术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction，POCD)是心血管手术后的一种常见并发症，发生率高达14％～60％^[1]，尤其在老年患者中发病率高，表现为以记忆力和精神集中力损害为主要特征的认知功能损害，常持续数周或数月，少数甚至可发展为永久性损害，严重影响了患者的康复和术后的生活质量^[2]，也日益受到了更为广泛的关注。目前关于POCD的发病机制尚不清楚。有研究认为POCD的发生可能与手术所致机体的应激和炎性反应有关，手术创伤引起的外周炎性反应可直接或间接激活中枢神经系统胶质细胞产生大量促炎因子诱发炎性反应致脑神经元的损伤可能是导致POCD发生的重要因素^[3]。临床上广泛使用的抗炎药物乌司他丁为蛋白酶抑制剂，可以抑制细胞因子级联反应减轻手术等导致的炎性反应。本研究通过观察不同剂量乌司他丁对老年冠状动脉搭桥术患者血浆炎性因子的影响和手术前后患者认知功能的改变，并通过S100β蛋白水平来评价脑神经细胞损伤严重程度，旨在探讨POCD发生的可能机制，希望为预防或减少POCD提供临床参考。

选择2013年1月至2014年6月在南京医科大学附属南京医院择期行体外循环下冠状动脉搭桥术的60～75岁的127例患者为研究对象(美国麻醉医师协会分级Ⅰ～Ⅲ级)。随机分为三组，分别为大剂量乌司他丁组(乌司他丁1.6万U/kg)、小剂量乌司他丁组(乌司他丁0.8万U/kg)和生理盐水对照组(等容量生理盐水)。排除标准为：①简易智能量表测试符合排除标准(文盲＜18分、小学＜21分、初中及以上＜25分)；②患有中枢神经系统疾病或精神疾病，包括术后发生的脑梗死；③正在服用镇静药物或抗抑郁药物；④有严重视觉或听觉障碍无法进行认知功能量表评估；⑤合并室壁瘤或术前左室射血分数40%以下；⑥有严重低血压(定义为收缩压≤60 mmHg，持续5 min)或心搏骤停；⑦因出血等原因需再次开胸手术者；⑧拒绝参加研究者。本研究经南京医科大学附属南京医院医学伦理委员会批准。

所有患者术前30 min肌肉注射吗啡0.1 mg/kg，东莨菪碱0.3 mg。患者入手术室开放外周静脉通路后在局部麻醉下行桡动脉穿刺置管监测平均动脉压。使用咪达唑仑0.05 mg/kg、丙泊酚1 mg/kg、舒芬太尼1 μg/kg和罗库溴铵 0.6 mg/kg 静脉注射麻醉诱导气管插管机械通气，呼吸频率10次/min，潮气量10～12 mL/kg，吸入氧浓度 60%，流量1 L/min，维持呼气末二氧化碳分压在35～45 mmHg，经右侧颈内静脉置入双腔中心静脉导管用于监测中心静脉压。置入经食管超声心动图探头监测围手术期超声心动图，取食管中段四腔心切面和二腔心切面使用改良Simpson法测量左室射血分数。采用吸入1个最低肺泡有效浓度的七氟醚和持续输注丙泊酚 2～4 mg·kg^-1·h^-1静吸复合维持麻醉，并在切开皮肤及体外循环前分别追加舒芬太尼0.5～1 μg/kg，维持麻醉深度在脑电双频谱值40～60。体外循环前给予肝素3 mg/kg，使激活的凝血酶原时间超过480 s。体外循环结束鱼精蛋白拮抗的剂量为肝素剂量的1～1.5︰1，使凝血酶原时间值达到或接近术前基础值。术中根据血流动力学指标和经食管超声心动图监测调整容量和/或使用去甲肾上腺素、多巴胺、米力农、硝酸甘油等血管活性药物维持平均动脉压不低于60 mmHg。术毕均保留气管导管进入ICU，并予以静脉术后自控镇痛(镇痛药液为舒芬太尼2 μg/kg托烷司琼6 mg，用0.9%氯化钠溶液稀释至100 mL)，持续输注剂量为0.04 μg·kg^-1·h^-1，单次追加剂量为0.02 μg/kg，锁定时间为15 min。

