陳 晨，田乃元,吳 旭

0 引言

氯胺酮(ketamine,KET)屬于苯環(huán)己哌啶類靜脈麻醉藥，是NMDA受體(N-methyl-D-aspartic acid receptor)的非競爭性拮抗劑，因其具有鎮(zhèn)痛作用強、呼吸抑制輕、主要在肝內(nèi)代謝等優(yōu)點，現(xiàn)已較廣泛應(yīng)用于小兒麻醉、靜脈麻醉及復(fù)合麻醉[1-2]。大量研究表明，氯胺酮麻醉可以誘導(dǎo)發(fā)育期腦的神經(jīng)細胞大量的變性和凋亡，導(dǎo)致認知功能障礙[3-4]。鑒于此，人們對其臨床使用的安全性愈發(fā)重視,尤其關(guān)注其對嬰幼兒快速發(fā)育期大腦的影響。本文就氯胺酮導(dǎo)致認知功能障礙與其可能機制進行綜述。

1 氯胺酮的藥理和毒理作用

1.1 氯胺酮的藥理作用 氯胺酮主要應(yīng)用于麻醉，其特點是痛覺消失,意識模糊但并不完全喪失，對周圍環(huán)境的刺激反應(yīng)遲鈍,感覺與環(huán)境分離呈一種意識和感覺分離狀態(tài) 稱為分離性麻醉(Dissociatire anesthesia)[5],胺酮產(chǎn)生麻醉作用主要是抑制興奮性神經(jīng)遞質(zhì)以及與NMDA受體相互作用阻滯興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞。

1.2 氯胺酮的毒理作用 氯胺酮的毒理作用主要有精神 、神經(jīng)系統(tǒng)和認知學(xué)習(xí)記憶功能方面等，且與劑量呈正比[6]。氯胺酮是熟知的NMDA受體非競爭性阻斷劑，有研究表明,NMDA受體與記憶有關(guān)，氯胺酮可能通過阻斷谷氨酸能神經(jīng)通路而引起記憶損害。

1.3 NMDA受體結(jié)構(gòu)及其功能 NMDA受體是一種具有許多不同變構(gòu)調(diào)控作用位點并對鈣離子高度通透的配體門控性離子型谷氨酸受體。每個NMDA受體上含有兩個谷氨酸和兩個甘氨酸識別位點,谷氨酸和甘氨酸是鈣受體的協(xié)同激動劑。NMDA受體通道上還有鎂離子結(jié)合位點、鋅離子結(jié)合位點及多胺結(jié)合位點等。NMDA受體主要是由兩個NR1亞單位和兩個NR2亞單位形成的異四聚體結(jié)構(gòu)，NR1是功能亞基，其基因表達紊亂可引起受體功能的喪失；NR2是受體復(fù)合物的調(diào)節(jié)亞基,輔助NMDA受體形成多元化結(jié)構(gòu)[7]。NMDA 受體的分布在成年大腦中,NR1亞基mRNA 分布廣泛,4種NMDAR2 亞基在大腦的分布表現(xiàn)出特異性。NR2B 亞基mRNA 選擇性地在前腦表達。NR2C 亞基mRNA 主要在小腦表達,而在嗅球和丘腦表達很弱。此外,在丘腦、腦干和嗅球，NR2D 亞基mRNA 有低水平表達。Millan等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在中樞神經(jīng)發(fā)育的過程中，NMDA受體通過不同亞型的選擇性表達而改變自身的結(jié)構(gòu)和功能，進而影響NMDA受體介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流，最終實現(xiàn)對中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程的復(fù)雜調(diào)控。

1.4 氯胺酮對NMDA受體的拮抗作用 現(xiàn)已證實,氯胺酮作為NMDA受體非競爭性拮抗劑，在受體處于被激活狀態(tài)下，結(jié)合于門控性通道的苯環(huán)已哌啶(PCP)位，阻滯興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞而發(fā)揮全麻作用[9]。研究認為,氯胺酮是通過兩個不同的機制來抑制NMDA受體：氯胺酮與開放的通道結(jié)合從而降低通道的平均開放時間；氯胺酮通過一個生化變構(gòu)機制來減少通道開放的頻率。

