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七氟烷对心、脑器官保护作用研究的进展

时间:2010-08-23 17:16:18  来源:  作者:

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Neuroprotection and Cardioprotection of Sevoflurane

 

吴宏亮 综述  孙莉 审校

中国医学科学院 中国协和医科大学肿瘤医院麻醉科,北京 100021

Hong-liang Wu,Li Sun

Department of Anesthesiology,Cancer Institute and Hospital,Chinese Academy of Medical Science & Peking Union

Medical College,Beijing 100021,China

 

ABSTRCT

  Given the current clinical interest,the effects of sevoflurane on organ system are popular,particularly on the brain and heart. Sevoflurane may provide neuroprotection and cardioprotection. The vessel reaction on carbon dioxide partial pressure and cerebral auto regulation are maintained during sevoflurane anesthesia. To sevoflurane neuroprotective effect,a reduction of ischaemia-induced efflux of excitatory amino acids and activating potassium channels whilst blocking sodium channels have been reported. Sevoflurane protects the heart against ischaemia and reperfusion injury by many mechanisms,including both improving oxygen supply/demand ratio and collateral blood flow and reduction of polymorphonuclear(PMN) cell adherence,through preconditioning and direct protection during reperfusion.

  Key words: Sevoflurane; Neuroprotection; Cardioprotection

 

  七氟烷由Regan于1968年合成,1976年由Holaday等进行了一期临床试验,并于1986年完成三期临床试验。化学名为氟甲基-六氟-异丙基醚,具有全麻诱导快、苏醒迅速、对呼吸道无刺激、肌肉松弛作用强、以及对循环影响小等优点。

  随着七氟烷在临床广泛使用,有关这种新型的吸入麻醉药的药理学研究也逐步深入。近年来有关七氟烷研究热点集中在器官保护方面,尤其是对心肌和脑组织的缺血缺氧后损伤的保护作用更引人注意。以下将系统综述七氟烷对心脏和脑组织保护作用的研究进展。   

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  一、对脑组织影响

  1.脑血流变化

  随着七氟烷麻醉浓度的升高,实验鼠脑组织氧耗量、葡萄糖代谢率及脑血流均降低,但脑血流降低更明显[1]。与清醒状态相比,在浓度为1MAC的七氟烷麻醉下,病人的脑代谢率、脑组织葡萄糖代谢率及脑血流可降低40~50%[2]。浓度为1.5MAC七氟烷麻醉可使实验猪脑血管阻力降低,同时脑灰质和脑白质脑血流降低明显(25%~34%),而脑组织的氧耗量降低更明显(50%)[3]

  与上述研究结果相反,有些研究发现七氟烷麻醉后脑血流并未降低。脑血管自主调节作用及血管对二氧化碳的反应性是调节脑血流的重要机制。在实验鼠中七氟烷麻醉浓度(2MAC)时脑血流自动调节功能维持在正常范围[4]。Gupta.S等[5]选择观察大脑中动脉血流速度与平均动脉压的关系作为评价脑血管自主调节功能,在非颅内神经手术病人中应用0.5和1.5MAC七氟烷麻醉后脑血管自身调节功能未受影响。而Kitaguchi K等[6]证明使用七氟烷麻醉后即使接受颅内手术病人脑血管自主调节功能也未受明显影响。而有学者提出浓度为1~1.5MAC的七氟烷麻醉时脑自主调节功能及对二氧化碳分压的反应性有轻微受损,同时如果复合笑气后此调节功能受损将更为明显(相对于MAC增加而言)[7]。这可从七氟烷复合笑气麻醉后颈静脉血中氧分压升高得到间接证明[8]。七氟烷麻醉时病人的二氧化碳分压高低也会影响脑血流自动调节功能,如当病人呼气末二氧化碳分压达60mmHg时,七氟烷浓度为0.6MAC时脑血管的自动调节功能就不能维持[9]

  麻醉深度维持在1.5MAC时七氟烷较异氟烷更能维持脑血流自动调节功能[4]。七氟烷和异氟烷在许多方面性质相近,但在脑血管自主调节上存有差异,其原因为:吸入麻醉药对脑血管的影响作用依赖于麻醉药对血管的直接扩张作用和血流-代谢间接缩血管作用间的平衡。在使用吸入麻醉剂前病人脑组织代谢状态决定使用吸入麻醉剂对脑血管的影响效果,如脑组织代谢状态原本处于抑制状态,使用吸入麻醉剂后表现为血管扩张、脑血流增加;如病人处于清醒或浅麻醉状态时,使用吸入麻醉剂后脑血流则降低。有学者提出低浓度时表现为脑血管收缩效应、高浓度时脑血管扩张效应并影响脑血管自身调节作用[10]:七氟烷扩血管效应较地氟烷和异氟烷弱,有报道浓度为1.5MAC时七氟烷扩血管效应是异氟烷的30%[11]

