代紅雨，柳兆芳

（1.皖南醫(yī)學(xué)院麻醉學(xué)專業(yè)2016級(jí)碩士研究生，安徽 蕪湖 241000；2.皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院麻醉科）

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為全身麻醉是一項(xiàng)安全的醫(yī)療過程，并廣泛應(yīng)用于孕婦及小兒等特殊患者群體。近期FDA發(fā)布警告稱，孕后期孕婦或低于3歲的小兒長時(shí)間（3 h以上）或高頻率應(yīng)用麻醉藥，存在腦發(fā)育異常的風(fēng)險(xiǎn)［1］。此外，相關(guān)基礎(chǔ)研究及臨床調(diào)查提示，發(fā)育中腦暴露于全麻藥物后可誘發(fā)神經(jīng)元凋亡、干擾突觸塑形能力等，從而引起神經(jīng)認(rèn)知及行為能力缺陷［2-7］。本文就全身麻醉在腦發(fā)育中神經(jīng)毒性作用神經(jīng)結(jié)局以及潛在機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 腦神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生

腦神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生是指神經(jīng)發(fā)育中幾個(gè)特征性階段相互作用并產(chǎn)生神經(jīng)功能的完整過程，包括神經(jīng)細(xì)胞生成、神經(jīng)元遷移、突觸形成以及軸突髓鞘化等。就人類而言，妊娠早期神經(jīng)管神經(jīng)上皮經(jīng)分化完成形態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后，具備產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞的能力。妊娠12～20周神經(jīng)元快速增殖，在這期間神經(jīng)數(shù)目呈“井噴”式增長并遷移至未來行使功能的特定位置，隨后神經(jīng)元發(fā)生程序性死亡以維持腦的正常外形。約妊娠20周，神經(jīng)元之間開始構(gòu)筑突觸結(jié)構(gòu)，在胎兒娩出后2～3年，突觸生成達(dá)高峰期，這一時(shí)期腦神經(jīng)發(fā)育進(jìn)入爆發(fā)階段（突觸生成期），伴隨軸突、樹突大量的生成，神經(jīng)細(xì)胞間形成連接最終完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化［8］。因此，無論是胎兒期或是早期小兒，其腦神經(jīng)系統(tǒng)均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，顯示出強(qiáng)烈的易損性，此階段應(yīng)用中樞抑制性全麻藥物，存在神經(jīng)發(fā)育異常的風(fēng)險(xiǎn)。

2 麻醉藥神經(jīng)毒性證據(jù)

2.1 基礎(chǔ)研究證據(jù) Istaphanous等［2］的研究為全麻藥在腦發(fā)育中神經(jīng)毒性作用提供了直接證據(jù)，通過定量分析細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白酶caspase-3的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，暴露于異氟醚的新生小鼠腦皮質(zhì)神經(jīng)元凋亡密度較未經(jīng)麻醉者明顯增加，分別為2.0%±0.004% 與 0.08%±0.001%（P=0.0017）。此外，在突觸發(fā)育過程中，全麻藥物通過抑制突觸小體的形成以及突觸蛋白的表達(dá)，進(jìn)一步影響突觸功能，最終破壞神經(jīng)環(huán)路正常結(jié)構(gòu)［3-4］。Deng等［9］針對(duì)年齡相關(guān)性麻醉藥腦神經(jīng)區(qū)域損害的對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)異氟醚麻醉6 h后，發(fā)現(xiàn)新生小鼠位于大腦皮層、海馬CA1區(qū)、尾殼核等神經(jīng)發(fā)生較早的區(qū)域神經(jīng)細(xì)胞凋亡證據(jù)，神經(jīng)增殖較晚的齒狀回顆粒細(xì)胞則在幼年期顯示出強(qiáng)烈的易損性并延伸至成年期，結(jié)果表明：（1）神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育水平是麻醉藥發(fā)揮神經(jīng)毒性作用的重要因素，且毒性作用存在時(shí)間窗；（2）處于神經(jīng)發(fā)育高峰的腦神經(jīng)區(qū)域更易受損；（3）經(jīng)歷神經(jīng)發(fā)育活躍期的小兒全身麻醉仍有神經(jīng)損害的風(fēng)險(xiǎn)?；?qū)W研究中，Lin等［10］研究發(fā)現(xiàn)，2.4%七氟醚麻醉2 h可長期影響新生小鼠腦特定miRNAs的表達(dá)，且下游通路分析提示軸突導(dǎo)向突觸發(fā)育功能受損。