2 氯胺酮導(dǎo)致發(fā)育期腦認知功能障礙

2.1 急性期內(nèi)氯胺酮導(dǎo)致小鼠產(chǎn)生認知功能障礙 大量實驗顯示，氯胺酮作為NMDA受體拮抗劑，可以在急性期內(nèi)誘發(fā)大量神經(jīng)元的凋亡，并且對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。例如 Shi等[10]分別給PND7 (postnatal day 7)SD大鼠，即出生后第7天的SD大鼠每隔2 h進行20 mg/kg的氯胺酮皮下注射，并且在第6次注射后用免疫細胞學(xué)方法觀測到了嚴重的神經(jīng)損害。Soriano等[11]也將出生后第7天的SD大鼠作為實驗對象，在9 h之內(nèi)每隔90 min進行25 mg/kg的重復(fù)劑量注射，并且通過鍍銀染色發(fā)現(xiàn)，大鼠腦中70%的神經(jīng)元發(fā)生變性。Brambfink等[12]也證實，發(fā)育中的大腦對氯胺酮非常敏感，持續(xù)暴露5 h即足以引起顯著的神經(jīng)元凋亡。此外，一些實驗也揭示，氯胺酮不但導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡，還引發(fā)學(xué)習(xí)記憶損害，Sheng等[13]研究發(fā)現(xiàn),氯胺酮在急性期內(nèi)能引起21日齡小鼠學(xué)習(xí)記憶的損害，并且呈劑量依賴性。

2.2 氯胺酮導(dǎo)致小鼠產(chǎn)生認知功能障礙具有劑量時間依賴性 Scallet等[14]把PND7的SD大鼠分成了3組，對第一組進行了7次10 mg/kg的皮下注射，對第二組進行了7次20 mg/kg的皮下注射，對第三組進行了20 mg/kg的單次皮下注射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第一、三組血藥濃度在2～5 μg/mL，接近于人類的麻醉藥血藥濃度，卻沒有神經(jīng)元變性的增加，第二組血藥濃度在14 μg/mL左右，是人類麻醉藥血藥濃度的7倍時，變性的神經(jīng)元顯著增加。這顯示出麻醉劑量的氯胺酮對細胞凋亡影響不明顯，略高于麻醉劑量的氯胺酮具有神經(jīng)毒性。Young等[15]對Inbred Mice近交系黑色小鼠6(C57BL6)小鼠進行了不同劑量(10、20、30、40 mg/kg)的單次劑量皮下注射，5 h后，10 mg/kg的小鼠有輕微改變，30～40 mg/kg的小鼠神經(jīng)元凋亡顯著上升。Zou等[16]對出生5 d的恒河猴分別實施氯胺酮靜脈麻醉3、9、24 h后，發(fā)現(xiàn)3 h組無明顯的神經(jīng)凋亡，而9 h組和24 h組發(fā)現(xiàn)額皮質(zhì)的神經(jīng)細胞明顯變性凋亡。Peng等[17]猜測氯胺酮誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性依賴于氯胺酮的劑量和暴露的持續(xù)時間。

