周國霞　朋立超

(復旦大學上海市第五人民醫(yī)院麻醉科，上海　200240)

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·論著·

七氟醚及笑氣麻醉對老年大鼠空間認知能力的影響

周國霞朋立超

(復旦大學上海市第五人民醫(yī)院麻醉科，上海200240)

摘要目的： 比較七氟醚及笑氣麻醉對青年大鼠和老年大鼠空間認知能力的影響。方法：取12只老年大鼠(18月齡)和12只青年大鼠(3月齡)，均隨機分為麻醉組(給予1.0最低肺泡有效濃度的七氟醚、70%笑氣、30%氧氣，吸入4 h，n=6)和對照組(給予30%氧氣，吸入4 h，n=6)。48 h后對各組大鼠進行連續(xù)6 d的Morris水迷宮空間學習記憶能力訓練，訓練結束后24 h進行空間探索實驗。結果：七氟醚/笑氣麻醉可引起老年大鼠空間認知能力的損害，而對青年大鼠的空間認知能力沒有影響。結論：七氟醚/笑氣麻醉對老年大鼠的空間認知能力造成損害，這可能與老年大鼠的腦組織對麻醉藥物更加敏感有關。

關鍵詞老年大鼠；學習記憶；七氟醚；笑氣；Morris水迷宮

術后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)的發(fā)生機制目前尚不清楚，可能與麻醉和(或)手術有關。由于七氟醚和笑氣的血氣分配系數低，麻醉后蘇醒迅速，所以在臨床上廣泛應用。研究[1-2]發(fā)現，用七氟醚和笑氣或單獨用笑氣麻醉可引起老年大鼠持久的空間認知功能障礙。在有關七氟醚麻醉對認知功能影響的研究中，有幼年鼠[3-5]、成年鼠[6]和老年鼠[7-8]，但研究結果并不一致。本研究探討在無手術情況下七氟醚、笑氣麻醉4 h對老年大鼠和青年大鼠空間認知能力的影響。

1資料與方法

1.1實驗動物18月齡和3月齡雄性SD大鼠各12只，購自上海斯萊克實驗動物有限公司，在標準實驗條件下飼養(yǎng)(自由進食、進水，12 h光照與12 h黑暗交替)。所有實驗均在有光照的周期(7∶00～17∶00)內進行。本研究經復旦大學附屬上海市第五人民醫(yī)院動物研究倫理委員會批準。

1.2麻醉將12只老年大鼠和12只青年大鼠分別隨機分為麻醉組(給予1.0最低肺泡有效濃度七氟醚、70%笑氣、30%氧氣，吸入4 h)和對照組(給予30%氧氣，吸入4 h)，各6只。麻醉過程中維持氧流量為2 L/min，新鮮氣流進入麻醉箱之前預先濕化，麻醉過程中持續(xù)監(jiān)測七氟醚、笑氣和呼氣末二氧化碳濃度。將麻醉箱置于電熱毯上方來維持大鼠體溫，電熱毯溫度設為38℃。麻醉結束后，使大鼠吸入空氣，待大鼠能夠自由活動后，放回籠中。為了避免吸入麻醉藥的殘余效應，在大鼠蘇醒48 h后進行6 d的水迷宮訓練。

1.3行為學評估行為學評估在Morris水迷宮中進行，包括獲得訓練和空間探索實驗，具體過程參照文獻[9]。大鼠尋找平臺的時間設定為60 s，在平臺上停留時間設為15 s，每天每只大鼠訓練4次，每次訓練時間間隔為15 min。共訓練6 d，使大鼠在平臺位置和周圍環(huán)境之間形成聯系，從而對平臺位置形成記憶?？臻g探索實驗在第6天獲得訓練結束后24 h進行，移走平臺，選與平臺象限相對的象限為入水點，將大鼠放入水池中，記錄平臺象限時間百分比。

1.4統(tǒng)計學處理采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計學分析。逃逸潛伏期和游泳速度的比較采用重復測量雙因素方差分析，各時間點各組的差異比較采用Bonferroni post hoc test?？臻g探索實驗中平臺象限時間百分比的比較采用單因素方差分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2結果

