翟文慧 王秋筠

每年全世界超过20亿人接受手术治疗，大部分手术都是在吸入麻醉下完成的，目前临床上常用的卤族吸入麻醉药有异氟醚、七氟醚、地氟醚等［1］。目前临床麻醉中热切关注的问题之一是卤族吸入麻醉药对手术患者的神经毒性作用，表现为术后认知功能障碍、神经元退行性病变及学习能力下降等。卤族吸入麻醉药的神经毒性与麻醉药的种类和剂量、细胞的类型有关，其可能机制也是多途径的［2－4］，目前研究比较多的是细胞凋亡，具体包括细胞内Ca2+平衡失调、全脑蛋白质组学表达变化、β-淀粉样蛋白的增加及神经突触递质受体的变化等。本文综述了目前所发表的有关卤族吸入麻醉药物神经毒性及其机制的研究，旨在认识和了解这方面的最新进展。

1 常用的卤族吸入麻醉药神经毒性的比较

卤族挥发性吸入麻醉药的物理和化学结构相似，但它们产生的神经毒性及其机制却不尽相同的。

1．1 异氟醚 对于发育中的、成年的、老年的大鼠，异氟醚具有广泛的神经毒性作用，表现在术后学习能力缺陷及术后认知功能障碍。Vesna等［5］给出生7 d大鼠施行于临床相关浓度的氧化亚氮、异氟烷、咪唑安定的联合麻醉，持续6 h后诱导出了脑神经元细胞的凋亡及长期学习能力下降;单用氧化亚氮或咪唑安定都不能诱导出神经细胞凋亡;单用异氟醚可以诱导出神经细胞凋亡;异氟醚和咪唑安定联合麻醉后，神经细胞凋亡数目明显增加;氧化亚氮、异氟醚、咪唑安定联合麻醉致凋亡细胞数目达到最高;同时这个动物实验还第一次证实了吸入麻醉对新生大鼠以后的记忆和认知功能会产生永久性损害，因此引发了广泛、激烈的讨论。我们将原代培养大鼠皮层神经元随机分组，分别用 0．6%、1．2%、2．4% 异氟醚处理 1 h、2 h、4 h、8 h、12 h、24 h，采用酶联免疫吸附法(ELISA)法测乳酸脱氢酶(LDH)活性，MTT法测神经元活力，荧光显微镜测神经元内游离钙离子浓度，结果发现0．6%异氟醚可增强原代培养新生大鼠皮层神经元活力，1．2%、2．4%异氟醚可降低原代培养新生大鼠皮层神经元活力［6］。异氟醚的神经毒性具有浓度和时间依赖性，实验研究发现1．2%异氟醚(1MAC)处理大鼠原代培养皮层神经元12 h能使MTT明显降低和LDH释放增加，说明细胞活性降低［7］。

1．2 氟烷 Ecrenhoff等［8］将大鼠 PC12细胞暴露于0．8%、1．5%氟烷6 h，LDH检测结果显示LDH释放增加，细胞活力降低，可以诱导细胞凋亡。

1．3 七氟醚 Bartunek等［9］研究发现，临床上七氟醚麻醉后的患者也很少发生术后认知功能障碍及学习能力缺陷。有实验结果提示孕晚期大鼠接受长时间、高浓度的七氟醚麻醉可能对仔鼠学习记忆功能产生不利影响，并且将持续到成熟期;而低浓度七氟醚麻醉的影响较短暂。

1．4 地氟醚 关于地氟醚神经细胞毒性方面的报道较少。Kunst等［10］提出同等剂量的地氟醚，促神经细胞凋亡作用轻微。

2 卤族吸入麻醉药神经毒性的可能机制

虽然对吸入麻醉药的中枢作用机制曾进行了长期、大量的研究，但由于中枢神经系统结构和功能的复杂性及麻醉药作用机制的多样性，至今仍不能确切地阐明。下面就卤族吸入麻醉药产生神经毒性的可能机制进行阐述。

