血浆硫化氢水平与体外循环心脏瓣膜置换术患者术后认知功能障碍的关系研究

何庆标，黄 威，王育明，孙振中，詹长春

·论著·

血浆硫化氢水平与体外循环心脏瓣膜置换术患者术后认知功能障碍的关系研究

何庆标，黄 威，王育明，孙振中，詹长春

目的 分析血浆硫化氢(H2S)水平与体外循环(CPB)心脏瓣膜置换术患者术后认知功能障碍(POCD)的关系。方法 选取2016年7—12月于武警广东省总队医院心外科行择期CPB心脏瓣膜置换术患者60例，根据术后72 h内POCD发生情况分为POCD组22例与非POCD组38例。比较两组患者麻醉诱导前(T0)、CPB结束时(T1)、术毕(T2)、术后24 h(T3)、术后72 h(T4)血清S100β蛋白、神经元特异性烯醇化酶(NSE)水平及血浆H2S水平，并分析血浆H2S水平与血清S100β蛋白、NSE水平的相关性。结果 本组60例患者POCD发生率为36.7%(22/60)。两组患者性别、年龄、受教育年限、CPB时间、手术时间、出血量、拔管时间、清醒时间比较，差异无统计学意义(P>0.05)。时间与方法在血清S100β蛋白、NSE水平和血浆H2S水平上存在交互作用(P<0.05)；时间在血清S100β蛋白、NSE水平和血浆H2S水平上主效应显著(P<0.05)；方法在血清S100β蛋白、NSE水平和血浆H2S水平上主效应显著(P<0.05)；T1～T4时POCD组患者血清S100β蛋白、NSE水平高于非POCD组，血浆H2S水平低于非POCD组(P<0.05)。Pearson相关性分析结果显示，POCD组患者血浆H2S水平与血清S100β蛋白、NSE水平呈负相关(r值分别为-0.91、-0.82，P<0.05)。结论 血浆H2S水平与CPB心脏瓣膜置换术患者POCD有关，可作为POCD的监测指标。

心脏瓣膜疾病；体外循环；硫化氢；认知功能

何庆标，黄威，王育明，等.血浆硫化氢水平与体外循环心脏瓣膜置换术患者术后认知功能障碍的关系研究[J].实用心脑肺血管病杂志，2017，25(3)：54-57.[www.syxnf.net]

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术后认知功能障碍(POCD)是术后常见的中枢神经系统并发症，多发生于术后数天或数周，主要临床表现为焦虑、精神错乱、记忆受损和人格改变。体外循环(CPB)心脏直视手术患者POCD发生率为33%～80%，分析其原因可能与术中脑细胞氧代谢失衡、脑细胞损伤有关[1]。S100β蛋白和神经元特异性烯醇化酶(NSE)是脑损伤早期的特异性标志物。研究表明，心脏直视手术患者POCD可能与血清S100β蛋白和NSE水平升高有关[2]。硫化氢(H2S)是一种新型气体信号分子，可调节神经功能。研究表明，H2S水平在脑缺血-再灌注损伤、Alzheimer病中发挥着重要作用[3]。本研究旨在分析血浆H2S水平与CPB心脏瓣膜置换术患者POCD的关系，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2016年7—12月于武警广东省总队医院心外科行择期CPB心脏瓣膜置换术患者60例，其中男35例，女25例；左房室瓣膜置换术30例，主动脉瓣膜置换术22例，右房室瓣膜修补术8例；年龄40～66岁，平均年龄(50.0±7.0)岁；体质指数18～28 kg/m2；受教育年限6～17年，平均受教育年限(12±4)年；美国麻醉医师协会(ASA)分级为Ⅱ或Ⅲ级；美国纽约心脏病协会(NYHA)分级为Ⅱ或Ⅲ级。排除标准：(1)术前蒙特利尔认知评估量表(MoCA)评分<26分；(2)存在肝肾功能异常者；(3)有糖尿病病史者；(4)有神经系统疾病病史者，如一过性脑缺血发作、脑出血、脑梗死、脑创伤等；(5)有精神疾病病史或长期服用镇静剂/抗抑郁药物者；(6)术中或术后出现心排血量下降，需行主动脉球囊反搏、二次手术或术后脱机失败者；(7)无法配合完成认知功能测试者。根据术后72 h内是否发生POCD将所有患者分为POCD组22例与非POCD组38例。本研究经武警广东省总队医院医学伦理委员会审核批准，患者及其家属均签署知情同意书。

