老年全麻术患者血清HIF-1α，S-100β蛋白，BDNF水平及rSO2的动态检测与围术期神经认知紊乱的相关性分析

马 磊，蔡亲东，陈基胜

（海口市第三人民医院麻醉科,海口 570100）

围术期神经认知紊乱（perioperative neurocognitive disorders,PND）是全身麻醉术后常见的并发症，常见于老年患者，临床表现为注意力、记忆、执行功能减退及信息处理速度减慢等，PND 明显延长住院时间，增加住院死亡率[1]。全身麻醉术后PND 的发病机制尚不清楚，可能与手术、麻醉剂毒性作用、神经炎症反应、神经营养因子缺乏、内源性神经变性等有关[2]。探讨与老年患者全身麻醉术后PND 发病相关的分子机制对于术后早期PND 识别、临床干预均有重要意义。低氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）是低氧状态下机体适应性反应的调节因子，参与异氟醚诱导的认知障碍上游机制[3]。S-100β 蛋白主要存在于神经胶质细胞中，是中枢神经系统损伤的敏感标志物，在老年全身麻醉术后认知功能障碍患者中S-100β 水平也明显升高[4]。脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是突触可塑性，突触之间信号传导的中介，BDNF 水平降低与神经退行性疾病、神经疾病和精神疾病有关[5]。脑氧饱和度（cerebral regional oxygen saturation,rSO2）可反映围术期脑组织氧供需变化和认知功能[6]，术中监测rSO2和维持rSO2稳定可降低心血管手术患者PND 发生率[7]。本研究拟通过检测老年全身麻醉患者围术期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2变化，探讨其与PND 的关系，旨在为临床PND 诊治提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象 本研究获得我院伦理委员会批准，选择2019年3月～2020年9月海口市第三人民医院手术室接诊的141 例接受全身麻醉手术的老年患者。纳入标准：①选择全身麻醉手术治疗者；②年龄60 岁以上，80 岁以下；③美国麻醉医师协会（ASA）分级Ⅱ～Ⅲ级。排除标准：①并发严重基础疾病；②术前不能良好控制的高血压、高血糖；③接受神经丛阻滞麻醉、椎管内麻醉者；④文盲、交流障碍、无法完成量表评估；⑤既往精神疾病、神经系统疾病、阿尔兹海默症、血管性痴呆等存在认知功能障碍者；⑥嗜酒、酒精性脂肪肝、并发心脑血管疾病、贫血、高钠和低钠血症、感觉障碍者；⑦术中输血者。男性82 例，女性59 例，年龄61～73 岁，平均年龄67.87±3.68 岁，文化程度：初中41 例，中专或大专59 例，本科41 例；ASA 分级：Ⅱ级69 例，Ⅲ级72 例；手术部位：头颈部手术38例，胸腹部手术62 例，脊柱或四肢手术41 例。样本数量估算方法： 假定老年全麻术后PND 发生率为25%，绝对误差不超过3%，α=0.05，PASS 软件正态近似法计算得出需要样本例数为113 例，考虑脱落率20%，最终样本例数141 例（113/1-20%）。

1.2 仪器和试剂 ALISEI 全自动酶标仪，HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 试剂盒购自北京科美东雅生物技术有限公司。美国Somanetics 公司INVOS 无创rSO2监测仪。

1.3 方法

1.3.1 血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2检测：分别于术前，术后1 天、3 天和7 天采集空腹静脉血5ml，取上清液置于TGL-15M 台式微量高速冷冻离心机4℃ 3 000r/min 离心15min(离心半径10cm)，取血清-80℃保存待检。快速解冻血清样品，应用酶联免疫吸附试验检测血清HIF-1α,S-100β 蛋白、BDNF 水平。采用无创rSO2监测仪监测术前、术后1 天、3 天、7 天基线处rSO2变化。

1.3.2 认知功能评估：分别于术前，术后1 天、3 天、7 天评估患者认知功能。中文版蒙特利尔认知评估量表 (MoCA)[8]评估患者认知功能，评分越低认知功能越低，<26 分为异常。简易智能精神状态检查量表(MMSE)[9]从定向、回忆、计算、语言、复述、执行功能与命名7 项评估，评分越低认知功能越低，<26 分为异常。以术后MoCA评分或MMSE 评分降低 ＞2 分者归为PND 组（n=33），其余为认知功能正常组（n=108）[10]。PND 组中包括：男性20 例，女性13 例；ASA 分级：Ⅱ级16 例，Ⅲ级17 例；手术部位：头颈部8例，胸腹部16 例，脊柱或四肢9 例；术后清醒时间12～28h，平均20.35±6.13h。认知功能正常组包括：男性62 例，女性46 例，ASA 分级：Ⅱ级53例，Ⅲ级55 例；手术部位：头颈部30 例，胸腹部46 例，脊柱或四肢32 例；术后清醒时间12～28h，平均21.03±6.29h 。以上数据差异无统计学意义（P>0.05）。

