錢(qián)少杰 王文元 金孝岠 胡雙飛

七氟烷屬于吸入麻醉藥，具有對(duì)呼吸道刺激小、血?dú)夥峙湎禂?shù)低、誘導(dǎo)迅速、血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定、蘇醒快等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于臨床近30年。七氟烷具有全身麻醉和輕度鎮(zhèn)痛作用，可消除患者對(duì)手術(shù)的恐懼和減少術(shù)中疼痛刺激，使患者安全渡過(guò)手術(shù)。目前，越來(lái)越多學(xué)者關(guān)注七氟烷是否會(huì)對(duì)患者術(shù)后的學(xué)習(xí)記憶功能產(chǎn)生損害作用。已有大量研究表明，七氟烷可對(duì)學(xué)習(xí)記憶產(chǎn)生一定影響，但這些影響隨著年齡階段(包括孕期胎兒)的變化而不同。筆者就七氟烷對(duì)不同年齡階段學(xué)習(xí)記憶的影響及其可能機(jī)制進(jìn)行以下綜述。

一、七氟烷對(duì)不同年齡階段學(xué)習(xí)記憶能力的影響

1.七氟烷對(duì)孕期胎兒及出生后學(xué)習(xí)記憶能力的影響

在美國(guó)，每年約有75 000名孕婦接受麻醉手術(shù)，麻醉藥物對(duì)胎兒的影響，尤其是出生后學(xué)習(xí)記憶功能的影響，受到人們普遍關(guān)注。目前，七氟烷對(duì)孕期胎兒后續(xù)學(xué)習(xí)記憶能力影響的研究主要為鼠類(lèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。鼠類(lèi)動(dòng)物的孕期一般為20 d，研究的時(shí)間窗主要在孕中晚期(孕14～18 d)，此階段胎鼠已基本成型。既往的研究表明，孕鼠在孕期暴露于七氟烷，出生后的子代鼠有學(xué)習(xí)記憶能力的改變[1]。Zheng等[2]用孕鼠吸入濃度為2.5%的七氟烷2 h，待胎鼠出生1個(gè)月后行水迷宮實(shí)驗(yàn)(測(cè)空間學(xué)習(xí)記憶)，發(fā)現(xiàn)子代鼠有空間記憶能力的下降。然而，Suehara等[3]發(fā)現(xiàn)，孕鼠吸入1.5%七氟烷6 h，出生后的子代鼠無(wú)空間記憶能力下降。近期研究也表明，孕鼠單次吸入3%七氟烷2 h，出生后的子代鼠同樣無(wú)空間記憶能力下降的改變[4]。針對(duì)相同的問(wèn)題，研究者的結(jié)果產(chǎn)生了分歧。故有研究者推測(cè)子代鼠空間記憶能力的改變可能與孕期暴露于七氟烷的濃度有關(guān)。有研究顯示，將孕鼠分為2.0%和3.5%七氟烷2組，均吸入七氟烷2 h后，低劑量2.0%七氟烷組子代鼠無(wú)空間記憶能力的下降，而高劑量3.5%七氟烷組子代鼠有空間記憶的能力下降[5]。因此，孕期暴露于七氟烷對(duì)出生后子代學(xué)習(xí)記憶能力產(chǎn)生的影響，與孕期吸入七氟烷的濃度有關(guān)。孕期暴露于七氟烷時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)子代學(xué)習(xí)記憶能力也可能產(chǎn)生影響，但尚無(wú)直接證據(jù)。所以，目前學(xué)者們認(rèn)為七氟烷對(duì)孕期胎兒出生后學(xué)習(xí)記憶能力的影響與孕期吸入七氟烷的濃度有關(guān)，孕期暴露于低劑量七氟烷對(duì)子代出生后學(xué)習(xí)記憶能力影響不大，但是高劑量七氟烷可對(duì)子代產(chǎn)生一定的損害作用。孕期暴露七氟烷持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)子代學(xué)習(xí)記憶能力的影響，尚待進(jìn)一步研究。七氟烷分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在體內(nèi)極少被代謝，屬于脂溶性藥物。因此，七氟烷可通過(guò)母體胎盤(pán)屏障直接作用于胎兒。胎兒期大腦處于快速發(fā)育的階段，代謝旺盛，七氟烷因其高脂溶性的特點(diǎn)，可直接作用于神經(jīng)細(xì)胞，介導(dǎo)發(fā)育期神經(jīng)細(xì)胞的生理過(guò)程。雖然目前臨床實(shí)驗(yàn)證據(jù)不足，未能證明七氟烷可對(duì)出生后胎兒學(xué)習(xí)記憶能力產(chǎn)生影響，但在孕期行手術(shù)時(shí)應(yīng)慎用七氟烷。

