鄭 羿 石學(xué)銀

全身麻醉作為確保各年齡段人群接受復(fù)雜手術(shù)的有效干預(yù)方式，已存在超過(guò)150年。全身麻醉藥通過(guò)影響腦內(nèi)各種神經(jīng)遞質(zhì)，干預(yù)不同腦區(qū)之間的神經(jīng)整合，對(duì)整個(gè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生麻醉效果。原始觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)全身麻醉藥的作用消退后，大腦會(huì)完全恢復(fù)到麻醉前狀態(tài)。然而，越來(lái)越多實(shí)驗(yàn)室證據(jù)表明，對(duì)發(fā)育期大腦，全身麻醉藥可能存在神經(jīng)毒性［1-3］。在形態(tài)學(xué)上，該神經(jīng)毒性主要表現(xiàn)為全身麻醉藥對(duì)神經(jīng)元增殖、分化、凋亡、神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)形成和神經(jīng)炎性反應(yīng)的影響；在功能學(xué)上，最主要表現(xiàn)為引起全身麻醉后實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的認(rèn)知功能障礙。以下就全身麻醉藥的神經(jīng)毒性引起發(fā)育期認(rèn)知功能障礙機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

1 全身麻醉藥造成腦發(fā)育期認(rèn)知功能障礙的條件

1.1 腦易損關(guān)鍵期 研究證明，大腦對(duì)于全身麻醉藥的敏感性在整個(gè)發(fā)育期并不均一，而是存在一段極易受損的關(guān)鍵期。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，此關(guān)鍵期與腦內(nèi)突觸發(fā)生的高峰期相吻合。該關(guān)鍵期具有種屬差異性，大鼠為出生后7～10 d，恒河猴為出生后5～16 d，人類(lèi)為出生前3個(gè)月～3歲［4］。對(duì)于同一物種，腦內(nèi)突觸發(fā)生的高峰期在不同區(qū)域存在差異。如相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)大鼠海馬DG區(qū)神經(jīng)元在出生后21 d的易損性明顯高于出生后7 d，這與該區(qū)神經(jīng)元的生成高峰期偏后有關(guān)。因此，有學(xué)者提出，發(fā)育期動(dòng)物大腦對(duì)于全身麻醉藥物的易損性不但與動(dòng)物的年齡有關(guān)，還可能與特定腦區(qū)具體細(xì)胞的細(xì)胞年齡有關(guān)。此外，不同細(xì)胞類(lèi)型對(duì)全身麻醉藥的易損性也可能存在差異。如Zhou等［5］研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸能神經(jīng)元和γ-氨基丁酸（GABA）能神經(jīng)元較膽堿能神經(jīng)元更易受到全身麻醉藥的損害。

此外，研究證實(shí)，全身麻醉藥也可影響處于易損關(guān)鍵期外的神經(jīng)元。如1.5%異氟烷、2.5%七氟烷或7%地氟烷麻醉，可顯著增加出生后16 d大鼠皮層神經(jīng)元樹(shù)突棘密度，且該效應(yīng)具有明顯的暴露時(shí)間依賴(lài)性。此外，以上揮發(fā)性全身麻醉藥沒(méi)有一種能夠誘導(dǎo)明顯的神經(jīng)元凋亡［6］。在同一發(fā)育時(shí)間點(diǎn)，Chung等［7］的研究發(fā)現(xiàn)，2.5%七氟烷暴露2 h，能夠?qū)е屡d奮型/抑制型突觸傳遞信號(hào)的失衡。以上研究結(jié)果提示，在腦易損關(guān)鍵期內(nèi)外，全身麻醉藥神經(jīng)毒性的產(chǎn)生機(jī)制可能有所差異。

