局麻药的中枢神经系统毒性与防治

邢 媛 张 楠 张 炜 任雷鸣

河北医科大学中西医结合研究所，石家庄，050000，中国

局部麻醉药，是一类以阻滞钠离子通道功能为主要作用机制的药物，常用于皮肤黏膜麻醉、周围神经阻滞及脊髓神经麻醉等。这类药物可以迅速、有效的在局部产生麻醉效果，但在这些药物的常见临床应用之外，这类药物对多种组织器官，尤其是神经系统和心血管系统，表现出显著的毒性作用。值得注意的是，引起神经系统毒性的局麻药剂量往往明显低于导致心血管毒性的药物用量。本文将从局麻药的简介、神经系统的生理功能回顾、局麻药的神经毒性表现、相应的毒性机制及对局麻药神经毒性的治疗五方面进行综述。

1 局麻药的简介

1884年，William Stewart Halsted使用可卡因成功完成首例神经阻滞麻醉，由可可叶中提取得到的可卡因，成为首个用于临床的局部麻醉药［1］。此后，奴佛卡因、普鲁卡因、利多卡因、布比卡因及罗哌卡因等局麻药相继问世［2］。这些新型局麻药在保留良好麻醉效果的基础上，去除了可卡因的成瘾性。在化学结构上，局麻药通常由3部分组成，包括亲脂基团（芳香族环）、亲水基团（氨基团）以及连接两个基团的中间链。可依据中间链的种类不同，将药物分为酯类和酰胺类局麻药［3］，前者主要被血液及组织中的酯酶分解，后者则需经肝脏氧化代谢［4］。进入人体内的局麻药大部分会与血浆中的蛋白结合，其中α-1-酸性糖蛋白含量虽少，但在局麻药的血浆蛋白结合过程中起到重要作用［5］。

局麻药产生麻醉效果的主要机制是，阻断神经元的电压门控钠离子通道（voltage-gated sodium channel，VGSC），可逆性的抑制神经冲动传导，达到神经阻滞的作用。局麻药的作用靶点主要是位于细胞膜内侧的VGSC，通过改变钠离子通道的结构，使其处于失活状态，阻止钠离子通过。VGSC的α亚单位是钠离子通道的主要功能结构，也是局麻药的结合位点［6］。并且，药物可使VGSC内带有正电荷，进一步阻止同为正电荷的钠离子通过VGSC［7］。由于局麻药同时具有亲脂基团和亲水基团，因此大部分局麻药具有亲脂疏水以及亲水疏脂的双重特性。具有这种特性的局麻药主要通过经典疏水途径阻断VGSC的功能。药物首先以非解离型通过细胞膜，进入神经细胞内，再以解离型作用在细胞膜内侧的VGSC，产生阻断VGSC的效果［3］。另有少数药物通过其他方式进入细胞内，主要与药物的解离特性有关。苯佐卡因的pKa值极低，这一药物在人体环境下呈非解离型［8］，可直接通过神经细胞膜，在VGSC侧面开窗，进而发挥阻滞VGSC的作用［9］。另外还有一种局麻药始终呈带电状态——利多卡因的衍生物QX-314。由于呈解离状态，QX-314难以透过神经元细胞膜，但药物会激活辣椒素受体（transient receptor potential vanilloid-1，TRPV-1）通道，通过这一途径进入细胞内发挥阻滞VGSC的作用［10］。每种局麻药的麻醉持续时间长短不同，和药物与VGSC蛋白的亲和力有关［4］。可依据药物作用时间长短，将局麻药分为短效局麻药（氯普鲁卡因）、中效局麻药（利多卡因）以及长效局麻药（布比卡因）。通常，在进行局部麻醉时，首先出现阻滞效果的往往是无髓鞘或髓鞘很薄的神经纤维，通常是交感神经系统或痛觉感觉神经纤维。而运动神经纤维外侧有多层髓鞘结构包绕，因此对这些神经纤维的麻醉效果在最后出现。但也有报道显示，与髓鞘更厚的A类神经纤维相比，有的C类神经纤维更加耐受局麻药的阻滞作用［11］。因此除了依据髓鞘薄厚对神经纤维进行分类外，还应将不同的电生理特性以及离子通道的组成纳入分类依据中［12］。

局麻药除可阻断VGSC外，还对钾离子通道、钙离子通道、N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受体以及G蛋白偶联受体具有影响作用［7］。因此除局麻作用外，当系统性应用时，部分局麻药可产生其他治疗效果，其中最具代表性的是，利多卡因可作为Ib类的抗心律失常药物，对室性心律失常具有显著的治疗效果，但利多卡因的这一治疗用途在近年来逐渐减少［13］。利多卡因还曾被报道用于耳鸣的治疗［14］。全身性使用局麻药还可对其他系统的生理作用产生有益的影响。局麻药可产生抗痛觉过敏的作用，与药物拮抗NMDA受体的功能有关［15-16］。除上述作用外，局麻药还可以产生抗炎作用，对白细胞黏附、变形、迁移及炎性介质的释放过程均具有调节作用［17］。在兔体内进行的肺部损伤实验证实，局麻药可以改善盐酸引起的肺部炎症反应［17］。对接受结肠直肠手术的患者，在围手术期系统性使用利多卡因可降低术后疼痛水平，提高胃肠动力，并缩短住院时间，这可能是由于局麻药减轻了应激反应［18］。此外，局麻药还可以通过与G蛋白偶联受体之间的作用产生抗炎效果［19］。

