七氟醚及笑气麻醉对老年大鼠空间认知能力的影响

周国霞　朋立超

(复旦大学上海市第五人民医院麻醉科，上海　200240)



·论著·

七氟醚及笑气麻醉对老年大鼠空间认知能力的影响

周国霞朋立超

(复旦大学上海市第五人民医院麻醉科，上海200240)

摘要目的： 比较七氟醚及笑气麻醉对青年大鼠和老年大鼠空间认知能力的影响。方法：取12只老年大鼠(18月龄)和12只青年大鼠(3月龄)，均随机分为麻醉组(给予1.0最低肺泡有效浓度的七氟醚、70%笑气、30%氧气，吸入4 h，n=6)和对照组(给予30%氧气，吸入4 h，n=6)。48 h后对各组大鼠进行连续6 d的Morris水迷宫空间学习记忆能力训练，训练结束后24 h进行空间探索实验。结果：七氟醚/笑气麻醉可引起老年大鼠空间认知能力的损害，而对青年大鼠的空间认知能力没有影响。结论：七氟醚/笑气麻醉对老年大鼠的空间认知能力造成损害，这可能与老年大鼠的脑组织对麻醉药物更加敏感有关。

关键词老年大鼠；学习记忆；七氟醚；笑气；Morris水迷宫

术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction，POCD)的发生机制目前尚不清楚，可能与麻醉和(或)手术有关。由于七氟醚和笑气的血气分配系数低，麻醉后苏醒迅速，所以在临床上广泛应用。研究[1-2]发现，用七氟醚和笑气或单独用笑气麻醉可引起老年大鼠持久的空间认知功能障碍。在有关七氟醚麻醉对认知功能影响的研究中，有幼年鼠[3-5]、成年鼠[6]和老年鼠[7-8]，但研究结果并不一致。本研究探讨在无手术情况下七氟醚、笑气麻醉4 h对老年大鼠和青年大鼠空间认知能力的影响。

1资料与方法

1.1实验动物18月龄和3月龄雄性SD大鼠各12只，购自上海斯莱克实验动物有限公司，在标准实验条件下饲养(自由进食、进水，12 h光照与12 h黑暗交替)。所有实验均在有光照的周期(7∶00～17∶00)内进行。本研究经复旦大学附属上海市第五人民医院动物研究伦理委员会批准。

1.2麻醉将12只老年大鼠和12只青年大鼠分别随机分为麻醉组(给予1.0最低肺泡有效浓度七氟醚、70%笑气、30%氧气，吸入4 h)和对照组(给予30%氧气，吸入4 h)，各6只。麻醉过程中维持氧流量为2 L/min，新鲜气流进入麻醉箱之前预先湿化，麻醉过程中持续监测七氟醚、笑气和呼气末二氧化碳浓度。将麻醉箱置于电热毯上方来维持大鼠体温，电热毯温度设为38℃。麻醉结束后，使大鼠吸入空气，待大鼠能够自由活动后，放回笼中。为了避免吸入麻醉药的残余效应，在大鼠苏醒48 h后进行6 d的水迷宫训练。

1.3行为学评估行为学评估在Morris水迷宫中进行，包括获得训练和空间探索实验，具体过程参照文献[9]。大鼠寻找平台的时间设定为60 s，在平台上停留时间设为15 s，每天每只大鼠训练4次，每次训练时间间隔为15 min。共训练6 d，使大鼠在平台位置和周围环境之间形成联系，从而对平台位置形成记忆。空间探索实验在第6天获得训练结束后24 h进行，移走平台，选与平台象限相对的象限为入水点，将大鼠放入水池中，记录平台象限时间百分比。

