血清PTGS2水平對老年髖關節置換術后認知功能障礙的診斷價值*

馮 蘭，袁紀蕓，廖 妍，羅美琪，劉宏錦，段曉霞△

(1.西南醫科大學附屬醫院麻醉科，四川瀘州 646000；2.西南醫科大學麻醉學實驗室，四川瀘州 646000；3.西南醫科大學麻醉學系，四川瀘州 646000)

術后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)是一類以記憶力、注意力、信息處理能力及認知靈活性等下降為特征的疾病，也是65歲以上老年患者常見的圍手術期并發癥[1-3]。隨著世界范圍內人口老齡化的加劇，接受手術的老年患者逐年增加，POCD的發生備受國內外研究者關注[4]。POCD會延長患者住院時間，嚴重影響患者術后生活質量和遠期轉歸[5-6]，甚至導致患者喪失日常生活能力，產生焦慮或抑郁[6]。目前POCD尚缺乏診斷金標準，國內研究中專業的神經心理學量表評估應用最多[7]，但存在耗時長、患者依從性差等缺點，并且易受患者文化程度的影響。因此，尋找一種新的、合理的、客觀的生物學標志物，對早期識別和防治POCD具有重要意義。

神經炎癥是POCD發生的重要機制[8-9]，健康老年人群血腦屏障通透性普遍增高[10]，疾病狀態和手術創傷引起的外周系統性炎癥更容易通過血腦屏障擴展至中樞神經系統引起神經炎癥，對手術患者腦脊液標本進行檢測發現促炎因子水平升高[11]。前列腺素內過氧化物合酶2(prostaglandin-endoperoxide synthases 2，PTGS2)是多種炎性前列腺素合成過程中催化限速步驟的關鍵酶[12]。嚙齒類動物試驗中脂多糖(LPS)可誘導腦組織PTGS2表達，升高血清和腦組織勻漿中促炎因子如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素(IL)-1β等[13]水平。此外，在急性腦缺血再灌注損傷動物模型中，PTGS2在腦梗死灶邊緣、血腦屏障等部位均可見表達上調[14-15]；在蛛網膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)小鼠模型可見血腦屏障內皮細胞PTGS2 mRNA和蛋白表達均明顯上調，表明PTGS2水平可反映腦損傷嚴重程度[16]。與健康人群相比，阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)和輕度認知功能障礙(mild cognitive impairment，MCI)患者血清、腦脊液均發現PTGS2表達上調[17]。然而，PTGS2是否在POCD患者腦脊液或血清中異常表達，目前尚無相關研究報道。因此，本研究擬通過檢測老年患者(≥65歲)圍手術期外周血PTGS2的表達變化情況，探討外周血PTGS2是否可作為POCD發生的預警指標，有望為臨床診斷POCD提供一種簡便易行、可靠、靈敏的檢測方法。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采用前瞻性觀察性研究，研究對象為西南醫科大學附屬醫院2021年1-8月擬在全身麻醉下行人工全髖關節置換術的老年患者。納入標準：(1)年齡≥65歲，性別不限；(2)美國麻醉醫師協會(ASA)分級Ⅰ～Ⅲ級；(3)符合人工全髖關節置換術的適應證；(4)術前簡易精神狀態檢查量表評分：文盲>17分，小學>20分，中學及以上>24分；(5)患者及家屬知情同意。排除標準：(1)術前已存在認知功能障礙疾病的患者；(2)存在心肺、肝腎等重要臟器嚴重損害的患者；(3)不能配合完成血液標本采集或進行認知功能評估的患者；(4)長期服用影響認知功能藥物的患者；(5)拒絕參加或無法溝通的患者。共納入符合標準的80例患者進行研究，20例符合納入標準的非手術健康對照者用于量表基線評價。本研究已在臨床試驗中心注冊(ChiCTR2100050533)，并通過西南醫科大學附屬醫院倫理審查委員會審核(KY2021215)，所有患者及健康志愿者在參與研究前均由本人或法律委托人簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1臨床資料收集