1.2 用藥方案 全身麻醉藥對(duì)發(fā)育期大腦產(chǎn)生損傷與否，與用藥方案關(guān)系密切。用藥方案主要包括藥物劑量、用藥時(shí)間和藥物接觸次數(shù)等。如使用2%七氟烷麻醉2 h會(huì)使出生后7 d大鼠海馬神經(jīng)元的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）下降，但在相同暴露時(shí)長(zhǎng)下，1%七氟烷卻不會(huì)導(dǎo)致該現(xiàn)象［8］；在用藥時(shí)間方面，氯胺酮麻醉持續(xù)暴露9 h可引起新生恒河猴發(fā)生明顯的神經(jīng)元凋亡，而持續(xù)暴露3 h則不會(huì)出現(xiàn)該現(xiàn)象［9］。因此，對(duì)于全身麻醉藥產(chǎn)生的發(fā)育期神經(jīng)毒性而言，不同種類(lèi)全身麻醉藥可能存在一定的最小接觸劑量和最短接觸時(shí)間。此外，藥物的接觸次數(shù)也可能影響神經(jīng)損傷程度。如Huang等［10］發(fā)現(xiàn)，連續(xù)3次氯胺酮麻醉會(huì)降低發(fā)育期小鼠的神經(jīng)元突觸可塑性和運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)能力，而單次麻醉則并未造成該影響。

2 全身麻醉藥造成發(fā)育期腦認(rèn)知功能障礙的機(jī)制

2.1 神經(jīng)元退行性變 實(shí)驗(yàn)［1］結(jié)果表明，全身麻醉藥會(huì)引起多種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（含非人靈長(zhǎng)類(lèi)）的神經(jīng)元發(fā)生退行性變，主要體現(xiàn)為全身麻醉藥引起的神經(jīng)元凋亡。全身麻醉藥引起發(fā)育期神經(jīng)元凋亡的可能機(jī)制如下。

2.1.1 改變神經(jīng)元的興奮性 對(duì)于發(fā)育期神經(jīng)元，獲得周?chē)窠?jīng)元的興奮性和抑制性傳入至關(guān)重要。全身麻醉藥通過(guò)降低神經(jīng)元興奮性，抑制神經(jīng)元獲得周?chē)鷤魅胄畔?，進(jìn)而影響其生存與分化。但也有研究［11］發(fā)現(xiàn)，在發(fā)育早期，腦內(nèi)GABA受體為興奮性時(shí)，全身麻醉藥會(huì)明顯加速神經(jīng)元的凋亡；而在發(fā)育晚期，當(dāng)腦內(nèi)GABA受體變?yōu)橐种菩詴r(shí)，全身麻醉藥導(dǎo)致的神經(jīng)元凋亡會(huì)明顯減少。臨床常用全身麻醉藥多為GABA受體激動(dòng)劑，主要對(duì)腦內(nèi)GABA受體起興奮性作用，因此該觀點(diǎn)認(rèn)為全身麻醉藥在神經(jīng)發(fā)育早期所造成的神經(jīng)元顯著凋亡與其對(duì)神經(jīng)元的興奮作用有關(guān)。

2.1.2 影響腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）BDNF失衡對(duì)發(fā)育期神經(jīng)元的影響較大。在腦內(nèi)，BDNF 以前體 （pr o-BDNF）形式分泌。pr o-BDNF通過(guò)蛋白酶裂解為成熟的BDNF后，與Tr k B受體結(jié)合（促神經(jīng)元存活、分化），也可直接與p75神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體結(jié)合（促凋亡）。近期發(fā)現(xiàn)，使用p75神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體抑制劑可減少異氟烷麻醉造成的發(fā)育期神經(jīng)元凋亡［12］，其可能的機(jī)制為異氟烷降低神經(jīng)元活性，神經(jīng)元放電減少，引起參與裂解pro-BDNF的組織血纖維蛋白溶酶原激活物釋放減少，而造成BDNF失衡。由于實(shí)驗(yàn)?zāi)挲g段（出生后5～7 d）的小鼠腦內(nèi)GABA受體為興奮性受體，此時(shí)異氟烷主要對(duì)神經(jīng)元產(chǎn)生興奮性作用而非抑制神經(jīng)元活性，因而以上結(jié)論是否成立尚待考證。也有研究［13］證明，BDNF的失衡可影響突觸發(fā)生。