3 氯胺酮導(dǎo)致小鼠產(chǎn)生認知功能障礙的可能作用機制

認知功能是腦的高級功能，與傳遞神經(jīng)遞質(zhì)以及突觸的可塑性有關(guān)[18]。NMDA 受體通道是電壓依賴性通道，高鈣電導(dǎo)是 NMDA 受體的特點之一，也是 NMDA 受體與觸發(fā)突觸長時程增強(Long-term potentiation，LTP)效應(yīng)和學(xué)習(xí)記憶形成機制密切相關(guān)的原因。目前認為，LTP是中樞突觸經(jīng)過突觸前纖維的強直(高頻)刺激所誘發(fā)產(chǎn)生的傳遞效應(yīng)的長時間變化，也是突觸可塑性的表現(xiàn)形式之一，被認為是腦內(nèi)信息貯存和記憶形成的生理機制，與學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)[19]。研究表明,通過藥理手段抑制或阻斷LTP的形成可以影響認知功能[20]。谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)最主要的一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在突觸穩(wěn)定性的維持及可塑性變化中起關(guān)鍵作用。谷氨酸釋放后通過激活 NMDA 受體，誘發(fā)LTP的形成，從而對學(xué)習(xí)記憶功能進行調(diào)節(jié)。最近的研究表明,在LTP產(chǎn)生時，鈣離子進入NMDA受體并與鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶Ⅱ(Calcium/calmodulin-dependent protein kinaseⅡ,CaMKⅡ)結(jié)合[21]。CaMKⅡ由4個基因(α、β、γ 和 δ)編碼,是12 個亞基形成兩個 6 元環(huán)齒輪狀的結(jié)構(gòu)。在腦海馬和新皮層的突觸后神經(jīng)元致密層(postsynaptiedensity，PSD)中含量豐富，它占前腦總蛋白的 1%～2%[22]。LTP的維持依靠CaMKⅡ/ NMDA復(fù)合體，也就是說，CaMKⅡ/ NMDA復(fù)合體使突觸連接更穩(wěn)定、活性更強。CaMKⅡ/NMDA受體復(fù)合體很有可能是記憶存儲的分子基礎(chǔ)之一。Appleby等[23]認為,通過 NMDA 受體介導(dǎo)的 Ca2+內(nèi)流可激活 CaMKⅡ，后者可直接與 NMDA受體的 NR1 和 NR2B 亞基結(jié)合，使該亞基發(fā)生磷酸化，最終導(dǎo)致 LTP 的發(fā)生，參與突觸可塑性調(diào)節(jié)。Abraham等[24]研究認為,NMDA受體可調(diào)控神經(jīng)元的激活或死亡，樹突、軸突結(jié)構(gòu)發(fā)育及突觸可塑性，進而在中樞神經(jīng)發(fā)育以及調(diào)制LTP形成過程中起重要的作用。所以氯胺酮作為 NMDA 受體的非競爭性拮抗劑，對LTP的形成必然會產(chǎn)生影響，進而有可能引起認知功能記憶障礙。并且有研究表明，重復(fù)或長時間氯胺酮麻醉后，短期內(nèi)可引起廣泛的神經(jīng)細胞變性并伴有降低突觸LTP[25-26]。Liu等[27]對1日齡小鼠分別皮下注射1、3或6次,5、10 或20 mg/kg氯胺酮，并且最后1次注射后6 h小鼠被處死并取其腦組織進行RNA分離和組織化學(xué)檢驗。結(jié)果表明,經(jīng)氯胺酮處理的小鼠的腦額葉NMDA受體的NR1亞基表達明顯上升，其也認為重復(fù)性地暴露于高劑量氯胺酮能引起代償性NMDA受體上調(diào)，并隨后觸發(fā)發(fā)育中神經(jīng)元凋亡。現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn),氯胺酮作為NMDA受體的拮抗劑作用于NMDA受體PCP結(jié)合位點，使NMDA受體NR1亞基表達上調(diào)，而當這種拮抗作用解除后，上調(diào)的NMDA受體可結(jié)合過多的谷氨酸，使大腦相關(guān)腦區(qū)接受谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)的刺激加強，從而導(dǎo)致過多的Ca2+內(nèi)流[28]，過多胞內(nèi)鈣可能導(dǎo)致神經(jīng)興奮性毒性，導(dǎo)致過度細胞凋亡，產(chǎn)生神經(jīng)毒性。