2 中枢神经系统的生理功能

中枢神经系统（central nervous system，CNS）主要由神经胶质细胞及神经元两类细胞组成，后者负责信号传递及信息的处理过程，而前者则承担多种辅助、支持功能［20］。在CNS中，神经胶质细胞的数量远高于神经元［21-24］，是大脑最主要的组成部分［25］。在人类大脑中，神经胶质细胞与神经元的比例大约为1.3～1.5［22］，而这一比例在啮齿类动物中有所降低［24，26-27］。因此，从进化学的角度分析，神经胶质细胞和神经元比例的增加可能与大脑功能的复杂化有关［24，28-29］。目前认为神经胶质细胞在神经系统的发育、正常生理及病理过程中均起到重要作用，可发挥对神经元迁移的生理支持、保障神经元的能量代谢、控制血液中成分的摄取与排出、维持神经元的兴奋性以及调节突触可塑性等作用［30］。在其诸多功能中，神经胶质细胞曾被认为，对突触仅能够发挥稳定其结构的作用。但近年来的研究表明，神经胶质细胞与神经元之间具有精确的信息交流过程［31-33］。经胶质细胞可对神经递质产生反馈或前馈作用，并且神经胶质细胞还可通过钙波在彼此之间进行信息的传递［34］。通过上述功能，神经胶质细胞可产生调节突触功能的作用。其中，星形胶质细胞与施旺细胞更是突触结构中不可缺少的重要组成部分［31-33］。周围神经系统（peripheral nervous system，PNS）中的神经胶质细胞主要是施旺细胞，可形成包绕轴突的髓鞘，使神经纤维直径大大增加，显著加快了神经元的信号传导速度［35］。并且成髓鞘的施旺细胞可以调节轴突细胞骨架，增加所包绕轴突的直径［36-38］，同样也使神经元电冲动的传导速度增加［39］。PNS中的另一种神经胶质细胞是卫星细胞，包绕在神经元胞体周围［40-41］。与PNS有所不同，依据细胞谱系来源的不同，可将CNS中的神经胶质细胞分为两大类：大神经胶质细胞以及小神经胶质细胞。大神经胶质细胞（包括星形胶质细胞和少突胶质细胞）起源于外胚层，而小胶质细胞则起源于单核-巨噬细胞系统［27，42］。小胶质细胞是CNS中的免疫吞噬细胞，静息状态可占CNS中神经胶质细胞总数量的20%［43］。少突胶质细胞与PNS中的施旺细胞类似，负责形成CNS中轴突外周的髓鞘［44］。而星形胶质细胞则是脑内数量最多的神经胶质细胞，可为神经元提供能量代谢所需底物。星形胶质细胞表达葡萄糖转运体［45］，当神经元兴奋性增加、星形胶质细胞对谷氨酸的摄取增多时，星形胶质细胞可从血管中摄取葡萄糖，进行有氧糖酵解［46］，并将形成的乳酸释放，以供神经元摄取代谢［47-49］。星形胶质细胞是成人大脑中唯一储存糖原的细胞，这种能量存储受到多种神经递质的调节［50-51］。此外，大脑皮层中，突触周围包绕有星形胶质细胞的突起［25］，其中海马中的大多数突触与星形胶质细胞突起的接触非常紧密［52］。海马亦曾被报道对局麻药引起的癫痫高度敏感［53］。癫痫病人的发作脑区内谷氨酸浓度升高［20］，说明神经递质的改变在癫痫等神经系统疾病中起到重要作用。

神经递质经由突触前膜的神经末梢释放后，除激活突触后膜上相应的受体外，还可激活突触周围星形胶质细胞上的递质受体及转运体［54-55］，并且被激活的星形胶质细胞可释放多种胶质递质［56-61］。胶质递质释放后，可直接作用于突触后神经元，也可对突触前神经元产生反馈作用，增强或抑制进一步的神经递质释放［62-63］，发挥对突触功能的调节作用。神经胶质细胞还可通过维持离子平衡、向神经元提供能量代谢底物的方式，调节突触及神经元的作用［64］。此外，神经胶质细胞对突触间隙内的兴奋性或抑制性神经递质（如谷氨酸或γ-氨基丁酸）的清除作用，也是神经胶质细胞维持神经元及突触正常生理功能的机制之一［65］。

