文献精读 | 非手术条件下人血浆生物标志物对吸入麻醉药的反应

术后认知功能障碍（POCD）最初被概念化为麻醉和手术后认知功能的客观下降，现在被称为围手术期神经认知障碍(PNDs)，这些情况被认为与麻醉药物或相关的生理紊乱有关，然而麻醉药物的贡献程度仍然不清楚。目前，大量的基础研究证据暗示了挥发性麻醉药在PNDs中的作用。例如，已有报道挥发性麻醉药可以增强淀粉样蛋白β的产生和聚集、tau蛋白磷酸化并脱离微管、钙离子失调和神经细胞凋亡。 

外科手术也会引起全身性炎症反应，而大脑容易受年龄、遗传或神经病理学的影响而变得脆弱，因而这种炎症状态可能单独就会导致认知能力的变化。多数对于术后并发症的研究均不能排除手术的影响，不能独立出麻醉对生化结果的影响。所以作者在“老年人康复轨迹”（TORIE）研究中招募了40至80岁的健康志愿者，接受2小时的吸入性全身麻醉，除静脉置管外无有创性操作。这为作者提供了机会来探讨吸入麻醉药是否会单独引起细胞因子或神经元损伤标志物等的释放。作者选择评估神经损伤（NF-L，tau蛋白和GFAP）和炎症（白介素6 [IL-6]，肿瘤坏死因子α[TNF-a]和C反应蛋白[CRP]）的生物标志物。将结果与接受麻醉和手术的患者的已发表数据进行比较，深入研究生物标志物释放的主要原因。

前瞻性队列研究。主要目的是描绘在没有手术和疾病的情况下特定年龄人群的全麻复苏轨迹。主要假设是通过认知测试，仅接受全身麻醉的老年人在30天内即可实现认知恢复，中年人的恢复速度比老年人快。次要结果包括本文报道的血浆生物标志物变化。具体的纳入标准为40至80岁的成年人；ASA分级1或2级；根据全身麻醉前的认知测试确定没有潜在认知功能障碍。排除标准是禁忌MRI检查（父母研究，金属植入，幽闭恐惧症）和在麻醉前扫描中观察到的可能易患POCD疾病的病理生理层面原因，如由临床放射科医生确定的炎症性疾病或脑微血管疾病。

在MRI扫描之前使用丙泊酚2 mg kg-1静脉麻醉，并放置喉罩（LMA），吸入浓度为1个MAC（1.4-1.8 vol％的七氟醚维持麻醉。在置入LMA前后监测BIS确保BIS指数在40-60以帮助评估在平衡吸入七氟醚与丙泊酚洗脱期间的麻醉深度。之后移除脑电导联将受试者移入MRI进行扫描。扫描过程中通过呼气末七氟醚浓度以及生理学指标（血压，心电图，血氧饱和度，通气情况和温度）来监测麻醉深度。维持通气使呼气末二氧化碳维持在4.0-4.7 kPa。在2小时的扫描时间内，根据需要给予负荷量麻黄碱（5 mg i.v.或25 mg i.m.）或去氧肾上腺素100 μg i.v.，以维持平均动脉血压在基线的20％以内。扫描结束后，当受试者响应指令时，拔出LMA，静脉注射昂丹司琼4mg预防呕吐。未给予阿片类、苯二氮卓类或神经肌肉阻滞药。血标本的留取时间为麻醉诱导前的早晨静脉置管时、进入PACU 2h时以及首次抽血和麻醉诱导5h后。

1.    基线资料

作者筛选了788名潜在受试者；有59位受试者完成了30天的评估（Fig.1），其中男性34例，女性25例。平均年龄58.1岁（标准差[SD] 11.6）；平均教育年限15.3年（SD 2.2）。57位受试者的麻醉前和麻醉后血浆样本是有效的。两名受试者没有麻醉后样本（Table.1）。

