目的:本研究拟通过转录组学方法分析七氟烷麻醉对体外循环心脏瓣膜置换手术患者心肌组织的基因差异表达,筛选出七氟烷心肌保护的靶基因,并研究其心脏保护机制。并拟通过随机对照、临床研究,揭示七氟烷吸入麻醉对体外循环心脏瓣膜置换手术患者术后脑功能的影响。另外研究通过倾向性匹配、回顾性分析了心脏瓣膜置换手术术后神经认知恢复延迟对患者康复的影响情况。方法:方法一:通过转录组学在收集的心脏瓣膜置换手术患者心肌标本中筛选出差异表达的基因,并在细胞水平探究这些基因在七氟烷对体外循环下心脏瓣膜置换手术患者心脏保护中的作用及其机制。试验纳入2017年3月至2017年9月陆军军医大学第二附属医院的心脏外科住院病人120例,纳入标准为:年龄18-65岁,中学及以上学历,首次接受心脏瓣置换,ASA分级II-III级,NYHA心功能分级II-III级。排除标准:ASA分级大于IV级;有神经、精神疾病病史者;有严重肝脏、肾脏功能障碍者;酒精、阿片类药物滥用史者。随机分为七氟烷组和丙泊酚组,所有患者按体外循环下心脏瓣膜置换手术常规步骤执行手术操作和麻醉,术中七氟烷组给予七氟烷(1.0-1.5MAC)进行维持,丙泊酚组给予丙泊酚(2.0-3.0 mg/kg/h)进行维持。术前、手术结束即刻和术后24h采集患者血样,检测cTnI浓度。体外循环转机后,打开心脏的即刻采集40例患者左心房心肌标本,其中10例进行转录组学分析,30例作为后续验证样本。在构建出cDNA文库后,使用RNA-Seq对患者心肌组织进行转录组学分析,筛选出差异表达的基因。采用2.5%七氟烷预处理H9C2细胞后,检测七氟烷处理前后筛选出的基因的表达变化,并通过siRNA和过表达载体分别下调和高表达目的基因,然后检测OGD/R损伤后心肌细胞的增殖和凋亡情况。方法二:采用随机对照、临床研究七氟烷吸入麻醉对心脏瓣膜置换手术患者术后脑功能的影响。试验纳入拟接受体外循环下心脏瓣膜置换术的患者300例。纳入标准为:年龄18-65岁,中学及以上学历,首次接受心脏瓣置换术,ASA分级II-III级。排除标准为:术前有认知功能障碍[术前1 d进行简易精神状态测试(MMSE),评分≤23者];ASA分级大于IV级;有神经、精神疾病病史者;有严重肝脏、肾脏功能障碍者;有酒精、阿片类药物滥用史者。采用分层随机法将患者1:1随机分配至七氟烷组或丙泊酚组。所有患者进入手术室后均连续监测心电图,血氧饱和度,呼末二氧化碳,无创血压,有创动脉压和中心静脉压。对于两组患者,都使用标准静脉麻醉诱导(依托咪酯0.05-0.4mg/kg,舒芬太尼0.5-2μg/kg,咪达唑仑0.05-0.2mg/kg,罗库溴铵0.6-1.2mg/kg)。当患者BIS值降至40-50时进行气管插管,后使用6-8ml/kg的潮气量建立机械通气。术中根据分组情况给予七氟烷(1.0-1.5MAC)或丙泊酚(2.0-3.5mg/kg/h)进行维持。再根据患者生命体征和血流动力学的变化情况按需给予咪达唑仑、舒芬太尼和罗库溴铵。通过调整维持药物输注速率保持血压与心率在基线值上下20%,BIS维持在40-60。按照正常流程实施CPB和手术操作。在术前1d及术后第7-14d分别对患者认知测试进行(测试量表由4项神经心理测试组成:视觉语言学习测试,概念转换测试,Stroop颜色词干扰测试,符号数字测试),通过计算Z分数判定患者神经认知恢复延迟发生情况。其次,在术后第1-7d使用重症监护谵妄筛查量表(ICDSC)每天两次(8:00AM-10:00AM和6:00PM-8:00PM)对患者术后谵妄的情况进行评估。在7天的随访中,在任何一天ICDSC评分在4分或以上,判定患者有谵妄发生。以住院期间、术后三个月的主要并发症、ICU停留时间和住院时间等数据评估了患者术后康复情况。