回顾了CNS中最主要的两类神经细胞及各自的生理功能后，可以看出，神经系统的病理过程正是这两类细胞功能异常的结果［66］。局麻药的神经毒性也是如此。Courthey［67］曾认为，麻醉药的神经毒性是由于药物首先抑制CNS的抑制性神经元功能，阻滞大脑皮层抑制性通路，导致CNS整体兴奋性增强，产生神经系统兴奋甚至惊厥。而随着局麻药剂量的增加，药物对兴奋性神经元产生抑制作用，最终表现为CNS的整体抑制效果。但随着对局麻药CNS毒性机制的研究，发现这类药物对神经递质具有影响作用［68-70］。其中，谷氨酸作为兴奋性神经递质，与CNS的兴奋性增强具有密切关联。谷氨酸是CNS中含量最多的兴奋性神经递质，参与学习、认知及记忆等高级大脑功能。星形胶质细胞对突触间隙内的谷氨酸浓度起到调节作用［71］。突触间隙内的谷氨酸生理浓度约 0.2～20 μmol·L-1［72］，在突触兴奋时谷氨酸浓度可迅速达到 1 mmol·L-1［73］，此时星形胶质细胞上的谷氨酸转运体被激活，发挥摄取突触间隙内过量谷氨酸的作用，使突触间隙内谷氨酸浓度维持在正常生理范围内［74］，以避免由于谷氨酸的浓度过高，引起神经系统兴奋性毒性，因此具有神经保护作用［65，75-76］。谷氨酸的摄取过程与离子的转运过程相偶联，其中有三个Na+和一个H+出现与谷氨酸同向的内向转运以及一个K+离子被外向转运，这种离子转运导致每一分子的谷氨酸被摄取进入星形胶质细胞，就会出现两个正电荷进入细胞内的效果［77］。因此谷氨酸转运体的作用与Na+-K+-ATP酶相反，由此可见，谷氨酸转运体与ATP酶之间存在物理和功能之间的作用联系［78］。但在病理状态下，谷氨酸转运体会发生反向转运，增加谷氨酸的释放。Jabaudon等［79］发现，神经细胞能量代谢衰竭时，谷氨酸的释放增加，除神经末梢囊泡释放增加外，星形胶质细胞的谷氨酸转运体也参与释放过程。谷氨酸转运的过程本身是伴随有同向的Na+转运、反向的K+转运。而当能量代谢降低、ATP合成下降时，细胞的钠钾交换过程缺乏能量供应，无法保障正常的细胞内低Na+、高K+的离子浓度。因此在细胞内Na+浓度急剧升高的情况下，谷氨酸转运体会发生顺Na+浓度梯度的外向转运过程，将星形胶质细胞内的谷氨酸分子与Na+一同向细胞外转运［80-81］。由于谷氨酸的摄取过程转变为释放过程，导致突触间隙的谷氨酸浓度升高，过度激活神经元谷氨酸受体，增加神经毒性［79，82-84］。

3 局麻药的神经毒性表现

尽管局部麻醉药物相对安全，但这类药物也具有多种不良反应，对肌肉组织、心血管系统以及神经系统都具有明确的毒性作用［85-87］。进行脊髓麻醉时，5%的利多卡因可引起马尾综合征（cauda equina syndrome，CES）及短暂性神经病学综合征（transient neurologic syndrome，TNS）［88］。马尾位于圆锥以下的椎管内，包括运动和感觉神经纤维，在马尾周围的损伤均可能引起CES，可表现为下腰背部疼痛、坐骨神经痛、马鞍区感觉功能减退、下肢运动无力以及伴有膀胱或肠道功能障碍等［89-90］。TNS表现为脊髓麻醉后，向双侧或单侧臀部及腿部的放射性疼痛，和（或）感觉迟钝，于麻醉后出现，可于1～2周内缓解［91-93］。在对健康受试者的研究中发现，静脉给予5 mg·mL-1的布比卡因或罗哌卡因后，2～8分钟即可引起CNS毒性，表现为视觉和（或）听力障碍、四肢麻木、头晕、感觉异常、肌肉抽搐或肌肉僵直。局麻药引起的CNS毒性属于局麻药的系统性毒性（local anesthetic systemic toxicity，LAST），主要包括心血管及神经系统不良反应，是在诸多不良反应中的致命性作用，可以引起癫痫、心律失常甚至患者死亡［87］。当大量局麻药误入血管内，可迅速引起LAST的发生，往往表现为短时间内的心血管功能衰竭以及癫痫。但如果因局部药物浓度过高、过多药物经组织吸收进入血液循环，药物的血浆结合及代谢消除均受到影响，会引起缓发的LAST，可能会在局麻药注射的30分钟后才出现毒性反应［94］。

对于上述严重不良反应的发生率亦有相关报道，在进行硬膜外麻醉时，严重LAST（伴或不伴心脏事件的惊厥性癫痫）的发生率约为1∶10 000，而进行周围神经阻滞时，这一发生率约为1∶1 000［95］。另有回顾性研究表明，进行中枢神经阻滞时，局麻药相关的神经损伤发生率不高于4∶10 000［96］，其中CNS毒性可表现为神经根病、CES和截瘫，但截瘫极为少见，发生率不足1∶100 000［96］。而外周神经阻滞时，发生神经系统不良反应的几率较高，约3∶100，并且多为TNS，永 久 性 损 伤 少 见［96］。 在 Barrington 和 Kluger关 于20 000名患者的研究报道［97］中，出现轻度LAST的发生率约1∶1 000，但如果在麻醉时增加超声引导，可将LAST的发生率降低至1∶1 600。在这一病例研究中，仅出现1例心跳骤停的患者。Sites等对12 668名接受超声引导下外周神经阻滞的病人进行分析［98］，出现术后5天以上神经系统并发症的患者约1.8/1 000人，出现癫痫的患者约0.08/1 000人，而在这12 668名患者中没有出现心跳骤停的患者。

