嬰幼兒心臟手術中右美托咪定對發育期神經保護作用研究進展

魏碧玉 高明龍 劉晴晴 劉永哲

1山西醫科大學麻醉系（太原030000）；2中國人民解放軍總醫院第七醫學中心（北京100000）

先天性心臟病占所有出生缺陷的0.8%～1.2%，每1 000 例新生兒中就有5.8 個患有先天性心臟病，隨著心外科技術的發展，90%的先天性心臟病患兒都能存活至成年以后［1］。但一項調查顯示了患兒在心臟手術后一年，14.5%的患兒神經發育狀況延遲［2］。發育期神經損傷的危險因素與患兒多在五個月以內、神經發育不完善、CPB 所致缺血再灌注損傷誘發神經炎癥及麻醉藥的神經毒性作用有關，尤其是紫紺型先天性心臟病患兒多屬于早產兒和新生兒，大多出生后Apgar 評分低、肺功能差、有搶救史、手術時間長、成為了心臟病手術后神經缺陷的高危人群［3］。隨著患兒年齡的增長，表現出記憶力減退、運動、認知和語言功能發育延遲，經MRI 檢查可發現腦梗塞、腦出血、海馬區容積減少等［4］，發現后神經細胞已經出現了不可逆損傷，所以預防性藥物的研究迫在眉睫。已經有研究表明Dex 可通過抗炎、抑制細胞凋亡、減輕七氟烷的神經毒性對發育期神經損傷有預防作用［5］。目前Dex 圍術期應用數據主要來自成人，而對于嬰幼兒主要用于術后鎮靜，而術中用于預防發育期神經缺陷少有研究，限制了Dex 在嬰幼兒心臟手術中神經保護方面的使用。這篇綜述從CPB、麻醉等方面分別闡述了Dex 對發育期神經損傷的保護作用，指導Dex 安全有效的應用于臨床，減少發育期神經缺陷對患兒以后工作學習的影響。

1 嬰幼兒CPB 對Dex 藥代動力學的影響

雖然在CPB 期間和術后Dex 越來越多的應用于嬰幼兒，但是說明書中并未說明使用劑量。Dex 在肝臟中經肝尿苷-5-二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶直接葡糖醛酸化和肝細胞色素P450CYP2A6 介導的脂肪族羥基化，然后經腎臟排泄，1 歲以內的嬰幼兒受尚未成熟的藥物代謝酶系統及術中CPB 的影響，Dex 的使用區別于成人［6］。CPB 可降低藥物的清除率，增加藥物的分布容積，一項單中心試驗以＜36 個月的嬰幼兒為研究對象，經計算得出CPB 前10 min內負荷劑量為0.7 μg∕kg，隨后在CPB 中維持輸注0.2 μg∕（kg·h）或0.25 μg∕（kg·h），維持目標血藥濃度0.6 ng∕mL 可保證安全有效的鎮靜效果，并且以這個劑量輸注不會造成低血壓和心動過緩［7］。CPB 結束后回到重癥監護室，Dex的藥代動力學受CPB 時間的影響，CPB 時間超過60 min 時Dex的清除率隨著CPB時間延長而下降；術后新生兒連續輸注量為0.3 μg∕（kg·h），嬰兒連續輸注量為0.75 μg（∕kg·h），可達到滿意的鎮靜效果［8］。這兩項研究提示，嬰幼兒藥物代謝酶系統不成熟、生理功能不穩定不能以成人劑量應用于嬰幼兒，不管是在CPB 中還是CPB 后，要考慮CPB 對肝、腎功能損傷及內環境的破壞，減少鎮靜藥的使用、以免發生藥物蓄積，造成低血壓或心跳驟停等不良事件。

