乌司他丁对老年脊柱手术患者术后早期认知功能和血清MMP-9及IL-6水平的影响

张 敏，冯鲲鹏，吴 岚，栾秀姝，冯雪辛，王天龙

(首都医科大学宣武医院麻醉科，北京 100053)

术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction，POCD)被广泛定义为手术后认知表现基线水平的显著下降，包括执行功能、注意力、言语记忆、精神运动速度和视觉空间抽象能力[1]。导致POCD风险升高的因素包括高龄、心脏和全身血管疾病、酗酒、受教育年限低及术后并发症等。POCD与较差的转归和较高的死亡率有关。研究显示，老年人在中枢神经系统退化的基础上经麻醉和手术等刺激，免疫应答激活大量炎症细胞因子释放，进入中枢神经系统导致中枢神经系统炎症和认知功能损害[2]。乌司他丁是一种来自人尿的尿胰蛋白酶抑制剂，其能抑制全身炎症反应和多种蛋白酶的活化，如基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)[3]、胰蛋白酶、粒细胞弹性蛋白酶和组织蛋白酶[4-6]。本研究旨在观察乌司他丁对老年脊柱手术患者术后认知功能及血清MMP-9和白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)水平的影响，并探讨其机制。

1 资料与方法

1.1一般资料 选择2016年2月至2017年2月首都医科大学宣武医院骨科收治的80例行腰椎减压+内固定术的老年患者(美国麻醉医师协会分级Ⅰ～Ⅱ级)作为研究对象。本研究为随机双盲对照研究，经宣武医院伦理委员会批准(临研审〔2016〕011号)，患者均签署了知情同意书。共纳入128例患者，由计算机产生随机数字表，分别置于信封内，患者依次抽取信封，拆信取号，按照1∶1的分配原则分别入组乌司他丁组和对照组。根据预试验的结果，采用SAS软件计算样本量(取α=0.05，1-β=0.80，双侧检验)，预计POCD的发生率下降30%，每组需要34例，再加上根据前期研究结果预测的10%的脱落率，每组需要40例患者。在2016年1月在北京市丰台区某社区健康老年人群中选择30名老年人作为健康对照组，年龄65～85岁。

1.2纳入与排除标准 纳入标准：选取拟行腰椎减压+内固定手术的患者，性别不限，年龄65～85岁，美国麻醉医师协会分级Ⅰ～Ⅱ级。排除标准：①合并精神或心理疾病，贝克抑郁自评量表评分>16分；②简易智力状态检查量表评分≤23分；③受教育时间<3年；④近1个月内曾患急性感染；⑤有脑部疾患、脑外伤和手术的患者；⑥6个月以内有心脑血管疾病病史；⑦急、慢性免疫性疾病和肾病病史；⑧酗酒和滥用药物、近3个月内服用非甾体抗炎药物、糖皮质激素类药物；⑨视力、听力和语言交流有严重障碍；⑩术前血常规检查白细胞计数>10×109/L(①～⑨为健康对照组的排除标准)。

1.3剔除标准 患者出现下列情况将被剔除：中途退出和拒绝配合试验；因某种原因未行手术；术后死亡、二次手术、合并感染和体温>38.5 ℃；伴有心血管系统、脑血管系统和呼吸系统等严重术后并发症；术后第7天进行谵妄评分出现谵妄者。

1.4方法

1.4.1麻醉方法 术前禁用咪达唑仑、长托宁、阿托品、东莨菪碱等可诱发POCD的镇静药及止涎药物。入室开放静脉通路，采用多功能生命体征监测仪常规监测心电图、有创动脉压力、脉压变异度、脉搏血氧饱和度、脑电双频指数、鼻咽温。采用全凭静脉麻醉，麻醉诱导给药剂量分别为：依托咪酯0.2～0.3 mg/kg、罗库溴铵0.6～1 mg/kg、舒芬太尼 0.3～0.5 μg/kg，待患者达到插管条件以后，实施气管插管，机械通气维持通气。患者气管插管后接麻醉机控制呼吸，调节呼吸参数：设定潮气量6～8 mL/kg，呼吸频率10～12次/min，呼吸比为1∶2，吸入氧浓度40%～70%(根据血气结果中的氧合指数来调整设定)，维持呼气末二氧化碳分压在35～45 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，并根据实际情况调整术中的呼吸参数。用微量泵恒速泵注：丙泊酚3～5 mg/(kg·h)，瑞芬太尼0.3～0.5 μg/(kg·h)，罗库溴铵根据术中需要追加，舒芬太尼间断静脉推注，总量最多为1 μg/kg。术后静脉镇痛泵配方：舒芬太尼1 μg/mL、恩丹西酮8 mg，加0.9% NaCl溶液至100 mL，Smith6300电子泵，持续流量2 mL/h，负荷量给予1 mL，锁定时间20 min，限量5 mL/h。术后根据疼痛评分来调整Smith6300电子泵的设置参数，保证充分完善的镇痛。