除回顾性的研究外，Auroy等开展了局麻药毒性的前瞻性研究［85］，收到了103 730次使用局麻药的麻醉报告，其中发生了98例严重的不良反应，均为全部或部分由局麻药引起。在上述报道中，出现了32例心跳骤停，其中7例导致病人死亡。上述心脏毒性中有26例发生于脊髓麻醉过程中，6例致命，发生率约（6.4±1.2）/10 000人。34例患者出现神经系统并发症，包括神经根病、CES及截瘫，均于术后48 h内出现，并且布比卡因及利多卡因为最常导致神经系统并发症的药物。大部分病人的神经系统并发症可于术后48 h至3个月之间恢复，但有5名患者出现持续3个月以上的长期或永久性后遗症。有21例病人在接受脊髓麻醉时，出现了麻醉时的感觉异常或局部疼痛，说明很可能在注射药液时发生了神经损伤或出现药液被注射进入神经纤维内的情况。但也有12例同样接受脊髓麻醉并出现神经系统综合症的患者，在麻醉过程中没有出现感觉异常或疼痛的表现。脊髓麻醉导致神经毒性的发生率约（6±1）/10 000人，在Auroy等的报道中脊髓麻醉导致的心脏毒性及神经系统毒性的发生率均显著高于其他麻醉方式。这项前瞻性研究中出现了23例癫痫反应，患者早期均出现轻度听觉症状或金属味觉的表现。与脊髓麻醉相比，外周神经阻滞麻醉更容易引起癫痫的发生。出现癫痫的患者均接受了大剂量利多卡因或布比卡因注射，因此癫痫的发生很可能与患者体内局麻药浓度的迅速升高有关。因此，常用的局麻药可引起明确的神经系统并发症，脊髓麻醉易引起心脏及神经毒性，而外周神经阻滞更易引起癫痫的发生。

4 局麻药神经毒性的机制

在局麻药导致的严重不良反应中，引起神经系统毒性的剂量往往低于导致心血管系统中毒的药物浓度［99］。这些局麻药引起的不良反应可能是由于药物对神经细胞的直接损伤，已有报道表明，在临床常用剂量下，局麻药可直接导致神经损伤［100］。但也可能是由于局麻药引起局部缺血、给药时的机械损伤或多种因素混合引起神经系统毒性［101］。虽然不同的局麻药引起不良反应的形式与程度有所区别，但均表现为一种时间及剂量依赖性的现象。目前对局麻药神经毒性的研究已经发现多种相关机制。

常用的局麻药均具有神经毒性，不良反应的程度随着暴露时间的延长而增加，药物毒性呈浓度或剂量依赖性［102］。局麻药引起细胞死亡的机制可能与药物的浓度有关，在Jurkat细胞（永生化淋巴细胞）中，临床常用浓度的利多卡因可诱导细胞凋亡的发生，而更高浓度的局麻药则引起非特异性的细胞死亡和坏死［103-104］。此外，特定浓度的局麻药可能通过多种途径最终引起细胞死亡。局麻药已被证实可导致DNA碎裂并破坏线粒体膜电位［104］，这将导致氧化磷酸化的解偶联，其随后引起细胞色素C的释放和天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶（cyteinyl aspartate specific proteinase，Caspase）途径的启动，局麻药可能通过上述途径介导的通路引起细胞凋亡。

局麻药的经典作用靶点是VGSC，但阻滞VGSC的机制被认为与局麻药的神经毒性作用无关。许多研究表明使用钠通道阻滞剂，例如河豚毒素，从细胞外阻断钠通道，并不会引起与局麻药相似的神经毒性［104-105］。近年来研究表明，局麻药对G蛋白偶联受体可能存在多种效应［106］，包括局麻药的抗炎作用。在低于阻滞VGSC通道的浓度时，利多卡因可显著影响G蛋白偶联受体，减弱高反应性炎症和凝血反应［107］，对某些类型的神经性疼痛具有治疗效果［108-109］，并能够抑制轴突运输过程［110］。上述作用经Gq/11家族的G蛋白介导，主要影响止血与炎症信号的传导，如血栓素A2或血小板活化因子等［111］。但目前尚未有报道指出局麻药的神经毒性与其对G蛋白偶联受体的作用有关。

局麻药引起的CNS毒性往往是由于使用了过量的局麻药或大量药物误入血管［99］。尽管脊髓麻醉时，局麻药会与脑脊液混合，但仍有一段时间神经组织会处于极高浓度的局麻药环境中，因此可能导致严重的神经组织损伤。Kitagawa等［112］发现，局麻药具有破坏神经细胞胞膜的作用。局麻药可聚集在生物膜表面，高浓度的药物对神经细胞胞膜具有破坏作用，使细胞肿胀破裂。

