七氟烷對發育期大腦產生不良影響的研究進展

林曉婉，劉貝貝 ，孫 立，馬 麗，任 鵬 綜述 郭文治 審校

七氟烷是全身麻醉中最常用的吸入麻醉劑之一，它的藥理特點是血流動力學穩定，麻醉誘導迅速，作用時間短暫，蘇醒迅速而完全，且對氣道刺激小，具有獨特的芳香氣味，因而被廣泛應用于產科及嬰幼兒全身麻醉。胎兒在母體妊娠末期及嬰幼兒出生后最初幾年是人類大腦快速發育的關鍵時期，易受多種因素影響，如環境刺激、應激、藥物等[1]。近年來研究表明，七氟烷對發育期大腦具有一定神經毒性，可能影響大腦后期發育及認知功能[2]。2016年，美國食品藥品監督管理局(food and drug administration，FDA)提出警告：妊娠末3個月孕婦或3歲以下兒童在手術中重復或長時間(>3 h)使用包括七氟烷在內的全麻藥和鎮靜藥可能會影響胎兒及兒童的大腦發育[3]。2017年FDA發布通告正式將上述警告加入全麻藥和鎮靜藥的藥品標簽說明。這提醒廣大醫師及家長在孕婦及嬰幼兒身上使用這些藥物時應衡量利弊，選擇最合適的手術時機，制定合適的手術方案[4]。但在多種情況下，全麻藥及鎮靜藥的使用難以避免，因此近年來眾多基礎和臨床科研人員對此展開了大量研究。

1 七氟烷全身麻醉可能對發育期大腦產生不良影響

1.1 對神經損害作用的相關基礎研究 在多項動物實驗中，研究者發現新生小鼠暴露于一定濃度(>2%)的七氟烷一定時間(>2 h)，可造成小鼠青年期空間記憶能力損傷，對新環境適應能力下降，且該改變在一定范圍內成濃度與時間依賴性[2, 5, 6]。在另一項基礎研究中，接受七氟烷麻醉的小鼠表現出顯著的記憶損害，且年齡越小，在隨后的水迷宮測試中表現越明顯。這也證明了小鼠在生命早期接受七氟烷暴露將導致成年期空間記憶損害，且重復暴露間隔時間越短，缺陷越明顯[7]。同時，文獻[6]發現七氟烷暴露將造成遠期海馬區功能缺陷，降低海馬區突觸后膜致密物質-95(postsynaptic density-95，PSD-95)表達。而Zhou等[8]發現出生后7 d小鼠接受2.3%七氟烷暴露6 h可檢測到海馬區神經元活化天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(cysteine-containing aspartate-specific proteases-3，Caspase-3)表達增多而神經源性一氧化氮合酶(neuronal NOS，nNOS)表達降低，表明七氟烷可造成小鼠海馬區神經組織病理性改變、凋亡及降低nNOS水平。

總之，七氟烷的神經毒性作用在多項基礎實驗中得到證實，其損傷小鼠空間記憶能力可能是其損傷海馬區神經元，造成海馬區神經元病理改變、凋亡等的結果，且在一定范圍內成濃度和時間依賴性。

1.2 對神經損害作用的相關臨床研究 基礎研究關于七氟烷對大腦可能產生神經損害作用結論較為肯定，而臨床研究仍有一定的不確定性，主要因為臨床研究的混雜因素較多及其他局限性所致，如手術、疾病、患者自身狀態、疼痛等均可能對臨床結果產生影響。在Fan等[9]的一項研究中，93例接受七氟烷全麻的兒科患者根據麻醉時間被分為3組(<1 h、1～3 h、≥3 h)，對比該3組患兒術后認知功能改變，結果顯示暴露時間≥3 h組術后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)的發生率顯著高于其他兩組，表明長時間的七氟烷暴露可促進小兒POCD的發生，七氟烷對發育期大腦具有一定不良影響。然而，最近正在進行的另外兩項臨床試驗似有不同的結果。其中GAS試驗(general anaesthesia compared to spinal anaesthesia trial，GAS)中期結果表明，沒有證據顯示與區域阻滯相比嬰兒接受小于1 h的七氟烷麻醉會增加2歲時神經發育副作用的風險[10]，而PANDA試驗(pediatric anesthesia and neurodevelopment assessment, PANDA)顯示3歲前接受七氟烷麻醉的患兒在 8 歲和15 歲兩個時間點，與其雙胞胎兄弟/姐妹相比，無神經心理學表現差異[11]。這兩項試驗結果均在一定程度上表明短時間的早期七氟烷暴露具有一定的安全性。但考慮到受試者大多來自于擁有比普通人經濟條件更好一些的家庭，從而擁有豐富的環境條件[12]，這在一定程度上影響了試驗結果。鑒于臨床試驗的復雜性，更多的研究還有待繼續。

2 七氟烷對發育期大腦神經損害作用的可能機制

七氟烷對發育期大腦神經損害作用的機制尚未十分明了，既往許多研究提示其可能同時通過幾種機制發揮神經損害作用。

2.1 細胞凋亡 在七氟烷相關實驗中，觀察組織微觀結構均可發現神經元凋亡[2, 5, 8, 13]，但造成神經元凋亡的相關機制各不相同，包括外源性細胞凋亡及內源性細胞凋亡[14, 15]等，提示細胞凋亡是七氟烷毒性的微觀表現，而微觀結構的病理性改變最終促進了個體行為學改變。有關七氟烷引起細胞凋亡的具體機制尚待進一步探究。