1.4.2用药方法 乌司他丁组：切皮前静脉滴注乌司他丁(广东天普生化制药有限公司生产，10万U/支，批号：031505173)10 000 U/kg(将1万U/kg乌司他丁溶于100 mL 0.9% NaCl溶液中)，术后第1天和第2天静脉滴注乌司他丁5 000 U/kg，1 h内静脉滴注完，期间观察患者有无不良反应并记录。对照组：静脉滴注100 mL的0.9% NaCl溶液安慰剂，手术开始前30 min内静脉滴注完。

1.5观察指标

1.5.1认知功能评估 使用蒙特利尔认知评估量表(montreal cognitive assessment，MoCA)进行神经心理学评分，该量表包括视空间与执行功能、语言、抽象、命名、记忆、延迟回忆、注意和定向力7个方面，共30分[7-9]。在第1天及第8天对健康对照组进行MoCA评分。手术组每例患者在手术前1 d及手术后第7天进行MoCA评分。所有MoCA评分均由同一神经内科专科医师进行。

POCD发生情况统计采用Z-score法计算。Z-score=认知变化值(手术组)/标准差(健康对照组)，Z值≥1.96认为发生POCD。认知变化值(手术组)=(术后第7天MoCA评分-术前1天MoCA评分)-学习效应。学习效应=(健康对照组第8天MoCA评分-健康对照组第1天MoCA评分)的平均值，学习效应是指研究对象在反复接受神经心理测试后，对测试内容和方法有一定的了解，测试分数会随评价次数的增加而增加，也称为练习效应。

1.5.2血清MMP-9及IL-6水平测定 分别于手术开始前(T0)、术毕(T1)及术后24 h、72 h(T2和T3)抽取静脉血8 mL，测定静脉血的血细胞比容用于校正术后血清指标。血液标本(无抗凝)以离心半径8 cm、3 000 r/min离心15 min，收集血清样本保存于-80 ℃冰箱待检。两组的血清MMP-9及IL-6水平测定采用酶联免疫法检测(采用美国R&D Systems 试剂盒)，严格按照说明书步骤进行。

2 结 果

本研究128例患者中有32例患者术前被排除，96例患者被纳入研究，中途有16例患者被剔除研究，最终有80例患者完成本项研究。按照1∶1的分配原则分别入组：乌司他丁组和对照组，每组40例。

2.1各组的一般资料比较 两组患者的性别、年龄、体质指数、受教育时间比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。健康对照组第1天和第8天的MoCA评分分别为(26.23±1.64)分和(28.15±1.34)分，学习效应为(1.92±1.19)分。对照组和乌司他丁组的手术时间分别为(225.64±14.53) min 和(230.75±15.82) min，简易智力状态检查量表评分分别为(27.13±2.05)分和(26.36±2.67)分。两组患者的手术时间和简易智力状态检查量表评分比较，差异无统计学意义(P>0.05)。

表1 两组老年脊柱手术患者的一般资料比较

a为χ2值，余为t值

2.2两组患者的神经认知功能比较 术后第7天，乌司他丁组40例患者中有6例发生POCD，占15.0%；对照组40例患者中有17例发生POCD，占42.5%。两组患者的POCD发生率差异有统计学意义(χ2=7.384,P=0.007)。

2.3两组患者的血清MMP-9和IL-6水平比较 使用通过动脉血气分析获得的血细胞比容调整所有术后数据以匹配围手术期数据。两组患者的血清MMP-9和IL-6水平在T1、T2升高，T3下降；与对照组相比，乌司他丁组在T1、T2、T3时的血清MMP-9和IL-6水平明显降低(P<0.05)。两组血清MMP-9和IL-6水平的组间、时点间、组间和时点间交互作用比较差异均有统计学意义(P<0.01)。见表2。

