丙泊酚，化学名2，6-二乙丙基苯酚，是一种烷基酚类短效镇静催眠静脉麻醉药。20世纪80年代初在欧洲上市，因具有起效迅速、可控性强、苏醒快而完全、副作用少等优点，故被广泛应用于全身麻醉诱导和维持，以及用于ICU患者的镇静。虽然丙泊酚在临床麻醉被广泛大量应用，但对其麻醉机制的研究远远滞后于其临床应用程度，丙泊酚麻醉作用机制至今尚未完全阐明，尤其是在脑内的功能性靶点研究目前还极其有限。本文主要对丙泊酚脑内相关作用区域的研究进展进行综述。

 

1.丙泊酚的分子机制研究

 

以往对丙泊酚全身麻醉机制的研究，主要集中于分子水平及细胞靶点。近20年的大量研究已知丙泊酚能作用于1一氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受体、甘氨酸受体、谷氨酸受体、N型乙酰胆碱受体、5羟色胺3受体等发挥诸如镇静、制动、止吐、抗焦虑等作用。其中，A型GABA受体（GABA A受体）广泛分布于脑组织，是公认的最为敏感的结合受体，也是与丙泊酚麻醉作用机制关系可能最密切的受体。20世纪90年代Hales和Lambert研究指出临床相关浓度的丙泊酚能够显著增强GABA诱导的氯电流，GABA与GABA A受体结合，可开启氯离子通道，氯离子内流，细胞内超极化，产生突触后抑制，从而降低中枢兴奋性，因此表明GABA A受体在丙泊酚的麻醉作用机制中发挥关键作用。Jurd等发现对GABA A受体β3亚基点突变基因敲入小鼠进行丙泊酚麻醉，不能够产生对疼痛刺激失敏的效果，同时丙泊酚导致此类小鼠翻正反射消失的时间大幅延长。

 

由此证明：GABA A受体的β3亚基可能是丙泊酚的主要结合部位。Yip等运用光亲和标记技术，进一步证明丙泊酚与β3亚基的结合位点位于跨膜域与胞外域的接口之间，并毗邻已知的与麻醉敏感性息息相关的TMl及TM2跨膜段。

 

2.丙泊酚麻醉作用与脑内相关核团

 

以往普遍认为全身麻醉是麻醉药物对大脑的非特异性广泛抑制，这种观点正被逐渐摒弃。现在的研究更倾向于认为麻醉药物通过结合各自特定的神经功能核团发挥特定作用。相较于丙泊酚分子机制的研究，丙泊酚的中枢作用定位研究更为有限，由于GABA A受体广泛存在于脑内核团，丙泊酚是否有其特定的神经位点存在诸多争议，迄今为止，丙泊酚在人脑中确切的功能性靶点仍然不能确定。麻醉药所致的深度镇静状态在直观上类似于睡眠状态，因为二者都具备行动受限和缺乏对环境刺激应答的特点。自然睡眠和全身麻醉的镇静状态可能存在类似的功能机制。

 

麻醉镇静状态通常被认为与大脑皮质的慢波有关，在慢波睡眠3/4阶段和手术麻醉深度镇静时，BIS所测数值相当。由此可见，全身麻醉药物发挥镇静功能致意识消失的作用机制与睡眠通路有着密切的联系。因此，作为在麻醉中主要发挥镇静作用的丙泊酚，其作用机制相关的功能性区域，很可能与睡眠之惹醒相关的大脑核团及神经回路有关。

 

2.1 丙泊酚与内源性睡眠下丘脑传导通路

 

麻醉诱导的意识丧失与非快速眼动（nonrapid eye movements，NREM）睡眠状态非常相似。在内源性睡眠下丘脑传导通路中，腹外侧视前核（ventrolateral preoptic nucleus，VLPO）对上行的觉醒核诸如结节乳头体核（tuberomammillary nucleus，TMN）、蓝斑核（locus coeruleus，LC）、中缝背核、穹隆周围区域（perifornical area，Pef）等均有投射。VLPO释放GABA至TMN，GABA作用于TMN内GABA A受体，抑制TMN释放组胺至皮质、皮质下结构及丘脑，诱发NREM睡眠；与此对应的，在觉醒状态时，VLPO的兴奋性显著降低，TMN等上行觉醒核处于活跃状态，其释放大量的组胺、乙酰胆碱、食欲肽等促觉醒神经递质至皮质等部位，维持觉醒。

