钙振荡在异氟醚对海马神经元树突脊发育中的影响

何二宁 综述 宋兴荣 审校

(1 广西医科大学第三附属医院暨南宁市第二人民医院，南宁市 530031；2 广州市妇女儿童医疗中心，广东省广州市 510120)

医疗技术的飞速发展，使得新生儿在出生之时就有机会接受手术，以矫正一些先天上的缺陷。目前仍处于发展中的新生儿手术，是一门精细甚至是近乎“奇迹”的先进技术，被认为是当今医学科学的重大进展之一，目前正蓬勃发展。研究表明，出生7 d的大鼠其中枢神经系统发育阶段约相当于人类出生后0～6个月脑发育时期[1]。目前国内发达地区也先后开展新生儿、胎儿手术，已经完成数例分娩期宫外治疗的胎儿手术。随着我国经济实力的提高，那些不能自然妊娠的家庭逐渐开始尝试应用体外受精技术，且技术趋渐成熟。但是一旦发现胎儿患有先天缺陷，就会成为一个家庭的阴影。新生儿手术的发展，可以让这些先天畸形患儿获得治疗，让父母和家人有一个健康的宝宝，这既有利于孩子，又有利于家庭的和谐和幸福。此外，目前我们国家晚婚晚育较多，以及开放二胎，使得高龄孕妇越来越多，即便发现新生儿患有先天畸形，也多积极救治，不言放弃。可见，新生儿手术的发展是医疗发展的结果，更是社会需求的结果。随着技术的成熟，其应用会越来越普遍，成功率会越来越高， 发展空间也会越来越广阔。然而手术中吸入性麻醉药对新生儿的影响是一个不得不面对的重要课题，而异氟醚的广泛应用，更应进行深入的研究探索。新生儿手术的开展是对整个医疗水平的促进，能够促进妇产科、儿科、麻醉科及护理的协调工作，共同提高医疗技术水平。胎儿手术的成功不但是对医疗人员的鼓励，更是对新生儿家人精神上的回报，有利于家庭的和睦、社会的稳定。

1 异氟醚致神经元毒性的研究意义

吸入麻醉药由于可控性好、效果确切，故而在新生儿全麻手术中广泛应用。但近期研究表明，异氟醚等吸入麻醉药均有不同程度的神经毒性，表现为对学习和记忆等认知功能的损害。有研究发现，异氟醚会影响发育期海马神经元树突棘的生长及神经元间突触的形成，干扰神经元环路的构建，诱发实验动物长期学习与记忆损伤[2]。多篇文章报道使用异氟醚可诱导发育期动物脑神经毒性作用并降低成年后的学习记忆功能[3-8]。但其具体的作用机制仍不明确。因此深入研究异氟醚致发育期海马神经元毒性，并采取针对性措施拮抗异氟醚对海马神经元树突棘发育及突触形成的抑制，有望为防治异氟醚神经毒副作用提供新的思路。

2 全身麻醉药诱导神经元细胞凋亡的机理

研究普遍认为，大鼠的脑组织发育高峰期是在出生后的前10 d，而人类脑组织生长发育的高峰期是从妊娠的最后一个月至出生后6个月[9]，此期间任何干预突触发生的因素皆可影响海马的正常功能。随着现代医学的进步，越来越多的孕妇及婴幼儿在全身麻醉下接受手术治疗，因此新生儿及婴幼儿的神经系统发育是否会受到全身麻醉药的影响逐渐引起了关注[10]。两项对新生儿期或婴儿期接受全身麻醉和手术的患者成年以后的流行病学调查中发现，发育期不成熟的神经元可能会在麻醉及手术期受到影响，并导致成年后学习功能异常[2]。与七氟醚相比，异氟醚的促凋亡作用更为显著[11]，其损伤机制可能是钙失调、三磷酸肌醇受体激活等，最终激活凋亡通路诱导神经元凋亡，影响神经系统功能。同样，神经元之间突触联系的形成也对神经系统功能起着重要作用。研究表明[12]，临床相关浓度的异氟烷及地氟烷干预16日龄成熟的Wistar大鼠2 h，并不导致神经元明显凋亡，而是抑制树突棘的发育及突触的形成，干扰大脑皮层形成合适的神经元环路。因此，凋亡并不是导致吸入性麻醉药物致发育期神经系统功能障碍的唯一原因，而在神经系统发育的高峰期，任何干扰神经元树突棘的发育及突触发生的因素，都会对成年后的神经系统功能产生重大影响。

3 海马区与吸入性麻醉药的关系

海马是学习、记忆的关键脑区，这一功能主要通过海马神经元以不同的方式形成突触联系而完成[13-14]。其突触长时程增强 (LTP)是突触可塑性的一种，而吸入麻醉药异氟醚可抑制海马LTP而损害学习和记忆功[15]。海马是神经元相对独立的脑组织，涉及学习、 记忆和情感反应等高级神经活动，适合神经元多方面的研究[16]。有研究表明，安氟醚和异氟醚对大鼠海马神经元自发放电活动可产生明显可逆性的抑制作用，提示海马区是吸入麻醉剂在中枢神经系统中的重要作用部位，吸入麻醉剂在抑制海马神经元兴奋性同时也相应地抑制了某些神经递质的释放，但对于海马参与全麻现象的确切神经通路及具体信号传导途径尚不清楚[17]。