体外循环采用Maquet HL 20型体外循环机、膜式氧合器和血液过滤器，保持灌注流量2.0～2.8 L·m^-2·min^-1，吸氧浓度为50%，气血比为0.5∶1，维持灌注压60～80 mmHg，血液稀释度控制血细胞比容0.20～0.25。体外循环期间维持鼻咽温度在32～34 ℃，复温速度控制在每3～5 min升高1 ℃。

将乌司他丁注射剂(批号031311083，广东天普生化医药股份有限公司)用0.9%氯化钠溶液稀释至60 mL，在麻醉诱导前以20 mL/h的速度持续静脉输注，对照组以同样的方法给予等容量0.9%氯化钠溶液。

(1) 统计各组患者年龄、性别、体质量指数、文化程度(计分方法为文盲0分、小学1分、中学2分、大学及以上3分)、美国麻醉医师协会分级、术前左室射血分数、体外循环时间、手术时间、桥血管支数、术中舒芬太尼的用量、体外循环中最低血红蛋白浓度、气管导管保留时间、ICU停留时间、术后疼痛视觉模拟评分及术中血流动力学指标等。(2)在手术当天和次日晨8时采集患者静脉血2 mL，立即离心取上清液，置－80 ℃冰箱保存待测，用放射免疫法测定血浆皮质醇浓度。(3)炎性细胞因子和S100β蛋白测定: 三组患者分别在术前、开胸、术毕、术后6 h和术后24 h共五个时间点抽取患者静脉血离心分离后取上清液置－80 ℃冰箱保存。用酶联免疫吸附法检测炎性因子IL-6、IL-10、TNF-α和S100β蛋白水平。由于体外循环期间的血液稀释程度不断在变化中，为排除血液稀释对测定值的影响，采集血标本同时检测血细胞比容，并按下列公式进行矫正，矫正值＝实测值×(术前血细胞比容/采样时血细胞比容)。

术前1 d、术后1周和3个月分别访视患者，应用精神神经测试组合量表完成认知功能评估判定是否发生POCD，测试量表包括简易智力量表、视觉语言学习测验、数字广度测验、数字符号测验、循迹连线测验。为了评价测试中可能存在的学习效应，我们以相似年龄段的患者家属作为正常对照组(n=30)，在同一时间点进行认知功能评估。POCD的诊断采用国际术后认知功能研究小组推荐的“Z计分”综合评分法判断^[4]，具体为：(1)计算对照组在各项神经心理学量表测试中的前后2次差值，取其平均值作为学习效应，其中学习效应定义为反复进行同一量表测试可能导致患者因熟悉量表内容而出现假性分数增加的估计值。(2)同样计算出受试者2次量表的各项差值，减去学习效应即为其实际差值。定义Z=受试者某项量表得分实际差值/正常对照组同种量表得分差值的标准差，Z分值越大说明术后该项测试的成绩较术前下降越大。总Z值则是将单个患者所有测验项目的Z值之和除以对照组所有测验项目Z值之和的标准差。当Z≥1.96判为异常，如存在2项及以上量表测试异常者或总Z值≥1.96，则诊断发生POCD，并依据是否发生POCD分为POCD组与非POCD组。

采用SPSS 19.0进行统计学分析，所有计量资料以均数±标准差(x±s)表示，组间比较采用t检验或方差分析，组间多重比较采用SNK法(或LSD法)；计数资料采用百分比描述，组间比较采用χ²检验。均为双侧检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

最终入组并完成研究的患者共有93例，分别为大剂量乌司他丁组31例、小剂量乌司他丁组30例和对照组32例。其中男性73例，女性20例，平均年龄(68.9±4.6)岁。三组患者术中血流动力学平稳，无严重低血压发生。各组患者的性别、年龄、体质量指数、文化程度、美国麻醉医师协会分级、术前左室射血分数、体外循环时间、手术时间、桥血管支数、术中舒芬太尼的用量、最低血红蛋白浓度、术毕左室射血分数、气管导管保留时间、ICU停留时间、疼痛视觉模拟评分差异均无统计学意义(均P＞0.05)，见表1。