2.七氟烷對(duì)嬰幼兒及兒童學(xué)習(xí)記憶能力的影響

隨著我國(guó)二胎政策的實(shí)行，嬰幼兒及兒童需接受麻醉手術(shù)治療的數(shù)量越來(lái)越多。麻醉藥物對(duì)處于發(fā)育期的幼兒及兒童學(xué)習(xí)記憶能力的影響，以及是否有麻醉藥物能夠安全有效地應(yīng)用于該人群，同樣是學(xué)者們十分關(guān)注的問(wèn)題。Stratmann等[6]發(fā)現(xiàn)，28名年齡6～11歲于1歲之前接受過(guò)全身麻醉的兒童接受空間和顏色識(shí)別的記憶測(cè)試，與未接受過(guò)麻醉的兒童相比，有記憶能力下降的現(xiàn)象。但受試者應(yīng)用全身麻醉藥物的種類(lèi)不同，不能直接說(shuō)明記憶能力的下降與七氟烷的因果關(guān)系。因此，該團(tuán)隊(duì)同時(shí)進(jìn)行了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，用出生后7 d的幼鼠，吸入最小肺泡濃度(MAC)為1的七氟烷4 h，待幼鼠10個(gè)月成熟后，進(jìn)行相同的記憶測(cè)試得到了同樣的結(jié)果。該研究還顯示七氟烷對(duì)兒童的智力和行為學(xué)功能無(wú)產(chǎn)生損害作用。雖然有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明了七氟烷可對(duì)記憶功能產(chǎn)生影響，但是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的證據(jù)不能直接反映七氟烷對(duì)人體大腦學(xué)習(xí)記憶的影響。另一項(xiàng)臨床研究彌補(bǔ)了這項(xiàng)空缺，驗(yàn)證了七氟烷對(duì)兒童無(wú)學(xué)習(xí)記憶功能損害的作用，研究者納入了60例7～13歲需接受手術(shù)的患兒，將其隨機(jī)分為丙泊酚組和七氟烷組，應(yīng)用Wechsler記憶法分別于術(shù)前、術(shù)后第7日、術(shù)后3個(gè)月測(cè)試瞬時(shí)記憶、短期記憶和長(zhǎng)期記憶能力，發(fā)現(xiàn)七氟烷并無(wú)對(duì)兒童的記憶功能產(chǎn)生損害作用，然而丙泊酚對(duì)兒童的短期記憶功能產(chǎn)生了損害作用，但是于術(shù)后3個(gè)月恢復(fù)正常[7]。另有臨床研究表明，3歲之前接受過(guò)七氟烷麻醉的兒童，在5～16歲兒童期無(wú)發(fā)現(xiàn)認(rèn)知功能的損害[8]。