2．1 细胞内钙失衡与1，4，5-三磷酸肌醇受体 细胞内钙失调对神经元细胞损伤凋亡起着很重要的作用［11］。作为细胞内钙储备的主要场所，内质网的凋亡途径与Ca2+有着不可分割的关系。静息状态下神经细胞内Ca2+浓度基本稳定在100 nmol/L，而细胞外 Ca2+浓度则相对高得多，达到 1．2 mmol/L［1］。神经细胞的钙稳态调节是个复杂的过程，胞外的Ca2+流入和胞内Ca2+储存库的Ca2+释放都可能引起细胞内Ca2+浓度增加。维持细胞内外钙稳态的是内质网上的3种与Ca2+的摄入和释放有关的通道:蓝尼啶受体(RyR)和1，4，5-三磷酸肌醇受体(IP3R)将内质网腔内的Ca2+释放入胞浆，钙泵将胞浆内的Ca2+转运至内质网。Ge等［12］研究发现在细胞外无钙环境下，异氟醚可引起几乎相同程度的细胞内Ca2+增加，表明细胞内钙储存库对于钙超载发挥重要作用，另外，应用IP3R拮抗剂后明显减轻细胞毒性，说明了内质网IP3R起着重要的作用。

目前研究提出异氟醚诱导神经细胞凋亡具有浓度和时间依赖性，早衰蛋白-1(PS-1)突变的PC12细胞(L286V)能增强IP3R的活性，使其在异氟醚作用下更易发生细胞凋亡，1MAC异氟醚作用12 h能诱导L286V发生细胞凋亡，并使细胞内Ca2+峰值发生快速大量的增加，应用IP3R拮抗剂能明显减轻这种改变［12，13］。这与阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性病变时，IP3R过度激活内质网Ca2+过量释放，引起胞浆Ca2+浓度增加，内质网钙耗竭，最终导致细胞凋亡的过称相似，因此临床中神经退行性病变患者，应避免异氟醚的应用［11－14］。不同细胞对异氟醚诱导的细胞凋亡具有不同的敏感性，例如2．4%异氟醚诱导DT40细胞发生凋亡的最短时间是6 h，而诱导大鼠大脑皮层神经元或PC12细胞凋亡的最小浓度和最短时间是2．4%异氟醚作用24 h［15］。氟烷与异氟醚相似，可以通过激活RyR或IP3R诱导Ca2+从内质网释放［12］，导致内质网钙耗竭，细胞内钙离子浓度增加，产生神经细胞毒性。与异氟醚相反，相同剂量的七氟醚作用能抑制细胞Ca2+从肌浆网释放，或影响较小甚至无影响［14］。而同等剂量的地氟醚，只引起微小的细胞内质网Ca2+释放［13］，神经细胞毒性作用轻微。

综上可见，IP3R是细胞内的钙释放通道，其生物学特性改变，会导致胞浆内Ca2+浓度升高，从而激发一系列病理生理紊乱反应，认为由IP3R介导的细胞内Ca2+释放在卤族吸入麻醉药神经细胞毒性过程中起到至关重要的作用。

2．2 全脑蛋白质组学表达改变 Futterer等［16］第一次通过高效、快捷和高通量的分子生物学技术，应用二维凝胶电泳和质谱测量法，测定5．7%地氟醚麻醉成年大鼠3 h后的0、24、72 h全脑表达的蛋白质的变化，结果显示在地氟醚麻醉后至少72 h内存在蛋白质表达改变，这些表达改变的蛋白在神经递质的突触传递及新陈代谢等方面发挥着重要作用，例如:一氧化氮通路中的NG-二甲基精氨酸-二甲基氨基水解酶(DDAH)在地氟醚麻醉后表达增强，并至少持续72 h，另外，在研究中发现发动蛋白-1(dynamin-1)在地氟醚麻醉后减少，可引起神经突触膜蛋白的功能性结构改变，这提示我们突触递质释放过程有其相对应的蛋白结构及表达的改变，其他许多在麻醉前后脑内差异表达的蛋白与糖酵解和三羧酸循环密切相关。这些结果都提示我们在吸入麻醉后3 h，即存在脑蛋白表达改变，并至少持续到术后72 h，这个时间远长于临床上吸入麻醉后的恢复时间，因此，对于行短时间麻醉的手术患者，吸入麻醉药产生的长时间脑蛋白改变还是很重要的，需要进一步深入研究。