4 問題與展望

4.1 氯胺酮能否產(chǎn)生遠期的認知功能障礙 Paule等[29]發(fā)現(xiàn)，在靈長類大腦發(fā)育的敏感期(圍產(chǎn)期)給予24 h氯胺酮持續(xù)暴露可導(dǎo)致大腦的長期損害,并證實,在大腦發(fā)育的關(guān)鍵時期接受全身麻醉可導(dǎo)致以后的功能障礙。然而，也有實驗顯示了與Paule等不同的結(jié)果，陳志斌等[30]對SD大鼠進行研究發(fā)現(xiàn)，單次腹腔注射氯胺酮后引發(fā)顯著增強的海馬神經(jīng)元細胞凋亡和N-甲基-D-天(門)冬氨酸受體2B亞基(N-methyl-d-aspartate receptor 2B,NR2B)蛋白表達增強，但不影響其成年后在Morris水迷宮中的空間學(xué)習(xí)記憶。從這兩個截然相反的實驗結(jié)果中可以看出，氯胺酮對發(fā)育期腦神經(jīng)毒性的遠期影響還有待研究。因為發(fā)育期的動物神經(jīng)系統(tǒng)具有較強的可塑性，經(jīng)過中樞神經(jīng)系統(tǒng)長期的修復(fù)和再生，氯胺酮所致的認知功能和學(xué)習(xí)記憶能力損傷是否依然存在，這直接影響到成年動物的生活質(zhì)量。

4.2 氯胺酮的臨床應(yīng)用及其不良反應(yīng) 應(yīng)用于臨床的氯胺酮是鹽酸氯胺酮，為左旋和右旋體的消旋混合物，主要在肝代謝。因其具有鎮(zhèn)痛作用強、呼吸抑制輕、循環(huán)系統(tǒng)輕度興奮、恢復(fù)過程相對平穩(wěn)及兒童應(yīng)用過程中產(chǎn)生相對于成年人比較弱的類精神分裂癥樣癥狀等特點，主要應(yīng)用于小兒麻醉、表淺小手術(shù)、燒傷換藥等需要麻醉時間較短小的手術(shù)[31]。值得說明的是，氯胺酮是唯一具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛和麻醉等藥效的臨床麻醉藥物。氯胺酮可以通過口服、鼻腔吸食、肌肉注射和靜脈注射途徑用藥。

不過氯胺酮對人體多個系統(tǒng)及器官均有廣泛的副作用,例如有研究發(fā)現(xiàn),氯胺酮可以導(dǎo)致嚴重的泌尿系統(tǒng)功能障礙[32-33],也有因長期濫用氯胺酮出現(xiàn)肝內(nèi)膽管擴張且均未發(fā)現(xiàn)膽道結(jié)石及遠端梗阻的異常征象[34]。氯胺酮的精神副作用更是限制了其在臨床使用，氯胺酮可抑制丘腦-新皮層系統(tǒng),使病人丘腦新皮質(zhì)與邊緣系統(tǒng)的聯(lián)系中斷而出現(xiàn)“木僵狀態(tài)”[35]，中樞系統(tǒng)出現(xiàn)功能改變，進而干擾病人的思維能力和感知周圍環(huán)境的能力，情緒改變，痛覺消失、意識模糊、對周圍環(huán)境的刺激反應(yīng)遲鈍以及感覺與環(huán)境分離，自身形狀感覺的改變和分離或出殼的體驗，呈一種意識和感覺分離狀態(tài)。但是其中很多作用的機制均未闡明,目前認為，氯胺酮導(dǎo)致上述作用的可能機制與NMDA 受體有關(guān)。為減少氯胺酮不良反應(yīng)，應(yīng)主張盡量避免大劑量、長期使用氯胺酮而是改為小劑量，并且復(fù)合阿托品、地西泮、異丙酚、苯巴比妥類藥使用，這樣可降低氯胺酮精神副作用、抑制毒性反應(yīng)的發(fā)生率和減輕精神癥狀[36]。有癲疒間、精神病史者慎用或不用氯胺酮。

4.3 展望 臨床麻醉劑量的氯胺酮能否導(dǎo)致人類未成熟大腦神經(jīng)元凋亡，從而引起患者以后的認知功能障礙和學(xué)習(xí)記憶能力損傷，這些都未得到明確的臨床證實，尚需大樣本的更具說服力的前瞻性研究，為臨床合理、有效應(yīng)用提供理論支持。

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