  2.颅内压变化

  目前有关七氟烷对颅内压的影响情况均不一致。有学者在实验兔和实验猫中发现七氟烷有升高颅压效应[12,13]。而ArtruAA等[3]认为七氟烷和异氟烷麻醉时颅内压不会升高。在接受垂体瘤切除术病人中使用麻醉浓度为0.5MAC和1.0MAC七氟烷麻醉后,病人脑脊液压力均有轻微升高趋势,但无统计学差异[14]。Takahashi H等[15]报道在实验狗中使用浓度为1.5MAC七氟烷麻醉,维持正常水平和低水平二氧化碳分压时,实验犬的颅内压分别升高6.4±1.4和3.8±0.7mmHg,两者虽无统计学差异,但研究结果提示过度通气可能会掩盖七氟烷升颅压效应。Petersen K等[16]比较丙泊酚、异氟烷及七氟烷在相同的麻醉深度和过度通气的实验条件下发现各组病人的颅内压均有不同程度降低,丙泊酚麻醉组降低1.7mmHg,异氟烷组降低3.2mmHg,七氟烷组降低3.4mmHg。七氟烷麻醉后虽一定程度上升高颅内压,但其可有效地保护颅内压对二氧化碳反应。由此,在神经外科手术中选用七氟烷麻醉是明智选择。

  3.脑缺氧损伤保护

  目前研究表明七氟烷对脑缺血缺氧性损伤有保护作用。在麻醉浓度为1MAC的氟烷和七氟烷时,夹闭实验鼠双侧颈动脉30分钟并将血压维持在30~40mmHg时,结果发现各组鼠酸中毒和高能磷酸化合物无差别,但七氟烷组鼠代谢性酸中毒自动恢复速度更快[17]。在麻醉浓度为1.4MAC七氟烷麻醉后可减少实验鼠因阻断大脑中动脉所致的脑梗死面积[18]。夹闭实验鼠单侧颈动脉30分钟并继续维持低血压后发现:与笑气/芬太尼麻醉相比,浓度为1.4MAC七氟烷麻醉组实验鼠神经系统受损程度相对较轻[19]

  七氟烷的脑缺氧损伤保护可能机制有以下几方面:神经元缺氧损伤后细胞内谷氨酸、天门冬氨酸外流是细胞发生损伤级联反应的早期反应,如果阻断这两种兴奋性氨基酸突触后反应的NMDA和AMPA受体表现出神经元保护效应[20]。在缺血缺氧处理后的实验鼠脑皮质切片中予以4%七氟烷,结果七氟烷发现神经元谷氨酸、天门冬氨酸明显减少,这可解释七氟烷的脑保护作用[21]。七氟烷还可增强星形细胞吸附谷氨酸、天门冬氨酸能力,减少突触间兴奋性神经递质,表现为缺氧后保护效应[22]。具有保护作用的钙/钠通道阻断剂、NMDA受体拮抗剂及低温均可减少神经元内多巴胺外流,七氟烷也可使脑组织多巴胺外流减少[21,23-25]。七氟烷作为吸入麻醉剂还可激活钾通道阻断钠通道,表现为对脑组织缺血损伤后的保护效应[26]

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  二、七氟烷对心脏功能的影响

  1.对心肌灌注影响

  七氟烷麻醉不会或很少会发生“冠脉窃血征”,其可通过降低冠状动脉(包括侧枝循环)阻力,增加心肌灌注。七氟烷降低血管阻力程度存在剂量依赖性,即随着浓度增加血管阻力下降更明显[27]。七氟烷增加冠脉血流可能与ATP敏感性钾通道活化无关。七氟烷不仅抑制缓激肽所致的内质网内的钙离子外流,而且抑制了胞膜的钙离子通道减少胞外钙离子内流实现血管平滑肌舒张[28]。七氟烷还可抑制α肾上腺素能受体介导的血管收缩作用,这可能是通过减少胞外钙离子内流而不是减少内质网内的钙离子外流而实现的[29]。七氟烷还可通过活性氧物质(reactive oxygen species)影响血管内皮依赖性的舒张作用[30]

  2.对心肌收缩功能影响

  动物实验研究和临床观察均发现与其他吸入麻醉剂类似,七氟烷可抑制心肌收缩功能,在相同的浓度下七氟烷对心肌抑制作用弱于氟烷的抑制作用。高浓度七氟烷的心肌抑制作用也不明显,即使浓度为2.0MAC时实验犬的心输出量也只有轻微降低[31]

  七氟烷对心肌的抑制作用可能与抑制钙离子内流有关[32]。其具体机制可能与涉及钙离子内流通道速度调控方面,即七氟烷可加快钙离子内流通道关闭速度,结果表现为钙离子内流总量减少[33,34]。七氟烷对心肌的收缩性和舒张功能影响均呈剂量依赖性抑制作用,七氟烷对心肌的负性肌力作用也可能与其抑制肌浆网中的钙离子外流及缩短心肌动作电位时间有关[35,36]