实验同时还收集两组患者术前各项人口数据;术前基础认知水平(MMSE量表)、心理状态(HAD量表);并记录手术类型、术中用药剂量、出入液量、手术时间等数据。方法三:采用倾向性匹配、回顾性分析术后神经认知恢复延迟对心脏瓣膜置换手术患者康复的影响情况。根据第二部分实验所得患者术后神经认知恢复延迟情况,将患者分为神经认知恢复延迟组(D组)和非神经认知恢复延迟组(N组),选取对患者康复影响情况较大的年龄和麻醉方式作为匹配协变量,进行1︰1倾向性评分匹配,最终匹配到100例患者,比较匹配后D组和N组患者术后住院时间、术后并发症发生率、活动情况、心脏功能指标等术后康复情况。结果:1.七氟烷心脏保护作用及机制研究结果1.1七氟烷组患者术后24h血液内cTnI浓度(0.85±0.64 vs.1.24±0.94ng/mL,P=0.012)明显低于丙泊酚组、ICU停留时间(3.2±1.0 vs.3.7±1.1d,P=0.019)较丙泊酚组短。1.2在转录组学分析中,共筛选出146个差异表达基因,其中THAP11是下调最明显的基因(P<0.001),并且患者心房肌组织THAP11 mRNA水平与术后24小时cTnI水平呈正相关(相关系数=0.751;P<0.001)。1.3七氟烷预处理可诱导H9C2细胞中THAP11基因的下调,促进细胞增殖,增加OGD/R损伤后的细胞活性,减少OGD/R损伤造成的细胞凋亡。而高表达THAP11则部分消除七氟烷预处理后对心肌细胞OGD/R损伤的保护作用。2.七氟烷脑保护作用研究结果从2016.10-2018.4开展的1616例心脏瓣膜手术患者中,筛选出符合纳入标准的300例患者,随机分为七氟烷组(n=150)或丙泊酚组(n=150),根据意向性分析原则对300例患者的实验数据进行统计学分析。结果表明七氟烷组与丙泊酚组患者神经认知恢复延迟发生率(19.3%[29/150]vs.23.3%[35/150],P=0.398,相对危险度为0.83,95%CI:0.59-1.28)、谵妄发生率(24%[36/150]vs.24.7%[37/150],P=0.893,相对危险度为0.97,95%CI:0.65-1.45)无显著性差异。两组术后活动评分、住院时间、术后并发症等患者术后恢复情况数据亦无差异。而基于年龄分组的亚组分析中,两组的围术期神经认知障碍发病情况及其他康复结果无差异(P>0.05)。实际完成术后随访的284例患者(七氟烷组141例,丙泊酚组143例),两组术前、术中数据和主要结果分析也无差异。3.神经认知恢复延迟对心脏瓣膜置换手术患者康复情况的影响实验选取对患者康复影响情况较大的年龄和麻醉方式作为匹配协变量,根据300例患者神经认知恢复延迟的发病情况进行1:1匹配,最后共匹配得到100例患者,神经认知恢复延迟(D组)与非神经认知恢复延迟组(N组)各50人,进行统计学分析。结果显示D组患者ICU停留时间(3.9±1.6 vs.3.3±0.7d,P=0.012)和总住院时间(23.1±7.3vs.19.5±4.1d,P=0.003)均较N组患者更长;D组患者术后第7天Katz Index活动评分(2.9±1.1 vs.3.4±0.8,P=0.025)低于N组患者,差异均有统计学意义。而术后心功能恢复相关指标两组无明显差异。结论:七氟烷通过下调THAP11的表达,对体外循环下心脏瓣膜置换手术患者的心肌起保护作用。且THAP11下调可促进细胞增殖,抑制细胞凋亡,可能成为心脏保护的新靶点。然而七氟烷对体外循环下心脏瓣膜置换手术患者的脑保护作用与丙泊酚无差异,也没有显著改善患者术后恢复情况。此外术后神经认知恢复延迟会明显延缓心脏瓣膜置换手术患者的术后康复。