Effects of Different Doses of Ulinastatinon Postoperative Cognitive Function and HMGB1 in Elderly Patients
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摘要:
目的 研究不同剂量乌司他丁对老年患者术后认知功能及高迁移族蛋白B1(high mobility group box-1,HMGB1)的影响。 方法 选取2020年05月至2020年9月在昆明医科大学附属甘美医院行择期手术年龄大于60岁的老年患者60例,男36例、女24例,年龄60~84岁,体重46~74 kg,ASA分级Ⅰ~Ⅲ级;根据随机数字表法,将其随机分为实验组(U1、2、3组)和对照组(C组),每组15例。实验组在麻醉诱导前经静脉滴注乌司他丁0.5万U/kg、1万U/kg、1.5万U/kg,对照组给予相同剂量生理盐水静滴。记录患者年龄、学历、住院天数、术后VAS评分等一般情况;收集患者入室后5 min(T1)、出PACU前5 min(T2),术后1 d(T3)、3 d(T4)静脉血,采用双抗体夹心酶联免疫吸附法试验监测患者HMGB1浓度;使用简易智能状态检查量表法评估患者术前(T1)、术后1(T2)、3(T3)、5(T4)、7(T5)d认知功能状况。 结果 HMGB1浓度在各组患者均表现T2、T3、T4时刻较T1时刻升高(P < 0.05),但T4时刻较T3时刻稍有回落(P < 0.05);术毕时间点,1.5万U/kg的UTI组的HMGB1上升得不如空白组明显(P < 0.05);术后第1天,1.0万U/kg、1.5万U/kg剂量组HMGB1浓度明显低于对照组(P < 0.05)。各组患者基础MMSE值差异无统计学意义(P > 0.05)。不同剂量UTI组在术后1 d和3 d MMSE评分均呈现下降趋势(P < 0.05),术后5 d、7 d与术后1 d相较差异有统计学意义(P < 0.05);术后1 d、3 d,对照组MMSE分数明显比1.5万U/kg乌司他丁组低(P < 0.05)。 结论 1.5万U/kg乌司他丁可降低全麻择期腹腔镜手术老年患者POCD的发生,其机制可能与降低循环血中HMGB1相关。 Abstract:Objective To study the effects of different doses of Ulinastatin on postoperative cognitive function and HMBG1 in elderly patients. Methods From May 2020 to September 2020, 60 elderly patients older than 60 years of age were selected for elective surgery in our hospital, 36 males and 24 females, aged 60-84 years, weight 46-74 kg, ASA classification Ⅰ -Level Ⅲ. According to the random number table method, they were randomly divided into experimental group (group U1, 2, 3) and control group (group C), 15 cases in each group. The experimental group was intravenously infused with ulinastatin 5,000 U/kg, 10,000 U/kg, 15,000 U/kg before anesthesia induction, and the control group was given the same dose of normal saline intravenously. We recorded the patient’ s age, education, length of stay, postoperative VAS score and other general information, and collected the patient’ s venous blood 5 minutes after entering the room (T1), 5 minutes before leaving the PACU (T2), 1 day (T3) and 3 days (T4) after the operation. The double antibody sandwich enzyme-linked immunosorbent