Fig.1

Table.1

2.    细胞因子

作者测量了血浆IL-6和TNF-α这两个炎症指标。这些标记物在基线时不随年龄变化：Kruskal-Wallis χ2（3）<4.21；P＞ 0.24。麻醉后与基线比较，IL-6有轻微的增加且具有统计学意义，F（1，〜54.3）=29.3，P <0.0005；TNF-α无变化，F（1，〜55.0）=0.005，P=0.94（Fig. 2）。IL-6的中位数在基线时为0.60 pg/ml，麻醉后为1.22 pg/ml；TNF-α在基线时的中位数为2.0 pg/ml，麻醉后为2.0 pg/ml（Fig. 3）。

3.    损伤生物标志物

作者测量了血浆tau蛋白，NF-L和GFAP作为神经元损伤的标志物，并以CRP作为血管损伤的量度。基线血浆tau蛋白浓度中位数（四分位数间距[IQR]）为4.47（0.96-7.97）pg/ml；血浆NF-L浓度中位数为15.1（7.36-22.84）pg/ml。基线tau蛋白数值在各年龄组之间无差异（Kruskal-Wallis χ2 [3] = 4.52；P = 0.21），但基线NF-L随着年龄的增长而增加（Kruskal-Wallis χ2 [3] = 24.28；P <0.0005））。40-49岁，50-59岁，60-69岁和70-80岁年龄组的受试者基线NF L浓度（中位数；pg/ml）分别为11.9、14.1、16.1和21.7（Fig.2）。基线NF-L与年龄的Spearman等级相关系数为0.65，P＜0.0005。GFAP基线浓度的中位数（IQR）为168（62-274）pg/ml。与NF-L一样，血浆GFAP浓度随着年龄增加而增加：Kruskal-Wallis χ2（3）= 20.22，P＜0.0005。40-49岁，50-59岁，60-69岁和70-80岁的受试者基线GFAP浓度（中位数; pg/ml）分别为148、120、171和234（Fig.2 ）。基线GFAP与年龄的Spearman等级相关系数为0.51；P＜0.0005。CRP基线浓度的中位数（IQR）为1.62（2.69）mg ml-1，不同年龄组之间无差异。Kruskal-Wallis χ2（3）= 1.51；P = 0.68（Fig.2）。

与基线相比，大多数受试者麻醉后5 h血浆tau蛋白和NF-L降低或保持不变（Fig.3）。CRP的基线值与麻醉后5小时相比没有变化，F（1，〜55）= 0.37；P=0.54（Fig.3）。对所有标记物，两个时间点之间的相关性都很高：tau蛋白，NF-L，IL-6，TNF-a和CRP，相关系数分别为r=0.88、0.94、0.996、0.82和0.95。

Fig.3

Fig.4

TORIE研究有助于去了解成年人对单独暴露于吸入性全身麻醉药七氟醚时的血浆生化反应。在健康志愿者中，尽管NF-L和GFAP随着年龄增加而升高，生物标志物的基线值仍处于正常范围。麻醉诱导后5小时，血浆tau蛋白，NF-L和GFAP相对于基线值明显降低。麻醉后血浆IL-6显着增加，但生物学上的意义不明显（<1 pg/ml）。血浆TNF-α和CRP均未改变。

NF-L和tau被认为是神经元损伤和神经退行性疾病的敏感标志物。尽管NF-L，tau蛋白和GFAP主要来自神经元组织，但这些生物标志物可以在血浆中检测到并且与AD的发作相关。最近的一项研究表明，对于非心脏手术的老年患者，在手术开始后6小时，血浆NF-L和tau蛋白浓度分别增加43％和257％。作者想了解这些标志物所反映的损伤是像大量临床前研究表明的一样归因于麻醉还是归因于手术创伤本身。结果发现，尽管基线值相似，但在单纯麻醉后，这两种标记物都没有增加。虽然受试者平均年龄更小（58岁和69岁）；但是，在19位70岁以上的TORIE受试者中，作者也没有发现任何标记物的增加。不过，该研究仅限于两个时间点，而先前的研究测量了数个值，发现血浆tau蛋白在麻醉后6 h增加最多，NF-L继续缓慢上升至48h。鉴于两种生物标志物在在先前研究的6小时时间点增加，而在麻醉后5小时并未增加，强烈暗示炎症来源于手术。而对损伤敏感的生物标志物GFAP和CRP也未增加，进一步支持了这一结论。