除器質(zhì)性損害外，麻醉藥還可引起神經(jīng)功能障礙。Kodama等［11］的研究發(fā)現(xiàn)，吸入性麻醉藥包括七氟醚、異氟醚及地氟醚，均存在干擾新生小鼠長時(shí)記憶功能，其中地氟醚還表現(xiàn)出抑制短時(shí)記憶生成的作用。Jessica等［12］在靈長動(dòng)物研究中發(fā)現(xiàn)，新生恒河猴1個(gè)月內(nèi)接受3次七氟醚麻醉，6月齡時(shí)焦慮行為增加。Coleman等［13］的研究中，新生恒河猴短期內(nèi)不同頻率暴露于異氟醚麻醉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)接受高頻率麻醉者1月齡運(yùn)動(dòng)反應(yīng)能力下降；1歲時(shí)新環(huán)境焦慮發(fā)生率高。提示短期內(nèi)多次全身麻醉遠(yuǎn)期行為缺陷發(fā)生率高。

另有文獻(xiàn)報(bào)道，新生小鼠暴露于1.2%七氟醚與未經(jīng)麻醉者相比，成年期海馬區(qū)5-溴脫氧尿嘧啶核苷的表達(dá)顯著增加，分別為35.83±2.14、30.83±2.85，且與海馬區(qū)相關(guān)的學(xué)習(xí)記憶功能顯著提高，預(yù)示著低濃度吸入性麻醉藥具有促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生的作用；實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)經(jīng)低濃度暴露組成年期后，其海馬區(qū)腦源性營養(yǎng)因子（BDNF）表達(dá)同步增加，因此推測BDNF在這一過程中發(fā)揮重要作用［14］。BDNF是廣泛存在于神經(jīng)元及突觸中的保護(hù)性因子，具有促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞再生以及受損神經(jīng)修復(fù)等功能。小劑量或低濃度麻醉藥促進(jìn)BDNF表達(dá)機(jī)制目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道。

2.2 臨床研究證據(jù) 現(xiàn)有的臨床回顧性研究，由于相關(guān)因素及觀察指標(biāo)等層面的差異而存在分歧。部分研究提示，年齡小于2～4歲或經(jīng)多次全身麻醉（2次及以上）的小兒遠(yuǎn)期神經(jīng)功能缺陷風(fēng)險(xiǎn)率增加，表現(xiàn)為行為障礙、學(xué)習(xí)記憶能力下降，以及心理疾病如多動(dòng)癥等［5-7］。另有學(xué)者認(rèn)為較未經(jīng)麻醉者，早期小兒全身麻醉未來學(xué)業(yè)障礙或自閉癥發(fā)病率無明顯升高［15-16］。Ing等［17］為臨床研究提供了新的思路，利用神經(jīng)心理學(xué)測試對(duì)小兒神經(jīng)發(fā)育進(jìn)行全面評(píng)估，發(fā)現(xiàn)3歲前接受全身麻醉者具有認(rèn)知及語言功能損害風(fēng)險(xiǎn)。Backeljauw等［18］的回顧性研究中，4歲前接受手術(shù)麻醉的患兒，除引起聽力理解力以及智力降低外，進(jìn)一步的影像學(xué)檢查更是發(fā)現(xiàn)大腦枕葉皮質(zhì)以及小腦白質(zhì)密度減低。由于研究設(shè)計(jì)的缺陷以及部分觀察指標(biāo)如學(xué)業(yè)成績等，在評(píng)估神經(jīng)損害結(jié)局中缺乏敏感性，因此回顧性研究不能作為全身麻醉腦發(fā)育神經(jīng)毒性確切證據(jù)。