Kalenka 等［17］在 Futterer等［16］的基础上，进一步研究吸入麻醉药对全脑蛋白表达的影响:2．4%七氟醚(1MAC)麻醉大鼠3 h后，应用二维凝胶电泳和质谱测量法测定全脑蛋白表达，结果发现麻醉3小时后有11种蛋白表达变化，麻醉后72 h 17种蛋白表达变化，麻醉后28 d除了1种蛋白外所有蛋白表达都恢复到正常水平，这些表达改变的蛋白与细胞代谢、细胞信号传导等有关，但这些蛋白的表达变化是否和临床麻醉患者的术后认知功能障碍有关还有待进一步研究。

2．3 β-淀粉样蛋白质集聚 Eckenhoff等［8］通过研究吸入麻醉药和静脉麻醉药对大鼠神经母细胞瘤细胞Aβ寡聚化和细胞凋亡的影响，发现异氟烷和氟烷易于结合小低聚体，增加大鼠细胞的Aβ寡聚化，最终形成纤维，诱导细胞凋亡。吸入麻醉药可增加与阿尔茨海默病相关的多肽寡聚化和细胞凋亡。

Xie等［3］通过实验研究异氟醚促细胞凋亡的作用机制，用2%异氟醚处理过度表达APP的人类H4神经胶质细胞6 h可以诱导细胞凋亡、增加Aβ的产生，并且APP C-末端片段水平增加而非全蛋白水平变化与细胞凋亡有相关关系。进一步实验证明，异氟醚能提高2种对细胞产生毒性作用的酶的浓度和活性［4］。1种是半胱氨酰天冬氨酸特异性蛋白酶，促成β-淀粉样蛋白的沉积，从而引发细胞凋亡。另1种是β-粉状分泌酶，可分解蛋白质，形成典型的β-粉状蛋白质沉积，随着β-粉状蛋白质浓度的增高，半胱氨酰天冬氨酸特异性蛋白酶的浓度也随之增高，两者相互作用，不断叠加，最终形成粉状斑块。

2．4 神经突触受体及神经递质的改变 吸入麻醉药主要作用于2个受体:激活γ-氨基丁酸(GABA)受体，增加神经元的抑制作用;阻滞N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体，降低神经元的兴奋作用。在神经突触形成期使用通过这两个途径起作用的药物可引起发育中鼠脑广泛的神经元凋亡。其机制可能是NMDA受体阻滞降低细胞外谷氨酸的浓度，减少突触形成和细胞间连接而抑制神经元;GABA受体过度兴奋则导致细胞兴奋性毒性［18］。神经兴奋损伤又与Ca2+大量内流致细胞内Ca2+超载所引发的链式损伤有关，谷氨酸还可能通过刺激G蛋白藕联代谢性谷氨酸受体等途径导致胞内钙库释放［19］。有学者提出吸入麻醉剂在拮抗NMDA受体方面有着很显著的作用［15］。然而，同样是激活GABA受体及拮抗NMDA受体，为何七氟醚和地氟醚对神经元凋亡的影响较异氟醚和氟烷轻，原因尚不清楚。目前认为不同的吸入麻醉药在不同的脑区有多细胞和多分子的作用靶点，即使是同一种吸入麻醉药也无法用单一的作用靶点解释所有的麻醉作用。

3 讨论

卤族吸入麻醉药可通过不同的机制对不同类型动物神经细胞产生广泛而多样的毒性作用，且这种作用具有浓度和时间依赖性。卤族吸入麻醉药，诱发神经细胞凋亡是一个复杂的过程，可能是多种机制共同作用的结果，具体的分子生物学机制还有待进一步深入研究。由于人脑和鼠脑存在种属差异性，还需要大量的基础和临床研究。因此，研究吸入麻醉药对大脑神经元的影响及有关机制，不但为临床麻醉药的选择和管理提供科学指导，为预防和治疗术后神经损害提供理论基础，而且将推动吸入麻醉药麻醉机理的研究，进一步探索其神经细胞作用靶位。我们希望在保证麻醉效果的情况下，针对不同患者合理选择不同麻醉药及调节麻醉药的浓度和时间，以达到最好的麻醉效果，并产生最小的神经损伤。

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