assay was used to monitor the concentration of HMGB1 in patients; the simple intelligent state check scale method was used to evaluate patients before operation (T1), postoperative 1 (T2), 3 (T3), 5 (T4), 7 (T5)Day cognitive function status. Results The concentration of HMGB1 in each group of patients was increased at T2, T3, and T4 as compared to T1 (P < 0.05), but T4 was slightly lower than T3 (P < 0.05). At the end of the operation, the HMGB1 in the 15,000 U/kg UTI group did not rise significantly as compared to the blank group (P < 0.05). On the first day after the operation, the HMGB1 concentration in the 10,000 U/kg and 15,000 U/kg dose groups was obvious lower than the control group (P < 0.05). There was no statistical difference in the basic MMSE value of patients in each group. The MMSE scores of the different doses of UTI group showed a downward trend at 1 and 3 days after surgery (P < 0.05), and there was a statistically significant difference between 5 and 7 days after surgery and 1 day after surgery (P < 0.05). On day 1 and day 3, the MMSE score of the control group was significantly lower than that of the 15,000 U/kg Ulinastatin group (P < 0.05). Conclusion 15,000 U/kg Ulinastatin can reduce the incidence of POCD in elderly patients undergoing elective laparoscopic surgery under general anesthesia, and its mechanism may be related to the reduction of HMGB1 in circulating blood. -
帕金森病(parkinson’ s disease,PD)是中老年人常见的仅次于阿尔茨海默病(alzheimer disease,AD)的第二大中枢神经系统退行性疾病。目前,该病的生理、病理机制仍不能完全明确[1]。脑电图(electroencephalography,EEG)是大脑皮层锥体细胞及其顶树突突触后电位同步综合波,是中枢神经系统中始终存在着的伴随脑神经活动所产生的电位活动。EEG通过电极能够持续记录脑细胞群的自发性、节律性电活动。临床上EEG是有效的用于检测大脑皮层病理状态的方法,近几年较好地应用于PD的辅助诊断[2-3]。PD患者一般会出现大脑皮层萎缩情况,出现认知功能障碍,头皮脑电描记技术因其具有敏感、经济、无创等优势,已被广泛应用于PD认知障碍疾病、冷漠和抑郁[2,4-7],PD其它并发症等方面的诊断[8-10]。
脑电波信号是非平稳且随机的非线性复杂信号,能综合反映大脑组织电活动和大脑功能状态。在医学检测方面,脑电信号的分析结果可以为神经系统疾病提供相对应的依据。傅里叶变换在信号处理中具有非常重要的作用,是进行脑电时频分析的主要手段[11]。通过快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT),能客观反映大脑功能变化,已成为当代临床新型诊断技术之一,较好地应用于各类脑局部疾病患者慢波活动相关领域检测方面[12]和人类神经系统疾病动物模型研究方面。