1.4 统计学分析 SPSS 25.00 进行数据分析，HIF-1α，S-100β 蛋白，BDNF，rSO2，MMSE 评分、MoCA 评分以均数±标准差(±s)表示，不同时间点比较采用重复测量方差分析。性别、文化程度、ASA 分级、手术部位以率(%)表示，采用χ2检验。Pearson 相关分析HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF水平以及rSO2与MMSE 评分、MoCA 评分之间相关性，受试者工作特征曲线（ROC）分析HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2诊断老年全身麻醉患者围术期PND 的价值。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 PND 组、认知功能正常组基线资料比较 见表1。PND 组年龄大于认知功能正常组，差异具有统计学意义（t=3.106,P<0.05），文化程度初中比例高于认知功能正常组，差异具有统计学意义（χ2=10.590,P<0.05）。

表1 PND组，认知功能正常组基线资料差异(±s,n%)

表1 PND组，认知功能正常组基线资料差异(±s,n%)

类 别PND 组（n=33）认知功能正常组（n=108）t/χ2P年龄（岁）69.35±3.4567.42±3.023.106 0.002文化程度 初中17（51.52）24（22.22） 10.517 0.001中专或大专 10（30.30）49（45.37） 2.358 0.125本科6（18.18）35（32.41） 2.408 0.115

2.2 PND 组和认知功能正常组围术期MMSE 评分、MoCA 评分变化 见表2。PND 组和认知功能正常组围术期间MMSE 评分、MoCA 评分变化，差异具有统计学意义（F=12.054,15.24,均P<0.001），MMSE 评分、MoCA 评分呈先降低后升高变化趋势，差异具有统计学意义（F=6.352，7.485，均P<0.001）。PND 组和认知功能正常组MMSE评分、MoCA 评分变化存在组间和时间交互效应（F=8.005，9.467，均P<0.001），进一步组间比较，PND 组术后1 天，术后3 天，术后7 天 MMSE 评分、MoCA 评分低于认知功能正常组，差异均具有统计学意义。

表2 PND 组，认知功能正常组围术期MMSE 评分，MoCA 评分变化(±s,分)

表2 PND 组，认知功能正常组围术期MMSE 评分，MoCA 评分变化(±s,分)

组别n MMSE 评分MoCA 评分术前术后1 天术后3 天术后7 天术前术后1 天术后3 天术后7 天PND 组3328.42±1.05 25.15±3.26 23.15±2.16 24.05±1.6528.72±0.93 25.05±3.41 22.05±2.05 23.46±1.97认知功能正常组10828.51±0.86 27.05±0.46 26.54±0.34 27.11±0.9828.43±0.96 27.46±0.67 26.43±0.33 27.39±0.73 t 3.33015.80413.1636.96921.47717.305 P 0.0010.0000.0000.0000.0000.000

2.3 PND 组和认知功能正常组围术期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2变化 见表3。PND 组和认知功能正常组围术期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2变化差异具有统计学意义（F=19.356,25.134,18.094,15.346,均P<0.001）。血清HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2水平呈先升后降趋势，BDNF 水平变化呈先降后升趋势，差异有统计学意义（F=14.264，18.498，12.054，9.658， 均P<0.001）。PND 组和认知功能正常组血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2变化存在组间和时间交互效应（F=13.054，17.154，13.054，7.882， 均P<0.001），进一步组间比较，PND 组术后1，3，7 天血清HIF-1α，S-100β，rSO2蛋白水平高于认知功能正常组，差异均有统计学意义（P<0.05），而BDNF 水平低于认知功能正常组，差异具有统计学意义（P<0.05）。

表3 PND 组和认知功能正常组围术期血清HIF-1α、S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2 变化(±s)

表3 PND 组和认知功能正常组围术期血清HIF-1α、S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2 变化(±s)

项目PND 组（n=33）认知功能正常组（n=108）t P HIF-1α（pg/ml） 术前105.35±22.45104.91±21.93术后1d119.42±26.71a109.35±23.652.0760.040术后3d134.24±32.65a106.31±22.065.6390.000术后7d123.05±28.46a104.02±21.434.1170.000 S-100β 蛋白（μg/L） 术前0.19±0.080.18±0.07术后1d0.31±0.12a0.20±0.095.6540.000术后3d0.45±0.19a0.26±0.107.5500.000术后7d0.26±0.11a0.22±0.072.4830.017 BDNF（pg/ml） 术前152.35±35.64152.43±34.19术后1d135.15±29.35a149.42±33.522.2000.029术后3d126.35±25.06a150.24±33.913.7430.000术后7d128.05±26.49a151.42±34.083.6160.000 rSO2（%） 术前61.52±6.9461.65±6.83术后1d76.35±4.98a72.44±5.113.8690.000术后3d71.02±4.73 a65.12±4.986.0250.000术后7d65.05±5.46 a60.35±6.123.9550.000