2.1.3 影響神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞 全身麻醉藥不但直接影響神經(jīng)元的發(fā)育，還可通過(guò)影響神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，間接影響神經(jīng)元發(fā)育。Creeley等［13］使孕120 d恒河猴接受5 h異氟烷麻醉，之后對(duì)新生猴的各腦區(qū)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡總量超過(guò)神經(jīng)元，凋亡的少突膠質(zhì)細(xì)胞多集中于處在髓鞘化起始階段的腦區(qū)（小腦、尾狀核、殼核、杏仁核等）。由此認(rèn)為，在髓鞘化的起始階段，少突膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)全身麻醉藥的敏感性可能會(huì)提高。除了造成少突膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡，早前研究［14］顯示，全身麻醉藥還可引起腦內(nèi)星形膠質(zhì)細(xì)胞凋亡。

2.1.4 線粒體鈣超載與過(guò)氧化物損傷 在腦發(fā)育期，全身麻醉藥的GABAA受體激動(dòng)作用使細(xì)胞內(nèi)Ca2＋濃度升高，影響神經(jīng)元線粒體膜電位和膜穩(wěn)定性，進(jìn)而造成神經(jīng)元功能失調(diào)和死亡。Boscolo等［15］發(fā)現(xiàn)，線粒體膜保護(hù)劑普拉克索（PPX）能改善全身麻醉藥所致的發(fā)育期大鼠長(zhǎng)時(shí)程認(rèn)知障礙。近期的研究［16］結(jié)果也表明，全身麻醉藥所致的神經(jīng)元鈣超載會(huì)引發(fā)凋亡，而使用Ca2＋螯合劑或鈣通道受體阻斷劑，能很好地拮抗這一現(xiàn)象。此外，許多全身麻醉藥還引起氧自由基的堆積。為驗(yàn)證氧自由基在全身麻醉藥神經(jīng)毒性中的作用，有研究在使用全身麻醉藥的同時(shí)，復(fù)合使用氧自由基清除劑，發(fā)現(xiàn)能有效拮抗其促細(xì)胞凋亡作用，并對(duì)麻醉后長(zhǎng)時(shí)程認(rèn)知功能障礙具有一定的改善作用。

2.2 神經(jīng)發(fā)生異常 神經(jīng)發(fā)生是神經(jīng)干細(xì)胞不斷增殖、分化，并最終向功能區(qū)域遷移，與其他功能性神經(jīng)元建立突觸聯(lián)系的過(guò)程。理論上，持續(xù)的神經(jīng)發(fā)生可在一定程度上補(bǔ)償發(fā)育期的神經(jīng)元丟失；因此，全身麻醉藥在造成發(fā)育期神經(jīng)元凋亡的同時(shí)是否影響神經(jīng)發(fā)生，也是關(guān)注的重點(diǎn)。近年大量離體和在體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，全身麻醉藥抑制發(fā)育期的神經(jīng)發(fā)生。如Slikker等［17］發(fā)現(xiàn)，10μmol/L氯胺酮能夠顯著抑制離體發(fā)育期大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的分化；Stratmann等［18］發(fā)現(xiàn)，異氟烷麻醉可使出生后7 d的大鼠同時(shí)產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)程認(rèn)知功能障礙和神經(jīng)祖細(xì)胞分化抑制。需要指出的是，全身麻醉藥對(duì)發(fā)育期神經(jīng)發(fā)生并非單向抑制作用，而是與動(dòng)物發(fā)育階段、藥物劑量存在密切聯(lián)系。全身麻醉藥影響發(fā)育期腦神經(jīng)發(fā)生的具體機(jī)制，目前尚未明確，可能與其通過(guò)對(duì)發(fā)育期神經(jīng)祖細(xì)胞產(chǎn)生去極化作用，使之脫離正常細(xì)胞周期，無(wú)法完成后續(xù)增殖與分化有關(guān)［19］。神經(jīng)發(fā)生在發(fā)育期各腦區(qū)普遍存在，而在成年后僅發(fā)生于海馬DG區(qū)等零星區(qū)域；因此，全身麻醉藥通過(guò)抑制神經(jīng)發(fā)生所造成的認(rèn)知損傷在發(fā)育期要遠(yuǎn)高于成年，且可長(zhǎng)期存在（尤其在海馬區(qū)）［20］。

