小儿全身麻醉与神经、智力发育的研究进展

小儿全身麻醉与神经、智力发育的研究进展新疆石河子大学医学院第一附属医院绝大多数家长的担忧！“我的孩子打了麻药会不会变傻？”“打麻药对孩子的大脑有没有影响？”主要内容基于动物实验的研究进展1临床相关研究进展2从动物实验到临床应用的距离3小儿中枢神经系统发育特点发育中的大脑：一个复杂的细胞加工厂神经细胞的生成、分化、转运、突触及轴突鞘膜的形成……脑的快速发育期：出生后2-3岁，称为脑生长爆发期（braingrowthspurt，BGS）在啮齿动物，BGS期则是在出生后2-3周内GABA和NMDA受体•GABA受体（γ-氨基丁酸受体）是一种离子型受体，是一类配体门控型离子通道。GABA是中枢神经系统里的一种主要递质，GABA受体被激活后，可以选择性的让Cl-通过，引起神经元的超极化。这种超极化引起了神经信号传递抑制。•NMDA受体（N-甲基-D-天冬氨酸受体），是离子型谷氨酸受体的一个亚型，在神经系统发育过程中发挥重要作用，如调节神经元的存活，调节神经元的树突、轴突结构发育及参与突触可塑性的形成等。且对神经元回路的形成亦起着关键的作用，NMDA受体是学习和记忆过程中一类至关重要的受体。小儿麻醉麻醉选择：全麻或镇静为首选！研究者们努力探寻的课题！对神经发育、学习、记忆有什么作用？机制如何？传统观点：全麻药物对中枢神经系统产生非特异的可逆作用，中枢神经系统的功能在麻醉后即可恢复到麻醉前状态而无毒副作用。基于动物实验的基础研究1大量动物实验证明：全麻药物可诱发神经细胞凋亡，最终导致神经系统功能损害！1、氯胺酮☆广泛应用于小儿全身麻醉、也是术前用药的良好选择！将小鼠暴露于氯胺酮20-40mg/kg5个小时以上结果发现可引起发育期幼年动物大脑皮质和海马广泛神经元退行性变！1999年发表在SCIENCE杂志上的一篇论文引起广泛关注：《NMDA受体阻滞剂与发育中的脑细胞凋亡》1、氯胺酮上述研究引起美国药物评价与研究中心、美国国家毒理学研究中心的高度重视！并验证以上结果，发表在TOXICOLOGICALSCIENCES《氯胺酮的神经发育毒性：细胞凋亡神经元的形态学确认、多重荧光标记》1、氯胺酮方法：对照组：反复接受7次注射生理盐水；低剂量组：接受7次氯胺酮10mg/kg；高剂量组接受注射7次氯胺酮20mg/kg。“高单组”（单次高剂量注射）：接受六次盐水，单次剂量20mg/kg氯胺酮最后一次注射。重复注射之间的时间间隔为90分钟。•检测神经元凋亡水平及Caspase-3的活性，•caspase-3为细胞凋亡过程中的关键的执行分子，它在凋亡信号传导的许多途径中发挥功能验证结果，发现：反复给予低剂量氯胺酮（＜10mg/kg）或高剂量（20mg/kg）均引起大脑皮质神经元凋亡！单剂量氯胺酮20mg/kg在不影响神经元凋亡发生1、氯胺酮近年来，研究进一步阐明氯胺酮的神经毒性机制：2010年发表在Neuroscience发表的一篇文章《氯胺酮在大鼠脑发育过程中的基因表达谱分析》1、氯胺酮·在这项研究中，给予出生后7天的大鼠反复注射氯胺酮20mg/kg。·对大脑额叶皮层区域做了差异表达基因的检测。发现与细胞死亡、分化和受体活性有关。·PCR证实NMDA受体亚基的表达明显上调。上调NMDA受体mRNA的信号用原位杂交进一步证实。·这些结果解释：反复氯胺酮暴露下引起内源性谷氨酸NMDA受体上调和迟发型谷氨酸能系统的过度兴奋，引发增强发育中神经元的凋亡。1、氯胺酮2012年《Anesthesiology》杂志发表的一项研究《氯胺酮对胎儿和新生儿的恒河猴脑神经元凋亡》1、氯胺酮该研究为了进一步阐明氯胺酮的致凋亡的潜在的临床意义，方法：恒河猴妊娠母亲：注射氯胺酮10mg/kg，随后持续输注85mg/kg/h共输注5h。新生猕猴：出生后6天，注射氯胺酮20mg/kg，随后持续输注20–50mg/kg/h共5h。检测胎儿或新生儿的大脑3h后凋亡细胞的组织学证据。