全身麻醉可引起老年或发育期哺乳动物大脑广泛的神经毒性和认知功能损伤。线粒体是全身麻醉引起早期损伤的细胞器之一,且线粒体功能紊乱是一些神经退行性疾病如阿尔兹海默病、帕金森病及亨廷顿病等病理生理学机制之一,这些疾病常伴随严重的认知功能障碍。我们推测线粒体损伤可能是全身麻醉引起神经毒性和认知功能障碍的早期机制。然而,关于线粒体在全身麻醉中的作用鲜有报道,且缺乏快速有效靶向改善线粒体的药物。本研究主要包括两个部分,分别观察线粒体在全身麻醉引起老年鼠或新生鼠神经元损伤和认知功能障碍中的作用,并应用新型线粒体靶向保护剂改善线粒体的功能和形态,观察其是否可以改善全身麻醉所致的神经毒性和认知功能损伤,探讨其可能的机制,并为临床治疗提供参考。第一部分:线粒体在全身麻醉引起老年鼠神经元损伤和认知功能障碍中的作用与机制一:异氟醚麻醉对老年小鼠海马神经元线粒体功能和突触可塑性的影响:目的:观察异氟醚麻醉对老年小鼠海马神经元线粒体功能和突触可塑性的影响,并应用线粒体保护剂SS-31观察其保护作用。方法:老年雄性C57BL/6小鼠56只随机均分为4组（n=14/组）:氧气+生理盐水组（Con组）、氧气+SS-31组（Con+SS-31组）、异氟醚+生理盐水组（Iso组）和异氟醚+SS-31组（Iso+SS-31组）。根据分组,于氧气或异氟醚吸入前30 min腹腔注射等容平衡溶液或SS-31（5 mg/kg）。吸入气体2 h后6只小鼠取海马组织用于生物化学和线粒体功能检测,余8只小鼠24 h后用于行为学检测。结果:异氟醚麻醉引起老年小鼠海马组织中线粒体复合物Ⅰ酶活性降低、活性氧自由基（ROS）产生增加、ATP和线粒体膜电位（MMP）水平降低、线粒体通透性转换孔（mPTP）开放增加,并引起脑源性营养因子（BDNF）、p-TrkB、突触蛋白1（synapsin 1）、突触后密度蛋白-95（PSD-95）和p-CREB蛋白表达的下调及N-甲基-D-天门冬氨酸受体2A（NMDAR2A）、NMDAR2B、钙调蛋白依赖的蛋白激酶 Ⅱα（CaMKⅡα）和 CaMKⅡβ蛋白表达的上调,最终引起认知功能损伤。给予SS-31可以明显改善异氟醚所致线粒体功能的紊乱、突触可塑性相关蛋白的改变,和认知功能的损伤。结论:异氟醚麻醉可以引起线粒体功能紊乱、突触可塑性相关蛋白的改变和认知功能损伤,SS-31具有明显的线粒体保护和认知保护的作用。二:异氟醚麻醉对老年小鼠海马神经元线粒体相关的炎症和凋亡通路的影响:目的:本研究观察异氟醚麻醉对老年小鼠海马神经元线粒体相关的炎症和凋亡通路的影响,并应用线粒体保护剂SS-31观察其抗炎抗凋亡作用。方法:老年雄性C57BL/6小鼠72只随机均分为4组（n=18/组）:氧气+生理盐水组（Con组）、氧气+SS-31组（Con+SS-31组）、异氟醚+生理盐水组（Iso组）和异氟醚+SS-31组（Iso+SS-31组）。根据分组,于氧气或异氟醚吸入前30 min腹腔注射等容平衡溶液或SS-31（5 mg/kg）。气体吸入2h后各组取6只小鼠,用于生物化学及线粒体功能检测,取4只小鼠用于免疫组织化学检测,余8只小鼠24 h后用于行为学检测。结果:异氟醚麻醉引起老年小鼠海马组织中ATP含量减少、ROS产生增加、线粒体肿胀性增加,并引起炎症通路NF-κB、NLRP3、caspase 1、IL-1β和TNF-α表达的上调,以及凋亡通路Bax、细胞质Cyt C和caspase 3的激活,最终引起认知功能损伤;给予SS-31可明显抑制异氟醚麻醉所致线粒体相关的炎症和凋亡通路的激活,以及认知功能的损伤。