局麻药对神经细胞内钙离子浓度也具有影响作用，许多研究表明局麻药可显著引起细胞内钙升高［86，113-116］，提示细胞内钙与局麻药的神经毒性相关，并且可能在局麻药诱发的细胞凋亡过程中起重要作用。Gold等［114］曾报道，利多卡因可引起大鼠背根神经节神经元内钙离子浓度升高，去除细胞培养液中的钙离子可减轻利多卡因引起的神经元损伤。但Kasaba等［117］发现使用BAPTA-AM去除细胞培养液中的钙离子，并不能抑制利多卡因引起的蜗牛神经细胞损伤。此外还有研究报道，利多卡因可抑制小胶质细胞内钙离子浓度的增加［118］。Perez 等［119］发现布比卡因、利多卡因等6种常用局麻药，均可显著抑制高K＋去极化或卡巴胆碱激活毒蕈碱受体所引起的细胞内钙升高现象，并且作用均呈浓度依赖性。高浓度K＋引起的去极化可诱发胞膜电压门控钙通道开放，并激活细胞内钙诱导的钙释放过程，引起细胞内钙显著增加。而卡巴胆碱则通过激活IP3相关钙存储的释放，引起细胞内钙升高［120-121］。依据局麻药的上述作用，可以推测这类药物可影响钙离子在细胞内的平衡调节过程。但在Xing及Perez 等［105，119］的研究中，布比卡因或利多卡因等常用局麻药在较低浓度时，本身均不直接影响细胞内钙离子浓度。因此，上述局麻药对细胞内钙离子浓度的影响说明，细胞内钙离子参与局麻药的神经毒性过程，但可能并非局麻药神经毒性的唯一作用机制。局麻药可能并非通过直接诱发细胞内钙升高，引起细胞凋亡。并且在细胞内钙离子引起的神经毒性中，与细胞内本身的钙负载相比，钙离子进入细胞质的途径更为重要［122］。在Perez的实验中，与普鲁卡因、氯普鲁卡因、甲哌卡因、利多卡因及罗哌卡因这5种局麻药相比，布比卡因具有更高的正辛醇/缓冲剂分配系数。这可能增加布比卡因在细胞膜处的分布及通过细胞膜的药物含量［123］，而布比卡因也被报道具有明确的细胞毒性［124-126］，其毒性比许多常用局麻药更强［127］，上述因素可能正是导致布比卡因具有更高毒性的原因之一。

临床［85，90］、在体［128］及离体［129］等多个实验结果，均证实局麻药具有明显的脊髓毒性，并且该毒性与药物浓度及持续浸润时间有关。局麻药的神经毒性虽然与其对钠离子通道的阻断作用没有直接关系，但细胞内钙的泵出过程与钠钙交换有关，而钠钙交换过程又与钠离子内流相偶联。因此，细胞膜的钠离子通道被局麻药阻断后，细胞内钠离子浓度降低，对细胞内钙离子浓度升高后的钠钙交换产生抑制作用［130］，导致细胞内钙离子浓度过高，出现钙超载。并且较高浓度的局麻药还曾被报道可直接抑制钙离子通道［131］。但在心肌细胞［132］、气道平滑肌［133］及分泌细胞［134］中，低浓度的局麻药可抑制钙离子的内流过程。在这里低浓度局麻药是指，与治疗用量药物的血药浓度相近、低于常用剂量在脊髓麻醉中的脑脊液药物浓度。但同样对钠离子通道产生阻滞作用的河豚毒素却不会对大鼠产生类似局麻药的神经毒性［128］，进一步证实局麻药对VGSC的直接阻断作用与其神经毒性机制无关。此外，局麻药还可能是通过引起细胞内钙离子长时间维持高浓度的超载状态引起神经毒性。生理状态下，神经细胞内钙离子的升高往往呈短时间的瞬时改变，例如对神经递质的的反应［115，130，135-136］。已有研究表明局麻药对来源于线粒体外的细胞内钙释放过程具有显著的影响［137-140］，但这些研究针对细胞器、并非在具有正常结构的完整细胞上完成。在对神经胶质细胞系的研究中，利多卡因引起置于无钙缓冲液中细胞的内钙浓度显著增加，说明这些增加的钙离子来自于细胞内储存钙的释放［141］。在背根神经节神经元中，给予30秒的利多卡因可在短时间内显著增加细胞内钙，而这些钙离子则同时来源于细胞内储存钙及细胞外钙的内流［114］。Johnson等发现高于0.5%的利多卡因及高于0.125%的布比卡因，均可引起大鼠背根神经节ND7细胞的内钙出现短暂升高的现象，这种细胞内钙升高的现象可能与影响记忆或神经兴奋性的突触改变有关［142］。并且由这些较高浓度局麻药引起的细胞内钙升高的主要钙离子来源是细胞中内质网的存储钙。内质网是参与细胞内钙浓度调节的主要细胞器，受三磷酸肌醇（inositol 1，4，5-trisphosphate，IP3）和ryanodine受体调控发挥重要作用。与高浓度药物直接影响细胞内钙浓度的作用不同，Xing 等［105］发现低浓度布比卡因（300 μmol·L-1）可抑制混合培养的星形胶质细胞受谷氨酸刺激的内钙升高现象，却增强同样为混合培养的神经元的内钙升高反应；但在单独培养的神经元上不产生相似作用，对单独培养的星形胶质细胞仍产生抑制谷氨酸诱发内钙升高的反应。与低浓度布比卡因的作用类似，罗哌卡因无法直接影响神经细胞的内钙浓度变化，但可模拟布比卡因对谷氨酸诱发内钙升高的上述作用。因此局麻药对细胞内钙的影响是其神经毒性机制的一部分，但仍有其他因素参与毒性反应。

