椎管内麻醉对老年髋关节置换术病人术后认知功能及NLRP3炎性小体的影响

张春丽 徐志新 陈定中 黄钰媛

髋关节置换术既往在骨性关节炎的治疗中应用广泛，能改善关节畸形，减轻疼痛，促进关节功能恢复[1]。骨性关节炎在老年人中较常见，但对于老年病人而言，机体重要脏器衰退，神经、循环以及呼吸系统代偿储备功能低下，易增加手术风险，引起术后并发症[2]。术后认知障碍则是老年髋关节置换术后较常见的一种并发症，发生机制复杂，可能与年龄、低血压、缺氧等有关，主要特点为定向力、注意力、语言功能等下降，症状持续时间不一，可能是数天、数月、数年或永久改变[3]。研究发现，麻醉或手术创伤可能将巨噬细胞、内皮细胞激活，促使炎症介质释放，如IL-1β、IL-8等炎症因子大量释放入血，破坏血脑屏障，引起海马体免疫环境紊乱，损害神经元功能，表明炎症可能参与了术后神经功能损害过程[4]。另有研究发现，核苷酸结合寡聚化域受体蛋白3(nucleotidebinding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)与IL-1β、IL-8的分泌、合成存在关联，可通过对固有免疫系统进行调节，介导神经认知疾病的发生[5]。含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1(Caspase-1)可通过与NLRP3结合来促进IL-1β、IL-8等炎症因子的成熟和释放，在炎症反应中起着核心调控作用。但目前临床尚未明确椎管内麻醉对行老年髋关节置换术病人术后NLRP3炎性小体的影响，也尚不清楚NLRP3炎性小体是否参与了这类病人术后认知损害的过程，基于此，本研究纳入115例择期行老年髋关节置换术病人，以期进一步了解病人认知损害的发生机制，为术后早期诊疗提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取我院2018年9月至2021年4月择期行髋关节置换术的老年病人115例。纳入标准：年龄≥60岁，拟行椎管内麻醉；美国麻醉医师协会(American Society of Anesthesiologists，ASA)分级Ⅰ～Ⅲ级；术前行血常规、心电图等检查提示正常；近4周内未使用过抗菌药物；自愿签署知情同意书者。排除标准：既往有精神疾病、心理障碍、痴呆病史者；肝功能、肾功能等脏器功能严重不全者；既往有吸毒史、酗酒史者；长期使用对认知功能有影响的药物；有椎管内麻醉禁忌证，如穿刺处感染、凝血功能障碍等；语言不通、听力受限者；合并恶性肿瘤者。其中男67例，女48例，年龄60～75岁，平均(68.32±6.24)岁；BMI：18～24，平均21.24±1.59；受教育年限3～12年，平均(7.32±3.11)年。本研究方案已获我院伦理委员会批准(2018021)。

1.2 方法

1.2.1 麻醉方法：所有病人在无菌环境下行硬膜外腰椎L3～L4穿刺，置管固定。病人取平卧位，注射4 mL 1%利多卡因(山西晋新双鹤药业有限责任公司，国药准字H11022295)，观察5 min，若发生全脊麻现象，停止麻醉，若未出现该现象，则在手术所需时间内，每隔5 min向硬膜外腔推注3～5 mL 0.5%罗哌卡因(成都天台山制药有限公司，国药准字H20052666)。

1.2.2 血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA表达检测：分别在术前及术后3 d，采集病人3 mL空腹静脉血，离心25 min(2500 r/min)，分离血清，存至-80 ℃环境下。采用实时逆转录PCR(quantitative real-time reverse transcription PCR，qRT-PCR)法测定，主要试剂为逆转录试剂、Trizol试剂(赛默飞世尔公司)，水乙醇、异丙醇(烟台远东精细化工有限公司)。经Trizol试剂对总RNA进行提取，并测定其浓度以及纯度；经逆转录试剂合成互补DNA(cDNA)，然后行PCR扩增。引物序列：NLRP3 mRNA上、下游序列分别为5′-CCACAAGATCGTGAGAAAACCC-3′、5′-CGGTCCTATGTGCTCGTCA-3′；Caspase-1 mRNA上、下游序列分别为5′-TTTCCGCAAGGTTCGATTTTCA-3′、5′-GGCATCTGCGCTCTACCATC-3′；以β-actin为内参引物，上、下游序列分别为5′-GGCTGTATTCCCCTCCATCG-3′、5′-CCAGTTGGTAACAATGCCATGT-3′。反应条件：95 ℃ 10 min(预变性)；95 ℃ 10 min(变性)、60 ℃ 20 min(退火)、72 ℃ 15 min(延伸)，45个循环。采用2-△△CT表示目的基因表达量。

1.2.3 临床资料收集：收集病人人口学资料，包括性别、年龄、BMI、受教育年限、是否合并高血压和糖尿病。收集术中资料，包括手术时间、术中出血量、是否应用骨水泥、输液量和术中出现低血压情况。术中低血压定义为术中平均动脉压≤65 mmHg[3]。

1.2.4 血清IL-1β、IL-8水平检测：另取3 mL外周空腹静脉血，离心方式同上，存至-80 ℃环境待测。经ELISA法测定血清IL-1β、IL-8水平，试剂盒由南京卡米洛生物工程有限公司提供，根据说明书操作。

1.2.5 认知功能评估：分别在术前、术后3 d采用MMSE[6]评估病人的认知功能。总分为30分，其中文盲>17分、小学学历>20分、初中及以上学历>24分提示无认知障碍，否则为有认知障碍，据此将病人分成认知损害组、非认知损害组。