記錄患者的年齡、性別、受教育程度、體重指數(BMI)和ASA分級；是否有長期吸煙史和長期飲酒史(本研究將1個月內有20 d吸煙超過20支/天，累計時間大于10年者定義為有長期吸煙史；每周平均飲酒量150 mL以上，累計時間大于10年者定義為有長期飲酒史)；是否有高血壓、心律失常、糖尿病病史；手術時間、出血量。

1.2.2麻醉誘導

所有患者術前常規禁飲禁食，入手術室后建立靜脈通道，監測無創動脈血壓、心電圖(ECG)、氧飽和度(SpO2)和腦電雙頻指數(BIS)。全身麻醉誘導依次靜脈注射鹽酸戊乙奎醚0.01 mg/kg、舒芬太尼0.3 μg/kg、苯磺順阿曲庫銨0.3 mg/kg、丙泊酚1.5～2.0 mg/kg，氣管插管后行機械通氣，以2%七氟烷持續吸入和瑞芬太尼0.15 μg·kg-1·min-1持續靜脈泵注維持麻醉，維持BIS在40～60，根據肌松需要追加苯磺順阿曲庫銨0.05 mg/kg。必要時使用心血管活性藥物(如多巴胺、去甲腎上腺素)控制血壓和心率波動幅度在基礎值的20%。

1.2.3手術過程

本研究納入的手術患者均進行后外側入路人工全髖關節置換術，手術者為骨與關節科的同一組醫生，患者術前未使用任何藥物，術后藥物及康復治療相同。待全身麻醉滿意后，取健側臥位，以大轉子為中心于后外側作切口，顯露深筋膜，松解臀大肌股骨止點。內旋髖關節，于股骨附著處切斷梨狀肌及聯合肌腱。屈膝、屈髖、內收、內旋使髖關節脫位，顯露小轉子。截斷股骨頸，取出股骨頭，用髖臼銼銼至髖臼頂和壁周圍松質骨出血，固定髖臼外杯，放入聚乙烯髖臼內杯。擴髓，安放股骨頭、股骨頸假體并評估髖關節活動度。沖洗，放置引流管，逐層縫合。

1.2.4神經心理學量表評估及研究對象分組

術前1 d和術后7 d由受過專業訓練的規范化培訓醫生對所有納入研究對象進行神經心理學測試，包括簡易精神狀態檢查量表(Mini-Mental State Examination，MMSE)、畫鐘測試(Clock Drawing Test，CDT)、數字廣度測驗(Digit Span Test，DST)、數字-符號轉換測驗(Symbol Digit Modalities Test，SDMT)及連線測驗(Trail Making Test A，TMT-A)，用于評估患者學習、記憶、注意力及執行功能。為了確定認知功能的正常參考值，招募了20例未接受手術的健康受試者作為對照組，并根據年齡、性別和受教育程度進行匹配，間隔7 d評估兩次認知功能，計算基線評分的標準差。在重復的神經心理學測試中存在的學習效應，被計算為從基線到第2次評估的平均變異。采用國際術后認知功能障礙研究1(ISPOCD1)確定的“Z評分”法進行評估，將手術患者分為POCD和非POCD(NPOCD)組。每一項神經心理測試得分減去基線得分和學習效果，再將其差值除以對照組基線得分的標準差即為Z分數，各亞測試復合Z分數≤-1.96分或至少有2個亞測試的Z分數≤-1.96分(當測試結果分數下降代表認知功能下降)即可診斷為POCD[18]。

1.2.5標本采集及PTGS2表達水平檢測

分別于術前1 d、術后7 d兩個時間點，經肘靜脈抽取患者靜脈血5 mL，保存于乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝管內。血液標本在4 ℃下靜置分層后，以3 000×g離心15 min，取上清液于-80 ℃保存。采用雙抗體夾心酶標免疫分析法測定血清PTGS2表達水平，所用試劑盒為人PTGS2 ELISA試劑盒(北京索萊寶科技有限公司，批號SEKH-0413)，標本處理及檢測步驟嚴格按照試劑盒說明書進行。

