远端肢体缺血预处理机制及其保护围术期老年病人认知功能的研究进展

王煜 吴刚 吕海侠 赵树立 房明岗 于涛 王瑾

远端肢体缺血预处理(remote ischemic preconditioning，RIPC)是一种简单、无创、低成本的技术方法，最初用于心脏外科手术的心肌保护，用于肺、肝脏等重要器官的保护已经有30年的历史。对于RIPC的脑保护作用，目前众说纷纭，还没有统一的观点。由于手术创伤和麻醉引起的应激，围术期神经认知障碍(perioperative neurocognitive disorders，PND)的发生率很高，特别是老年人群，发生率达20%～40%，其中10%无法恢复正常[1]。所以，如何保护围术期病人，特别是老年人的认知功能，成为我们亟待解决的问题。目前还没有有效的药物和治疗手段用于预防PND。因此，是否能够将RIPC应用于术前预处理，以保护围术期老年病人的认知功能，是我们需要深入探索的问题。

1 RIPC概述

RIPC是指在心、脑、肝、肾等组织器官可能出现较长时间的应激缺血之前，对远端肢体实施数个周期的短暂缺血和再灌注的预处理，可以对远隔部位的组织器官产生保护作用。目前，该技术已应用于脏器移植手术，作为防止急性肾损伤发展以及肝损害的一种保护措施。

1.1 RIPC的方法 RIPC实施方法简单、无创、廉价。通常使用充气压力袖带，将上肢或下肢血流暂时阻断3～5 min，然后恢复血流3～5 min，循环操作3～5个周期。对局部肢体人为造成一段时间的缺血缺氧，进而可提高重要脏器对随后手术或创伤导致的缺血、缺氧的耐受性。

1.2 RIPC的机制 RIPC的机制复杂，目前尚未清楚，可能与远端肢体缺血激活了潜在的体液和神经途径，以及这两条途径导致的基因改变和全身因素有关。RIPC可能通过这些途径实现对远隔器官的保护性作用。

1.2.1 体液途径：体液假说认为，短暂的缺血刺激导致局部产生特定物质，在恢复血流的再灌注期释放入血，进而随血流到达远隔效应器官发挥作用。近来有研究对3名健康成年男性志愿者进行RIPC，然后在预处理对侧上臂抽取血液，将血浆分离并注入氧葡萄糖剥夺的人类神经干细胞，以此模拟缺血缺氧大脑模型[2]。结果发现，RIPC血浆能够保护神经干细胞，免于氧葡萄糖剥夺诱发的细胞坏死；同时在RIPC血浆中还发现，硫氧还原蛋白水平明显升高。硫氧还原蛋白是一个抗氧化蛋白，经过此蛋白预处理的人类神经干细胞同未经预处理的细胞相比，氧葡萄糖剥夺诱发的死亡率明显降低。

目前，在体液途径中传递保护作用的介质有很多，一些研究观察到腺苷、缓激肽、阿片类物质、一氧化氮、降钙素相关肽、基质衍生因子1-α(SDF1-α)在缺血灌注期浓度有所增加。所有这些介质到达其他器官之后，激活这些组织器官上相应的受体，启动细胞内RIPC保护作用的级联反应。

1.2.2 炎性与神经通路：Konstantinov等[3]研究发现，在人类血液循环中，RIPC能够显著降低促炎性基因在WBC中的表达，同时抑制TNF-α信号通路，抑制WBC黏附、趋化及胞外分泌。所有这些过程都促进了机体的抗炎活动，使RIPC在之后的缺血/再灌注损伤中起器官保护作用，同时也有助于多器官保护。

神经通路假说认为，短暂的组织缺血会在局部产生特殊介质，由此激活神经传入通路。Ding等[4]用兔子动物模型证实了这个结论，即暂时阻断肾动脉之后恢复血流，会产生心肌保护作用。但是如果在实施肾缺血预处理之前离断肾周神经，那么肾缺血预处理产生的心肌保护作用就消失了。Dong等[5]也发现，如果离断股神经，那么实施下肢缺血预处理产生的减少心肌梗死面积的心肌保护作用就消失了。同样的缺血预处理器官保护作用，也可以被阻断交感和副交感神经节产生降压作用的降压药——六甲铵所阻断[6]。由上述研究可以推断，RIPC可能通过神经传导发挥器官保护作用。