2 Dex 可減輕缺氧造成的發育期神經損傷

2.1 先天性心臟病患兒術中CPB 所致缺氧可誘發腦損傷 嬰幼兒腦血流占心輸出來量的20%，腦耗氧量為全身耗氧量的50%而成人只占20%，缺氧5 min 便會造成神經細胞的不可逆損傷，先天性心臟病患兒由于低灌注和低氧血癥造成腦氧輸送減少，尤其是CPB 期間的非搏動性低灌注和深低溫均可導致腦血流自動調節功能受損［9］。大腦海馬神經元是對缺血缺氧最敏感的區域，分布著大量的小膠質細胞，是中樞神經系統最主要的免疫防線，為大腦提高了一個高度動態和高效的監測系統，小膠質細胞經典激活型（M1 型）促進釋放炎性因子，而替代激活型（M2 型）促進組織修復和再生，腦缺血缺氧時，外周氧自由基、炎癥因子等通過血腦屏障進入腦組織，中樞小膠質細胞迅速被激活，釋放大量的炎癥因子，腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、白細胞介素6（interleukin 6，IL-6）、IL-1β 等損傷腦組織［10］。研究表明海馬區過度的炎癥反應與海馬神經元活力降低與記憶受損有關［3］。LATAL 等［11］對48 名曾經做過心臟手術的青少年的腦部核磁研究表明，與正常青少年相比，心臟手術后孩子的海馬體積下降了10%，且與孩子輕度認知障礙、社交和溝通能力受損、注意力不集中有關。復雜型先天性心臟病患兒手術前，用高分辨率和運動校正的T2 加權圖像對腦功能進行評估，使用相差血管造影術計算腦氧輸送量（cerebral oxygen delivery，CDO2），發現皮質灰質體積和皮層折疊指數（gyrifcation index，GI）減少的患兒與腦氧輸送量減少有關，該研究指出CDO2 減少與皮質受損密切相關，是以后腦神經發育缺陷的早期預測因子，但是皮質受損組和健康孩子腦血流量和腦氧飽和度卻沒有差異［12］，因此在CPB 中使用目標導向灌注，動脈泵流量基于氧輸送而不是基于體表面積和溫度是否可以降低發育期神經缺陷還有待進一步大樣本量研究。

2.2 Dex 可減輕缺氧誘發的腦損傷 研究表明不管在體內實驗還是體外實驗，Dex 均可通過抑制核蛋白轉錄因子（nuclear factor kappa B，NF-κB）磷酸化、小膠質細胞的活化、改造小膠質細胞M1 表型到M2 表型發揮抗炎作用，從而減少大腦皮層區神經細胞凋亡［13］。胞內活性氧在調控小膠質細胞的表型極化中起重要作用［14］，Dex 能否通過改變胞內活性氧的濃度促進小膠質細胞表型極化發揮神經保護作用，還有待進一步研究，但是為發育期神經缺陷治療提供新思路。Dex 可調節microRNA 和靶細胞毒性顆粒相關RNA 結合蛋白1（target cytotoxic granule associated RNA binding protein like 1，TIAL1）之間的相互作用誘導神經保護作用，在體外，過氧化氫（H2O2）處理誘導神經細胞凋亡，乳酸脫氫酶釋放，細胞內鈣積累，以及丙二醛和活性氧的產生，H2O2處理抑制microRNA-223-3p 的表達，并增強TIAL1 的表達，Dex 可增強microRNA 的表達抑制氧化應激造成的神經毒性作用［15］。對缺血缺氧性腦損傷，至今沒有好的治療方法，研究表明長的非編碼RNA（long noncoding RNAs，lncRNA）在缺血缺氧性腦損傷的神經發育和發病機理中起重要作用。母系表達基因3（maternally expressed gene，MEG3），MEG3 的沉默或miR-129-5p 的上調降低了神經細胞凋亡率和腦萎縮程度，并且還增強了缺血缺氧性新生小鼠的學習和記憶能力，MEG3 直接靶向并抑制miR-129-5p 的表達，Dex 可促進MEG3 的沉默，抑制細胞凋亡［16］。Dex 還可抑制缺氧引起的NF-κB∕COX-2（Cyclooxygenase 2）通路激活，抑制海馬神經元凋亡［17］。Toll 樣受體4（TLR4）是細胞表面的模式識別受體，除在免疫細胞中表達外，在心、腎、腦、肺各個器官中廣泛表達，作為“分子警察”監測著細胞的功能，是介導炎癥反應的重要受體，Dex可抑制TLR4∕NF-κB 通路對新生鼠海馬C3 區發揮保護作用［18］。缺氧誘導因子-1（HIF-1）是有轉錄活性的核蛋白，與缺氧適應、炎癥發展相關，當細胞缺氧時，HIF-1α 才會在細胞中表達，在氧-葡萄糖剝奪皮質神經元細胞中Dex通過上調HIF-1α 抑制神經元自噬，上調B 淋巴細胞瘤-2 基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）抑制神經細胞凋亡［19］。神經細胞缺血缺氧線粒體受損時，線粒體中細胞色素C（CytC）釋放，線粒體凋亡途徑激活，Dex 抑制線粒體生物發生和線粒體呼吸復合體，調節線粒體膜電位，激活Bcl-2 抗凋亡蛋白，減輕神經細胞凋亡［20］。CPB 后給予Dex，Dex 通過調節幼鼠海馬區JAK2 和STAT3 蛋白的磷酸化抑制炎癥減少凋亡發揮神經保護作用，CPB 前給予Dex 是否效果更顯著，還有待于進一步臨床實驗證明［21］。Dex 在快通道麻醉腦保護中也顯示出了優越性，小劑量阿片類藥物、鎮靜藥，快速拔管是快通道麻醉的特點，但是心臟手術中氧化應激，血流動力學不穩定帶來了神經損傷，與對照組相比，Dex 組腦氧攝取率高、動靜脈乳酸差小、術后拔管時間短、血液中S100β 蛋白和神經元特異性烯醇化酶（NSE）偏低［22］。