1.4统计学处理采用SPSS 17.0软件进行统计学分析。逃逸潜伏期和游泳速度的比较采用重复测量双因素方差分析，各时间点各组的差异比较采用Bonferroni post hoc test。空间探索实验中平台象限时间百分比的比较采用单因素方差分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1水迷宫行为学结果老年大鼠对照组和麻醉组的逃逸潜伏期均逐渐缩短，但在第4、5、6天，对照组能更快地找到平台，2组差异有统计学意义(P<0.05)，见图1A；2组游泳速度差异无统计学意义(P>0.05)，见图1B；在空间探索实验中，麻醉组平台象限时间百分比显著低于对照组(P<0.05)，见图1C。青年大鼠中，麻醉组逃逸潜伏期、平台象限时间百分比、游泳速度与对照组比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，见图2。

2组大鼠的逃逸潜伏期均逐渐缩短。在第4、5、6天，与对照组比较，*P<0.05(A)；2组大鼠的游泳速度差异无统计学意义(B)；空间探索试验中，平台象限时间百分比与对照组比较，*P<0.05(C)

图1老年大鼠的行为学数据

2组大鼠逃逸潜伏期(A)、游泳速度(B)和空间探索试验中平台象限时间百分比(C)差异均无统计学意义(P>0.05)

图2青年大鼠的行为学数据

3讨论

七氟醚和笑气是目前临床应用广泛的麻醉药物。本研究结果显示，七氟醚和笑气麻醉4 h会下调老年大鼠的空间认知能力，而对青年大鼠的空间认知能力没有明显影响。Culley等[1]发现，70%浓度的笑气可引起大鼠脑内神经元液泡形成和退化，从而使老年大鼠发生持久的空间认知功能损害。研究[3]表示，2%七氟醚麻醉可使新生大鼠脑内神经元凋亡，并且随着暴露时间的延长，神经凋亡进一步加重，并短暂地降低小鼠对新环境的适应能力。七氟醚麻醉还可引起老年大鼠内质网应激介导的海马神经元凋亡和空间认知功能损害[7]。这些变化并非因运动损伤引起，因为所有大鼠的行动均正常，本研究中2组老年大鼠游泳速度差异亦无统计学意义。这些变化也不可能是由药物的残余效应引起，因七氟醚的时量相关半衰期小于5 min，80%衰减的时间小于8 min，并且衰减时间并不随麻醉时间的延长而显著延长，七氟醚麻醉6 h后，90%衰减的时间为65 min；笑气具有低脂溶性特性，在脑中清除只需几分钟[10]。本研究的水迷宫训练是在麻醉后48 h进行的。

关于七氟醚和笑气麻醉后认知能力下降的机制，目前尚不清楚。Dong等[11]研究发现，吸入七氟醚可以诱导细胞凋亡，增加β淀粉样蛋白(beta-amyloid protein，Aβ)水平，而Aβ水平的增加会进一步诱导细胞凋亡。Wang等[4]发现，七氟醚麻醉可以引起大鼠海马内突触后致密物蛋白质-95(PSD-95)表达下调，造成长期的空间学习和记忆损害。Xiong等[2]研究也发现，七氟醚、笑气麻醉可以引起老年大鼠海马内磷酸化cAMP反应元件结合蛋白(phosphorylated cAMP response element-binding protein，pCREB)表达下降，脑内神经细胞凋亡增加，大鼠空间认知功能障碍。

本研究发现，七氟醚和笑气麻醉后老年大鼠的空间认知能力下降，而青年大鼠无此改变，这可能与老年大鼠的脑组织对麻醉药物更加敏感有关。老年与青年大鼠的大脑体积、神经介质在脑内的分布和神经介质的种类、脑代谢功能以及大脑的可塑性能力都有所不同[12]，具体机制尚待进一步研究。

本研究的不足之处是未对老年大鼠和青年大鼠进行长期观察，所以无法确定七氟醚和笑气麻醉对空间记忆的影响是否持久；也未进行组织学分析和神经病理学分析，故无法了解各组大鼠的组织学和神经病理学改变。

参考文献

[1]Culley DJ, Raghavan SV, Waly M, et al. Nitrous oxide decreases cortical methionine synthase transiently but produces lasting memory impairment in aged rats[J]. Anesth Analg, 2007,105(1):83-88.