根據(jù)目前的研究可知，七氟烷可相對(duì)安全地應(yīng)用于嬰幼兒及兒童的手術(shù)麻醉。但是在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)均表明，七氟烷對(duì)發(fā)育期大腦有神經(jīng)毒性作用，可產(chǎn)生遠(yuǎn)期學(xué)習(xí)記憶的損害。最新一項(xiàng)有關(guān)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物恒河猴的實(shí)驗(yàn)顯示，幼年期吸入七氟烷可導(dǎo)致其情緒記憶的改變，研究者讓恒河猴在出生后6～10 d吸入七氟烷4 h，間隔14 d和28 d后重復(fù)吸2次,在出生后6個(gè)月時(shí)發(fā)現(xiàn)恒河猴有情緒記憶的改變，可持續(xù)至1～2歲[9]。本課題組前期結(jié)果也顯示，出生后7 d的幼鼠吸入3%七氟烷6 h，于出生4周幼鼠成熟后行水迷宮測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其有空間記憶功能的損害[10]。也有學(xué)者提出了相反的觀點(diǎn)，認(rèn)為發(fā)育期大腦暴露于七氟烷，不會(huì)產(chǎn)生后續(xù)學(xué)習(xí)記憶功能的損害作用。Zhou等[11]讓出生后6 d的雄性食蟹猴吸入3%七氟烷5 h，待成長(zhǎng)到3～7個(gè)月時(shí)對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶能力測(cè)試，發(fā)現(xiàn)七氟烷無(wú)損害食蟹猴的學(xué)習(xí)記憶功能?？傊?，雖然動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示七氟烷影響發(fā)育期大腦后續(xù)的學(xué)習(xí)記憶功能，但臨床實(shí)驗(yàn)證據(jù)顯示七氟烷影響并不大。目前，七氟烷以其對(duì)呼吸道刺激小、誘導(dǎo)迅速、蘇醒快等優(yōu)點(diǎn)仍在臨床上被視為小兒麻醉相對(duì)安全的藥物。

3.七氟烷對(duì)成年期學(xué)習(xí)記憶能力的影響

成年期的大腦神經(jīng)發(fā)育已基本成熟，能夠較好抵御外界刺激。多項(xiàng)研究均提示七氟烷對(duì)成年期大腦的影響不大。有研究表明，讓2個(gè)月大的成年小鼠單次吸入3.3%七氟烷4 h或者連續(xù)5 d每日吸入3.3%七氟烷2 h，24 h后進(jìn)行水迷宮測(cè)試，單次或者多次吸入七氟烷均未造成成年鼠空間記憶的損害[12]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，七氟烷能增強(qiáng)成年鼠學(xué)習(xí)記憶能力，研究者對(duì)2個(gè)月大的小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓其吸入2.5%七氟烷，分為1～4 h的時(shí)間梯度進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)吸入1～3 h有增強(qiáng)學(xué)習(xí)記憶能力的作用，但是吸入4 h無(wú)學(xué)習(xí)記憶能力增強(qiáng)作用[13]。但有研究者提出相反觀點(diǎn)，認(rèn)為反復(fù)吸入七氟烷可導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶功能損害，讓大鼠出生后第7日和第60日分別吸入2%七氟烷1 h，之后進(jìn)行水迷宮測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其有空間學(xué)習(xí)記憶能力的下降[14]。目前，反復(fù)吸入七氟烷對(duì)成年小鼠學(xué)習(xí)記憶能力產(chǎn)生影響存在爭(zhēng)論，原因可能與反復(fù)吸入七氟烷的頻率、濃度及持續(xù)時(shí)間有關(guān)。由既往研究可知，單次吸入七氟烷對(duì)成年鼠學(xué)習(xí)記憶能力影響不大，多次吸入七氟烷的影響可能與藥物的劑量、使用頻率和吸入時(shí)間有關(guān)。

4.七氟烷對(duì)老年期學(xué)習(xí)記憶的影響

隨著年齡的增長(zhǎng)，老年人大腦伴有神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量減少以及神經(jīng)退行性疾病。因此老年人的腦功能極為脆弱，是術(shù)后認(rèn)知功能障礙(POCD)的高發(fā)人群。POCD發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，包含了學(xué)習(xí)記憶功能障礙。目前，大量臨床和動(dòng)物研究均表明，七氟烷對(duì)老年期POCD的發(fā)生有促進(jìn)作用。最新一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)雙盲臨床實(shí)驗(yàn)，研究者比較了丙泊酚、異氟烷和七氟烷對(duì)老年人POCD發(fā)生率的影響，發(fā)現(xiàn)七氟烷可導(dǎo)致POCD的發(fā)生，并且七氟烷組POCD的發(fā)生率較丙泊酚組高[15]。另外最新動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明，單次或者多次吸入2.5%七氟烷均可導(dǎo)致POCD的發(fā)生[16]。老年人因其年齡的增長(zhǎng)，大腦功能的衰退，易受麻醉藥物的影響，因此，在老年人接受手術(shù)麻醉時(shí)，應(yīng)盡量避免使用七氟烷麻醉。

