研究背景术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction,POCD)是一种手术后出现的认知功能改变,主要表现为病人手术后出现记忆力、注意力和一般信息处理能力的下降。POCD的发病机制仍不明确,是多种因素综合作用的结果,目前亦无可靠的治疗方法能够有效干预POCD的发生与进展。研究证明,炎症反应在病人术后认知功能减退的发病过程中起着关键性作用,因此,课题组推测在手术中使用药物干预,减轻神经炎症反应可能有助于降低POCD的发生率或改善其进展情况。穿心莲内酯(andrographolide)是从在民间享有“天然抗生素”美誉之称的中草药穿心莲中提取的主要活性成分,具有抑菌、消炎、抗病毒、降血糖及免疫调节等多种药理学特性。近年来研究发现穿心莲内酯对神经系统疾病具有一定的预防作用。穿心莲内酯能够有效抑制炎症细胞因子如IL-6、NO和TNF-α的表达,减轻炎症反应。穿心莲内酯抑制帕金森小鼠模型中小胶质细胞的活化功能,减少NO、前列腺素E2、TNF-α等致炎因子的释放,减轻神经系统炎症,进而起到神经保护作用。关于穿心莲内酯应用在POCD预防和治疗中的研究尚未见报道。本课题拟选用穿心莲内酯作为目标药物,首先建立老年大鼠POCD模型,观察穿心莲内酯对POCD发生及病情进展的影响,并对相关机制进行深入探讨,为其临床应用提供理论依据。然后,评价其在体外循环(CPB)下心脏瓣膜置换手术病人POCD的临床应用价值,为临床防治POCD的提供更多的药物新选择。研究目的1.探讨穿心莲内酯在神经系统炎症反应发生时对神经系统保护和对POCD影响的作用及其机制,为临床应用穿心莲内酯改善POCD病人预后提供理论依据;2.评价穿心莲内酯在改善CPB下行心脏瓣膜置换手术病人术后认知功能的应用价值,为临床上预防和治疗手术病人POCD提供更多的选择方案。研究方法第一部分:选择25月龄的SD雄性老年大鼠30只,适应性喂养1周后,随机分成3组(每组n = 10):对照组(Control)、模型组(Model)、穿心莲内酯组(And)。术前8h禁饮食,异氟醚吸入麻醉后固定,术区备皮消毒,铺无菌单,取左上腹部纵切口,逐层切开腹壁进入腹腔。对照组(Control):术中游离脾脏周围韧带后逐层关腹。模型组(Model)及穿心莲内酯组(And):游离脾脏周围韧带后以1号丝线双重结扎脾脏全部血管,行脾切除术,如有副脾一并切除,后逐层关腹。术后12h自由饮用20%葡萄糖,24h后自由进食。术后24h开始,对照组(Control)和穿心莲内酯组(And)分别胃内给予蒸馏水(10ml/kg)与穿心莲内酯(10mg/kg),每天1次,连续给药7天。给药结束后用Morris水迷宫试验评估各组大鼠术后的学习能力和记忆保持。于水迷宫试验结束后,对各组大鼠进行腹腔注射麻醉后立刻断头,取出全脑、收集血液,迅速将部分脑组织放入4%多聚甲醛中进行固定,用于HE染色,其余脑组织用于Western blot检测;血液4000r/min离心1 Omin取上清。采用ELISA法检测血清中NSE、S-100β蛋白及IL-1β、IL-6、TNF-α的含量。采用 Western Blot 检测大鼠脑组织中 NF-KBp65、p-NF-KBp65、ERK1/2、p-ERK1/2、p38MAPK、p-p38MAPK 等蛋白的表达水平。第二部分:纳入择期全身麻醉行CPB下心脏瓣膜置换术病人40例,按照随机数字表法分为对照组和实验组,每组20例。所有手术操作、麻醉管理、体外循环和CCU管理均由同一组心外科手术团队采用相同的方案来实施完成。病人入室后面罩吸氧,常规监测心电图、脉搏血氧饱和度,脑电双频指数(BIS)麻醉深度监测和鼻咽温、肛温及尿量监测等。左侧桡动脉穿刺连续监测动脉血压,超声引导下经右侧颈内静脉穿刺逆行置入单腔中心静脉导管至颈内静脉球部,用于采集血样。常规麻醉诱导气管插管后行机械辅助通气,PETCO2维持于35～45mmHg。手术中靶控输注异丙酚,输注舒芬太尼维持麻醉,根据肌松情况按需要间断追加罗库溴铵,根据病人血流动力学变化给予血管活性药物,维持循环稳定。整个手术期间维持BIS值在45～60范围。穿心莲内酯给药方法:麻醉诱导后,实验组病人穿心莲内酯(注射用炎琥宁)2mg/mg,用5%葡萄糖稀释至50ml静脉泵入,体外循环开始前输注完毕。在体外循环预冲液中另加入穿心莲内酯2mg/mg,总剂量不超过400 mg;对照组予以输注等容量的5%葡萄糖,输注速度与实验组保持一致。手术采用胸部正中切口,肝素化后测活化凝血时间(ACT)值达到480s以上时建立体外循环。术毕病人保留气管导管回心外重症监护室,恢复苏醒。