綜上，Dex 結合中樞神經系統α2 受體通過多種經典抗炎、抗凋亡通路穩定神經系統微環境，減輕缺氧引起的發育期神經細胞損傷，在錯綜復雜的網絡中Dex 的神經保護機制在分子和基因水平仍然尚未闡明，尤其局限于分子水平，在基因水平涉及的領域尚少，需要不斷探究，不斷研究擴大Dex 的使用范圍。

3 Dex 通過調節突觸可塑性發揮腦保護作用

突觸可塑性是突觸之間的連接強度具有可調節的特性，控制突觸信息傳遞與學習和記憶密切相關，研究表明在小鼠海馬C1 區，RAS 家族小GTP 酶（RAS、Rap1、Rap2）是控制突觸可塑性的分子開關，可獨立調節同一突觸的不同形式的突觸可塑性［23］。再灌注過程中，大腦突然暴露于高氧環境中，氧自由基生成增多，Dex 預處理6 d 齡幼鼠可減輕氧化應激造成的神經元增殖和突觸可塑性，降低RAS、Rap 表達，對高氧誘導的齒狀回神經損傷有保護作用［24］。缺血缺氧促使去甲腎上腺素（NE）釋放增多和谷氨酸堆積，激活N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDAR），激活Ca2+依賴性蛋白酶活性，導致細胞損傷，Dex 在突觸前膜減少NE 和谷氨酸釋放，在突觸后膜調節β 受體和下游蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）抑制NMDAR 激活，抑制突觸后長時程增強阻止海馬CA1區神經元缺血引起的的病理性突觸可塑性，保護神經元免受相對短暫的缺血所造成的功能損害［25］。同一突觸不同形式的突觸可塑性的分子調節機制尚不清楚，Dex 對突觸可塑性調節的研究不僅對發育期神經保護發揮了重要作用，也促進了突觸可塑性調節的研究，對記憶缺陷等神經疾病的治療也是一個重大的突破。

4 Dex 可減輕七氟烷的神經毒性作用

4.1 七氟烷對嬰幼兒具有神經毒性所用 七氟烷具有無氣道刺激性、誘導快速平穩、在體內基本不代謝而以原形從肺部排出，且同時有鎮靜和肌松作用等諸多優點，廣泛應用于嬰幼兒的麻醉誘導與維持［26］。2 歲以內是全腦質量迅速增加、突觸數量達到峰值和突觸間建立聯系的關鍵時期［27］。為先天性心臟病患兒麻醉，麻醉醫生最常被問到的問題是“麻醉是否會影響到孩子的神經發育”、“孩子的記憶力是否會受到損害”、“日后的學習是否會產生障礙”等問題。大量的動物研究指出，未成熟大腦接觸全麻藥可造成神經凋亡、抑制突觸間建立聯系［28］。在3 項大型臨床回顧性研究中指出，2 歲以內健康兒童接受全身麻醉與術后神經發育不良后果的關系很小，但是早產兒、先心病患兒接受麻醉后發生神經發育缺陷的危險性大大增加［29］。

基于以上研究，2016年美國食品藥品監督管理局（FDA）建議，3 歲以下的兒童和妊娠最后3 個月的婦女，重復應用全身麻醉藥和鎮靜藥，可能會影響兒童發育。先天性心臟病嬰幼兒常使用七氟烷，且麻醉時間超過3 h，術后超過24 h 鎮靜，且有的危重患兒有二次開胸經歷。近年動物實驗表明七氟烷通過激活突觸外NMDA 受體、增加FAS蛋白的表達、抑制胎兒神經干細胞的表達呈劑量依賴性促進腦部多區域神經細胞凋亡，造成發育期神經受損［30］。WILLIAMS 等［26］指出小兒術后躁動與七氟烷麻醉有關，特別是在學齡前兒童，與患兒神經不良預后有關，所以臨床上選擇性使用七氟烷，在腦電雙頻指數的指導下用最少的七氟烷達到合適的麻醉深度。