 

Nelson等通过脑立体定位给药及免疫组化等方法，发现对大鼠双侧TMN微量注射GABA A受体激动剂蝇蕈醇诱发了大鼠翻正反射消失，且这种镇静响应呈剂量依赖性，注射微量丙泊酚至TMN也造成了大鼠的显著镇静，而注射相同剂量蝇蕈醇至LC及TMN邻近的其他下丘脑位点并没有引起明显的镇静作用。当微量注射GABA A受体拮抗剂Gabazine至TMN后，其能够明显减弱GABA能麻醉药诱发的镇静效果。说明：①丙泊酚等GABA能麻醉药诱导的镇静反应涉及GABA A受体的激活；②镇静并非贯穿中枢神经系统的广泛抑制引起，而是与特定的神经通路有关，尤其是引起NREM睡眠的下丘脑传导通路；⑧TMN是丙泊酚等GABA能麻醉药发挥麻醉镇静作用的关键性神经位点之一。

 

Zecharia等在对丙泊酚作用相关的GABA A受体β3亚单位（N265M）点突变小鼠的离体脑片上，运用全细胞电生理技术记录GABA能抑制性突触后电流，发现TMN和Pef均一定程度上参与了丙泊酚的麻醉作用，而蓝斑核的GABA A受体β3亚单位点突变则对丙泊酚麻醉敏感性没有明显影响。Li等在大鼠VLPO细胞及离体脑片上记录自发兴奋性突触后电流，发现在孤立的VLPO神经元上，丙泊酚能使谷氨酸能自发兴奋性突触后电流次数增加而不影响其平均振幅。GABA A受体激动剂蝇蕈醇与丙泊酚的这种表现基本类似，而GABA A受体拮抗剂Gabazine却与之截然相反。

 

在离体脑片上，丙泊酚也能够增加自发兴奋性突触后电流的频率，且在低剂量时能够加速激发VLPO神经元细胞。说明：①丙泊酚至少部分的通过激发VLPO内的GABA能神经元以诱导产生麻醉状态；②丙泊酚激发VLPO神经元可能通过问接激活谷氨酸能传人神经元上的GABA A受体。Zhang等采用全细胞膜片钳技术记录大鼠离体脑片VLPO区域微型抑制突触后电流，发现丙泊酚能够可逆性降低微型抑制突触后电流的频率而不影响电流幅值，而这种表现能够被非选择性毒蕈碱型乙酰胆碱受体拮抗剂阿托品以及选择性的M1受体拮抗剂哌仑西平阻断。说明丙泊酚能够作用于投射至VLPO的GABA能神经元末梢上的M1受体进而抑制VLPO自发的GABA释放。

 

由M1受体介导调制的GABA能神经传输至VLPO神经元的机制可能与丙泊酚产生的意识丧失机制有一定的联系。以上证据表明，TMN、Pef、VLPO等核团一定程度上参与了丙泊酚的麻醉镇静作用，而LC与丙泊酚的麻醉机制没有明显相关。可见内源性睡眠下丘脑传导通路与丙泊酚的麻醉作用机制可能有着比较密切的相关性。

 

2.2丙泊酚与网状结构上行激动系统及丘脑——皮质网络

 