1.3 統計學處理

2 結 果

2.1 試驗組與對照組的臨床基本特征及基線認知功能比較

本研究共納入80例患者，其中5例拒絕參與術后神經認知評估，5例未完成神經認知評估，2例未采集血液標本，1例血液標本溶血。最終完成研究并納入統計學分析共67例。試驗組與對照組相比，年齡、性別、BMI、受教育程度、基線MMSE、CDT、DST、SDMT、TMT-A均無明顯差異(P>0.05)，見表1。

2.2 POCD組與NPOCD組的臨床基本資料比較

試驗組67例患者中，21例術后7 d發生POCD，POCD發生率為31.34%;受教育程度為小學或文盲的患者有39例，其中17例術后7 d發生了POCD，POCD發生率為43.59%；術中失血量>400 mL的患者有14例(20.9%)，其中有9例術后7 d發生了POCD，POCD發生率為64.29%。兩組BMI、基線MMSE、DST、CDT、SDMT及TMT-A評分，血清PTGS2表達水平，長期飲酒史、心律失常及高血壓病史均無明顯差異(P>0.05)；與NPOCD組相比，POCD組患者年齡更大，受教育程度更低，手術時間更長，失血量大于400 mL的患者占比更高(42.86%)，有糖尿病史患者占比更高(28.57%)，但男性(23.81%)和有長期吸煙史(9.52%)患者占比較低(P<0.05)，見表2。

2.3 不同時間點POCD組與NPOCD組血清PTGS2水平比較

與術前1 d相比，POCD組術后7 d血清PTGS2表達水平明顯升高(P<0.05)，NPOCD組術前1 d與術后7 d血清PTGS2表達水平無明顯差異(P>0.05)；與NPOCD組相比，POCD組術后7 d血清PTGS2表達水平明顯升高(P<0.05)，見表3。

表1 試驗組與對照組的臨床基本特征及基線認知功能比較

表2 POCD組與NPOCD組臨床基本資料比較

2.4 單因素及多因素分析

單因素分析顯示，年齡、性別、受教育程度、吸煙史、糖尿病史、手術時間、術中失血量(≥400 mL)及術后7 d血清PTGS2水平可能是POCD的危險因素(P<0.05)。將上述潛在風險因素納入單變量和多變量logistic回歸分析。單變量logistic回歸分析顯示，術后7 d血清PTGS2表達水平是POCD的危險因素[OR=1.025，95%CI(1.010，1.041)，P<0.001]。多變量logistic回歸分析顯示，術后7 d血清PTGS2表達水平是POCD的獨立危險因素[aOR=1.039，95%CI(1.011,1.067)，P=0.005]，見表4。

2.5 術后7 d血清PTGS2表達水平對POCD的診斷價值

ROC曲線顯示，術后7 d血清PTGS2表達水平的曲線下面積(AUC)=0.754(P<0.01)。術后7 d血清PTGS2用于檢測POCD的閾值為0.234 ng/mL，所對應的靈敏度為71.4%，特異度為69.6%，見圖1。

表3 POCD組與NPOCD組不同時間點PTGS2表達水平比較[M(P25，P75)，ng/mL]

表4 多變量logistic回歸分析POCD的影響因素

圖1 術后7 d血清PTGS2表達水平對POCD的診斷價值

3 討 論

本研究通過探討髖關節置換術老年患者血清PTGS2表達水平與POCD的相關性，發現POCD老年患者術后7 d血清PTGS2表達水平明顯升高，且PTGS2對POCD的發生具有預警價值。本研究結果顯示，老年患者行髖關節置換術后POCD的發生率為31.34%，該結果低于老年患者心臟手術術后POCD的發生率(47.7%)[19]，略高于非心臟手術術后POCD的發生率(25.8%)[20]，可能與髖關節置換術相較于其他非心臟手術術中失血量更多有關[21]。本研究術中失血量>400 mL的患者占20.9%，其中有64.29%發生了POCD，這與相關研究報道術中失血量多是POCD的危險因素一致[22]。

