡大鼠認(rèn)知功能有濃度相關(guān)性和一過性,即1.5%七氟醚對老齡大鼠認(rèn)知功能無明顯影響,而3%七氟醚麻醉后1 d使老齡大鼠認(rèn)知功能下降,于麻醉后7 d恢復(fù)正常。孫大鵬等[14]報道,0.65 MAC七氟烷不會降低老年大鼠的認(rèn)知功能,1.30 MAC七氟烷可降低老年大鼠認(rèn)知功能,且主要表現(xiàn)在第1天,7 d后基本無影響。本研究與其結(jié)論一致,與Hu等[15]、方強(qiáng)等[16]、左蕾等[17]研究結(jié)果基本一致,即七氟醚對老年大鼠認(rèn)知功能的影響與吸入濃度具有相關(guān)性,吸入3%七氟醚能明顯降低老年大鼠學(xué)習(xí)記憶功能。另外,本研究亦證實,3%異氟醚與3%七氟醚均可引起老齡大鼠認(rèn)知功能一過性下降,麻醉后3 d內(nèi),兩藥對老齡大鼠認(rèn)知功能的影響差異無統(tǒng)計學(xué)意義;但麻醉后7 d,應(yīng)用3%七氟醚的大鼠的認(rèn)識功能已恢復(fù)至正常,而應(yīng)用3%異氟醚的大鼠未完全恢復(fù)正常,提示七氟醚對老齡大鼠認(rèn)知功能的恢復(fù)較異氟醚快。
綜上所述,低濃度七氟醚對老齡大鼠早期空間學(xué)習(xí)和記憶能力無明顯影響。高濃度七氟醚、異氟醚均可引起老齡大鼠早期空間學(xué)習(xí)和記憶能力一過性下降,但這些變化均在麻醉后第7天趨于恢復(fù),且七氟醚恢復(fù)較異氟醚快。故建議臨床中對老年患者吸入麻醉可選用低濃度七氟醚,少用甚至不用異氟醚。
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Effects of sevoflurane on spatial learning and memory ability in senile rats
WEI Xiao-yong1,LI Jun1,WANG Yi2,MIN Hong-xing2*
(1.Ningxia Medical University,Yinchuan 750004,China; 2.Department of Anesthesiology,General Hospital of Ningxia Medical University,Yinchuan 750004,China)
Objective To investigate the effects of sevoflurane on spatial learning and memory ability in senile rats via Morris water maze experiment.Methods Twenty-four healthy male SD rats aged 18 months weighing 450~500 g were randomly divided into four groups.The spatial learning and memory ability of rats performed adaptive training of Morris water maze for three days before anesthesia were subsequently assessed with Morris water maze at 1,3 and 7 d after anesthesia.Results ①The navigation test. Compared with group C (1,3 d after anesthesia),the escape latency of both group I and group S1were longer (P<0.05); The total swimming distance of group I and group S1were longer at 3 d after anesthesia (P<0.05).Compared with group C and group S1,both the escape latency and the total swimming distance of group I were extended (P<0.05) at 7 d after anesthesia.The escape latency and the total swimming distance of all groups were more extended at 3 d (P<0.05) and 7 d (P<0.01) after anesthesia compared with the above indexes at 1 d after anesthesia.②The spatial probe test.There were significant differences in the residence time in platform quadrant (TP),the percentage of TP and the total swimming time (TP/T) between group S1/group S2and group C (P<0.05),and there were significant differences between group I and group C (P<0.01).Conclusion Sevoflurane with low concentration has no obvious effect on early stage of spatial learning and memory ability in senile rats.Both sevoflurane and isoflurane with high concentration can cause transient decline on early stage of spatial learning and memory ability in senile rats,however,the changes tend to restore from the 7th day after anesthesia,moreover,sevoflurane restores faster than isoflurane.
Sevoflurane; Senile rats; Learning; Memory
2014-11-16
1.寧夏醫(yī)科大學(xué),銀川 750004;2.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院麻醉科,銀川 750004
寧夏回族自治區(qū)自然科學(xué)基金(NZ10126)
10.14053/j.cnki.ppcr.201504001
*通信作者