1.2 方法 患者术前均未用药，进入手术室后监测心率、心电图和脉搏血氧饱和度，开放外周静脉通路。局麻下行左侧桡动脉穿刺置管，监测有创血压；右侧颈内静脉穿刺置管，监测中心静脉压。

1.2.1 麻醉诱导 静脉注射咪达唑仑注射液(江苏恩华药业股份有限公司生产，国药准字H19990027)0.1～0.5 mg/kg，丙泊酚注射液(西安力邦制药有限公司生产，国药准字H20123318)0.5～1.5 mg/kg，舒芬太尼注射液(宜昌人福药业有限责任公司生产，国药准字H20003688)0.3～0.6 μg/kg，阿曲库铵注射液(GLAXOSMItHKLINEMANUFACtURING SPA生产，进口药品注册证号：H20090440)0.3～0.6 mg/kg。麻醉维持：丙泊酚注射液以1～2 mg·kg-1·h-1持续静脉泵入，吸入用七氟烷(上海恒瑞医药有限公司生产，国药准字H20070172)持续吸入，吸入浓度为1%～2%(CPB期间通过CPB旁路吸入1%～2%)。根据患者术中麻醉情况追加阿曲库铵注射液0.2 mg/kg，脑电双频指数维持在40～55。术中酌情使用多巴胺、多巴酚丁胺、肾上腺素、硝酸甘油、硝普钠、米力农等血管活性药物以维持循环系统稳定。手术结束后将患者送至ICU，术后24 h连续监测心率、心电图、脉搏血氧饱和度和有创血压。

1.2.2 CPB 患者均采用膜式氧合非搏动性灌注，动脉端装有微栓过滤器，灌注流量为2.2～2.4 L·min-1·m-2；转流期间维持平均动脉压(MAP)50～90 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)；采用冷血高钾停搏液使心脏停搏，心包置冰以保护心肌。CPB期间用a稳态处理电解质酸碱状态，维持酸碱平衡；血流降温至鼻咽温32 ℃左右，降温速度为0.5～1.0 ℃/min，复温速度控制在1 ℃/4～5 min。

1.3 标本采集 分别采集患者麻醉诱导前(T0)、CPB结束时(T1)、术毕(T2)、术后24 h(T3)、术后72 h(T4)桡动脉血4 ml，3 000 r/min离心10 min，置于-70 ℃低温冰箱内保存待测。

1.4 标本检测 (1)血清S100β蛋白：采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清S100β蛋白水平，试剂盒由美国ABI公司提供，灵敏度为0.031 μg/L。(2)血清NSE：采用电化学发光免疫分析技术检测血清NSE水平，试剂盒购自英国Roche公司。(3)血浆H2S水平：采用敏感硫电极法[4]检测血浆H2S水平，仪器为PXS-270离子计，购自上海雷磁公司。具体步骤如下：①配制标准的S2-溶液；②配制抗氧化液；③测定程序：使用电极前需用去离子水进行活化，时间≥2 h，后开启离子计，调整测定项直至mV档，斜率设置为100%，将敏感硫、参比两种电极同时浸入样品，待读数平稳后开始记录，且电极需置入去离子水内进行冲洗，单个样品完毕，电极应重新予以活化，测定前根据S2-溶液测定标准曲线；④基本原理：H2S通常以气体(1/3)和NaHS(2/3)两种形式存在，加入抗氧化液后，H2S、NaHS与抗氧化液中的NaOH反应生成S2-，通过敏感硫电极检测S2-而间接反映血浆H2S水平。