在后续的研究中，关于局麻药引起细胞凋亡的研究不断增多。一系列的研究表明，局麻药可引起线粒体膜电位降低，抑制线粒体呼吸链复合物I，引起氧化磷酸化解偶联，损伤线粒体功能，并释放细胞色素C，激活 caspase 通路，最终引起细胞凋亡［86，104，143-155］。caspase家族是细胞凋亡过程中的核心分子，可经外源或内源性途径激活。外源性途径由Fas-或TNF-受体被其各自的配体激活而启动，并且Fas相关的死亡结构域与procaspase-8结合，可形成诱导死亡的信号复合物（death-inducing signaling complex，DISC）［156］。这一过程有两个作用：可在几乎所有种类的细胞中激活caspase-3［157］，以及将 Bid 切割为 tBid，这一过程可刺激某些细胞（如肝细胞）的细胞色素C从线粒体中释放［158］。细胞色素C在释放后，可在caspase-3帮助下形成所谓的“凋亡体”［159］。相反，内源性途径是经细胞色素C和其他促凋亡因子释放到胞质中而激活。这些促凋亡作用，特别是细胞色素C的释放，可以通过激活Bcl家族分子来抵消［160］。

Werdehausen等人［103］研究了局麻药诱导的神经毒性与凋亡途径之间的相关性。在Jurkat细胞系中，利多卡因可诱导细胞色素C的释放，激活内源性途径，引起细胞凋亡，并且Bcl-2的过度表达或缺乏caspase-9可显著抑制细胞凋亡的发生。Lirk等［144］使用初级感觉神经元，在细胞与阿米替林孵育实验中证实，细胞色素C会释放到细胞质，并且他们还发现抑制caspase-3也可有效抑制细胞凋亡。其他研究也已证实，在局麻药诱导的神经毒性过程中，caspase-3显著增加［161-164］；Johnson等证实ND7细胞在孵育利多卡因后，pancaspase 染色显著增加［104］。

在多种细胞系中，利多卡因及布比卡因均被证实可引起细胞死亡，作用呈浓度依赖性［114，143，154，165-166］。Perez 等［119］发现 0.5～5 mmol·L-1的布比卡因可在孵育10 min后引起细胞死亡，而布比卡因诱导的caspase激活在孵育10 min后无法检出，在孵育完成后3 h才可检测到caspase的增加。因此Perez等认为布比卡因引起的急性细胞死亡可能与细胞坏死有关，而caspase-3等参与的凋亡过程可能在布比卡因作用后一段时间才发挥损伤作用［119］。

在对神经组织以外组织细胞的研究中，局麻药对线粒体的作用是其毒性机制中的重要部分［167-169］，线粒体损伤可引起细胞凋亡或坏死［170-171］。在神经细胞的研究中，结果表明低浓度利多卡因可引起细胞凋亡［143，172-173］。细胞凋亡过程存在多种通路［174-178］。细胞膜上死亡受体的激活、Bcl-2家族蛋白对线粒体的作用或毒性因素引起细胞线粒体膜电位显著下降，进而释放线粒体内凋亡激活蛋白，这些途径均可激活细胞凋亡过程。激活不同的caspase可以启动或增强线粒体上游或下游的凋亡反应，并且还存在有caspase非依赖性的细胞凋亡途径。线粒体在细胞凋亡过程中起到多种重要作用：凋亡的启动、凋亡效应的产生以及增强作用。Johnson等［104］在对ND7细胞系的研究中发现，185 mmol·L-1的利多卡因孵育10 min可引起细胞坏死或迟发性凋亡；若将浓度逐渐降低至23 mmol·L-1，亦可于孵育24 h引起相同的细胞死亡反应。并且上述作用并非由于改变渗透压或钠离子通道完全阻滞所致。Johnson等实验中使用了高浓度的利多卡因，可能是基于以下两方面原因：①在脊髓麻醉的最初15 min内，即使在与脑脊液充分混合后，利多卡因的脑脊液浓度依然可达约 10 mmol·L-1［179］；②所有局麻药在各自常用脊髓麻醉浓度的百分之一以下的浓度范围内，就可对胚胎或癌性神经细胞产生显著的毒性作用［180-185］。而在Johnson等的实验中，若使用19 mmol·L-1利多卡因孵育ND7细胞5 min，即可出现细胞线粒体膜电位的显著降低，这是可观察到的、最早的利多卡因神经毒性表现。若对ND7细胞使用1%的利多卡因（37 mmol·L-1）处理，则可引起细胞线粒体释放细胞色素C及胞膜出泡，并于细胞色素C释放后2 h引起caspase的激活，但使用caspase抑制剂却无法抑制细胞死亡或其他凋亡指标。这可能是由于利多卡因同时激活了caspase依赖性的凋亡过程以及caspase非依赖性的凋亡通路。Johnson等还发现，高浓度利多卡因可显著降低神经细胞的氧气消耗。而对于布比卡因的研究则得到了浓度依赖性的作用改变现象：低浓度的布比卡因可使细胞线粒体的氧化磷酸化过程解偶联，增加氧耗［169，186］；但高浓度布比卡因则显著抑制细胞呼吸功能，降低氧耗［86］。因此局麻药对线粒体呼吸功能的作用可能与药物浓度相关。

由线粒体介导的细胞凋亡过程往往与线粒体通透性增高有关，线粒体通透性转换孔（permeability transition pore，PTP）的开放可显著增加线粒体膜的通透性。PTP是由多个蛋白质组成的复合通道，位于线粒体内膜与外膜之间，目前认为PTP主要由3部分组成，包括电压依赖性阴离子通道（voltage dependent anion channel，VDAC）、腺苷酸转位子（adenine nucleotide translocator，ANT）以及亲环蛋白 D（cyclophilin D，CypD）［187］。PTP 与局麻药对线粒体的损伤密切相关，在对肌肉细胞及神经细胞的研究中，布比卡因均被证实可引起线粒体膜电位降低，使用PTP开放抑制剂环孢菌素A后，布比卡因降低线粒体膜电位的作用受到显著抑制［86，105］。而环孢菌素A正是作用于亲环蛋白D，产生抑制PTP开放的作用。因此PTP很可能是局麻药作用的靶点之一，局麻药通过开放PTP引起线粒体介导的细胞凋亡过程。