2.4 血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2水平与认知功能的相关性 见表4。认知障碍组患者血清HIF-1α，S-100β 蛋白水平、rSO2与MoCA评分、MMSE 评分均呈负相关（均P<0.001），BDNF 水平与MoCA 评分、MMSE 评分均呈正相关（均P<0.001）。

表4 血清HIF-1α,S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2 与MoCA 评分、MMSE 评分相关系数

2.5 HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2诊断老年全身麻醉患者围术期PND 的价值分析 见图1 和表5。ROC 分析示HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2诊断老年全身麻醉患者围术期PND的截断值为113.34 pg/ml，0.33μg/L，132.15pg/ml和73%，曲线下面积（AUC）分别为0.709，0.717，0.718 和0.705，联合检测AUC 为0.901，高于单独检测，差异具有统计学意义（Z=2.415，2.323，2.326，2.469；P=0.023，0.018，0.017，0.025）。

图1 HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2 诊断老年全身麻醉患者围术期PND 的ROC 图

表5 HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2 诊断老年全身麻醉患者围术期PND 的效能

3 讨论

老年患者神经功能逐渐衰退，在麻醉剂作用下更容易出现神经功能受损，其中PND 是全麻术后最常见的神经系统并发症。由于目前缺乏统一的PND 诊断标准和有效的生物学标志物，早期对PND 识别诊断已成为临床研究的热点[1-2]。

HIF-1α 是细胞缺氧反应中最重要的转录因子，低氧血症并发高碳酸血症可通过促进星形胶质细胞HIF-1α转位破坏血脑屏障，诱发认知障碍[3]。S-100β蛋白是一种低分子酸性钙结合蛋白，在中枢神经系统星状胶质细胞、树突细胞中大量存在，缺血性脑损伤早期胶质细胞损伤后坏死，大量S100β 蛋白产生[9]。BDNF 在中枢神经系统有广泛的表达，具有神经营养功能，参与神经元增殖、分化、损伤修复等病理生理过程[8]。rSO2与传统指脉氧饱和度比较，可更准确地评估脑组织中的氧需求与消耗之间的平衡，反映大脑灌注和氧合状态[6]。本研究发现老年全身麻醉患者围术期血清HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2均出现一定程度变化，其中HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2呈先增后降趋势，BDNF 则相反，说明手术应激可引起HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2的变化，随着手术应激消退HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2可逐渐恢复。

本研究发现PND 组围术期HIF-1α，S-100β蛋白、BDNF 水平以及rSO2变化更为显著，表现为HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2升高更明显，BDNF 下降幅度大于认知功能正常组，提示围术期监测HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2变化有助于识别PND 的发生。相关性分析结果显示HIF-1α，S-100β 蛋白、rSO2与MMSE 评分、MoCA 评分呈负相关，BDNF 与MMSE 评分、MoCA 评分呈正相关，说明HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 参与老年全身麻醉术后PND 的发生过程，HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2可用于老年全麻手术患者围术期PND 风险评估。现有研究显示BDNF Met/Met 基因型可能与恐慌症患者血浆BDNF水平降低及认知障碍有关[11]，BDNF 水平与长期砷暴露所致认知障碍患者MMSE 评分呈正相关[12]。动物研究显示大鼠颅脑损伤模型脑组织HIF-1α 表达显著升高，水迷宫试验平均逃避潜伏期延长，目标象限停留时间缩短，穿越平台次数减少，提高表达大鼠平均逃避潜伏期明显缩短，目标象限停留时间延长，穿越平台次数增加[13]，提示当认知功能受损时HIF-1α 应激性升高，发挥保护和修复受损神经作用。汪辉德等[14]人同样发现S-100β 蛋白，rSO2在PND 患者中升高。王飞等[15]人认为围术期BDNF 缺乏与全身麻醉术后老年患者MMSE 评分，MoCA 评分降低有关。推测HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2参与PND 的机制为手术麻醉刺激下脑组织缺血缺氧，诱导HIF-1α表达上调，rSO2升高，缺血缺氧下神经细胞受损，BDNF表达缺失，S-100β蛋白大量释放，进一步加重神经功能损伤。ROC 分析HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2诊断老年全身麻醉患者围术期PND 均具有较高价值，联合诊断可提高诊断效能，提示HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF，rSO2可作为老年全身麻醉患者PND 的辅助诊断指标。

综上，老年全身麻醉术后PND 患者围术期血清HIF-1α，S-100β 蛋白水平、rSO2先升后降，BDNF 水平先降后升，HIF-1α，S-100β 蛋白水平、rSO2升高、BDNF 水平降低与认知功能损伤密切相关。HIF-1α，S-100β 蛋白、BDNF 水平以及rSO2可作为老年全身麻醉术后PND 早期识别和病情评估的参考指标，在临床推广。