1.5 POCD诊断标准 术前1 d、术后24 h采用MoCA评估患者认知功能，包括视空间、执行、命名、注意力、抽象、延迟记忆和定向力，总分30分，MoCA评分≤23分诊断为POCD[5]。MoCA评分均由同一名心理医师完成。

2 结果

2.1POCD发生率 60例患者发生POCD22例，POCD发生率为36.7%。

2.2 临床资料 两组患者性别、年龄、受教育年限、CPB时间、手术时间、出血量、拔管时间、清醒时间比较，差异无统计学意义(P>0.05，见表1)。

2.3 血清S100β蛋白、NSE水平和血浆H2S水平 时间与方法在血清S100β蛋白、NSE水平和血浆H2S水平上存在交互作用(P<0.05)；时间在血清S100β蛋白、NSE水平和血浆H2S水平上主效应显著(P<0.05)；方法在血清S100β蛋白、NSE水平和血浆H2S水平上主效应显著(P<0.05)；T1～T4时POCD组患者血清S100β蛋白、NSE水平高于非POCD组，血浆H2S水平低于非POCD组，差异有统计学意义(P<0.05，见表2)。

2.4 相关性分析Pearson相关性分析结果显示，POCD组患者血浆H2S水平与血清S100β蛋白、NSE水平呈负相关(r值分别为-0.91、-0.82，P<0.05)。

3 讨论

POCD是指术前无精神异常的患者因围术期各种因素影响而导致术后记忆力、抽象思维及定向力等发生障碍，同时伴有社会活动能力减退，即人格、社交能力和技能改变。POCD会影响患者康复，延长患者住院时间，给家庭和社会带来沉重的负担[6]。目前，POCD尚无统一临床诊断标准，主要依据神经心理学测定量表进行诊断，其中简明精神状态量表和MoCA较常用。MoCA适用范围广，与简明精神状态量表相比其灵敏度和特异度更高[7]。熊迈等[8]研究表明，POCD常发生于术后3d。本研究结果显示，术后72h内POCD发生率为36.7%，提示行CPB心脏瓣膜置换术后患者易发生POCD，分析原因可能为本研究选用的短效全身麻醉药物(七氟烷和丙泊酚)对中枢神经系统的影响发生在术后数小时内。

表1 两组患者临床资料比较

注：CPB=体外循环；a为χ2值

表2 两组患者不同时间点血清S100β蛋白、NSE水平和血浆H2S水平比较±s，μg/L)

注：NSE=神经元特异性烯醇化酶，H2S=硫化氢；与POCD组比较，aP<0.05

S100β蛋白是神经胶质细胞的标志性蛋白，主要由中枢神经系统内的神经胶原细胞合成和分泌，脑损伤时急性胶质反应导致S100β蛋白合成、分泌，进而参与损伤部位的修复。S100β蛋白具有可溶性，可通过细胞间液进入脑脊液，并穿过血-脑脊液屏障进入血液循环。NSE是神经元的标志酶，存在于神经元和神经内分泌细胞中，是糖酵解过程中的特异性酶，当神经元出现损伤或坏死时其从细胞中溢出，并穿过血-脑脊液屏障进入脑脊液和外周血液中。血清S100β蛋白和NSE水平变化可反映脑损伤程度，是评估早期POCD的临床指标[9]。

H2S是除一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之外的第3类气体信号分子，其生理作用与NO及CO极为相似。生理浓度的H2S对神经系统内的多种氧化性物质具有抑制及清除作用，可减轻氧化应激所致的细胞损伤，调节ATP敏感性K+通道(KATP)，加快内皮细胞释放CO，进而舒张血管平滑肌、增加脑血流量、改善脑组织血供。另外，生理浓度的H2S还可利用KATP/活化蛋白激酶(PKC)/细胞外信号调节激酶(ERK)1/2/热休克蛋白90(HSP90)的关键途径以保护缺氧状态下的神经元[10]。颅脑损伤患者处于应激状态，导致半胱氨酸合成不足、胱硫醚β-合成酶(CBS)水平下降、CBS活性降低，进而造成血浆H2S水平下降。

H2S参与POCD的机制可能与以下因素有关：(1)H2S通过长时程记忆增强(LTP)机制调节学习和记忆功能，血浆H2S水平下降会影响海马长时程形成及其突触活动，进而损伤学习和记忆功能；(2)中枢神经系统的H2S具有明显的抗氧化作用，血浆H2S水平下降会影响抗氧化作用对神经元的保护作用；(3)血浆 H2S水平降低可增加脑血管张力，导致脑组织缺血，而长期慢性脑组织缺血会导致大脑认知功能损伤[11]。OSIPOV等[12]研究表明，在猪CPB模型中外源性H2S对中枢神经具有保护作用，提示H2S释放增加可缓解由CPB造成的脑缺血再灌注损伤。

