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目的:术后认知功能障碍(POCD)指患者在手术后出现记忆力、集中力障碍,同时伴有社会活动能力的减退,对其日常生活和工作产生不良影响。目前已有大量研究结果表明麻醉可能是引起认知功能障碍的重要原因。丙泊酚是一种超短效、静脉全身麻醉药,在临床中应用极为广泛。有证据表明人和动物在接受丙泊酚麻醉后,存在不同程度的认知损害,可持续几小时,数天,甚至更长时间,但其发生机制远未明确。 海马突触长时程增强(LTP)是神经突触可塑性的一种表现形式,是学习记忆的神经细胞学基础。越来越多的研究结果表明,全麻药物对突触可塑性的抑制可能是学习记忆损害发生的重要机制。在参与LTP诱导和维持的生物分子中,神经元细胞骨架的作用日益得到重视。细胞骨架中的微丝是突触后结构—树突棘的重要组成部分。微丝主要由肌动蛋白(actin)构成,后者又分为单体的球形(G-actin)和多聚体的纤维型(F-actin)两种,两者之间的转化决定树突棘的形态和功能。已有证据表明F-actin是LTP诱导和维持的重要底物,一定程度的actin聚合状态可作为LTP过程中,树突棘活化的标志,在大鼠学习过程中也观察到了类似变化。因此,以F-actin改变为特征的肌动蛋白重构,可能在突触机制(LTP)中发挥重要作用。 研究表明丙泊酚能够促进actin聚合,表现为神经元F-actin水平增高。但是过度的actin聚合状态,将会影响F-actin和G-actin两者之间的转化,从而影响G-actin进一步聚合的能力乃至树突棘的形态及功能。丙泊酚的这一影响是否持续至麻醉后,甚至与POCD有关,目前尚无报道。本研究旨在明确丙泊酚麻醉后大鼠学习能力损害的发生及其动态变化规律,揭示丙泊酚麻醉后海马神经元actin聚合状态与大鼠行为学改变之间的关系。为从神经细胞骨架水平探讨POCD的发生机制提供新的思路。 方法:青年(3月龄)雄性SD大鼠120只,体重400-500g;老年(20月龄)雄性SD大鼠120只,体重450-550g。采用随机数字表法,分为青/老年对照组(Y/OC);青/老年穿梭箱组(Y/OD),只进行穿梭箱训练;青/老年麻醉组(Y/OA),丙泊酚持续麻醉3小时,又分为麻醉后1天(A1)、3天(A3)、7天(A7)、14(A14)天组;麻醉+穿梭箱组(Y/OAD),丙泊酚麻醉后进行穿梭箱训练,又分为麻醉后1天(AD1)、3天(AD3)、7天(AD7)、14天(AD14),分别于丙泊酚麻醉后1天、3天、7天、14天进行穿梭箱训练,每组大鼠12只,记录各时点逃避潜伏期,绘制大鼠学习曲线。各组大鼠于相应时点处死取全脑,免疫荧光染色,激光共聚焦观察F-actin含量和树突棘形态。通过组内和组间方差分析比较各时点及青老年大鼠之间的差异。 结果:穿梭箱训练成绩,与YD组比较,YAD1、YAD3组逃避潜伏期延长(P<0.05),学习曲线上移;YAD7、YAD14组与YD组间无统计学差异,学习曲线恢复至正常对照水平。与OD组比较,OAD1组、OAD3组、OAD7组逃避潜伏期延长(P<0.05),OAD14组学习曲线恢复正常对照水平。老年组与青年组比较,学习曲线后移。 树突棘形态变化,与YC组比较,YD组树突棘数目增多,末梢细长;YA1、YA3组树突棘缩短;YA7组和YA14组树突棘形态基本与对照组无明显差别。与OC组比较,OD组树突棘形态细长;OA1、OA3、OA7组树突棘数目减少,树突缩短;OA14组树突棘形态基本恢复。 海马神经元纤维多聚体型肌动蛋白(F-actin)含量测定结果,老年组与青年组F-actin含量基础水平就不一致,OC组低于YC组。穿梭箱训练后,青/老年YD与OD组F-actin含量均较对照组有明显增加,但是平均增加水平不超过基础的50%。丙泊酚麻醉后,青/老年组的F-actin含量较对照组和穿梭箱训练组异常增加。麻醉后第一天达高峰,YA1组和OA1组F-actin含量较对照组和穿梭箱训练组增高达数倍之多。青/老年大鼠丙泊酚麻醉后海马神经元F-actin含量随时间推移均呈下降趋势,青年组于麻醉后14天基本恢复至正常水平,但是老年组于麻醉后14天仍未恢复至对照水平。 结论:丙泊酚麻醉后短期内大鼠学习记忆能力下降,海马神经元内纤维多聚体型肌动蛋白含量显著增加,大鼠学习记忆能力恢复程度与纤维多聚体型肌动蛋白含量动态下降趋势一致,推测丙泊酚麻醉后肌动蛋白重构可能持续到麻醉后,并可能与学习记忆功能损害相关;老龄因素参与认知功能损害的发生机制也可能与肌动蛋白重构有关。