膝关节置换术患者术后谵妄与术中呼末二氧化碳的关系

Relationship between Postoperative Delirium and Intraoperative Expiratory Carbon Dioxide in Patients with Knee Arthroplasty

摘要: 目的：评价膝关节置换术老年患者术后谵妄(POD)与术中呼气末二氧化碳(PetCO₂)的关系。方法：选择邯郸市中心医院2023年10月至2024年10月全麻下行膝关节置换术老年患者100例，年龄 ≥ 65岁，性别不限，ASA分级I~III级，将所有患者根据PetCO₂正常值，通过随机数方式分为三组：分别为低水平PetCO₂组(L组，PetCO₂ = 30~35 mmHg)，中水平PetCO₂组(M组，PetCO₂ = 35~45 mmHg)，高水平PetCO₂组(H组，PetCO₂ = 45~50 mmHg)，通过术中调控潮气量和呼吸频率使PetCO₂维持在相应范围。术前1 d采用中文版3分钟谵妄诊断量表(3D-CAM)排除术前存在谵妄的患者。术后1 d、3 d、5 d每日一次采用3D-CAM量表评估POD发生情况。检测患者术前及术后1 d、3 d、5 d的S100-β蛋白及血浆神经元特异性烯醇化酶(neuron specific enolase, NSE)浓度。结果：最终纳入90例患者。谵妄发生18例，发生率为20%，谵妄发生情况为L组 > M组 > H组。术后1 d和术后3 d的S100-β蛋白水平存在组间差异，有统计学意义(P < 0.05)；并且时点间、组间·时点间交互作用比较差异均有统计学意义(P < 0.001)。NSE水平组间、时点间、组间·时点间交互作用比较差异均有统计学意义(P < 0.001)。结论：术中PETCO₂在一定范围内保持较高值可有效减少膝关节置换术老年患者术后POD的发生，从而缩短患者的住院时间，有助于节约医疗资源以及促进患者的快速康复。

Abstract: Objective: To evaluate the relationship between postoperative delirium (POD) and end-expiratory carbon dioxide (PetCO₂) in elderly patients undergoing knee replacement. Methods: A total of 100 elderly patients with knee replacement under general anesthesia were selected from Handan Central Hospital from October 2023 to October 2024, aged ≥ 65 years old, with no gender limitation and ASA grades I to III. All patients were randomly divided into three groups by means of random numbers: low level PetCO₂ group (Group L, Group L, group L, group L, group L, group L. PetCO₂ = 30~35 mmHg), the medium-level PetCO₂ group (group M, PetCO₂ = 35~45 mmHg) and the high-level PetCO₂ group (group H, PetCO₂ = 45~50 mmHg) were maintained within the appropriate range through intraoperative regulation of tidal volume and respiratory rate. The Chinese version of 3-minute Delirium Diagnostic Scale (3D-CAM) was used to exclude patients with delirium 1 day before surgery. POD occurrence was assessed by 3D-CAM scale once a day at 1, 3 and 5 days after surgery. The concentrations of S100-β protein and plasma neuron specific enolase (NSE) were measured before and at 1, 3, and 5 days after surgery. Results: 90 patients were included. Delirium occurred in 18 cases, the incidence rate was 20%, delirium occurred in group L > group M > group H. There were significant differences in S100-β protein levels between groups 1 d and 3 d after surgery (P < 0.05). There were statistically significant differences in interpoint, intergroup and interpoint interactions (P < 0.001). There were significant differences in intergroup, interpoint, intergroup and interpoint interactions at NSE level (P < 0.001). Conclusion: Maintaining a high value of PETCO₂ in a certain range during operation can effectively reduce the occurrence of POD in elderly patients after knee replacement surgery, thus shortening the length of hospital stay of patients, helping to save medical resources and promote rapid recovery of patients.

1. 引言

膝关节置换术(TKA)是解决各种病因造成的终末期膝骨性关节炎、膝关节畸形的有效治疗方法，在临床上已得到越来越广泛的应用。老年患者(年龄 > 65岁)患病多见，然而老年患者身体耐受力下降，麻醉风险提高，容易引起术后谵妄及术后认知功能障碍等一系列手术后并发症[1]。谵妄(POD)是一种急性波动性的精神状态改变，具有急性发病和病情波动性变化、注意力不集中、思维混乱、意识水平改变等4个特点，是困扰65岁及以上住院患者的常见并发症，会导致显著的发病率和死亡率[2]。尽管其患病率很高，但常常会被忽略。有研究表明未被发现的谵妄发生率高达60%，谵妄可能危及生命，但通常是可以预防的[3]。最近的一项研究表明，高龄、肺部感染、痴呆症、急诊入院等是老年患者POD的独立危险因素[4]。

2. 资料与方法

2.1. 一般资料

本研究已获邯郸市中心医院伦理委员会批准，并与患者或家属签署知情同意书。选择2023年10月至2024年10月择期行膝关节置换术患者100例作为研究对象。纳入标准：性别不限，年龄 ≥ 65岁，ASA分级I~III级，术前1 d的3D-CAM评分为阴性。排除标准：术前存在认知功能障碍，严重的肝、肾功能障碍，有脑血管疾病史者，癫痫或精神病病人，文盲及沟通交流障碍者。将所有患者通过随机数方式分为三组：分别为低水平PETCO₂组(L组PETCO₂ = 30~35 mmHg)，中水平PETCO₂组(M组PETCO₂ = 35~45 mmHg)，高水平PETCO₂组(H组PETCO₂ = 45~50 mmHg)。