国际上把脑电波频率分为四个频段即δ(delta)、θ(theta)、α(alpha)、β(beta),相对功率谱可分为δ、θ、α1、α2、β1、β2六个频段[4]。本研究采用EEG技术对树鼩PD模型进行局部对称型皮层脑电图描记与FFT功率谱、地形图分析,旨在为今后开展基于EEG的神经疾病模型研究工作提供皮层脑电图描记和分析的方法。
1. 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验动物
成年普通级滇缅树鼩10只,购自昆明医科大学实验动物学部,饲养于普通环境实验室[使用许可证号:SYXK(滇)K2015—0002]。饲喂颗粒饲料,自由采食和饮水,适应性饲养1个月后进行相关实验。本实验依据优化、减少、替代的3R原则进行实验设计,遵守国际惯例。所有操作均申报并通过昆明医科大学实验动物伦理审查。
1.1.2 主要试剂
MPTP(Sigma公司,M0896-100MG),实验前用0.9%氯化钠溶液(NS)10 mL注入MPTP试剂瓶内,使粉末充分溶解,配成所需剂量的MPTP药液,专人专管,严格特定区域内使用;3%戊巴比妥钠(北京鼎国生物股份有限公司)。
1.1.3 主要仪器
KT88数字脑电地形图仪(秦皇岛康泰医学系统股份有限公司),银针等。
1.2 方法
1.2.1 肌肉注射MPTP诱导树鼩PD模型
树鼩随机分为模型组(n = 5)和正常对照组(n = 5),选择树鼩后肢内侧肌肉进行注射,模型组MPTP药液剂量为2 mg/kg,正常对照组注射同体积的0.9%氯化钠溶液,连续注射15 d。
1.2.2 脑电图采集方法
造模1月后进行脑电图采集。戊巴比妥钠按30 mg/kg经腹腔注射麻醉树鼩,确认树鼩麻醉后,用细绳将其俯卧位固定在动物操作台上。在脑电仪器电极末端固定上银针,将银针电极经头皮插入肌肉,注意不要伤及颅骨。电极安置按国际10-20标准双侧对称,要求安置电极为左右对称,记录电极分别安置选择额部(F3/F4)、顶部(C3/C4)、枕部(P3/P4),参考电极置于树鼩双耳垂(A1/A2)(图1),共同接地。电极固定后,用KT88脑电记录仪进行脑电描记,保证操作台周围无金属或电磁干扰。根据实验所需采集数据5~20 min自发脑电图,注意采集过程保持实验环境的绝对安静。
1.2.3 功率谱与地形图分析
树鼩大脑皮层脑电图描记采集频段分别为δ:1.0~4.0 Hz、θ:4.0~8.0 Hz、α1:8.0~10.0 Hz、α2:10.5~13.0 Hz、β1:13.5~17.5 Hz、β2:18.0~35.0 Hz。树鼩皮层脑电图描记采集完成后,利用KT88数字脑电地形图仪软件处理记录脑电信号,脑电图仪的时间常数为0.3 s,滤波频率为50 Hz,即记录脑电信号速率30 mm/s,幅值5 mm/50 μv。首先评估树鼩图像质量,排除因动物抖动或环境干扰产生的伪信号。隐藏所有采集图像的动物编号和分组信息,进行功率谱,地形图分析处理。每只动物地形图δ、θ、α1、α2、β1、β2频带功率值测量记录五次并求取平均值。
1.3 统计学处理
采用SPSS统计学软件进行分析,计量资料服从正态分布用均数±标准差(
$\bar x \pm s $ )表示,采用两组独立样本t检验分析。P < 0.05为差异有统计学意义。2. 结果
2.1 MPTP诱导的树鼩行为学表现
MPTP药液注射至第2~3次,模型组树鼩开始表现出肉眼可见的典型PD运动症状,包括震颤、姿势异常、运动异常、步态异常、平衡异常等5个方面。肉眼可见的异常表现一般于注射后1~3 min立即呈现,1 h内基本可恢复。注射至3~5次时,PD运动症状最明显,随着注射次数的增加,症状减弱或不再表现出肉眼可见的异常姿势。正常对照组无异常表现。注射持续至第15次停药。
2.2 树鼩PD模型的脑电波形特征
正常对照组树鼩大脑两半球额、顶、枕等各部位频率、波幅、波形、相位脑电波四个基本因素无明显差异和特异性。脑电波左右基本对称,背景脑电波以α波为主,占85~90%,少数β节律占10~15%,α波频率差不超过2 Hz;全部记录中偶见δ活动,波幅 < 50 μv。树鼩PD模型组可记录到棘波、尖波、棘-慢复合波、多棘-慢复合波、尖-慢复合波呈节律性发放。表现为α波左右不对称,部分顶区相差超过50%、其它导联超过30%等。异常波形主要表现在额部和顶部,部分出现高振幅慢波δ、θ。α节律、β节律的比例下降。脑电波形特征见图2。
2.3 树鼩PD模型的脑电频谱直方图特征
对照组树鼩脑电功率谱双侧左右基本对称,树鼩PD模型组主要表现为α波相位不同步,各频带功率谱直方图分布不对称。脑电频谱直方图特征见图3。
2.4 树鼩PD模型的脑电地形图特征