术前各组患者血皮质醇水平无明显差异。与术前比较，对照组患者术后次日晨血皮质醇水平升高明显，其差异有统计学意义(P＜0.01)，而大剂量和小剂量乌司他丁组患者虽有所升高，但与术前比较，差异无统计学意义(P＞0.05)。与对照组比较，大剂量和小剂量乌司他丁组患者术后血皮质醇浓度均较低，差异有统计学意义(均P＜0.01)，但大剂量乌司他丁组与小剂量乌司他丁组患者比较差异无统计学意义(均P＞0.05)，见表2。

三组患者术毕、术后6 h 和术后24 h的血IL-6、IL-10、TNF-α水平及 S100β蛋白水平均高于术前(P＜0.05或0.01)，其中IL-10和 S100β在术毕时点升高最明显(P＜0.01)，而术后6 h的 IL-6和术后24 h的TNF-α升高最明显(P＜0.01)。与对照组比较，大剂量和小剂量乌司他丁组患者术毕、术后6 h 和术后24 h血IL-6、TNF-α和术后6 h的S100β蛋白水平降低(P＜0.05或0.01)；在术毕、术后6 h 大剂量乌司他丁组和小剂量乌司他丁组患者血浆IL-10水平比对照组均升高，差异有统计学意义(均P＜0.05或0.01)，但大剂量乌司他丁组与小剂量乌司他丁组患者差异无统计学意义(P＞0.05)，见表3。

大剂量和小剂量乌司他丁组患者术后1周的POCD发生率(25.8%和23.3%)均低于对照组(50.0%)，差异有统计学意义(均P＜0.05)；而大剂量和小剂量乌司他丁组术后3个月的POCD发生率(12.9% 和16.7%)与对照组(28.1%)比较，差异均无统计学意义(均P＞0.05)。术后24 h POCD组血清S100β蛋白水平高于非POCD组，其差异具有统计学意义(P＜0.05)。见表4。

POCD是术后常见并发症之一，但是POCD发生的机制目前尚未明确。研究显示，机体炎性反应释放的多种细胞因子参与术后认知功能障碍发生的病理生理过程可能是其发生的重要原因^[5]。而心脏手术由于有体外循环、手术创伤大等因素致机体应激和炎性反应强烈，释放大量的IL、TNF等多种细胞因子并可透过血脑屏障导致与记忆、学习等认知相关的脑神经细胞如小胶质细胞功能受损发生POCD。

乌司他丁是一种临床上广泛使用的蛋白酶抑制剂，能够抑制促炎因子的释放，促进抗炎因子的表达，预防细胞因子级联反应及炎症介质的过度释放。有研究显示乌司他丁能通过抑制核因子_κB活化、减少促炎性细胞因子TNF-α的释放和提高抗炎性细胞因子IL-10水平，保护脑缺血再灌注大鼠的海马神经功能，从而改善其认知和记忆能力^[6]。本项研究显示对照组患者在手术次日晨的血皮质醇水平较术前明显增高，而两乌司他丁组患者血浆皮质醇水平与术前无明显差异，说明麻醉诱导前使用乌司他丁能较好地抑制冠状动脉搭桥术患者麻醉手术所致的应激激素的释放。同时本研究观察到各组患者各种细胞因子IL-6、IL-10、TNF-α的水平随着手术的进程逐步增加，在术毕、术后6 h 及术后24 h，两乌司他丁组患者促炎性细胞因子IL-6和TNF-α水平均低于对照组，而抗炎性细胞因子IL-10水平高于对照组，且大剂量和小剂量乌司他丁两组间没有差异。说明乌司他丁能减少冠状动脉搭桥术患者术中和术后早期促炎性细胞因子的释放和促进抗炎性细胞因子的释放，调节机体促炎与抗炎的平衡，并且两种剂量的乌司他丁作用效果相似。而促炎性细胞因子在认知功能受损的过程中起到了很重要的作用，研究显示外周炎性反应信息不仅可以通过迷走神经传入途径传递到中枢，促炎性细胞因子如IL-6、TNF-α在病理或非病理情况下都可以通过血脑屏障^[7]引起中枢神经系统的星形胶质细胞和小胶质细胞等进一步合成大量炎性因子。而高浓度的炎性因子可通过影响神经元尤其是海马区的突触可塑性和突触间的传递功能、抑制长时程增强、抑制海马神经元的发生、影响中枢内神经递质如乙酰胆碱的释放等途径影响机体的学习记忆，导致认知功能下降^{[8, 9]}。老年患者不仅血脑屏障的功能下降，脑内的小胶质细胞和星形胶质细胞也更易被激活，这可能是老年人更容易发生POCD的原因。