4 钙振荡与神经元

Ca2+作为一种广泛存在的细胞内第二信使而激活相关蛋白质和酶，实现对细胞功能的精细调节。神经元在静息状态下胞浆内 Ca2+浓度仅为100 nmol/L，而激活后Ca2+浓度可增加至1 000 nmol/L。这种胞浆Ca2+周期性的增加和减少并以一定的振幅和频率波动的现象，称为钙振荡。海马神经元存在自发的、本能的钙振荡，表现为胞浆内Ca2+浓度在一定范围、以一定频率波动[18-23]。发育期海马及皮层神经元均存在本能的钙振荡[24-25]。神经元胞浆内的钙振荡通过振幅和频率的改变，在神经网络的发育、成熟和突触连接的调节等方面起着重要作用。Tang等[23]研究发现钙振荡的振幅、频率与轴突生长的速度成负相关，而当胞浆内Ca2+浓度超出了正常值则对细胞生长不利。

目前普遍认为，异氟醚主要通过激活中枢神经系统内的γ-氨基丁酸A(GABAA)受体的功能发挥作用的。田海涛等[24]研究表明，GABAA受体参与了异氟醚导致新生大鼠认知功能障碍的过程。GABAA受体激活后导致神经元超极化，使神经元处于相对受抑制的状态， 这是在成熟并表达GABAA受体的神经元中普遍存在的现象。而与成熟神经元不同，发育期海马神经元GABAA受体激活以后可导致细胞膜去极化现象。此时，海马神经元胞浆外钙离子通过配体门控型Ca2+通道，NMDA受体或者电压依赖型Ca2+通道(VDCC)内流增加，神经元钙振荡增强[26]。研究表明[27]：发育期海马神经元γ-氨基丁酸能和谷氨酸能突触传递序贯形成，胞浆内中等的Ca2+浓度变化有利于棘的生长和新棘的发生。

5 异氟醚与钙浓度的关系

海马神经元上的钙通道与海马功能的发挥也有密切关系，Ca2+升高是细胞损伤的较早期事件。研究表明，刺激因子作用于细胞后，细胞凋亡前均有细胞内游离Ca2+浓度的持续升高，并随之出现DNA降解和细胞凋亡。越来越多的证据表明，吸入麻醉药可改变细胞内钙离子浓度而导致神经退行性疾病 (POCD、AD)[28]。在细胞学研究中，翟文慧等[26]用1.2%异氟醚处理神经元样PCI12细胞12 h，发现异氟醚可异常重新启动细胞周期，诱发细胞凋亡，且与Ca2+增加有关。王秋筠等[27]发现，异氟醚不但可通过细胞膜钙通道引起Ca2+升高，也可通过神经元内钙库释放Ca2+，导致细胞内Ca2+升高从而降低神经元活力。而Liang等[28]分别用异氟醚和七氟醚麻醉新生小鼠，发现二者均可通过干扰海马细胞内Ca2+，尤其是通过引起IP3受体过度激活，导致Ca2+从内质网释放增加，且异氟醚引起神经退行性变的程度更重。大量证据指出，Ca2+稳态在神经退行性变过程中扮演调控者的重要角色，且Ca2+的释放对神经传递也发挥重要作用。因此他的失调可能通过影响神经传递间接对认知功能产生负面影响。

6 钙浓度变化的影响

在出生0～2 d的海马神经元，GABAA受体兴奋所致的胞膜去极化激活电压依赖性Na+和Ca2+通道是其突触兴奋的主要来源。谷氨酸能突触在出生后2～5 d出现，由于缺乏具有功能的AMPA受体，只能通过和γ-氨基丁酸能突触协同作用而产生兴奋效应，其间GABAA受体兴奋可以解除电压依赖性的Mg2+对NMDA受体Ca2+通道的阻滞，使Ca2+内流去极化而产生兴奋效应。Ca2+作为一种广泛存在的细胞内第二信使，控制着活体细胞内众多的细胞进程，被认为是GABAA受体调节神经元发育的一个重要因子。最新的钙动力学研究显示，在神经元中过高或者过低的钙浓度变化都会导致形成短小的树突棘或者诱发树突棘萎缩。也有研究发现，胞浆内中等的Ca2+浓度变化造成棘的生长和新棘的发生， 而过高的Ca2+浓度变化会造成神经元树突棘的萎缩。这提示了在发育期的海马神经元中，维持钙振荡于生理水平对形成形态正常的神经元具有重要意义。但是异氟醚如何通过激活GABAA受体增强钙振荡来影响海马神经元树突棘的发育，以及GABAA受体拮抗剂或者NMDA受体阻滞剂能否逆转这一生物学效应，其量效关系如何？目前未发现有相关的研究报道。

深入研究异氟醚致发育期海马神经元神经毒性，并采取针对性措施拮抗异氟醚对海马神经元树突棘发育及突触形成的抑制，有望为防治吸入麻醉药神经毒副作用提供新的思路，为临床胎儿手术及产科手术时安全使用吸入全麻药提供理论依据，具有重要的科学意义及临床研究应用价值。

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