椎管內(nèi)麻醉對老年髖關(guān)節(jié)置換術(shù)病人術(shù)后認(rèn)知功能及NLRP3炎性小體的影響

張春麗 徐志新 陳定中 黃鈺媛

髖關(guān)節(jié)置換術(shù)既往在骨性關(guān)節(jié)炎的治療中應(yīng)用廣泛，能改善關(guān)節(jié)畸形，減輕疼痛，促進(jìn)關(guān)節(jié)功能恢復(fù)[1]。骨性關(guān)節(jié)炎在老年人中較常見，但對于老年病人而言，機(jī)體重要臟器衰退，神經(jīng)、循環(huán)以及呼吸系統(tǒng)代償儲備功能低下，易增加手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，引起術(shù)后并發(fā)癥[2]。術(shù)后認(rèn)知障礙則是老年髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后較常見的一種并發(fā)癥，發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，可能與年齡、低血壓、缺氧等有關(guān)，主要特點(diǎn)為定向力、注意力、語言功能等下降，癥狀持續(xù)時(shí)間不一，可能是數(shù)天、數(shù)月、數(shù)年或永久改變[3]。研究發(fā)現(xiàn)，麻醉或手術(shù)創(chuàng)傷可能將巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞激活，促使炎癥介質(zhì)釋放，如IL-1β、IL-8等炎癥因子大量釋放入血，破壞血腦屏障，引起海馬體免疫環(huán)境紊亂，損害神經(jīng)元功能，表明炎癥可能參與了術(shù)后神經(jīng)功能損害過程[4]。另有研究發(fā)現(xiàn)，核苷酸結(jié)合寡聚化域受體蛋白3(nucleotidebinding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)與IL-1β、IL-8的分泌、合成存在關(guān)聯(lián)，可通過對固有免疫系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，介導(dǎo)神經(jīng)認(rèn)知疾病的發(fā)生[5]。含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1(Caspase-1)可通過與NLRP3結(jié)合來促進(jìn)IL-1β、IL-8等炎癥因子的成熟和釋放，在炎癥反應(yīng)中起著核心調(diào)控作用。但目前臨床尚未明確椎管內(nèi)麻醉對行老年髖關(guān)節(jié)置換術(shù)病人術(shù)后NLRP3炎性小體的影響，也尚不清楚NLRP3炎性小體是否參與了這類病人術(shù)后認(rèn)知損害的過程，基于此，本研究納入115例擇期行老年髖關(guān)節(jié)置換術(shù)病人，以期進(jìn)一步了解病人認(rèn)知損害的發(fā)生機(jī)制，為術(shù)后早期診療提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取我院2018年9月至2021年4月?lián)衿谛畜y關(guān)節(jié)置換術(shù)的老年病人115例。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡≥60歲，擬行椎管內(nèi)麻醉；美國麻醉醫(yī)師協(xié)會(American Society of Anesthesiologists，ASA)分級Ⅰ～Ⅲ級；術(shù)前行血常規(guī)、心電圖等檢查提示正常；近4周內(nèi)未使用過抗菌藥物；自愿簽署知情同意書者。排除標(biāo)準(zhǔn)：既往有精神疾病、心理障礙、癡呆病史者；肝功能、腎功能等臟器功能嚴(yán)重不全者；既往有吸毒史、酗酒史者；長期使用對認(rèn)知功能有影響的藥物；有椎管內(nèi)麻醉禁忌證，如穿刺處感染、凝血功能障礙等；語言不通、聽力受限者；合并惡性腫瘤者。其中男67例，女48例，年齡60～75歲，平均(68.32±6.24)歲；BMI：18～24，平均21.24±1.59；受教育年限3～12年，平均(7.32±3.11)年。本研究方案已獲我院倫理委員會批準(zhǔn)(2018021)。

1.2 方法

1.2.1 麻醉方法：所有病人在無菌環(huán)境下行硬膜外腰椎L3～L4穿刺，置管固定。病人取平臥位，注射4 mL 1%利多卡因(山西晉新雙鶴藥業(yè)有限責(zé)任公司，國藥準(zhǔn)字H11022295)，觀察5 min，若發(fā)生全脊麻現(xiàn)象，停止麻醉，若未出現(xiàn)該現(xiàn)象，則在手術(shù)所需時(shí)間內(nèi)，每隔5 min向硬膜外腔推注3～5 mL 0.5%羅哌卡因(成都天臺山制藥有限公司，國藥準(zhǔn)字H20052666)。