脑干和丘脑网状上行激动系统在睡眠一觉醒机制中也发挥着意识调节的重要作用，其中丘脑区域是除嗅觉以外的各种神经传导通路更换神经元的场所，其对麻醉药介导的外部信息传人抑制的研究尤为关键。Zhang等通过在大鼠的躯体感觉皮质区（S1）记录自发神经活动和体感神经活动的变化，发现在丘脑特定中继核——丘脑腹后内侧核（thalamus ventral posteromedial nucleus，VPM）注射GABA A受体拮抗剂荷包牡丹碱可以逆转丙泊酚诱导的皮质抑制作用，同时观察所有频段的局部场电位可见神经活动显著增加，体感诱发电位各分量的幅度也有所增加。说明：①丙泊酚能够抑制丘脑对皮质的信息传递；②丙泊酚发挥对丘脑的抑制作用可能是由于其增强了丘脑特异性中继系统GABA A受体介导的突触抑制；③丘脑是睡眠纺锤波产生的始发部位，丙泊酚能够影响其睡眠纺锤波的节律，而这种影响效果可被GABA A受体拮抗剂所翻转。对网状上行激动系统及丘脑一皮质网络在丙泊酚麻醉中所起作用，更多的研究主要集中在正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）和功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）等技术方法的应用。

 

如今，PET和fMRI成为用于研究麻醉药物如何作用于人的大脑以诱导全身麻醉状态的重要的工具。这些方法可结合更多的传统解剖成像技术运用，以显示在体的生化、代谢和功能上的改变。Gili等对15名健康志愿者运用功能磁共振成像技术，对全脑进行特征向量中心监测，发现对受试者进行丙泊酚浅镇静剂量注射后，丘脑的中心性降低，而脑干的脑桥部位中心性升高，提示丘脑及脑干区域可能在丙泊酚轻度镇静时发挥关键的枢纽作用。运用PET及fMRI技术，其他一些研究发现在无意识的状态下，丙泊酚大幅减少了所有脑区，特别是在丘脑的区域葡萄糖代谢率（regional glucose metabolism rate，rGMR）和区域脑血流量（regional cerebral blood flow，rCBF）。然而，在应用丙泊酚镇静剂量时，诸如枕叶、颞叶和额叶的rGMR明显降低，而丘脑的变化却不明显。

 

在丙泊酚诱导的轻度镇静状态下，丘脑的连通性降低以及脑干的脑桥内连通性有所增强。在深度镇静时，异丙酚保留了皮质感觉反应，特异性丘脑皮质网络受到轻微影响，而非特异性丘脑皮质网络被严重抑制。Xie等利用PET技术对8名受试者研究丙泊酚麻醉时脑内rCBF的变化，发现丙泊酚诱导产生意识消失状态时，丘脑与楔前叶的rCBF明显减少，而当意识恢复时，相同部位的rCBF增加，以丘脑的rCBF增加尤为显著，而丙泊酚诱导意识消失作用时的rCBF变化明显区别于丙泊酚其他非特异性麻醉作用。说明丘脑及楔前叶可能是研究丙泊酚麻醉及苏醒机制的关键部位之一。

 

对于大脑皮质，丙泊酚及其他大部分全身麻醉药物都能抑制其不同功能区域神经的自发放电活动，从而导致其整体振荡性电活动的降低。Zhang等的研究指出丙泊酚诱发意识消失时，对所有皮质与皮质下结构和皮质下结构之间的功能联系均有抑制，尤其对皮质和皮质下结构之间的功能联系的抑制要强于对皮质下结构的抑制，且丙泊酚对皮质场电位的抑制更强。Guldenmund等旧列对丙泊酚诱导的麻醉状态进行静息态fMRI的监测，结果显示在额叶皮质，大脑总的连接性有所减少。Amico等的研究则指出后扣带回皮质可能与丙泊酚的麻醉作用相关。而Reed和Plourde对大鼠的丘脑一皮质脑电节律进行研究，结果表明丙泊酚导致了在30～200 Hz频率范围内的浓度依赖性衰减，且在丘脑的影响效果远远显著于皮质。Ching和Brown对丙泊酚诱导的麻醉下脑电图模式进行回顾性数学建模，分析丙泊酚对脑回路的动力学影响，其认为丙泊酚作用于皮质、丘脑及脑干的GABA能神经回路以诱导麻醉状态。

 

以上研究表明，网状上行激动系统和丘脑皮质网络均可能参与了丙泊酚的麻醉作用机制。功能成像证据也提示丙泊酚麻醉在大脑内有明显的区域选择性，而丘脑区域在其中显得尤为突出。因此，可以推测丘脑区域在丙泊酚麻醉诱导的意识消失状态中可能扮演着至关重要的角色。正因为如此，以往的大多数研究也都认为丘脑区域是丙泊酚中枢神经系统作用中不可忽视的靶点之一。