对局麻药神经毒性机制的研究，多集中于神经元及相关来源的细胞系，但Park等对布比卡因在施旺细胞中的作用进行了研究。施旺细胞是PNS中的胶质细胞，可形成包绕轴突的髓鞘，并且参与轴突生长、再生以及电兴奋的传递等过程。因此对施旺细胞的损伤可引起髓鞘完整性以及轴突正常功能的影响，并可能产生病理性改变，例如糖尿病的周围神经病变就与施旺细胞的退行性改变相关［188］。Park 等［164］发现，布比卡因可引起施旺细胞死亡，作用呈浓度依赖性及时间依赖性，半数致死量为 476 μmol·L-1，这一浓度远低于临床常用局麻药的局部浓度。布比卡因孵育后5 h可引起活性氧（reactive oxygen species，ROS）增加，并进一步激活caspas-3，引起聚ADP-核糖聚合酶的分解。如果使用抗氧化剂阻断ROS的生成，可有效抑制布比卡因引起的细胞凋亡。Annunziato等［189］认为，神经细胞内ROS的释放可激活线粒体内细胞色素C的释放，引起细胞内钙升高，激活caspase-3，并引起细胞凋亡。

与涉及凋亡的caspase家族不同，磷酸肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）家族是调节细胞生长和代谢的关键因素，在关于恶性肿瘤的研究中，都有该家族蛋白失调的相关报道［190］。PI3K可激活丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶B，后者在谷氨酸毒性及氧气和葡萄糖剥夺等多种条件下都能产生保护细胞，避免细胞凋亡的作用［191-193］。PI3K途径亦与局麻药引起的神经毒性相关。Ma等人［193］发表报道，研究了地塞米松在神经母细胞瘤细胞中潜在的神经保护作用，实验中发现地塞米松可增加丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶B的水平，并通过这一机制抑制布比卡因和利多卡因的神经毒性；如果抑制丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶B可导致地塞米松的这种保护作用消失［193］。其后，关于锂离子在布比卡因诱导的神经母细胞瘤细胞毒性模型中作用的研究发现，氯化锂可显著减轻布比卡因的神经毒性，但是当丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶B受到抑制时，锂离子的神经保护作用消失［194］。因此PI3K及丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶B在局麻药的神经毒性机制中扮演了保护性的角色。

此外，丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）家族也被证实参与了局麻药的神经毒性。MAPK可以受多种环境应激源的活化而启动，如ROS、热休克和细胞毒性药物。在神经元中，其效应分子（例如脂加氧酶）可影响重要的细胞生理、病理过程，例如细胞分化、神经元可塑性和细胞凋亡。抑制p38 MAPK活性已被证明在实验性神经创伤［195］、兴奋性毒性［196］和代谢性损伤［197］中具有潜在的治疗价值。已有实验证实，干扰MAPK的激活可大大降低局麻药诱导神经毒性的发生率和程度［198］。并且MAPK家族中具有保护性作用的部分——细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK），也是锂离子对局麻药神经毒性保护性作用的关键［194］，可见PI3K与MAPK途径之间存在复杂的联系［199］。

5 局麻药系统性毒性的防治

局麻药的系统性毒性通常以早期的神经系统症状为特征，包括舌头麻木、金属味道、头晕、耳鸣以及睡意等。严重的系统性毒性可表现为抽搐或癫痫后继发心跳骤停［200］。这种致命的毒性反应往往是由于大量药物被直接注射进入血管或注射部位周围组织吸收过量的局麻药所导致，前者所致的毒性反应可于数分钟内发生，而后者引起的不良反应延迟出现［95］。局麻药引起神经系统毒性的剂量通常低于心血管不良反应，因此局麻药的神经系统反应很可能是中毒早期的表现。对于局麻药不良反应的调查研究通常在大型医院中进行，但这些药物在一些门诊或小诊所中也是极为常用的，并且通常并非是由专业的麻醉师使用，大量的局麻药被普通临床医师用于临床治疗操作中。因此所有医师都需增强对局麻药系统性毒性的认识，掌握防治手段是极为重要的，可有效预防毒性反应或及时采取正确的急救措施。除药物过量可能引起毒性外，某些危险因素也会增加系统性毒性发生的风险，例如病人患有肺部、心脏、肝脏或神经系统疾病，病人是幼儿或高龄老人，或注射部位内有富含血管的区域等［95，200］，因此在对这些特殊群体的患者开展局部麻醉治疗时，需要特别注意局麻药相关不良反应的发生。

在进行局部麻醉时，若出现疑似局麻药毒性的表现，首先要进行生命体征的检测，并且维持生命体征稳定［95］。如果生命体征出现明显的异常改变，需立即停止药物注射，并立即准备进一步的治疗［200］。此时需时刻注意可能发生的气道阻塞，可通过面罩吸氧或气管插管等方式保证充足的氧气供应［95］。