自身对照：在氯胺酮暴露胎儿期的大脑与对照组相比，凋亡细胞数增加4.9倍。氯胺酮诱导的神经元凋亡在胎儿期和新生儿期的对比，胎儿期的凋亡程度是新生儿的2.22倍。结论：在恒河猴无论胎儿期还是新生儿期都对氯胺酮的凋亡激活作用非常敏感，5h暴露时间即可在该两个时期的脑产生明显的神经凋亡，且胎儿的神经元损失比新生儿期更为明显！1、氯胺酮Viberg等学者发表在Toxicology《毒理学》《氯胺酮导致新生儿的神经生长和突触形成生化基质的变化，并不可逆改变成年期行为功能》证实氯胺酮是脑发育期的神经毒性可影响脑发育相关蛋白形成，并诱发成年期行为功能减退！1、氯胺酮在本研究中，给予10日龄小鼠注射氯胺酮5–25mg/kg，24小时后对大脑进行钙调蛋白依赖的蛋白激酶II（CaMKII）和生长相关蛋白（GAP-43）测定，结果发现：CaMKII和GAP-43在海马区表达显著增加！在2个月和4个月的成年动物进行行为学测定，出现自发行为障碍，且与相应蛋白表达成显著负相关性！2、丙泊酚☆目前应用最广，但存在争议！两项发表在《Anesthesiology》的研究均显示丙泊酚对学习记忆造成损害《一个常规剂量的异丙酚对大鼠记忆的影响》《静脉麻醉在大鼠的血清素活性和遗忘之间的关系》2、丙泊酚☆实验中给予大鼠9mg/kg的丙泊酚腹腔注射，并对其进行暗室电刺激等造成不良记忆，随后进行测定对不良记忆的逃逸反应，结果显示其不良记忆有缺失的表现。☆另一项实验将大鼠腹腔注射丙泊酚6mg/kg，30分钟后，取出分离海马、纹状体和大脑皮层。采用高效液相色谱电化学检测系统检测组织内的的多巴胺、5-HT(5-羟色胺)、5-HIAA（5-羟吲哚乙酸）等浓度。结果发现，异丙酚可以促进脑内5-HT(5-羟色胺)、5-HIAA(5-羟吲哚乙酸)释放，同时在穿梭被动回避实验中，发现丙泊酚麻醉的大鼠，潜伏期指标明显缩小，（用被动避暗回避反射试验评价大鼠学习记忆能力,潜伏期(STL)越长,学习记忆能力越强）。结果显示对学习记忆造成损害。2、丙泊酚《丙泊酚麻醉损伤成年再生海马神经元存活和成熟》发表在Anesthesiology，March，20132、丙泊酚研究人员对8-10周的小鼠腹腔注射丙泊酚麻醉6h，通过免疫荧光比对海马区域神经细胞长树突的数量。结果证实：丙泊酚降低海马再生神经细胞的数量，并且影响再生神经细胞树突结构的发育成熟！树突长度树突长度3、吸入麻醉剂☆临床上适合儿童，但研究结论争议最大！《等效麻醉剂浓度地氟醚、异氟醚或七氟醚对新生小鼠神经细胞凋亡的对比》发表在Anesthesiology，March，20113、吸入麻醉剂该研究通过对7日龄小鼠暴露于等效剂量的0.55–0.6MAC地氟醚、异氟醚、七氟醚6h，麻醉后通过免疫荧光和比色测定Caspase3表达量化神经元凋亡。结果：同等剂量的3种药物所导致的神经毒性相近，并无统计学差异，这说明吸入麻醉药的神经发育毒性并无特异性。3、吸入麻醉剂《麻醉诱导在发育中的小鼠脑与认知功能障碍》发表在Anesthesiology，March，20133、吸入麻醉剂该研究通过诱导炎症反应的发生情况判断吸入麻醉剂影响认知损害程度。研究者采用幼鼠（6日龄）和成年鼠（60日龄）在吸入麻醉药中暴露：3%七氟醚2h仅一天、持续3天，9%地氟醚2h仅一天、持续3天。检测小鼠脑组织促炎症因子IL-6、TNF-α水平结果显示：3%七氟醚麻醉3天、每天2小时组的6日龄小鼠出现明显认知损害和神经炎性反应，而其它组的幼鼠和成年鼠均未发生上述现象。结论：麻醉药引起的认知损害取决于脑发育阶段、麻醉药种类、暴露次数、暴露时间！二、全麻药对发育期神经系统毒性的可能机理•全麻药物通过对中枢神经系统的抑制作用影响神经突触传递，产生麻醉效应，其中涉及NMDA受体（N-甲基-D-天冬氨酸受体）抑制作用和GABA受体（γ-氨基丁酸受体）激动作用•在突触形成期未成熟的神经元及神经环路对外部刺激特别敏感，在神经发育的高峰期激活GABA受体，将增强细胞内Cl-转运功能，产生细胞超极化，使未成熟神经元在出现过度兴奋现象，导致细胞内Ca2+浓度异常升高引起神经毒性，造成神经元的凋亡和损伤。