本研究结果显示，T1～T4时POCD组患者血清S100β蛋白、NSE水平高于非POCD组，血浆H2S水平低于非POCD组，表明CPB心脏瓣膜置换术患者POCD与血清S100β蛋白、NSE水平和血浆H2S水平变化有关；血浆H2S水平升高可能与自身保护机制有关。本研究结果还显示，POCD组患者血浆H2S水平与血清S100β蛋白、NSE水平呈负相关，表明CPB心脏瓣膜置换术患者血浆H2S水平可间接反映脑损伤程度，可作为POCD的监测指标。

综上所述，血浆H2S水平与CPB心脏瓣膜置换术患者POCD有关，血浆H2S水平可作为POCD的监测指标。CPB心脏瓣膜置换术后应注意监测POCD的发生，以便早期采取有效措施预防疾病进展及并发症的发生。

作者贡献：何庆标进行试验设计与实施、资料收集整理、撰写论文、成文并对文章负责；黄威、王育明、孙振中进行试验实施、评估、资料收集；詹长春进行质量控制及审校。

本文无利益冲突。

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(本文编辑：李洁晨)

Relationship between Plasma Hydrogen Sulfide Level and Postoperative Cognitive Dysfunction in Patients Undergoing Heart Valve Replacement with Cardiac Pulmonary Bypass

HEQing-biao，HUANGWei，WANGYu-ming，SUNZhen-zhong，ZHANChang-chun

DepartmentofAnesthesiology，GuangdongProvincialGeneralHospitalofArmedPolice，Guangzhou510507，ChinaCorrespondingauthor：HEQing-biao，E-mail：3534500659@qq.com

Objective To analyze the relationship between plasma hydrogen sulfide(H2S)level and postoperative cognitive dysfunction in patients undergoing heart valve replacement with cardiac pulmonary bypass(CPB).Methods From July to December in 2016，a total of 60 patients undergoing elective heart valve replacement with CPB were selected in the Department of Cardial Surgery，Guangdong Provincial General Hospital of Armed Police，and they were divided into A group(complicated with postoperative cognitive dysfunction，n=22)and B group(did not complicate with postoperative cognitive dysfunction，n=38)according to the incidence of postoperative cognitive dysfunction.Serum levels of S100β protein and NSE，and plasma H2S level before anesthesia induction(T0)，immediately after CPB(T1)，immediately after heart valve replacement(T2)，after 24 hours of heart valve replacement(T3)and after 72 hours of heart valve replacement(T4)were compared between the two groups，meanwhile correlations between plasma H2S level and serum level of S100β protein，of NSE were analyzed.Results The incidence of postoperative cognitive dysfunction was 36.7%(22/60).No statistically significant differences of gender，age，years for education，duration of CPB，duration of heart valve replacement，blood loss，extubation time and awake time was found between the two groups(P>0.05).There was interaction between time and method in serum levels of S100β protein and NSE，and plasma H2S level(P<0.05)；the main effects of time and method were significant in serum levels of S100β protein and NSE，and plasma H2S level(P<0.05)；from T1to T4，serum levels of S100β protein and NSE of A group were statistically significantly higher than those of B group，while plasma H2S level of A group was statistically significantly lower than that of B group，respectively(P<0.05).Pearson correlation analysis results showed that，plasma H2S level was negatively correlated with serum levels of S100β protein and NSE,respectively(r=-0.91，-0.82；P<0.05).Conclusion Plasma H2S level is associated with postoperative cognitive dysfunction in patients undergoing heart valve replacement with CPB，may be served as monitoring indicator of postoperative cognitive dysfunction.

Heart valve diseases；Extracorporeal circulation；Hydrogen sulfide；Cognitive function

广东省医学科学技术研究基金项目(B2016041)

何庆标，E-mail：3534500659@qq.com

R 542.5

A

10.3969/j.issn.1008-5971.2017.03.013

2016-12-17；

2017-03-16)

510507广东省广州市，武警广东省总队医院麻醉科