尽管存在差异，但TORIE受试者的这些损伤生物标志物的基线值都在正常范围内。NF-L和GFAP（不是tau或CRP）的浓度则随着年龄的增长而升高。尽管未必一定是病理性的，但该现象可能反映出症状前的细微神经变性。其他研究者发现，这些血浆生物标志物与尸检时神经变性的程度相关。因此，即使未检测到认知障碍，它们也可能在患者手术前的风险分层中起重要作用。

七氟醚麻醉后血浆神经元损伤生物标志物显著下降是出乎意料的。机制可能是由于麻醉药的直接作用引起这些生物分子产生的减少，也可能与麻醉药引起脑血流量减少，进而影响类淋巴液流，导致清除率降低有关，尽管实际上麻醉药的作用可能会增加的淋巴液流动。因此，需要以更完整的时间进程进一步描述其特征，因为后期可能伴随中枢神经系统有毒生物分子的累积（例如淀粉样蛋白β），即手术导致的神经元损伤生物标志物的增加幅度可能更大，只不过在早期时间点被麻醉诱导的下降所掩盖。

在麻醉和手术的情况下，炎症可能是神经元损伤的诱因。外科手术引起的组织创伤释放了许多细胞分子，可以激活先天免疫系统。免疫系统被激活的特征是从外周和中枢的各种免疫细胞释放急性期细胞因子，如IL-6和TNF-α。手术后的释放通常是翻倍的且在不同个体和不同手术种类之间高度可变。目前尚不清楚麻醉是否单独导致老年人释放DAMPs或细胞因子。因为TORIE受试者是健康人群，所以基线值在正常范围内也是正常的。不过作者在七氟醚麻醉诱导后5小时，检测到其中一种细胞因子（IL-6）的增加，但幅度很小（<1 pg/ml）。这可能反映了静脉置管时的轻微组织创伤。也证实了即使是老年人群，七氟醚暴露也不会激活生物学上重要的炎症级联反应。

①只采集了单一短时间间隔的血液标本；②这些标记物可能没有足够的敏感性可以检测到七氟醚暴露引起的轻微损伤；③其人群与一般外科手术人群之间存在重要差异。该研究的志愿者身体健康，既往没有认知问题，并且接受2h均衡的麻醉暴露。患有外科疾病的患者倾向于有更多的合并症。鉴于既往存在认知障碍是术后神经认知功能障碍的危险因素，健康的志愿者可能较不容易受到伤害。然而作者研究了麻醉药暴露本身是否可以诱导产生损伤和炎症标志物，并且认知障碍可能与生物标志物升高无关。此外，该研究的志愿者平均年龄相对较小（58岁）。敏感性分析发现，较年轻的受试者与65-80岁的受试者之间的生物标志物变化没有差异。目前还需要进行进一步的研究以了解既往存在认知障碍或血管疾病是否与手术后血浆生物标志物的变化有关。

非手术条件下，即使在老年人中，七氟醚全身麻醉暴露后数小时内不会引起血浆生物标志物浓度的急性升高而导致炎症状态或神经元损伤。该研究受试者显示NF-L和GFAP的基线值随年龄增加而增加，这可能在术前风险分层中有用。神经元损伤生物标志物的显着减少可能反映了麻醉药引起的中枢神经系统生成或清除率的改变，这可能对迟发的神经毒性有其他影响。