2.3 突觸發(fā)生和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成異常 多項(xiàng)研究結(jié)果表明，全身麻醉藥可在多方面影響發(fā)育期動(dòng)物的突觸發(fā)生和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成。Mintz等［20］發(fā)現(xiàn)，全身麻醉藥可造成發(fā)育早期皮層神經(jīng)元的多種突觸發(fā)生障礙，如軸突導(dǎo)向異常、生長(zhǎng)錐萎陷、軸突分支異常。Lunar di等［21］的研究結(jié)果也表明，全身麻醉藥可改變出生后7 d的大鼠突觸前囊泡和突觸前膜的空間位置關(guān)系，在一定程度上降低突觸傳遞的效率。然而，也有實(shí)驗(yàn)證明全身麻醉藥對(duì)突觸發(fā)生的影響并非單向，其作用結(jié)果與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物所處的神經(jīng)發(fā)育階段有關(guān)。如在大鼠神經(jīng)發(fā)育的早期（出生后5～7 d），全身麻醉藥會(huì)造成多個(gè)腦區(qū)的突觸數(shù)量明顯減少［22］；而在神經(jīng)發(fā)育的稍后期（出生后15～20 d），同等劑量的全身麻醉藥卻可使突觸密度增加［6］。這種全身麻醉藥對(duì)突觸發(fā)生的雙向調(diào)控作用，可能與不同發(fā)育階段腦內(nèi)GABAA受體的興奮性與抑制性轉(zhuǎn)換有關(guān)。

3 認(rèn)知功能障礙與神經(jīng)元退行性變的關(guān)系

全身麻醉藥對(duì)發(fā)育期人或?qū)嶒?yàn)動(dòng)物的神經(jīng)毒性主要分為器質(zhì)性（神經(jīng)退行性變、神經(jīng)發(fā)生異常、突觸形成和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成異常等）和功能性（術(shù)后長(zhǎng)時(shí)程的認(rèn)知功能障礙）兩方面。器質(zhì)性改變是功能性改變的基礎(chǔ)，是全身麻醉藥引起發(fā)育期認(rèn)知功能障礙的重要機(jī)制［23-24］。發(fā)育期各腦區(qū)的神經(jīng)元凋亡，尤其是與學(xué)習(xí)記憶功能高度相關(guān)的海馬區(qū)神經(jīng)元凋亡，與之關(guān)系密切。支持該觀點(diǎn)的主要依據(jù)為，許多干預(yù)全身麻醉藥造成發(fā)育期神經(jīng)元凋亡的措施，如使用IL-6抑制劑［24］、紅細(xì)胞生成素［24］、p75受體抑制劑等，可同時(shí)減輕其長(zhǎng)時(shí)程認(rèn)知功能損傷。然而，全身麻醉藥引起的神經(jīng)元凋亡是否為造成認(rèn)知功能障礙的充分和必要條件，近年許多研究提出了不同的觀點(diǎn)。如同在1個(gè)最低肺泡有效濃度（MAC）下，2 h的異氟烷麻醉能引起大鼠明顯的神經(jīng)元凋亡，而1 h的異氟烷麻醉則不能，兩者均未造成實(shí)驗(yàn)動(dòng)物長(zhǎng)時(shí)程的認(rèn)知功能障礙；而若將異氟烷麻醉時(shí)間延長(zhǎng)至4 h，則可造成其認(rèn)知功能障礙。在一項(xiàng)類(lèi)似研究中，異氟烷麻醉引起了顯著的神經(jīng)元凋亡，但未損傷其成年后的空間記憶能力［25］。由此作者推斷，只有當(dāng)全身麻醉引起的神經(jīng)元凋亡達(dá)到一定程度時(shí)，才可能引起明顯的認(rèn)知功能障礙。此外，Stratmann等［18］的研究發(fā)現(xiàn)，高碳酸血癥雖然使出生后7 d組的大鼠產(chǎn)生了明顯的神經(jīng)元凋亡，但其認(rèn)知功能不但沒(méi)有下降，反而超過(guò)了空白對(duì)照組。綜上所述，全身麻醉藥所造成的發(fā)育期神經(jīng)元凋亡程度并不一定與認(rèn)知功能損傷呈正比，兩者之間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