对照组各频带功率值两半球分布对称,地形图双侧各频带为低功率(图4)。树鼩PD模型组各频带功率值两半球分布不对称,背景脑电的绝对功率值与正常组比较,各频带功率值超过正常值,尤其是θ和δ频带的功率值升高出现低频高功率,δ功率 > 1 000 uv2/Hz,各频带功率值两半球分布不对称,α频率在两半球不相等(图5)。对各频带的功率谱地形图进行统计分析, δ 频带功率值显著高于对照组(P < 0.05)、θ、α1、α2频带功率值与对照组相比显著性增高(P < 0.01),实验树鼩脑电各频段的相对能量情况见表1。
表 1 实验树鼩脑电各频段的相对能量单位($\bar x \pm s $ )Table 1. Relative energy units of each frequency band of the experimental tree shrew’s EEG ($\bar x \pm s $ )组别 δ θ α1 α2 β1 β2 1.0~4.0 Hz 4.0~8.0 Hz 8.0~10.0 Hz 10.5~13.0 Hz 13.5~17.5 Hz 18.0~35.0 Hz 对照组(n = 5) 55.83 ± 19.70 39.48 ± 14.99 8.75 ± 2.67 5.35 ± 0.91 7.33 ± 3.00 7.33 ± 2.84 模型组(n = 5) 1498.66 ± 707.86* 246.05 ± 87.64** 26.06 ± 6.54** 18.96 ± 6.03** 14.87 ± 7.82 10.46 ± 3.52 P 0.01 0.006 0.002 0.007 0.079 0.182 与对照组比较,*P < 0.05,**P < 0.01。 3. 讨论
EEG体现了宏观水平的脑皮质活动,其通过无创记录不同脑区电活动来反映脑功能状态,对辅助诊断疾病甚至较影像学结构改变更早[4]。复杂的随机脑电波信号,在不同的思维状态和病理情况在大脑的皮层位置的反映不同,得到不同反映的EEG[11]。EEG记录到的脑电电场与皮层不同层次锥体神经元的突触电位密切相关,由于不同递质在脑内各区分布存在差异,所以,两侧同步性慢波间断性出现,这种节律说明病灶侵犯皮层下皮质及中脑网状结构,不同脑区的电活动分布也不同。EEG较好地应用于癫痫、AD等人类疾病动物模型研究中[13-15]。
国际脑电图与临床神经生理联盟认为棘波是指脑电图上出现短时、明显突出于背景活动,在规定的纸速下为尖峰状、持续20~70 ms,主要成份为负相、波幅不定的脑电波,棘波是癫痫、PD等疾病异常放电最具特征性的表现。本研究发现树鼩PD模型组记录到棘波、尖波、棘-慢复合波、多棘-慢复合波、尖-慢复合波呈节律性发放,脑电图所描记的脑部异常活动图形主要体现在额部,其次在顶部,提示树鼩PD模型病变造成了脑部局限或弥散的病理表现。
脑电地形图是对多导脑电信号进行二次处理,时域转化为频域分析,先计算出各节律在不同头皮位置上的功率,然后再通过差值运算,得出做图所需像素值,并用彩色或灰度表达其强弱,构成能定量反映大脑机能变化的分布图像,从而把复杂多变的脑机能变化,变成通俗易懂的图形。脑功能受损体现在脑电图功率谱上的一个重要特征就是慢波频带增强[16]。本研究中树鼩PD模型组和对照组慢波低功率δ和θ、快波功率α1和α2的频带功率值与对照组相比显著性增高,提示MPTP诱导的树鼩PD模型脑功能障碍。
EEG在PD研究中具有较高的应用价值,尤其在药物治疗前后通过复查脑电图以判断疗效及预后方面[6,17]。虽然EEG是大脑功能变化较有效检查方法,但需要定期进行脑电图复查,便于准确地发现疾病。本研究树鼩PD模型EEG波形全部表现异常,有较高的特异性,但从波形、功率谱等呈现的数据来看,树鼩也存在个体差异大的情况,造模前后配对的跟踪检测研究有待进一步完善。
国内外树鼩脑电相关研究报道甚少,本研究对树鼩EEG脑电波的采集和后处理、脑电波形图、脑电频谱直方图及脑电地形图详细进行了介绍和研究,对基于EEG的神经疾病模型研究工作有一定应用价值。
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表 1 4组患者一般情况比较[(
$\bar x \pm s$ )/M(25,75)]Table 1. Comparison of the general conditions among the four groups [(
$\bar x \pm s$ )/M(25,75)]项目 C组 U1组 U2组 U3组 χ2/F P 例数(n) 15 15 15 15 性别(男/女) 11/4 8/7 9/6 8/7 0.644 0.456 年龄(岁) 69.40 ± 6.80 68.07 ± 5.87 68.87 ± 5.83 68.00 ± 5.18 0.192 0.902 体重(kg) 61.47 ± 6.74 59.33 ± 8.15 58.47 ± 7.60 60.27 ± 8.86 0.391 0.760 学历(小/中/大学) 6/5/4 6/5/4 7/3/5 8/4/3 0.656 0.884 麻醉时间(min) 266.0 ± 86.4 298.3 ± 147.1 313.3 ± 108.6 294.5 ± 102.0 0.457 0.713 手术时间(min) 213.7 ± 115.6 263.0 ± 143.5 286.8 ± 110.4 268.60 ± 103.7 1.031 0.386 输液量(mL) 3490.63