4.2 Dex 可減輕七氟烷對嬰幼兒的神經毒性作用 隨著神經毒性和術后躁動研究的深入，預防藥物及機制也成為了研究熱點。絲氨酸∕蘇氨酸激酶（Akt）是一種原癌基因，它在調控細胞生長、增殖方面有重要作用，腦源性生長因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）與酪氨酸激酶受體結合可激活磷脂酰肌醇激酶3（phosphatidylinositide 3-kinases，PI3K）進而活化Akt，促進神經細胞的增殖和分化［31］。

LI 等［31］發現在新生大鼠中，Dex 可解除七氟烷誘導的海馬神經元細胞周期停滯，增加酪氨酸激酶B（tyrosine kinase B，TrkB）和BDNF 的表達，促進神經細胞增殖，保持神經系統的功能。自噬是真核生物中不同于細胞凋亡的程序性死亡，缺血、缺氧、線粒體受損都可誘發自噬，在細胞內發揮“清道夫”的作用，促凋亡基因BCL2-Associated X（BAX）表達增多可以促進細胞自噬和凋亡，Dex 通過抑制細胞凋亡和自噬作用減輕七氟烷對發育中神經的毒性作用，在丘腦中保護作用最大，海馬區和皮質區域保護作用最低［32］。SHAN 等［33］對孕20 d 的大鼠進行七氟烷麻醉4 h，生后第一天Dex 預處理組小鼠的海馬神經元線粒體動力相關蛋白（dynamin-related protein 1，Drp1）表達顯著減少，Drp1 是GTP 酶家族成員，根據線粒體形態調節線粒體融合與裂解，Dex 可作為Drp1 抑制劑減輕七氟烷對發育期神經的毒性作用，所以可以推斷線粒體的動力異常在早期神經發育中起了重要作用，提示可從細胞器的動力學平衡研究神經發育。妊娠20 d 的孕鼠暴露于3%七氟醚2 h 或4 h，后代的海馬C1 區神經元軸突損傷，剛出生后幼鼠凋亡相關蛋白的表達包括BAX 和半胱天冬氨酸蛋白水解酶-3（cysteinyl aspartate specific proteinase-3，caspase-3）以及神經細胞軸突損傷標志物淀粉樣蛋白前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）和腦衰反應調節蛋白2（collapsin response mediator protein-2，CRMP-2）在出生后1 d 和3 d 表達增多，骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）∕Smad 通路可調節神經細胞的自我更新和分化、細胞增殖、遷移和凋亡，Dex 可劑量依賴性的激活BMP∕Smad 通路減輕七氟烷的神經毒性作用［34］。對于降低七氟烷麻醉后躁動的發生率，一項meta 分析中Dex 相比丙泊酚、氯胺酮、咪達唑侖與芬太尼有很大的優越性，Dex 不會誘發組織學損傷并且當與另一種麻醉劑一起施用時顯示出有益效果［35］。所以不管是動物實驗還是臨床研究Dex 通過多條信號通路對嬰幼兒發育期神經保護發揮了重大作用，為Dex 能安全應用于孕婦和小兒奠定了基礎，解決了小兒全身麻醉選擇藥物的難題，選擇性α-2 腎上腺素能受體激動劑Dex 被認為是一種替代的無毒鎮靜劑。

5 結語與展望

嬰幼兒先天性心臟病術后發育期神經缺陷受到醫學界的廣泛關注，輕度認知障礙、社交和溝通能力受損、注意力不集中嚴重影響了患兒往后的正常工作和學習，加重了家庭和社會的負擔。近年來Dex 在嬰幼兒神經保護方面取得了很大的進展，減輕七氟烷的神經毒性、改善缺氧引起的神經損傷及影響突觸的可塑性方面，機制越來越明確，在圍術期穩定中樞神經系統微環境中發揮很大的作用，可能對于某些患兒，是否使用預防藥物對他的神經預后是截然不同的結局。但是由于醫生缺乏對Dex 藥代動力學方面數據的掌握，以及說明書指明18 歲以下不建議使用，所以大部分研究結果均來自動物實驗，臨床多中心隨機實驗較少，先心病孩子如果能隨訪到成人以后，得出Dex 對神經遠期預后的影響則更有意義，如果臨床上可以聯合應用一些對神經預后有預測作用的監測指標，如腦氧飽和度評判右美托咪定的神經保護效應則更有意義。