4 全身麻醉藥發(fā)育期神經(jīng)毒性的相關(guān)臨床研究

多項(xiàng)大樣本臨床回顧性研究系統(tǒng)評(píng)價(jià)了全身麻醉藥對(duì)發(fā)育期神經(jīng)元的潛在毒性。如一項(xiàng)含5 050例疝修補(bǔ)手術(shù)患兒的隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，接受全身麻醉的患兒在術(shù)后3年出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙的概率較對(duì)照組增加了2.3倍［26］；而另一項(xiàng)納入5 357例患兒（0～4歲）的隊(duì)列研究結(jié)果也顯示，術(shù)后學(xué)習(xí)能力障礙程度與接受全身麻醉的次數(shù)和時(shí)間呈明顯正相依賴(lài)，只接受1次全身麻醉的患兒，術(shù)后學(xué)習(xí)能力與對(duì)照組的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而接受2次全身麻醉的患兒出現(xiàn)術(shù)后學(xué)習(xí)能力障礙的比例是對(duì)照組的1.6倍，接受≥3次全身麻醉的患兒出現(xiàn)術(shù)后學(xué)習(xí)能力障礙的比例則高達(dá)對(duì)照組的2.6倍［27］。在 Flick 等［28］的研究中也得到類(lèi)似 結(jié)果佐證，即對(duì)2周歲以下的兒童，只有接受≥2次全身麻醉，才會(huì)造成患兒出現(xiàn)明顯的術(shù)后學(xué)習(xí)能力障礙。然而，并非所有臨床研究都肯定全身麻醉藥具有發(fā)育期神經(jīng)毒性。如Davidson等［29］于《柳葉刀》撰文指出，多中心聯(lián)合臨床研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于60周齡前兒童行七氟烷麻醉，平均麻醉時(shí)間54 min，在兒童2歲時(shí)進(jìn)行智力評(píng)價(jià)，全身麻醉組與對(duì)照組結(jié)果的差異并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，全身麻醉藥發(fā)育期神經(jīng)毒性的臨床研究結(jié)果尚不明確，長(zhǎng)時(shí)程或多次的全身麻醉可能會(huì)對(duì)兒童的認(rèn)知功能和學(xué)習(xí)能力產(chǎn)生一定影響，而短時(shí)程單次的全身麻醉對(duì)發(fā)育期神經(jīng)毒性仍待進(jìn)一步確認(rèn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，全身麻醉藥對(duì)發(fā)育期大腦可能產(chǎn)生一定損傷。其產(chǎn)生的神經(jīng)毒性和認(rèn)知障礙程度，主要取決于全身麻醉藥的作用時(shí)間、劑量、頻率、藥物種類(lèi)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物神經(jīng)元所處的發(fā)育階段。盡管動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床研究存在差異，但越來(lái)越多的流行病學(xué)證據(jù)表明，全身麻醉藥與麻醉后認(rèn)知障礙存在一定聯(lián)系，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果為今后更多設(shè)計(jì)精良的臨床試驗(yàn)提供了良好參考。