(2335.00,4278.00)*3199.00
(2700.99,4576.14)*4904.12
(3391.67,6578.79)*4668.42
(2871.74,6113.93)8.046 0.045 失血量(mL) 494.44(245.00,675.00) 596.30(445.00,780.43) 559.81(36600,800.40) 427.22(292.39,809.69) 6.086 0.107 尿量(mL) 750.00(598.21,920.37) 972.41(595.45,1392.31) 967.37(684.97,1449.00) 936.84(720.00,1420.00) 5.917 0.116 地氟醚(mL) 104.33 ± 60.47 132.00 ± 66.68 122.40 ± 71.90 127.67 ± 69.59 0.490 0.691 住院天数(d) 16.87 ± 8.06 16.73 ± 3.79 18.40 ± 5.68 16.87 ± 6.02 0.244 0.865 注:与U3组比较,*P < 0.05。 表 2 4组患者术后1、2 d VAS评分(
$\bar x \pm s$ )Table 2. VAS score 1 and 2 days after operation in four groups (
$\bar x \pm s$ )时间 C组 U1组 U2组 U3组 F P 术后1 d 3.13 ± 0.99 2.93 ± 0.83 3.40 ± 1.06 3.53 ± 0.83 1.264 0.296 术后2 d 2.13 ± 0.83 1.87 ± 0.52 2.13 ± 0.99 2.40 ± 0.99 0.976 0.411 表 3 4组患者各时间点MMSE分数变化情况[(
$\bar x \pm s$ ),分]Table 3. Changes in MMSE scores of the four groups of patients at each time point [(
$\bar x \pm s$ ),points]组别 MMSE评分 POCD[n(%)] 术前1 d 术后1 d 术后3 d 术后5 d 术后7 d C组 28.40 ± 1.77 24.87 ± 2.67△ 24.73 ± 2.89△ 27.87 ± 2.03▲ 28.60 ± .75▲ 7(46) U1组 28.73 ± 1.58 25.76 ± 3.98△ 26.60 ± 2.80△ 28.00 ± 2.03▲ 28.47 ± 1.41▲ 6(40) U2组 28.67 ± 1.50 26.20 ± 3.23△ 27.87 ± 1.92*△ 28.80 ± 1.47▲ 29.00 ± 1.20▲ 4(26) U3组 28.73 ± 1.44 27.73 ± 1.39*△ 28.40 ± 1.77* 28.73 ± 1.62 29.20 ± 1.21 2(13) 注:与C组比较,*P < 0.05;与T1时刻比较,△P < 0.05;与T2时刻比较,▲P < 0.05。 表 4 4组患者各时间点HMGB1浓度变化情况[(
$\bar x \pm s$ ),pg/mL]Table 4. Changes of HMGB1 concentration at each time point in the four groups of patients [(
$\bar x \pm s$ ),pg/mL]组别 T1 T2 T3 T4 C组 62.78 ± 19.97 122.93 ± 36.09△ 392.39 ± 112.51△ 206.29 ± 78.46△ U1组 75.76 ± 27.57 118.04 ± 53.58△ 405.95 ± 173.06△ 217.54 ± 133.02△ U2组 74.49 ± 20.78 102.47 ± 37.05△ 258.22 ± 84.62△ 180.02 ± 67.40△ U3组 61.15 ± 13.20 91.63 ± 29.57*△ 235.52 ± 128.87*△ 180.32 ± 98.32△ 注:与C组比较,*P < 0.05;与T1时刻比较,△P < 0.05。 -
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