2.1水迷宮行為學結果老年大鼠對照組和麻醉組的逃逸潛伏期均逐漸縮短，但在第4、5、6天，對照組能更快地找到平臺，2組差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見圖1A；2組游泳速度差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見圖1B；在空間探索實驗中，麻醉組平臺象限時間百分比顯著低于對照組(P<0.05)，見圖1C。青年大鼠中，麻醉組逃逸潛伏期、平臺象限時間百分比、游泳速度與對照組比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見圖2。

2組大鼠的逃逸潛伏期均逐漸縮短。在第4、5、6天，與對照組比較，*P<0.05(A)；2組大鼠的游泳速度差異無統(tǒng)計學意義(B)；空間探索試驗中，平臺象限時間百分比與對照組比較，*P<0.05(C)

圖1老年大鼠的行為學數據

2組大鼠逃逸潛伏期(A)、游泳速度(B)和空間探索試驗中平臺象限時間百分比(C)差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)

圖2青年大鼠的行為學數據

3討論

七氟醚和笑氣是目前臨床應用廣泛的麻醉藥物。本研究結果顯示，七氟醚和笑氣麻醉4 h會下調老年大鼠的空間認知能力，而對青年大鼠的空間認知能力沒有明顯影響。Culley等[1]發(fā)現，70%濃度的笑氣可引起大鼠腦內神經元液泡形成和退化，從而使老年大鼠發(fā)生持久的空間認知功能損害。研究[3]表示，2%七氟醚麻醉可使新生大鼠腦內神經元凋亡，并且隨著暴露時間的延長，神經凋亡進一步加重，并短暫地降低小鼠對新環(huán)境的適應能力。七氟醚麻醉還可引起老年大鼠內質網應激介導的海馬神經元凋亡和空間認知功能損害[7]。這些變化并非因運動損傷引起，因為所有大鼠的行動均正常，本研究中2組老年大鼠游泳速度差異亦無統(tǒng)計學意義。這些變化也不可能是由藥物的殘余效應引起，因七氟醚的時量相關半衰期小于5 min，80%衰減的時間小于8 min，并且衰減時間并不隨麻醉時間的延長而顯著延長，七氟醚麻醉6 h后，90%衰減的時間為65 min；笑氣具有低脂溶性特性，在腦中清除只需幾分鐘[10]。本研究的水迷宮訓練是在麻醉后48 h進行的。

關于七氟醚和笑氣麻醉后認知能力下降的機制，目前尚不清楚。Dong等[11]研究發(fā)現，吸入七氟醚可以誘導細胞凋亡，增加β淀粉樣蛋白(beta-amyloid protein，Aβ)水平，而Aβ水平的增加會進一步誘導細胞凋亡。Wang等[4]發(fā)現，七氟醚麻醉可以引起大鼠海馬內突觸后致密物蛋白質-95(PSD-95)表達下調，造成長期的空間學習和記憶損害。Xiong等[2]研究也發(fā)現，七氟醚、笑氣麻醉可以引起老年大鼠海馬內磷酸化cAMP反應元件結合蛋白(phosphorylated cAMP response element-binding protein，pCREB)表達下降，腦內神經細胞凋亡增加，大鼠空間認知功能障礙。

本研究發(fā)現，七氟醚和笑氣麻醉后老年大鼠的空間認知能力下降，而青年大鼠無此改變，這可能與老年大鼠的腦組織對麻醉藥物更加敏感有關。老年與青年大鼠的大腦體積、神經介質在腦內的分布和神經介質的種類、腦代謝功能以及大腦的可塑性能力都有所不同[12]，具體機制尚待進一步研究。

本研究的不足之處是未對老年大鼠和青年大鼠進行長期觀察，所以無法確定七氟醚和笑氣麻醉對空間記憶的影響是否持久；也未進行組織學分析和神經病理學分析，故無法了解各組大鼠的組織學和神經病理學改變。

參考文獻

[1]Culley DJ, Raghavan SV, Waly M, et al. Nitrous oxide decreases cortical methionine synthase transiently but produces lasting memory impairment in aged rats[J]. Anesth Analg, 2007,105(1):83-88.