两组病人分别于麻醉诱导前(T0)、CPB开始后30min(T1),CPB停止时(T2),CPB结束后6h(T3),术后24h(T4)、术后48h(T5)共六个时间点,每次于颈静脉球部采血3ml,采取酶联免疫吸附试验(ELISA)法检测病人血清中S-100β蛋白和NSE浓度。分别于手术前3天、手术后第7天和手术后1月由受过专业培训的神经内科医师对病人采用蒙特利尔认知评估量表(MoCA)进行神经心理测验,评估病人围术期的认知功能,满分30分,得分越高说明认知能力越好,<26分则认为认知功能受损,发生POCD。研究结果第一部分:各组大鼠在6d的水迷宫定位航行训练中,随着训练次数的增加,寻找平台的平均逃避潜伏期均有不同程度的缩短,对照组从49.74s缩短至12.80s,模型组从51.29s降至41.61s,穿心莲内酯组从50.63s到19.56s;自第2d起,与对照组相比,模型组和穿心莲内酯组的逃避潜伏期明显延长(第2d:49.48s、46.35s VS 34.66s;第 4d:43.18s、31.92s VS 20.08s;)(p<0.05);自第 2d 起,与模型组相比,穿心莲内酯组的逃避潜伏期明显缩短(第3d:45.61s VS 37.57s;第5d:43.36s VS 22.75s;)(p<0.05),经穿心莲内酯治疗后,大鼠穿越平台次数、平台象限滞留时间较模型组显著提高(p<0.05),游泳路程显著缩短(p<0.05)。光学显微镜下观察HE染色的情况,对照组大鼠海马CA1区的神经元细胞整齐排列,染色清楚均匀;模型组的神经元细胞排列散乱,不规则,染色不均匀;与模型组相比,穿心莲内酯组大鼠海马CA1区的神经元细胞排列较为规则整齐,结构较清晰,染色稍均匀。POCD大鼠术后采血进行NSE与S-100β蛋白检测,结果显示模型组和穿心莲内酯组大鼠血清中NSE、S-100β蛋白含量明显高于对照组(p<0.05);经穿心莲内酯治疗后的POCD大鼠NSE与S-100β蛋白的含量比模型组明显降低(p<0.05)。模型组大鼠血清中炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α的含量明显高于对照组(p<0.05),穿心莲内酯组大鼠血清中炎症因子的含量比模型组明显降低(p<0.05)。与对照组相比,模型组和穿心莲内酯治疗组的NF-κB/MAPK 通路相关蛋白 NF-KBp65、p-NF-κB p65、ERK1/2(、p-ERK1/2、p38MAPK、p-p38MAPK的表达量均明显升高(P<0.05);经穿心莲内酯治疗后,各蛋白的表达均明显降低(P<0.05),但仍明显高于对照组(P<0.05)。第二部分:两组病人术前一般情况如年龄、性别、体重指数、受教育水平及心功能分级等比较无差异,两组病人的手术类型、主动脉阻断时间、CPB时间、手术时间、术后拔管时间及术后严重并发症等差异无统计学意义(P>0.05)。两组病人血清S100β蛋白和NSE水平的变化情况为:术前(基础值)T0时,两组病人血清S100β蛋白和NSE的水平比较无统计学差异(P>0.05);血清S100β蛋白和NSE水平在CPB开始后(T1)迅速升高,S100β蛋白在CPB结束时(T2)时间点达到最高峰,NSE在CPB后6h达到峰值,然后均开始逐渐回落,在手术后第48h(T5)时间点二者水平基本上恢复到术前水平。与T0比较,两组病人血清中S100β蛋白和NSE水平在T1～4时间点均有不同程度的升高,提示CPB心脏瓣膜手术会对病人中枢神经系统造成一定程度的损伤。与对照组比较,实验组病人经过穿心莲内酯治疗后,血清S100β蛋白和NSE的水平在T1～4时间点均获得明显降低(P<0.05),证实了穿心莲内酯对脑组织损伤的保护作用。两组病人手术前3d顺利完成了 MoCA量表的首次测评,术前无认知功能障碍(得分均≥26分);术后第7天两组病人MoCA评分得分均较术前有不同程度下降,差异有统计学意义(P<0.05)。两组间比较,实验组MoCA评分(26.75±1.92)高于对照组(25.55±1.79),差异有统计学意义(P<0.05),说明穿心莲内酯能够改善CPB病人术后的认知能力。两组病人手术后1月MoCA评分基本恢复到手术前评分水平;然而,对照组5例(25%)和实验组有4例(20%)病人MoCA评分低于26分,可认为发生了 POCD,需要继续随访观察。两组病人术后第7d和术后1月POCD发生率差异均无统计学意义(P>0.05),研究结论1.穿心莲内酯能够减弱POCD大鼠神经系统炎症反应,可以减轻老年大鼠POCD症状;2.穿心莲内酯可能通过调控NF-κB信号通路与MAPK/ERK信号通路,降低POCD大鼠中枢神经系统炎症反应程度;3.穿心莲内酯能够通过发挥抗炎作用降低体外循环心脏手术病人围术期脑损伤;4.穿心莲内酯可以提高CPB心脏手术病人术后的神经心理测试评分,并改善其术后认知能力。