[2]Xiong WX, Zhou GX, Wang B, et al. Impaired spatial learning and memory after sevoflurane-nitrous oxide anesthesia in aged rats is associated with down-regulated cAMP/CREB signaling[J]. PLoS One, 2013,8(11):e79408.

[3]Zheng SQ, An LX, Cheng X, et al. Sevoflurane causes neuronal apoptosis and adaptability changes of neonatal rats[J]. Acta Anaesthesiol Scand, 2013,57(9):1167-1174.

[4]Wang SQ, Fang F, Xue ZG, et al. Neonatal sevoflurane anesthesia induces long-term memory impairment and decreases hippocampal PSD-95 expression without neuronal loss[J]. Eur Rev Med Pharmacol Sci, 2013,17(7):941-950.

[5]Ramage TM, Chang FL, Shih J, et al. Distinct long-term neurocognitive outcomes after equipotent sevoflurane or isoflurane anaesthesia in immature rats[J]. Br J Anaesth, 2013,110(Suppl 1):i39-i46.

[6]Liu XS, Xue QS, Zeng QW, et al. Sevoflurane impairs memory consolidation in rats, possibly through inhibiting phosphorylation of glycogen synthase kinase-3β in the hippocampus[J]. Neurobiol Learn Mem, 2010,94(4): 461-467.

[7]Chen G, Gong M, Yan M, et al. Sevoflurane induces endoplasmic reticulum stress mediated apoptosis in hippocampal neurons of aging rats[J]. PLoS One, 2013,8(2):e57870.

[8]Gong M, Chen G, Zhang XM, et al. Parecoxib mitigates spatial memory impairment induced by sevoflurane anesthesia in aged rats[J]. Acta Anaesthesiol Scand, 2012,56(5):601-607.

[9]Sheng M, Greenberg ME. The regulation and function of c-fos and other immediate early genes in the nervous system[J]. Neuron, 1990,4(4):477-485.

[10]Bailey JM. Context-sensitive half-times and other decrement times of inhaled anesthetics[J]. Anesth Analg, 1997,85(3):681-686.

[11]Dong Y, Zhang G, Zhang B, et al. The common inhalational anesthetic sevoflurane induces apoptosis and increases beta-amyloid protein levels[J]. Arch Neurol, 2009,66(5):620-631.

[12]Mrak RE, Griffin ST, Graham DI. Aging-associated changes in human brain[J]. J Neuropathol Exp Neurol, 1997,56(12):1269-1275.

Effects of Sevoflurane and Nitrous Oxide Anesthesia on Spatial Recognition in Aged Rats

ZHOUGuoxiaPENGLichaoDepartmentofAnesthesia,ShanghaiFifthPeople′sHospital,FudanUniversity,Shanghai200240,China

AbstractObjective： To compare the effects of sevoflurane and nitrous oxide anesthesia on spatial recognition in young and aged rats.Methods： Young(3 months,n=12) and aged(18 months,n=12) rats were divided randomly into anesthesia group (sevoflurane at 1 minimum alveolar concentration, 70% nitrous oxide, 30% oxygen, for 4 h,n=6) and control group(30% oxygen, for 4 h,n=6). After 48 h, training on spatial learning and memory (probe trial) were done in the Morris water maze for 6 days. Spatial exploration test was conducted at 24 h after training.Result： Sevoflurane and nitrous oxide exposure induced a significant deficit in spatial recognition in aged rats,but not young rats.Conclusions： A significant deficit in spatial recognition in aged rats can be induced by sevoflurane and nitrous oxide exposure, which may due to that the aged brain is more susceptible to anesthetic-mediated changes.

Key WordsAged rats；Learning and memory；Sevoflurane；Nitrous oxide；Morris water maze

中图分类号R614.2+1

文献标识码A