2.2 神經炎性反應 有研究發現，七氟烷暴露后海馬區神經元腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、白細胞介素-8(interleukin-8，IL-8)的表達水平上升[16]，這說明七氟烷的神經毒性作用與其激活神經炎性反應有關。而膠質細胞在中樞神經系統炎性反應中具有重要作用，有研究表明七氟烷可激活小膠質細胞NF-κB信號通路進而提高炎性反應因子如IL-6、TNF-α等的表達水平[17, 18]。另外，七氟烷還可通過JAK/STAT信號通路抑制新生小鼠海馬區星形膠質細胞谷氨酸天冬氨酸轉運體和膠原纖維素酸性蛋白的表達[19]，因而膠質細胞功能失調及相關神經炎性反應可能在七氟烷的神經損害作用中發揮重要作用。

2.3 Tau蛋白磷酸化 Hu等[20]發現，出生后7 d小鼠接受3%七氟烷麻醉6 h，其海馬神經元微管結構蛋白排列紊亂，麻醉后1 d及7 d組，其tau蛋白mRNA表達水平顯著高于對照組，同時Ser404及Ser396位點磷酸化的tau蛋白水平也顯著升高。不難推理，tau蛋白磷酸化與七氟烷所致神經毒性具有一定相關性。Tao等[21]的研究不僅證實了七氟烷可提高海馬神經元tau蛋白磷酸化水平，同時還可激活糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)，提高IL-6水平，降低PSD-95水平，而在tau基因敲除小鼠中未觀察到上述改變，提示tau蛋白磷酸化在七氟烷的神經毒性中具有重要作用。

2.4 與七氟烷相關的信號通路 七氟烷的神經毒性作用涉及多種信號通路：(1)下調過氧化物酶增生物激活受體-γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ)表達從而促進炎性反應及氧化應激相關蛋白表達，進而促進七氟烷誘導神經元凋亡[22]；(2)通過PI3K/Akt信號途徑導致海馬區神經元凋亡[23]；(3)氧化應激反應引起ERK磷酸化受抑制等[24]。

2.5 其他 既往研究證實，七氟烷具有激動γ-氨基丁酸A受體(γ-Aminobutyric acid，GABA)和抑制N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA)的特性，而當大腦處于快速發育期時GABA受體是興奮性的，此時應用七氟烷引起神經元凋亡顯著，可能與其作用于GABA和NMDA受體影響神經興奮性相關。Wang等[25]研究了特殊位置和含特殊亞單位的NMDA受體在七氟烷所致神經毒性中的作用，發現突觸內含NR2A亞單位的NMDA受體活化以及突觸外含NR2B亞單位的NMDA受體抑制均可緩解七氟烷的神經毒性作用。以上均表明特殊受體在七氟烷神經損害作用中具有一定作用，但其機制尚待進一步探究。

3 可能的預防和保護措施及其潛在作用機制

3.1 合適的氧濃度 在一項研究中，生后7 d小鼠分別接受2、4、6 h的七氟烷麻醉，同時分別以21%和30%氧氣為載體氣體。結果發現，無論是否具有額外的氧氣供給，新生小鼠接受長時間的七氟烷麻醉暴露都會導致神經凋亡和遠期認知功能障礙。但通入30%氧氣可以相對緩解神經凋亡且改善遠期認知功能障礙[26]，這可能與適當的氧濃度能改善組織氧供、促進神經元代謝、保持細胞活力有關。

3.2 環境富集 后天豐富的環境刺激可緩解七氟烷所致神經毒性以及學習記憶能力受損[12]，相反，社會疏離和富集剝奪可加重神經行為學損傷[27]。這可能與大腦神經發育的特性有關，豐富的環境刺激可促進大腦神經發育，進而彌補發育期七氟烷暴露所致的神經元損害，這同時也提醒我們后天學習的重要性。

3.3 相關藥物對七氟烷神經損害作用的影響 右美托咪啶作為一種新型鎮靜藥，可引起患者類似生理性及可喚醒的睡眠，且具有一定鎮痛作用，常于全麻時做輔助藥物，具有一定的麻醉保護作用。然而Lee等[28]研究發現，右美托咪啶并不能直接減輕七氟烷誘導神經損傷，鑒于它能提供一定的麻醉深度和鎮痛效果，其表現出的神經保護作用可能是由于“節約麻醉藥”效應，而不是損傷保護效應。

另有研究表明，α硫辛酸[23]、N-花生四烯酸乙醇胺類似物N-硬脂酰-L-酪氨酸[29]可以緩解七氟烷所致神經細胞凋亡及認知功能障礙。而促紅細胞生成素可通過EPOR-ERK1/2-NRF2/BACHL信號通路對七氟烷所致原代小鼠皮層神經元凋亡起保護作用[30]。

綜上所述，七氟烷作為臨床最常用的吸入麻醉劑之一，其表現出的發育期神經毒性日漸受到關注。近年來展開的研究提示七氟烷對發育期大腦具有神經毒性作用，可引起海馬區神經元凋亡等病理改變，進而引起遠期空間記憶能力受損，而七氟烷對成年小鼠神經毒性作用不顯著。另外相關臨床試驗在一定程度上證實了七氟烷的安全性，這使得家長們不必過于擔憂。而七氟烷神經毒性涉及多種機制，包括多種通路、受體、細胞凋亡等，但確切的機制尚未十分明了。盡管基礎研究證實了七氟烷對發育期大腦具有神經毒性作用，但是在某些情況下，尤其是面臨生命威脅時，手術與麻醉不可避免，因此尋求防治七氟烷造成的神經毒性損傷的藥物及措施具有重大意義，相關研究初現成果，但還需進一步探索。