二、七氟烷對(duì)學(xué)習(xí)記憶功能影響的可能機(jī)制

1.細(xì)胞凋亡

無(wú)論是在體實(shí)驗(yàn)還是體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，大量證據(jù)均表明七氟烷可以導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶能力的下降，尤其是對(duì)發(fā)育期神經(jīng)細(xì)胞的促凋亡作用[17]。細(xì)胞凋亡發(fā)生的經(jīng)典途徑有：線(xiàn)粒體途徑、死亡受體途徑、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑以及非含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase)依賴(lài)性途徑。本課題組前期研究結(jié)果提示七氟烷介導(dǎo)學(xué)習(xí)記憶功能損害機(jī)制與Caspase-3上調(diào)通過(guò)線(xiàn)粒體途徑參與細(xì)胞凋亡有關(guān)[10]。FASL-FAS信號(hào)是死亡受體途徑介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的重要調(diào)節(jié)物，研究者在七氟烷導(dǎo)致的學(xué)習(xí)記憶功能損害模型中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ASL-FAS信號(hào)被激活，F(xiàn)ASL及FAS基因敲除的小鼠，能夠減輕七氟烷的神經(jīng)細(xì)胞凋亡作用[18]。蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑細(xì)胞凋亡的標(biāo)志物，研究表明七氟烷能夠促進(jìn)PERK的磷酸化進(jìn)而激活一系列下游信號(hào)分子，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑依賴(lài)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡[19]。然而七氟烷是否通過(guò)非Caspase依賴(lài)性途徑(如程序性壞死)介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞死亡導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶功能損害，尚有待繼續(xù)研究。

2.突觸可塑性

神經(jīng)細(xì)胞突觸可塑性可分為長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(LTP)和長(zhǎng)時(shí)程抑制(LTD)。LTP和LTD是2種電生理現(xiàn)象，被認(rèn)為是學(xué)習(xí)和記憶的細(xì)胞水平機(jī)制，LTP能夠增強(qiáng)學(xué)習(xí)和記憶的能力，LTD則與學(xué)習(xí)后的遺忘相關(guān)[20]。已有多項(xiàng)研究顯示七氟烷與LTP的形成相關(guān)[21]。近期研究表明，出生后7 d的幼鼠暴露于3%七氟烷6 h，待1個(gè)月幼鼠成熟后作腦片電生理檢查發(fā)現(xiàn)LTP被抑制，提示七氟烷導(dǎo)致發(fā)育期大腦學(xué)習(xí)記憶功能障礙與LTP被抑制有關(guān)[22]。但是，LTP形成機(jī)制目前仍未知，七氟烷如何抑制LTP形成，尚待進(jìn)一步研究。

3.中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)受體

七氟烷可激活中樞神經(jīng)系統(tǒng)γ-氨基丁酸(GABA)受體和阻斷N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體而發(fā)揮麻醉效能[23]。近期研究表明，發(fā)育期幼鼠連續(xù)3 d吸入3%七氟烷2 h，2個(gè)月后水迷宮檢測(cè)結(jié)果顯示其空間記憶功能下降，皮質(zhì)醇顯著升高，驗(yàn)證了七氟烷導(dǎo)致記憶功能損害可能與GABA受體過(guò)度去極化有關(guān)[24]。本課題組前期研究結(jié)果顯示，發(fā)育期幼鼠接受七氟烷麻醉后，可選擇性降低NMDA受體亞單位2A(NR2A)的表達(dá)、增加NR2B的表達(dá)，從而改變NMDA受體亞基的組成結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程參與了七氟烷對(duì)發(fā)育期幼鼠學(xué)習(xí)記憶功能的損害過(guò)程[25]。