1.2.2 血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA表達(dá)檢測：分別在術(shù)前及術(shù)后3 d，采集病人3 mL空腹靜脈血，離心25 min(2500 r/min)，分離血清，存至-80 ℃環(huán)境下。采用實(shí)時(shí)逆轉(zhuǎn)錄PCR(quantitative real-time reverse transcription PCR，qRT-PCR)法測定，主要試劑為逆轉(zhuǎn)錄試劑、Trizol試劑(賽默飛世爾公司)，水乙醇、異丙醇(煙臺遠(yuǎn)東精細(xì)化工有限公司)。經(jīng)Trizol試劑對總RNA進(jìn)行提取，并測定其濃度以及純度；經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄試劑合成互補(bǔ)DNA(cDNA)，然后行PCR擴(kuò)增。引物序列：NLRP3 mRNA上、下游序列分別為5′-CCACAAGATCGTGAGAAAACCC-3′、5′-CGGTCCTATGTGCTCGTCA-3′；Caspase-1 mRNA上、下游序列分別為5′-TTTCCGCAAGGTTCGATTTTCA-3′、5′-GGCATCTGCGCTCTACCATC-3′；以β-actin為內(nèi)參引物，上、下游序列分別為5′-GGCTGTATTCCCCTCCATCG-3′、5′-CCAGTTGGTAACAATGCCATGT-3′。反應(yīng)條件：95 ℃ 10 min(預(yù)變性)；95 ℃ 10 min(變性)、60 ℃ 20 min(退火)、72 ℃ 15 min(延伸)，45個循環(huán)。采用2-△△CT表示目的基因表達(dá)量。

1.2.3 臨床資料收集：收集病人人口學(xué)資料，包括性別、年齡、BMI、受教育年限、是否合并高血壓和糖尿病。收集術(shù)中資料，包括手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、是否應(yīng)用骨水泥、輸液量和術(shù)中出現(xiàn)低血壓情況。術(shù)中低血壓定義為術(shù)中平均動脈壓≤65 mmHg[3]。

1.2.4 血清IL-1β、IL-8水平檢測：另取3 mL外周空腹靜脈血，離心方式同上，存至-80 ℃環(huán)境待測。經(jīng)ELISA法測定血清IL-1β、IL-8水平，試劑盒由南京卡米洛生物工程有限公司提供，根據(jù)說明書操作。

1.2.5 認(rèn)知功能評估：分別在術(shù)前、術(shù)后3 d采用MMSE[6]評估病人的認(rèn)知功能?？偡譃?0分，其中文盲>17分、小學(xué)學(xué)歷>20分、初中及以上學(xué)歷>24分提示無認(rèn)知障礙，否則為有認(rèn)知障礙，據(jù)此將病人分成認(rèn)知損害組、非認(rèn)知損害組。

2 結(jié)果

2.1 病人手術(shù)前后MMSE評分比較及術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生的單因素分析 病人術(shù)前MMSE評分為(27.45±1.01)分，術(shù)后為(22.01±3.62)分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=15.522，P<0.001)，其中術(shù)后認(rèn)知損害35例(30.43%)，非認(rèn)知損害80例(69.57%)。單因素分析結(jié)果顯示，認(rèn)知損害組年齡大于非認(rèn)知損害組，受教育年限低于非認(rèn)知損害組，合并糖尿病、術(shù)中低血壓占比高于非認(rèn)知損害組(P<0.01)，見表1。

表1 病人術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生的單因素分析

2.2 病人術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生的多元Logistic回歸分析 對相關(guān)變量行量化賦值，其中年齡、受教育年限以均值為界賦值，以術(shù)后是否發(fā)生認(rèn)知損害為因變量(否=0，是=1)建立多元Logistic回歸模型，結(jié)果提示年齡≥68歲、糖尿病、術(shù)中低血壓是病人術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生的危險(xiǎn)因素，而受教育年限≥7年是術(shù)后認(rèn)知損害的保護(hù)因素，見表2。

表2 病人術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生的多元Logistic回歸分析

2.3 2組手術(shù)前后NLRP3炎性小體指標(biāo)比較 2組術(shù)前血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA表達(dá)量及IL-1β、IL-8水平差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。認(rèn)知損害組術(shù)后各指標(biāo)水平均高于術(shù)前與非認(rèn)知損害組(P<0.05)，而非認(rèn)知損害組術(shù)后各指標(biāo)水平與術(shù)前相比，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表3。

表3 2組手術(shù)前后NLRP3炎性小體指標(biāo)比較

2.4 病人術(shù)后MMSE評分與NLRP3炎性小體指標(biāo)的相關(guān)性 Pearson相關(guān)分析顯示，病人術(shù)后MMSE評分與血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA表達(dá)量及IL-1β、IL-8水平均呈負(fù)相關(guān)(r=-0.601、-0.652、-0.501、-0.519，均P<0.01)。