  3.对心脏传导系统影响

  在实验犬的离体心脏研究发现七氟烷对窦房结起搏功能无影响[37]。除动物试验外,有学者报道浓度为1MAC的七氟烷麻醉后,WPW综合征病人的窦房结功能及隐匿性旁路传导特点均无明显变化[28]。即使七氟烷麻醉浓度达2.0MAC时也不会影响房室结传导时间、希氏-浦肯氏纤维传导时间及心室内传导时间[39]。总之,七氟烷对心脏的电生理影响较轻,在儿童斜视矫正术中牵拉眼肌时七氟烷麻醉组患儿发生心率降低和窦性停搏等异常情况比氟烷麻醉组要较轻[40]

  4.对心脏节律影响

  与其他吸入麻醉剂类似(氟烷除外),使用七氟烷后不会出现心脏的室性期前收缩。七氟烷可防治急性心肌梗死后的心律异常,有学者报道浓度为1MAC的七氟烷可防止缺血15分钟后实验鼠心脏发生室颤[41,42]。这可能与七氟烷可延长心肌纤维的绝对不应期有关[43]。七氟烷在一定程度上还可防治布吡卡因中毒引起的QRS波异常[44]。七氟烷作为强效的吸入麻醉剂可延长QT间期,在先天性QT间期延长的病人使用七氟烷麻醉后可加重QT延长情况,故有人提出对有先天性和获得性QT间期延长的病人应慎用七氟烷[45]。吸入麻醉药引起心律失常的机制目前尚不清楚,这可能与吸入麻醉剂阻断钠离子转运有关[46]

  最早研究七氟烷麻醉时儿茶酚胺致心律失常作用是在1975年,研究结果表明七氟烷麻醉不会增加实验犬的心肌对肾上腺素的敏感性[47]。在七氟烷麻醉的实验犬中输注8~10μg.kg-1.min-1的肾上腺素后发现室性早搏并无明显增多。但硫喷妥钠可增加七氟烷麻醉后心肌对儿茶酚胺的敏感性,并降低发生心律失常的阈值。七氟烷麻醉发生心律失常的肾上腺素浓度是氟烷麻醉时浓度的4倍[48]。而七氟烷麻醉浓度本身并不会影响心律失常发生率[49]。总之,七氟烷不会增加心肌对肾上腺素所致的心律失常的敏感性,故可用于嗜铬细胞瘤切除术的麻醉。

  5.对心肌缺血损伤的保护作用

  在冠心病病人中使用七氟烷麻醉时,并不增加此类病人的患病率和死亡率。反而可保护心肌减少缺血和心梗的发生率。七氟烷在心肌缺血保护方面虽不如地氟烷,但也有显著作用。有文献[50]报道当七氟烷麻醉浓度大于1MAC时才会显示出对心肌的缺血性保护作用。

  (1)研究证据

  对离体豚鼠心脏预处理进行研究后发现,七氟烷可改善缺血损伤后心肌收缩功能和冠脉血流[51]。有研究报道在体外循环下行冠脉搭桥术病人中使用七氟烷麻醉组病人的心肌收缩功能和肾功能受损程度均较小[52]。在心脏手术复跳时使用浓度为1.5MAC七氟烷后可减少再灌注损伤的心肌损伤面积[53]。Julier K等[52]曾报道体外循环阻断主动脉前使用浓度为1.5MAC的七氟烷10分钟后,术后反映心肌收缩功能的敏感指标之一的β利尿钠肽与对照组相比明显降低;同时提出使用七氟烷进行多次短时间预处理较单次长时间预处理的心肌保护作用更明显。

  (2)与丙泊酚比较:

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64. Gerald. Cognitive Impairment:yes or no. Anesthesiology,2000,92:1848-1867.

65. Toller WG,Kersten JR,Pagel PS,et al. Sevoflurane Reduces myocardial infarct size and decreases the time threshold for ischemic preconditioning in dogs. Anesthesiology. 1999,91:1437-1446.

66. Grover GJ,Dzwonczyk S,Monticello TM. Comparative cardioprotective effects of cromakalim and diltiazem in ischemic hypertrophied rat hearts. Am J Physiol. 1996,270:H174-82.

67. Yao Z,Gross GJ. Effects of the KATP channel opener bimakalim on coronary blood flow,monophasic action potential duration, and infarct size in dogs.Circulation. 1994,89:1769-1775.

68. Sato T,Sasaki N,Seharaseyon J,et al. Selective pharmacological agents implicate mitochondrial but not sarcolemmal KATP Channels in ischemic cardioprotection. Circulation. 2000,101:2418-2423.

69. Garlid KD,Paucek P,Yarov-Yarovoy V,et al. Cardioprotective effect of diazoxide and its interaction with mitochondrial ATP-sensitive K+channels. possible mechanism of cardioprotection. Circ Res. 1997,81:1072-1082.

70. Wouter R, Musters RJP,Christa B,et al. The cardioprotective effect of sevoflurane depends on protein kinase C activation,opening of mitochondrial K+ATP channels,and the production of reactive oxygen species. Anesth Analg. 2003,97:1370-1376.

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