1.2.3 基因改变：有研究证实，缺血预处理对组织器官的保护作用时间是短暂的，大约持续2 h[7]。然而，在不同的物种都观察到RIPC存在“第二保护窗”或“延迟RIPC作用”，即保护作用发生在预处理刺激之后的24 h，作用时间持续48 h[8]。RIPC预处理存在记忆的假说是基于蛋白激酶C从细胞质中转移到细胞膜上，并在细胞膜上被激活。时间延迟可能由于基因激活以及新蛋白的表达，这些蛋白可能在延迟器官保护中发挥作用。可以推论，RIPC是通过系统性因素和基因改变发挥作用的。

RIPC预处理对认知功能的保护作用，可能由于RIPC引起某个基因被激活，抑制雷帕霉素靶蛋白(mTOR)过度活跃，避免β淀粉样蛋白(Aβ)1-42的沉积以及tau蛋白的过度磷酸化，从而减轻记忆和认知功能障碍。有研究者认为，RIPC的保护机制可能存在多个通路，包括：一氧化氮[9]、缺氧诱导因子1α[10]、缝隙连接蛋白43[11]、PLT依赖信号[12]，然而，最终的共同途径似乎是级联式细胞内激酶引发的ATP敏感性线粒体钾离子通道开放[13]。

2 围术期发生PND的原因分析

PND是指术前和术后12个月内发生的，包含术后谵妄(postoperative delirium，POD)在内的所有围术期认知功能改变。PND可发生于任何年龄阶段，但是其在老年人群中高发，表现为围术期出现记忆力、计算力及定向力下降等认知功能方面的障碍。

关于PND的研究有很多，但其具体的发病机制目前还不清楚，可能由于手术与麻醉强烈刺激，使得神经元，特别是老年病人衰老神经元发生应激反应，继而引起功能障碍。比较成熟的学说有：中枢炎症学说，Aβ学说，自由基损伤学说等。

3 关于RIPC的争议与研究现状

目前有关RIPC的研究结果并不一致，有许多研究者认为RIPC具有脑保护作用，且对老年病人的认知功能具有保护作用。临床研究显示，对行结肠癌手术的老年病人术前给予右侧上肢RIPC，术后能够观察到病人认知功能的改善[14]。另外，监测病人血浆中炎性因子IL-1β、TNF-α以及中枢特异性蛋白(S100β)水平发现，RIPC可通过降低术后炎症反应保护认知功能。在对膝关节置换术病人进行RIPC的研究中发现，RIPC能够提高脑和肺的氧合，降低血浆乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LDH)水平[15]。尽管在松止血带的时候，动脉血压都会出现下降，但是脑和肺的氧合却没有随之降低。这是由于RIPC能够减少急性肺损伤、中性粒细胞活化和气道阻力，改善肺氧合，进而提高脑氧合。LDH的水平是判断组织损伤，特别是肌肉组织破坏程度的指标。RIPC能够帮助降低LDH水平，提示其具有保护组织器官的作用。动物实验也同样提示，RIPC能够改善脑损伤模型小鼠的认知功能和运动协调能力[16]。

然而，有些学者在研究中并没有观察到RIPC有临床意义的认知功能保护作用。美国学者进行了一项多中心研究，对1403例丙泊酚麻醉下行心脏手术的病人术后1年进行随访，发现RIPC对神经认知功能、心脏功能以及心脏手术病人的长期转归没有影响[17]。一个单中心小样本研究同样显示，RIPC对经股动脉导管主动脉瓣置换术病人的预处理没有大脑保护作用，与未经预处理的病人相比，RIPC组的短暂脑缺血、脑血管意外发生率、致残率均无明显变化，脑MRI显示大脑体积及隐匿性脑损伤同样没有显著变化[18]。

在临床研究中无法观察到RIPC的认知功能保护作用可能有以下几个原因：(1)全麻挥发性麻醉气体的脑保护作用掩盖了RIPC的保护作用；(2)RIPC的预处理强度在用于临床时，与动物实验相比，其预处理的缺血时间和强度都减弱；(3)围术期有些药物的使用对RIPC的作用有影响，例如：心脏手术时β-受体阻滞剂的使用。

4 未来RIPC用于预防PND的可行性分析

简单、无创、易于被病人接受是RIPC操作方法的优点。由于全球老龄化程度不断加重，未来接受手术治疗的老年病人将逐年增多，对他们围术期认知功能的保护问题日渐凸显。目前对RIPC用于老年人术后认知功能保护的研究不多。未来在对RIPC相关机制进一步探讨的同时，应该积极将无创、便捷的RIPC方法用于围术期，并开展临床研究，积累临床资料。笔者认为可以把RIPC用于预防老年人术后认知功能障碍作为深入研究的一个方向。