乌司他丁对冠状动脉搭桥术术后认知功能的作用的相关研究较少。本研究对照组患者术后1周和3个月POCD的发生率分别是50.0%与28.1%，无论是大剂量乌司他丁组或小剂量乌司他丁组术后1周POCD的发生率均低于对照组，提示乌司他丁可以减少冠状动脉搭桥术后1周POCD的发生率。而两乌司他丁组术后3个月POCD的发生率均比对照组下降，但差异无统计学意义。说明其对术后3个月POCD的发生没有影响，其原因还有待进一步的研究。

同时研究显示两乌司他丁组患者在术后6 h的血浆S100β蛋白水平明显低于对照组。S100β主要存在于神经胶质细胞和施万细胞，正常情况下血浆浓度极低，其值升高通常标志着脑神经元损伤和血脑屏障渗透性增加，是判断心脏手术后早期脑损伤的一个重要标志^{[10, 11]}。本研究中也观察到血清S100β蛋白水平在术中迅速升高，反映了体外循环手术过程中脑神经细胞的损伤，同时两乌司他丁组患者在术后6 h的血浆S100β蛋白水平明显低于对照组，且两乌司他丁组患者术后1周POCD发生率也明显低于对照组，说明乌司他丁可以减少外周促炎因子IL-6和TNF-α的释放，抑制手术和体外循环引起的全身及脑部的炎症反应，减轻脑神经元损伤，减少S100β蛋白表达。同时POCD组患者术后6 h血清S100β水平高于非POCD组患者，也说明POCD的发生可能与手术等多种因素导致的脑神经元和胶质细胞损害有关，而研究证实胶质细胞与学习、记忆等认知功能关系密切^[12]，因而乌司他丁减少冠状动脉搭桥术患者POCD的发生可能是这一机制所致。但血清S100β作为心脏手术后脑损伤以及认知功能障碍的预测指标还有争议^[13]，其中一个重要的原因是在脑外如脂肪组织、皮肤和部分的胃肠道也含有S100β，手术创伤包括术中回输自体血液也可导致血清S100β水平升高而引起误判。但也有研究认为S100β的半衰期短(约25 min)，手术因素导致的S100β水平升高在术后1～2 h基本消除，因此本研究中术后6 h检测S100β水平依然是有意义的。术后24 h两乌司他丁组患者血浆S100β水平与对照组无差异，分析原因可能是乌司他丁的清除半衰期只有40 min，给药12 h后绝大部分已经肾脏代谢排出之故。

由于本研究为单中心的临床研究，病例数偏少，且难以避免术后病例的失访，也很难随访到患者术后长时间如一年以上的认知功能水平。而且对于POCD的诊断目前国际上也无统一标准的测试量表可供参照，导致各研究中应用的标准不一。我们参考国内外文献，结合其可操作性选取了一系列量表较好地反映了患者手术前后认知功能的变化，与相关的研究结果也比较一致。

在本研究中观察到两种剂量乌司他丁的作用一致，因此麻醉诱导前使用0.8万U/kg的乌司他丁可减少冠状动脉搭桥术患者术后1周POCD的发生，其机制可能与乌司他丁能减轻炎性反应及脑损伤有关。