结论:异氟醚麻醉可以引起线粒体相关的炎症和凋亡通路的激活及认知功能损伤,线粒体保护剂SS-31具有明显的抗炎抗凋亡和认知保护作用。第二部分:线粒体在全身麻醉引起新生鼠神经元损伤和认知功能障碍中的作用与机制异氟醚麻醉对发育期大鼠线粒体形态和认知功能的影响:目的:观察异氟醚麻醉对发育期大鼠线粒体形态和认知功能的影响以及线粒体靶向保护剂SS-31的保护作用。方法:新生鼠第7天,随机均分为4组（n=24/组）:氧气+生理盐水组（Con组）、氧气+SS-31组（Con+SS-31组）、异氟醚+生理盐水组（Iso组）和异氟醚+SS-31组（Iso+SS-31组）。根据分组,于氧气或异氟醚吸入前30 min腹腔注射等容平衡溶液或SS-31（5 mg/kg）。分别于气体吸入6h后检测海马组织线粒体肿胀性、活性氧自由基（ROS）和丙二醛（MDA）水平、及超氧化物歧化酶（SOD）活性和蛋白表达水平;于第21天检测海马神经元内线粒体形态、数目、密度和大小,及caspase 3和TUNEL 阳性细胞数目;于第40和60天进行旷场实验和水迷宫实验检测大鼠行为学表现。结果:与Iso组比较,Iso+SS-31组线粒体肿胀性降低、ROS和MDA水平降低、SOD活性和表达升高、线粒体损伤减少、线粒体数目和大小趋于正常、caspase 3和TUNEL阳性细胞数目减少,学习记忆功能明显改善。结论:早期异氟醚麻醉可以引起发育期大鼠氧化应激反应增强、线粒体形态和分布异常、神经元凋亡增加、及长时程认知功能损伤;线粒体靶向保护剂SS-31可以抑制异氟醚麻醉所致发育期大鼠海马氧化应激反应,具有改善线粒体形态的发生和认知功能的作用。总结本研究发现:一、异氟醚全身麻醉引起线粒体功能和形态的改变,表现为线粒体电子传递链活性降低、ATP合成减少、线粒体膜电位降低和线粒体通透性转换孔开放增加,线粒体肿胀含有气球样基质、线粒体内膜断裂、部分线粒体萎缩且内外膜分离、线粒体占细胞质密度减少;二、异氟醚麻醉引起线粒体ROS产生增加及氧化应激反应增强,继而引起线粒体ROS相关的NLRP3-caspase 1炎症信号通路的激活和下游炎症因子产生增加,以及线粒体相关的内源性Cyt C-caspase 3凋亡信号通路激活,神经元凋亡增加;三、异氟醚麻醉引起与突触可塑性相关的信号通路如BDNF/TrkB和突触蛋白synapsin 1和PSD-95表达的下调,以及与记忆巩固相关的NMDA-CaMKⅡ-CREB信号通路的抑制;四、异氟醚麻醉引起与学习记忆相关的海马神经元损伤,细胞凋亡和死亡增加,通过行为学实验表现为机体条件恐惧性实验情景实验僵直时间减少,水迷宫实验逃避潜伏期延长、目标象限时间及穿越平台次数减少的学习记忆等认知功能障碍;五、给予线粒体靶向保护剂SS-31可以明显改善全身麻醉引起的线粒体功能损伤,抑制氧化应激反应,改善线粒体相关的炎症反应和凋亡,增强BDNF/TrkB、NMDA-CaMKⅡ-CREB信号通路传导,使海马神经元凋亡减少,改善全身麻醉引起的神经毒性和认知功能障碍。结论异氟醚全身麻醉可以引起线粒体功能和形态的损伤,使氧化应激增强,神经元炎症反应和凋亡增加,突触可塑性改变,进而引起认知功能损伤;SS-31具有明显的线粒体、神经元和认知保护作用;我们的结果亦表明线粒体是全身麻醉早期损伤的细胞器,早期改善线粒体功能和形态具有长期的保护作用。