澳大利亞及全球26個(gè)國家進(jìn)行的臨床多中心前瞻性隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)（RCT）中，針對(duì)2種麻醉方式對(duì)小兒神經(jīng)發(fā)育影響的對(duì)比研究（General Anaesthesia Study，GAS），納入矯正胎齡＜60周擇期腹股溝疝手術(shù)的嬰幼兒，隨機(jī)實(shí)施蛛網(wǎng)膜下腔阻滯麻醉（藥物為布比卡因）與全身麻醉（藥物為七氟醚），2年及5年后分別進(jìn)行神經(jīng)發(fā)育與神經(jīng)心理評(píng)估。根據(jù)貝利嬰幼兒發(fā)展量表，GAS研究最近的數(shù)據(jù)提示早期接受短時(shí)間七氟醚全身麻醉（平均54 min）者2歲時(shí)認(rèn)知評(píng)分與蛛網(wǎng)膜下腔阻滯麻醉者無明顯差異，分別為98.6±14.2和98.2±14.7［19］。GAS 研究依然存在缺陷，忽略了小兒生長環(huán)境等外界因素，且貝利嬰幼兒發(fā)展量表對(duì)于2歲小兒的適用性有待驗(yàn)證。

Sun等［20］針對(duì)全身麻醉在小兒神經(jīng)認(rèn)知及行為結(jié)局的雙向隊(duì)列研究中（Pediatric Anesthesia Neurodevelopment Assessment，PANDA），采用同胞對(duì)照法，選取ASAⅠ～Ⅱ級(jí)足月產(chǎn)受試同胞，以同胞中一名36月齡前經(jīng)歷全身麻醉下腹股溝疝手術(shù)者作為麻醉暴露組，并于8～15歲進(jìn)行一次神經(jīng)心理學(xué)測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，麻醉暴露組在語言、記憶、行為能力、注意力以及視空間知覺等認(rèn)知層面評(píng)分差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而與行為轉(zhuǎn)歸相關(guān)的兒童行為量表測試中，經(jīng)麻醉者內(nèi)化得分明顯升高，差異為3.2分（95%CI：1.1～5.3），表明早期小兒接受全身麻醉無遠(yuǎn)期神經(jīng)功能障礙風(fēng)險(xiǎn)。PANDA研究設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于，通過同胞對(duì)照法減少遺傳、家庭環(huán)境等干擾因素，此外，應(yīng)用不同類型量表工具分別對(duì)神經(jīng)認(rèn)知及社會(huì)行為能力進(jìn)行評(píng)估，減少了研究結(jié)果的信息偏倚。

3 麻醉藥潛在神經(jīng)毒性機(jī)制

3.1 Ca2+濃度失平衡 神經(jīng)發(fā)育過程中，Ca2+作為重要的信號(hào)分子，參與突觸的生成以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑［21］。一方面，神經(jīng)元生長錐利用Ca2+的濃度差來引導(dǎo)軸突正確生長，避免神經(jīng)病理性發(fā)育［22］。另一方面，胞質(zhì)內(nèi)Ca2+參與調(diào)節(jié)鈣調(diào)素依賴蛋白激酶II（CaMKⅡ）的表達(dá)，促使環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）磷酸化，從而激活BDNF的轉(zhuǎn)錄程序［23］。因此，任何擾亂神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度平衡（Ca2+振蕩）的因素均可導(dǎo)致突觸發(fā)育不良以及抑制神經(jīng)元發(fā)生。臨床上常用鎮(zhèn)靜藥如氯胺酮、氧化亞氮等，通過抑制N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體發(fā)揮鎮(zhèn)靜效應(yīng)。NMDA受體NR1亞型的表達(dá)，促使細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度顯著升高［24］。丙泊酚及多數(shù)吸入性麻醉藥則是通過興奮GABA受體從而發(fā)揮麻醉作用。GABA受體的興奮，可增強(qiáng)突觸后抑制電位，伴隨著細(xì)胞膜電勢能的變化，電壓門控鈣離子通道開放增加，大量Ca2+內(nèi)流，從而使胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度失衡［25］。