表2两组老年脊柱手术患者的MMP-9、IL-6水平比较

组别例数MMP-9 (μg/L)T0T1T2T3对照组 40153.8±15.5706.0±63.8a1 051.2±83.0a894.0±78.2a乌司他丁组40132.7±13.8225.0±34.3ab406.1±54.0ab345.2±35.2ab 组间F=7 183.912 P<0.001 时点间F=6 495.035 P<0.001 组间·时点间F=1 730.993 P<0.001组别例数IL-6 (ng/L)T0T1T2T3对照组 402.2±0.832.6±5.2a167.6±21.5a61.4±5.7a乌司他丁组402.0±0.921.1±4.0ab56.1±3.2ab10.7±1.5ab 组间F=2 588.961 P<0.001 时点间F=6 404.507 P<0.001 组间·时点间F=2 898.278 P<0.001

MMP-9:基质金属蛋白酶-9；IL-6：白细胞介素-6；T0：切皮前；T1：术毕；T2：术后24 h；T3：术后72 h；a与T0比较，P<0.05；b与对照组比较，P<0.05

3 讨 论

随着人口老龄化现象日趋严重，老年脊柱退行性疾病越来越常见。虽然现代医疗技术的进步使得年龄不再是手术的禁忌证，但外科手术是具有创伤性和侵袭性的治疗手段，其在治疗的同时也给患者带来一定的创伤，其中POCD是老年患者外科手术后常见的中枢神经系统并发症之一，也是目前的研究热点。研究显示，老年人是POCD的高危人群，且老年人体循环和中枢神经系统中的促炎介质(IL-6)水平明显高于成年人，推测POCD可能与老年人的炎症状态密切相关[10]。在本研究中，对照组的POCD发生率为42.5%，而乌司他丁组的POCD发生率为15.0%，表明乌司他丁的干预降低了POCD的发生率。

血脑屏障是指脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障，此结构可使脑组织损害减轻或免受循环血液中有害物质的损害，从而保持脑组织内环境的基本稳定，细胞和非细胞成分的相互作用提供结构和能量支持血脑屏障，其损伤可能导致血脑屏障损伤和功能障碍[11]。细胞外基质包括间质基质和基膜，在维持血脑屏障功能中起重要作用。其中，基膜由结构蛋白(Ⅳ型胶原、层压板蛋白和纤维支气管蛋白)、黏附分子和信号转导蛋白组成。它有两种类型：内皮基膜和本质基膜，分别具有不同的结构和生理功能[12]。研究发现，机体的炎症反应可以促进MMP-9的大量生成，MMP-9分解和破坏血脑屏障的基膜组织，引起脑血管通透性改变，从而造成血脑屏障的破坏[13-15]。故MMP-9已成为血脑屏障损伤比较敏感的生物标志物。紧密连接对于维持血脑屏障的动态界面至关重要，紧密连接在中枢神经系统血管中相邻的内皮细胞之间发育良好[16]。紧密连接蛋白-1和闭合蛋白是脑内皮细胞中紧密连接的两种主要细胞黏附分子，对于血脑屏障的完整性和调节血脑屏障的通透性必不可少[17-18]。有研究显示，乌司他丁治疗使MMP-9的表达显著下调，减少了脑卒中后紧密连接蛋白-1和闭合蛋白的丢失，说明乌司他丁有助于缺血性脑组织血脑屏障完整性的恢复，全身应用乌司他丁可以减少脑缺血后的神经损伤和组织损伤[5]。本研究中，血清MMP-9水平在手术结束时就已呈上升趋势，且对照组的血清MMP-9水平在术后24和72 h显著高于乌司他丁组。

乌司他丁会抑制核因子κB激活[19]，而核因子κB会调节肿瘤坏死因子-α和IL-6的基因表达[20]。本研究结果表明，手术结束时及术后第1天对照组和乌司他丁组血清IL-6水平显著升高。虽然术后第3天两组的血清IL-6水平均明显下降，但术后第1天和第3天乌司他丁组的血清IL-6水平低于对照组(P<0.05)，与Lili等[21]的报道基本一致。此外本研究结果显示，乌司他丁对全身炎症反应起一定的抑制作用。

可见，乌司他丁可减轻手术创伤所导致的全身炎症反应，同时能够通过下调MMP-9的表达，减轻紧密连接蛋白-1和闭合蛋白的损失，降低老年脊柱手术患者POCD的发生率。