4.學(xué)習(xí)記憶相關(guān)重要蛋白

β-淀粉樣蛋白是阿爾茨海默病(AD)重要的相關(guān)蛋白，七氟烷可導(dǎo)致β-淀粉樣蛋白的增加，促進(jìn)AD的發(fā)生[26]。Tau蛋白是可溶的微管相關(guān)蛋白，主要存在于神經(jīng)細(xì)胞中，其主要功能是維持神經(jīng)元軸突的穩(wěn)定性，過(guò)度磷酸化的Tau蛋白可聚集糾纏成絲狀，參與AD的發(fā)生。有研究表明發(fā)育期大腦暴露于3%七氟烷6 h可增加Tau蛋白的mRNA表達(dá)，并且增加Tau蛋白磷酸化水平[27]。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)是重要的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，以往研究表明，七氟烷可減少BDNF的表達(dá)，損害學(xué)習(xí)記憶功能。最新研究顯示了相反結(jié)果，出生后7 d幼鼠暴露于2.3%七氟烷6 h，七氟烷可導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡，但并無(wú)改變其血清和腦內(nèi)BDNF水平[28]。其原因可能是個(gè)體間各腦區(qū)BDNF表達(dá)有差異，但是全腦BDNF表達(dá)無(wú)明顯差異。

5.其他可能機(jī)制

自噬是一些長(zhǎng)壽蛋白或細(xì)胞器被膜包裹運(yùn)送至溶酶體而發(fā)生降解的過(guò)程，使細(xì)胞能夠在應(yīng)激環(huán)境中繼續(xù)利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而生存下去。近年來(lái)，多種證據(jù)表明，自噬參與了七氟烷導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的過(guò)程[29]。自噬參與七氟烷導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡的機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。調(diào)控非編碼RNA是指基因轉(zhuǎn)錄成RNA，但并未進(jìn)一步翻譯成蛋白質(zhì)，而是發(fā)揮調(diào)節(jié)基因表達(dá)和蛋白功能的作用?？煞譃槎替湻蔷幋aRNA和長(zhǎng)鏈非編碼RNA兩大類(lèi)。非編碼RNA可參與細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，并調(diào)節(jié)細(xì)胞的各個(gè)生理過(guò)程[30]。近期研究均表明， 長(zhǎng)鏈非編碼RNA、微小RNA均參與了調(diào)節(jié)七氟烷導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡和學(xué)習(xí)記憶損害的過(guò)程[31-32]。

三、 結(jié)束語(yǔ)

人類(lèi)大腦學(xué)習(xí)記憶的發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，目前尚未清楚。根據(jù)不同的定義，記憶的分類(lèi)很多，但是記憶的過(guò)程基本相同，分為記憶的編碼和形成、記憶的存儲(chǔ)和鞏固、記憶的提取等。學(xué)習(xí)過(guò)程與記憶過(guò)程同時(shí)發(fā)生，學(xué)習(xí)和記憶的關(guān)系相輔相成。七氟烷對(duì)學(xué)習(xí)和記憶功能產(chǎn)生的影響，目前仍未明確。少數(shù)研究者探討了七氟烷對(duì)記憶鞏固的作用，在訓(xùn)練(學(xué)習(xí)階段)后給予七氟烷麻醉，觀察其對(duì)記憶鞏固的作用[33]。但少有研究涉及七氟烷對(duì)記憶的形成和提取的影響。其次，以往實(shí)驗(yàn)主要以海馬為學(xué)習(xí)記憶的代表區(qū)域，但海馬主要與近期記憶的形成和穩(wěn)定有關(guān)，而與遙遠(yuǎn)陳舊記憶關(guān)系不大[34]。遙遠(yuǎn)陳舊記憶主要存儲(chǔ)于大腦皮層，七氟烷對(duì)大腦皮層此類(lèi)記憶的研究目前較少。人腦機(jī)制非常復(fù)雜，為探討七氟烷對(duì)人類(lèi)學(xué)習(xí)記憶功能的影響需要先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)支持，如通過(guò)光遺傳學(xué)技術(shù)可研究七氟烷對(duì)記憶相關(guān)神經(jīng)環(huán)路的影響；通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)可研究七氟烷在單細(xì)胞層面產(chǎn)生的基因和蛋白水平的變化，有助于揭開(kāi)七氟烷對(duì)學(xué)習(xí)記憶細(xì)胞內(nèi)水平影響之謎，從而找到治療干預(yù)靶點(diǎn)。