在局麻药引起的LAST中，惊厥或癫痫是严重的CNS毒性表现。在局麻药的应用中，应首先注意用药禁忌，避免增加惊厥或癫痫发生的几率。常用的钙离子拮抗剂地尔硫卓可显著增加布比卡因引起的CNS毒性，可能与地尔硫卓可竞争性结合血浆蛋白有关［201］。肾上腺素可兴奋α受体，引起血管收缩，曾被认为可减少局部组织对局麻药的吸收，进而减轻局麻药引起的LAST。但Keishi等［202］发现，肾上腺素可增加利多卡因引起的神经毒性，但单独给予肾上腺素却对神经组织没有影响，与对照组无区别。因此肾上腺素与局麻药的联合使用需要谨慎对待［203］。若采取心电监护、吸氧等措施后，患者进一步出现惊厥或癫痫反应，可使用苯二氮类药物或巴比妥类药物治疗癫痫发作。此外，静脉输注1 mg·kg-1的丙泊酚也可有效阻止局麻药引起的癫痫发作和肌肉抽搐。美国局部麻醉与疼痛医学学会（The American Society of Regional Anesthesia and Pain Medicine，ASRA）建议将苯二氮类作为局麻药诱发癫痫的一线治疗，因为这类药物不易引起心脏功能抑制。苯二氮类药物对很多由药物引起的惊厥反应具有显著的治疗效果，其主要与大脑皮层的苯二氮受体结合，发挥抗惊厥作用。苯二氮类药物的中枢抑制作用，与其增强CNS抑制性神经递质γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）的作用相关。GABA与其受体结合后，激活氯离子通道，引起大量氯离子内流，导致细胞膜超极化，降低神经元兴奋性［204］。苯二氮类药物可与GABA复合物上的苯二氮结合位点结合，促进GABA与GABA受体的结合，增加氯离子通道的开放频率，增加氯离子的内流，产生中枢抑制效果。若使用苯二氮类药物后，癫痫发作仍持续存在，可考虑使用小剂量的肌肉松弛药物，后者可改善由于肌肉强烈收缩引起的酸中毒和低氧血症。如需使用肌肉松弛剂，必须进行气道插管来保证气道开放。若选择使用异丙酚或硫喷妥钠，应注意这些药物需以最低有效剂量使用，因为它们可能会加重低血压或心脏抑制。此外，丙泊酚可能引起心动过缓，出现后需加用迷走神经抑制剂。基本上，对于有心血管不稳定征象的患者，苯二氮类药物优于丙泊酚。

在发生严重不良反应时，监测心血管功能及静脉补液都是必不可少的。如果发生低氧血症或酸中毒均会增加心血管毒性发生的可能，因此早期控制癫痫发作和保证充足氧气供应，可有效预防心跳骤停或促进恢复。患者出现严重酸中毒时可选择碳酸氢钠进行治疗［200］。

除针对惊厥或癫痫的治疗外，静脉输注脂肪乳已成为治疗局麻药LAST必不可少的一部分，尤其对于难治性心脏骤停。ASRA指南建议，在开放气道后首次出现局麻药的毒性表现时，即应开始静脉输注脂肪乳的治疗［205］。输注脂肪乳后，可使体内脂质相增加，Mazoit等［206］在体外研究中报道，局麻药在脂肪乳中具有高溶解度以及和脂肪乳的高结合能力。Weinberg等［205，207］在动物实验中证实，进行脂肪乳灌注可有效恢复布比卡因引起的心脏骤停。Rosenblatt等［208］报道了首例使用脂肪乳成功治疗由布比卡因和甲哌卡因引起的长时间心跳骤停。随后的病例报道进一步记录了成功使用脂肪乳治疗局麻药引起的神经毒性和心脏毒性。这些报道涉及了罗哌卡因、甲哌卡因和丙胺卡因以及左布比卡因［209-214］。在成功应用脂肪乳的报道中，Marwick等［215］的研究是非常特殊的，因为他们的病例在治疗成功后40分钟再次出现毒性反应。这份病例报告强调了给予足量脂肪乳治疗的重要性。

虽然目前对于局麻药的神经系统毒性及心血管系统毒性，出现了一些治疗方法，但对局麻药毒性的预防更为重要。尽管无法预期所有不良反应，但严格遵守局麻药剂量指导原则可以避免或减少许多并发症［95，200，216］。确定高危患者、并实施适当的局麻药给药方法以及充分监测生命体征，都可有效避免局麻药毒性的发生。大容量注射应缓慢进行，并对注射器中的血液间断进行回抽并观察，可减少大量局麻药一次性进入血管的机会。

6 总结

局麻药在临床治疗中应用广泛，主要通过阻断VGSC产生局部神经阻滞的麻醉效果。但局麻药可引起严重的神经系统及心血管系统毒性反应，而其主要作用靶点VGSC，并非是引起局麻药LAST的机制。随着研究不断深入，逐渐发现细胞内钙、线粒体及ROS的生成均参与局麻药引起的毒性过程，并且激活caspase依赖或非caspase依赖的凋亡通路，最终引起神经细胞死亡。在发生局麻药引起的不良反应时需监测患者生命体征、保障气道通畅。对发生惊厥或癫痫的患者可给予苯二氮类药物或巴比妥类药物进行治疗。静脉输注脂肪乳是对局麻药引起的LAST治疗中的重要环节，需足量、及时进行治疗。