2 结果

2.1 病人手术前后MMSE评分比较及术后认知损害发生的单因素分析 病人术前MMSE评分为(27.45±1.01)分，术后为(22.01±3.62)分，差异有统计学意义(t=15.522，P<0.001)，其中术后认知损害35例(30.43%)，非认知损害80例(69.57%)。单因素分析结果显示，认知损害组年龄大于非认知损害组，受教育年限低于非认知损害组，合并糖尿病、术中低血压占比高于非认知损害组(P<0.01)，见表1。

表1 病人术后认知损害发生的单因素分析

2.2 病人术后认知损害发生的多元Logistic回归分析 对相关变量行量化赋值，其中年龄、受教育年限以均值为界赋值，以术后是否发生认知损害为因变量(否=0，是=1)建立多元Logistic回归模型，结果提示年龄≥68岁、糖尿病、术中低血压是病人术后认知损害发生的危险因素，而受教育年限≥7年是术后认知损害的保护因素，见表2。

表2 病人术后认知损害发生的多元Logistic回归分析

2.3 2组手术前后NLRP3炎性小体指标比较 2组术前血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA表达量及IL-1β、IL-8水平差异均无统计学意义(P>0.05)。认知损害组术后各指标水平均高于术前与非认知损害组(P<0.05)，而非认知损害组术后各指标水平与术前相比，差异均无统计学意义(P>0.05)，见表3。

表3 2组手术前后NLRP3炎性小体指标比较

2.4 病人术后MMSE评分与NLRP3炎性小体指标的相关性 Pearson相关分析显示，病人术后MMSE评分与血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA表达量及IL-1β、IL-8水平均呈负相关(r=-0.601、-0.652、-0.501、-0.519，均P<0.01)。

3 讨论

术后认知障碍在老年人麻醉手术后较常见，有资料显示，年龄≥60岁的病人行非心脏手术后1周内认知损害发生率高达26%，术后3个月发生率则约为10%[7]。Oberai等[8]研究发现，行骨科手术的老年病人术后认知障碍发生率达25%～40%。因此，尽早明确术后认知障碍发生的危险因素以及机制具有重要临床意义。有学者指出，炎症免疫反应与认知损害发生有关，在应激反应与炎症状态下，机体会释放大量去甲肾上腺素，导致认知功能、意识水平下降；此外，手术刺激所造成的炎症介质释放也会损害脑组织功能，增加认知障碍发生风险[9]。另有研究提示，NLRP3炎性小体能被多种危险信号、病原体激活，对因外界刺激所致的应激反应有调节作用，能促进IL-1β合成，可能通过介导炎症诱发脑组织损害，影响认知功能[10]。因此，临床需进一步探索NLRP3炎性小体与老年病人术后认知功能的关系，明确其在认知损害中的作用。

本研究发现，行髋关节置换术的老年病人术后MMSE评分较术前降低，术后认知损害发生率为30.43%。张益维等[11]的研究显示，老年髋关节置换术后认知损害发生率为23.75%(19/80)，与本研究数据接近。本研究结果提示，术后认知损害发生与年龄、糖尿病、术中低血压、受教育年限有关，其中受教育年限为保护性因素。分析原因可能如下：(1)年龄越大的病人大脑功能已经出现进行性萎缩，神经元数量变少，神经递质、中枢内受体数量也减少，再加上这类病人身体机能减退，受麻醉药物、手术等应激因素影响，更易出现认知损害。(2)糖尿病病人可能伴有脑微血管结构改变、基底膜厚度增加、毛细血管减少等变化，再加上手术可能致血流不通畅、脑灌注压下调，引起缺氧损害，增加认识障碍风险。(3)术中低血压是引起脑供血不足的重要因素，可导致自由基损伤，诱发脑部应激反应，导致认知损害。刘云霞等[12]研究发现，年龄、受教育程度、术中低血压、糖尿病与老年髋部骨折病人人工关节置换术后认知损害发生有关，本研究结果与其基本符合。此外，该研究还发现高血压也与认知损害发生存在关联，而本研究结果未体现这点，这可能与本次纳入的病人血压控制效果较好有关，未因高血压引起不良事件。

海马体依赖性记忆缺陷通常伴有多种促炎因子水平发生变化[13]。本研究结果显示，认知损害组术后3 d血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA、IL-1β、IL-8水平均明显高于术前与非认知损害组(P<0.05)，而非认知损害组术后3 d上述各指标水平与术前相比，差异无统计学意义(P>0.05)，这表明NLRP3炎性小体可能参与了病人术后认知损害的过程。在机体受到应激刺激后，NLRP3炎性小体表达急剧增高，可致Caspase-1前体活化，引起其表达上调，并作用于IL-1β前体，致使免疫细胞在局部大量聚集，导致下游炎症因子释放，促进神经细胞凋亡，这可能是NLRP3炎性小体参与认知损害发生的一种机制[14]。已有研究发现，通过阻断NLRP3炎性小体激活路径能使神经炎症得到缓解，减轻脑损伤程度[15]。且Xue等[16]的动物实验结果提示，NLRP3能活化海马体内小胶质细胞，损害海马功能，这为本结论给予了一定支持。本研究中Pearson相关分析显示，病人的MMSE评分与血清NLRP3 mRNA、Caspase-1 mRNA、IL-1β、IL-8水平均呈负相关，进一步提示NLRP3炎性小体所介导的炎症反应与病人术后认知损害发生有关。

综上所述，实施椎管内麻醉的老年髋关节置换术病人认知损害发生可能与术后NLRP3炎性小体指标上调有关，临床需引起重视。本研究局限性为所选取的样本量较少，且在分析术后认知损害危险因素时，所纳入的变量较少，未来还需增加样本量与纳入变量进一步对此加深探讨。