[2]Xiong WX, Zhou GX, Wang B, et al. Impaired spatial learning and memory after sevoflurane-nitrous oxide anesthesia in aged rats is associated with down-regulated cAMP/CREB signaling[J]. PLoS One, 2013,8(11):e79408.

[3]Zheng SQ, An LX, Cheng X, et al. Sevoflurane causes neuronal apoptosis and adaptability changes of neonatal rats[J]. Acta Anaesthesiol Scand, 2013,57(9):1167-1174.

[4]Wang SQ, Fang F, Xue ZG, et al. Neonatal sevoflurane anesthesia induces long-term memory impairment and decreases hippocampal PSD-95 expression without neuronal loss[J]. Eur Rev Med Pharmacol Sci, 2013,17(7):941-950.

[5]Ramage TM, Chang FL, Shih J, et al. Distinct long-term neurocognitive outcomes after equipotent sevoflurane or isoflurane anaesthesia in immature rats[J]. Br J Anaesth, 2013,110(Suppl 1):i39-i46.

[6]Liu XS, Xue QS, Zeng QW, et al. Sevoflurane impairs memory consolidation in rats, possibly through inhibiting phosphorylation of glycogen synthase kinase-3β in the hippocampus[J]. Neurobiol Learn Mem, 2010,94(4): 461-467.

[7]Chen G, Gong M, Yan M, et al. Sevoflurane induces endoplasmic reticulum stress mediated apoptosis in hippocampal neurons of aging rats[J]. PLoS One, 2013,8(2):e57870.

[8]Gong M, Chen G, Zhang XM, et al. Parecoxib mitigates spatial memory impairment induced by sevoflurane anesthesia in aged rats[J]. Acta Anaesthesiol Scand, 2012,56(5):601-607.

[9]Sheng M, Greenberg ME. The regulation and function of c-fos and other immediate early genes in the nervous system[J]. Neuron, 1990,4(4):477-485.

[10]Bailey JM. Context-sensitive half-times and other decrement times of inhaled anesthetics[J]. Anesth Analg, 1997,85(3):681-686.

[11]Dong Y, Zhang G, Zhang B, et al. The common inhalational anesthetic sevoflurane induces apoptosis and increases beta-amyloid protein levels[J]. Arch Neurol, 2009,66(5):620-631.

[12]Mrak RE, Griffin ST, Graham DI. Aging-associated changes in human brain[J]. J Neuropathol Exp Neurol, 1997,56(12):1269-1275.

Effects of Sevoflurane and Nitrous Oxide Anesthesia on Spatial Recognition in Aged Rats

ZHOUGuoxiaPENGLichaoDepartmentofAnesthesia,ShanghaiFifthPeople′sHospital,FudanUniversity,Shanghai200240,China

AbstractObjective： To compare the effects of sevoflurane and nitrous oxide anesthesia on spatial recognition in young and aged rats.Methods： Young(3 months,n=12) and aged(18 months,n=12) rats were divided randomly into anesthesia group (sevoflurane at 1 minimum alveolar concentration, 70% nitrous oxide, 30% oxygen, for 4 h,n=6) and control group(30% oxygen, for 4 h,n=6). After 48 h, training on spatial learning and memory (probe trial) were done in the Morris water maze for 6 days. Spatial exploration test was conducted at 24 h after training.Result： Sevoflurane and nitrous oxide exposure induced a significant deficit in spatial recognition in aged rats,but not young rats.Conclusions： A significant deficit in spatial recognition in aged rats can be induced by sevoflurane and nitrous oxide exposure, which may due to that the aged brain is more susceptible to anesthetic-mediated changes.

Key WordsAged rats；Learning and memory；Sevoflurane；Nitrous oxide；Morris water maze

中圖分類號R614.2+1

文獻標識碼A