研究表明，年齡是POCD發生的危險因素之一[23]，本研究中發生POCD的患者年齡更大；試驗組有39例患者受教育程度為小學或文盲，其術后POCD發生率為43.59%，與相關研究報道的受教育程度低與POCD發生有關一致[24]。研究顯示，術前合并糖尿病患者發生POCD的風險增加1.26倍[25]。本研究單因素分析顯示，POCD組有糖尿病史患者占比較高。吸煙是老年人認知功能減退的重要危險因素[26]，但本研究中POCD組有長期吸煙史患者占比較低(9.52%)，這可能與男性患者較少有關。將上述影響因素納入最終多變量logistic回歸分析，除年齡外，其余參數對POCD的發生不具有預測作用，這一結果可能與本研究樣本量、納入和排除標準、患者特征、術前合并疾病的差異及混雜因素有關。

中樞神經系統炎癥反應是POCD發生的病理生理機制之一[8]，老年脊柱手術患者術后血清IL-1β、IL-6、TNF-α等炎癥因子水平升高與POCD發生有關[27]。圍手術期應激可通過激活外周及中樞神經炎癥反應導致POCD發生，其機制可能與PTGS2激活小膠質細胞發揮炎癥激活放大作用有關[28]。AD小鼠模型中發生中樞炎癥及神經元凋亡與海馬PTGS2表達上調有關，同時血清PTGS2表達水平上調可在一定程度反映海馬PTGS2表達情況[29]；AD和MCI患者血清、腦脊液均發現PTGS2上調。因此，可通過檢測外周血PTGS2表達水平評估神經炎癥反應程度，進一步反映神經認知功能的損傷情況。在POCD、腦血管癡呆及AD患者均發現中樞和外周炎癥因子表達上調[30]，但尚未有關于POCD患者外周PTGS2表達情況的報道。

本研究發現，圍手術期應激導致髖關節置換術老年患者血清PTGS2表達上調，而發生了POCD的患者上調程度更為明顯。術后7 d血清PTGS2水平用于診斷POCD的靈敏度為71.4%，特異度為69.6%，提示血清PTGS2對POCD的發生具有預警價值。研究表明，腦脊液膽堿能生物標志物膽堿乙酰轉移酶(ChAT)、乙酰膽堿(ACh)等對POCD有一定的診斷價值[31]，但腦脊液標本采集相對復雜、創傷大，檢測手段有限，且報道顯示ChAT活性在中樞海馬和外周表達情況不一致[32]，不能通過檢測外周ChAT活性反映中樞表達情況，對于內在機制的探討存在局限性。Meta分析顯示，腦脊液和血清炎癥標志物IL-6、TNF-α、C反應蛋白(CRP)等在POCD患者體內表達情況不一致，且特異性較低，易受很多因素干擾，用于預測POCD發生的價值有限[30]。而PTGS2在認知損傷動物模型血清與海馬神經元均表達上調[29]，因此，外周PTGS2可作為后期靶向研究PTGS2在中樞炎癥反應中所起作用的外周生物學標記物，推動POCD從發生機制研究到臨床診治的進程。

本研究是對血清PTGS2是否可作為POCD生物學診斷標志物的初步探索，存在因樣本量不足導致的檢驗效能偏低的風險，且僅采集了術前1 d和術后7 d的血清標本，未進一步動態隨訪術后更長時間的外周血PTGS2水平及患者認知功能。后期會進一步擴大樣本量、延長觀察隨訪時間，采集多個時間點的血液標本及增加認知功能評估次數，以期通過開展更大樣本、前瞻、對照設計的臨床隊列研究為POCD從診斷到發生機制的探討提供更多臨床數據支持，并進一步開展相應的動物實驗來驗證外周和中樞PTGS2在POCD發生機制中所發揮的作用。