 

2.3丙泊酚与丘脑网状核

 

丘脑网状核（thalamic reticular nucleus。TRN）是位于外髓板和内囊之间的一薄层神经细胞，细胞类似脑干网状结构，它接受大脑皮质和板内核来的纤维，发出纤维到丘脑各核。Yingling和Skinner于20世纪70年代提出了TRN闸门理论：这个闸门对丘脑的各种感觉接替实施控制，从而对各种感觉信息进行筛选。TRN并不直接发出向大脑皮质的投射纤维；相反，TRN接受从大脑皮质来的下行纤维联系，并发出纤维达丘脑特异性感觉核、非特异核。作为对丘脑的各种感觉接替实施控制，从而对各种感觉信息进行筛选的“闸门”，TRN内只存在GABA能神经元，且GABA A受体现有的19个亚基种类中，TRN内主要表达包括与丙泊酚作用相关的B，亚基在内的4种亚基（α3、β1、β3和γ2）。

 

Ying和Goldstein对小鼠离体脑片进行电生理研究，发现丙泊酚能够增强TRN的兴奋性，进而抑制丘脑腹侧基底核内的突触后神经元，且抑制作用与丙泊酚有浓度依赖关系。而这种抑制作用在去除TRN部位的小鼠离体脑片上显著降低。说明丙泊酚对TRN兴奋性的增强可能是丙泊酚引起丘脑一皮质抑制的关键机制。Zhang等的研究也指出脑桥网状结构口部在丙泊酚诱导产生意识消失状态时，其自发的脑电活动有所减弱，与TRN之间的连接性降低，同时TRN自身的电活动以及其与VPM间的功能联系也有所下降。提示丙泊酚可能干扰了TRN与丘脑其他核团之间的正常联系，也可能同时抑制皮质、脑干网状结构对TRN的功能调控。

 

最近，Halassa等利用光遗传学技术等方法研究小鼠TRN，发现其头端及尾端分别存在特定神经元对丘脑前核及视丘核发出抑制信号。觉醒状态时，对丘脑前核及视丘核的抑制处于相对平衡状态；慢波睡眠时，尾端TRN对视丘核抑制加强；注意状态时，尾端TRN对视丘核抑制减弱。实验结果确立了TRN在睡眠_常醒机制中的重要地位，且明确了TRN内部结构在睡眠缆醒机制中相对独立的分工。说明TRN很可能是丙泊酚潜在的一个作用靶点，而TRN在丙泊酚麻醉中是否扮演关键角色，以及其内部结构的区别是否对丙泊酚麻醉也有着不同的作用，这些问题则有待进一步实验的证明。

 

3.结语

 

作为日渐广泛应用于临床的静脉麻醉药，丙泊酚作用机制的研究远远滞后于其在临床麻醉的普及率。尽管相关研究均提示丙泊酚在脑内的作用有一定的区域选择性，也有实验证明丙泊酚与脑内某些核团或部位的相关性，但丙泊酚与其中哪些核团或区域的关系更为密切一直存在争议，缺乏有力的实验证明。而对丙泊酚丘脑区域的定位研究，目前的数据更多地集中于影像学及脑电活动的分析，而与药物无关的一些催眠作用的影响也可能会导致功能影像学的改变，因此相关研究缺乏更为明确的客观证据。揭示丙泊酚麻醉作用的始动核团抑或相关区域，对于避免过深和过浅麻醉所带来的不良后果、减少麻醉并发症以及更为有效的药物剂型的开发都具有重要的指导意义。迄今为止，所有相关研究表明，丙泊酚在脑内的确可能有其发挥镇静催眠作用的特异性作用靶点，而这些作用部位应该与睡眠搅醒机制相关的核团有关。具体哪些核团在丙泊酚麻醉中起着类似“开关”的决定性作用，还亟待更深层次的研究。

 

来源：国际麻醉学与复苏杂志2017年1月第38卷第1期