3 討論

術(shù)后認(rèn)知障礙在老年人麻醉手術(shù)后較常見，有資料顯示，年齡≥60歲的病人行非心臟手術(shù)后1周內(nèi)認(rèn)知損害發(fā)生率高達(dá)26%，術(shù)后3個月發(fā)生率則約為10%[7]。Oberai等[8]研究發(fā)現(xiàn)，行骨科手術(shù)的老年病人術(shù)后認(rèn)知障礙發(fā)生率達(dá)25%～40%。因此，盡早明確術(shù)后認(rèn)知障礙發(fā)生的危險(xiǎn)因素以及機(jī)制具有重要臨床意義。有學(xué)者指出，炎癥免疫反應(yīng)與認(rèn)知損害發(fā)生有關(guān)，在應(yīng)激反應(yīng)與炎癥狀態(tài)下，機(jī)體會釋放大量去甲腎上腺素，導(dǎo)致認(rèn)知功能、意識水平下降；此外，手術(shù)刺激所造成的炎癥介質(zhì)釋放也會損害腦組織功能，增加認(rèn)知障礙發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[9]。另有研究提示，NLRP3炎性小體能被多種危險(xiǎn)信號、病原體激活，對因外界刺激所致的應(yīng)激反應(yīng)有調(diào)節(jié)作用，能促進(jìn)IL-1β合成，可能通過介導(dǎo)炎癥誘發(fā)腦組織損害，影響認(rèn)知功能[10]。因此，臨床需進(jìn)一步探索NLRP3炎性小體與老年病人術(shù)后認(rèn)知功能的關(guān)系，明確其在認(rèn)知損害中的作用。

本研究發(fā)現(xiàn)，行髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的老年病人術(shù)后MMSE評分較術(shù)前降低，術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生率為30.43%。張益維等[11]的研究顯示，老年髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生率為23.75%(19/80)，與本研究數(shù)據(jù)接近。本研究結(jié)果提示，術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生與年齡、糖尿病、術(shù)中低血壓、受教育年限有關(guān)，其中受教育年限為保護(hù)性因素。分析原因可能如下：(1)年齡越大的病人大腦功能已經(jīng)出現(xiàn)進(jìn)行性萎縮，神經(jīng)元數(shù)量變少，神經(jīng)遞質(zhì)、中樞內(nèi)受體數(shù)量也減少，再加上這類病人身體機(jī)能減退，受麻醉藥物、手術(shù)等應(yīng)激因素影響，更易出現(xiàn)認(rèn)知損害。(2)糖尿病病人可能伴有腦微血管結(jié)構(gòu)改變、基底膜厚度增加、毛細(xì)血管減少等變化，再加上手術(shù)可能致血流不通暢、腦灌注壓下調(diào)，引起缺氧損害，增加認(rèn)識障礙風(fēng)險(xiǎn)。(3)術(shù)中低血壓是引起腦供血不足的重要因素，可導(dǎo)致自由基損傷，誘發(fā)腦部應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致認(rèn)知損害。劉云霞等[12]研究發(fā)現(xiàn)，年齡、受教育程度、術(shù)中低血壓、糖尿病與老年髖部骨折病人人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生有關(guān)，本研究結(jié)果與其基本符合。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)高血壓也與認(rèn)知損害發(fā)生存在關(guān)聯(lián)，而本研究結(jié)果未體現(xiàn)這點(diǎn)，這可能與本次納入的病人血壓控制效果較好有關(guān)，未因高血壓引起不良事件。

海馬體依賴性記憶缺陷通常伴有多種促炎因子水平發(fā)生變化[13]。本研究結(jié)果顯示，認(rèn)知損害組術(shù)后3 d血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA、IL-1β、IL-8水平均明顯高于術(shù)前與非認(rèn)知損害組(P<0.05)，而非認(rèn)知損害組術(shù)后3 d上述各指標(biāo)水平與術(shù)前相比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，這表明NLRP3炎性小體可能參與了病人術(shù)后認(rèn)知損害的過程。在機(jī)體受到應(yīng)激刺激后，NLRP3炎性小體表達(dá)急劇增高，可致Caspase-1前體活化，引起其表達(dá)上調(diào)，并作用于IL-1β前體，致使免疫細(xì)胞在局部大量聚集，導(dǎo)致下游炎癥因子釋放，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，這可能是NLRP3炎性小體參與認(rèn)知損害發(fā)生的一種機(jī)制[14]。已有研究發(fā)現(xiàn)，通過阻斷NLRP3炎性小體激活路徑能使神經(jīng)炎癥得到緩解，減輕腦損傷程度[15]。且Xue等[16]的動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，NLRP3能活化海馬體內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞，損害海馬功能，這為本結(jié)論給予了一定支持。本研究中Pearson相關(guān)分析顯示，病人的MMSE評分與血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA、IL-1β、IL-8水平均呈負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步提示NLRP3炎性小體所介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)與病人術(shù)后認(rèn)知損害發(fā)生有關(guān)。

綜上所述，實(shí)施椎管內(nèi)麻醉的老年髖關(guān)節(jié)置換術(shù)病人認(rèn)知損害發(fā)生可能與術(shù)后NLRP3炎性小體指標(biāo)上調(diào)有關(guān)，臨床需引起重視。本研究局限性為所選取的樣本量較少，且在分析術(shù)后認(rèn)知損害危險(xiǎn)因素時(shí)，所納入的變量較少，未來還需增加樣本量與納入變量進(jìn)一步對此加深探討。