3.2 線粒體受損 線粒體是廣泛存在于真核細(xì)胞內(nèi)具有高度動(dòng)態(tài)特性的細(xì)胞器，可根據(jù)不同組織需要改變其形態(tài)及數(shù)目，并且影響細(xì)胞有絲分裂、凋亡等多種生理過程。線粒體是產(chǎn)生活性氧（ROS）重要場所之一，麻醉下ROS生成與清除平衡破壞，胞質(zhì)及線粒體ROS濃度均顯著升高［26］。細(xì)胞內(nèi)高濃度ROS除引起氧化應(yīng)激致細(xì)胞凋亡外，同時(shí)可破壞線粒體的完整性。一方面，增加線粒體裂解蛋白Drp-1的表達(dá)并聚集于線粒體外膜直接破壞其正常形態(tài)；另一方面，抑制融合蛋白Mfn-2生成，引起線粒體裂解/融合補(bǔ)償機(jī)制缺乏［27］。胞質(zhì)內(nèi)Ca2+蓄積是導(dǎo)致線粒體損傷另一重要因素，通過線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運(yùn)體的作用增加線粒體Ca2+濃度，引起線粒體膜電位的損害導(dǎo)致功能喪失，受損的線粒體進(jìn)一步釋放凋亡誘導(dǎo)因子如BAX、細(xì)胞色素C等，并抑制Bcl-2保護(hù)性因子的表達(dá)，最終啟動(dòng)細(xì)胞凋亡通路［28］。Xu等［29］的研究中，原代大鼠腦皮質(zhì)神經(jīng)元經(jīng)七氟醚或異氟醚麻醉1 h，通過免疫熒光法發(fā)現(xiàn)，伴隨神經(jīng)元線粒體形態(tài)受損，神經(jīng)發(fā)生以及突觸功能均受限；應(yīng)用線粒體裂解抑制劑Mdivi-1預(yù)處理后其神經(jīng)損傷得到改善。

3.3 炎性細(xì)胞因子及凋亡蛋白 現(xiàn)普遍認(rèn)為，除外科手術(shù)外，麻醉藥同樣具有促進(jìn)炎性細(xì)胞因子釋放的作用，盡管有文獻(xiàn)提示丙泊酚、異氟醚、咪達(dá)唑侖、氯胺酮等通過抑制小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞功能減少IL-1β的釋放［30］。腦組織炎性細(xì)胞因子TNF等濃度的增加，不僅引起神經(jīng)炎癥細(xì)胞凋亡，還可對(duì)阿爾茨海默病的進(jìn)展產(chǎn)生不利影響［31］。Xia等［32］通過丹參酮ⅡA抗炎預(yù)處理后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)七氟醚麻醉的新生小鼠伴隨腦組織IL-1β、IL-6水平下降，海馬區(qū)神經(jīng)元凋亡減少，且遠(yuǎn)期神經(jīng)功能缺陷發(fā)生率降低。FAS是TNF家族中調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡常見的信號(hào)分子，通過與其天然配體FASL結(jié)合進(jìn)一步激活細(xì)胞內(nèi)一系列蛋白水解酶，破壞細(xì)胞核DNA序列，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。近些年來，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)FAS-FASL信號(hào)通路在異氟醚誘導(dǎo)的未成熟神經(jīng)元凋亡中發(fā)揮重要作用，其機(jī)制目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道［33］。

綜上所述，關(guān)于全身麻醉在腦發(fā)育中神經(jīng)毒性作用，基礎(chǔ)研究已從組織學(xué)角度給出有力證據(jù)，表現(xiàn)為誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，干擾突觸正常發(fā)育及塑形能力，最終導(dǎo)致神經(jīng)功能缺陷以及學(xué)習(xí)能力下降。由于倫理等問題，臨床研究仍處于流行病學(xué)調(diào)查階段，因回顧性研究設(shè)計(jì)的諸多缺陷以及前瞻性研究的缺乏，導(dǎo)致全麻藥物是否影響人類腦神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育仍然未知。未來研究中，除尋找臨床證據(jù)外，應(yīng)探索小兒全身麻醉神經(jīng)保護(hù)措施。