•在神经发育高峰期，使用NMDA受体抑制剂，使NMDA受体代偿性表达增多，使神经细胞对谷氨酸等兴奋性氨基酸的敏感性增强，增强其毒性，导致Na+、Ca2+内流增加，影响突触的连接和形成导致细胞凋亡•神经细胞凋亡机制研究使全麻药物神经毒性研究的初级版本，近年来开展的神经再生和发育机制的研究，可谓该领域研究的升级版。•突触树突或突触功能的变化可能是一种麻醉引起的神经认知功能障碍的另一种机制。研究发现，麻醉药物可迅速引起突触发生期小鼠大脑神经突触树突密度和形态改变，从而损伤神经元环路形成和功能。目前有关婴幼儿的麻醉药物对脑发育的研究具有相当的局限性，因为随机对照试验受伦理学的限制！临床相关研究进展2回顾性队列研究发表在JNeurosurgAnesthesiol的《麻醉和疝修补手术与儿童行为发育障碍的回顾性队列研究》回顾了3岁内接受腹股沟疝修补术的383名儿童，手术组儿童比对照组发生行为障碍的概率高出了1倍。《儿童暴露于麻醉后语言和认知功能的长期差异》《早期儿童手术麻醉后的认知与脑结构》•这两篇文章分别是2012年9月和2015年6月发表在Pediatrics（儿科学）上的两份调查研究•研究发现幼年时接受过全身麻醉手术的孩子的智商、语言理解能力和认知能力相比没有接受过全麻的孩子更低，而其中原因，除外麻醉药物，手术、炎症或者疼痛都有可能是其中元凶之一•2015年的这篇文章中建议需要全身麻醉的非限期手术（就是可以推后的手术）尽量在4岁以后再做《3岁以前儿童单次全麻暴露与神经认知结果相关性》•上述研究是2016年最新发表在JAMA（美国医学会杂志）期刊•研究者们花六年时间做的配对队列研究，选了年龄相近的113对兄弟姐妹，每对中有一名在0-3岁做过全身麻醉下的腹股沟疝修补手术。•结果发现：0-3岁接受过一次短时间全麻手术的患儿，智力不会受到影响。•但是如果是多次或长时间接受全麻，认知能力可能会下降。回顾性队列研究回顾性队列研究另一项发表在2009年Anesthesiology回顾性队列研究显示，接收2次及以上麻醉的儿童学习障碍风险增加，且该风险与麻醉次数呈正相关。早期暴露麻醉与儿童学习障碍的关系队列研究新近临床研究，让人惊喜？•朋友圈里很多朋友转载“柳叶刀：出生后60周以内婴儿接受全麻或局麻后两年神经发育无差异”。•大家看到这条消息肯定是蛮惊喜的，无疑这对需要接受麻醉的幼儿和从事小儿麻醉的我们来说是个好消息。于是准备下载原文学习学习。可是，评论似乎过了头，有些过分夸大了，甚至误解了该研究的主旨。误解1：认为小儿接受全麻对神经系统发育是没有影响的。误解2：认为七氟烷是用于小儿最好的麻醉药物。误解3：接受麻醉不会让小儿变傻。主要误解研究目的、方法•来自澳大利亚、意大利、美国、英国、加拿大、荷兰等28家医院麻醉科。旨在观察对较全麻和清醒局麻对于婴幼儿神经发育功能影响的前瞻性、随机、对照、盲法、国际多中心临床研究。•观察指标是术后患儿5岁时通过韦氏学龄前和小学智力量表评价神经功能。次要观察指标是2岁时通过贝利婴幼儿智力发展量表考察患儿神经发育功能。研究结果•2007-2013年，参与的28家医院共有722例婴儿募集入组，清醒局麻292例，全麻295例。两组患儿的人口学数据、手术相关指标无显著差异。•认知功能组合评分（由认知、语言、运动、适应行为，社交情绪等5项指标构成的综合评分）：清醒局麻组：98.6（标准差14.2）全身麻醉组：98.2（标准差14.7）（正常值100分）•两组评分等效、没有统计学差异研究结果•但是，纳入患儿的手术时间均小于2小时，不能反映长时间全麻的影响！•因此，本研究最后得出结论：接受小于1h手术的婴儿接受七氟醚维持的全身麻醉对于其2岁期间神经功能发育没有影响。•而对于5岁期间的神经发育功能影响结果需等到2018年。从动物实验到临床应用的距离31、动物实验结果的临床意义全麻药触发啮齿类动物发