2.2. 麻醉及手术

待患者入室后建立外周静脉血管通路，常规监测HR、BP、ECG和SpO₂，局麻下行桡动脉穿刺置管术监测有创BP，对ETCO₂传感器进行校准，并检测呼吸机密闭情况。麻醉诱导：4 L/min氧流量吸入3 min，静脉注射咪达唑仑0.05 mg/kg；舒芬太尼0.4 µg/kg；依托咪酯0.3~0.4 mg/kg和顺阿曲库铵0.15 mg/kg，面罩加压通气待患者睫毛反射消失后在可视喉镜辅助下行气管插管，连接呼吸机进行机械通气，模式为容量控制呼吸，潮气量为6~8 ml/kg，吸呼比为1:2，呼吸频率为10~12次/min。术中间断静脉推注舒芬太尼0.2 µg/kg、顺阿曲库铵0.06~0.12 mg/(kg^.h)，持续泵入丙泊酚3 mg/kg^.h、瑞芬太尼0.15~0.20 µg/kg^.min，设置七氟烷浓度为1%~2%并于含有50%氧浓度的空气混合氧气流量1.3 L吸入。在原有通气模式基础上根据分组不同调节具体参数使PETCO₂保持在不同范围。合理控制术中液体出入量，必要时使用去甲肾上腺素、多巴胺等血管活性药物维持血压，使血压波动在基础值的20%以内，备好阿托品、艾司洛尔等维持心率，连接BIS监测仪使BIS值维持在40~60。术后采用PCIA，酒石酸布托啡诺8~12 mg用生理盐水稀释到100 ml，剂量2 ml/h，持续镇痛48 h。三组患者镇痛方案一致。

2.3. 谵妄评估

术前1 d由1名经过专业培训的麻醉科医生根据3D-CAM量表进行术前谵妄评估。3D-CAM量表包括4个诊断特征：① 急性起病或病情呈波动性改变；② 注意力不集中；③ 思维混乱；④ 意识水平改变。诊断条件为特征① + 特征② + 特征③或特征④。排除术前存在谵妄的患者。记录患者一般资料，包括年龄、性别、BMI、ASA分级等情况；术后1 d、3 d、5 d由另一名经过专业培训的麻醉科医生采用3D-CAM量表评估患者POD发生情况，该名麻醉科医生对患者术中PETCO₂调控情况并不知情。根据术后5 d内是否发生POD分为POD组和非POD组。

2.4. 血清指标检测

取患者术前及术后1 d、3 d、5 d的外周血，2 ml，4℃离心10 min，取血清，采用ELISA检测3组患者S100β蛋白、神经元特异性烯醇化酶(NSE)水平。实验方法严格按照试剂说明书进行。

2.5. 统计学方法

采用SPSS 27.0统计软件进行分析。计量资料采用重复测量的方差检验，计数资料采用χ²检验；P < 0.05视为差异有统计学意义。

3. 结果

100例患者中随访脱落4例，因其他原因取消手术6例，最终纳入90例患者。POD发生18例，发生率为20.00%。

3.1. 三组一般资料比较

对三组患者各组间的年龄、性别、BMI指数、ASA分级等一般情况进行统计学分析，结果显示三组间比较无显著差异(P > 0.05)，见表1。

Table 1. Comparison of the general conditions of the three groups of patients ($\overline{x}\pm s$ , n = 30)

表1. 三组患者一般情况比较($\overline{x}\pm s$ , n = 30)

一般情况	L组	M组	H组	P值
年龄(岁)	67.57 ± 1.72	67.67 ± 2.06	67.90 ± 2.77	0.838
性别比(男/女)	16/14	17/13	18/12	0.873
BMI (kg/m^2)	23.39 ± 1.05	23.63 ± 1.33	23.72 ± 1.38	0.577
ASA分级(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)	10/18/2	12/16/2	10/16/4	0.842
术前Hb(g/L)	124.97 ± 5.80	125.50 ± 5.47	127.13 ± 6.57	0.346
受教育年限(年)	5.63 ± 1.63	5.17 ± 1.82	5.57 ± 1.59	0.512
高血压(例)	14 (46.67%)	13 (43.33%)	14 (46.67%)	0.956
糖尿病(例)	5 (16.67%)	7 (23.33%)	6 (20.00%)	0.812
冠心病(例)	2 (6.67%)	1 (1.33%)	1 (1.33%)	0.770

注：BMI为身体质量指数，ASA为美国麻醉医师协会。

3.2. 三组s100β蛋白及NSE水平比较

三组患者S100β蛋白及NSE浓度水平术前差异均无统计学意义(P > 0.05)。在术后1 d，S100β蛋白及NSE呈现出升高的趋势，随着时间的增加呈现出逐渐下降的趋势，组间表现为L组 > M组 > H组。S100β蛋白在术后1 d以及术后3 d组间差异有统计学意义(P < 0.05)，并且时点间、组间·时点间交互作用差异有统计学意义(P < 0.001)。NSE在组间、时点间、组间·时点间交互作用差异有统计学意义(P < 0.001)。见表2。

Table 2. Comparison of s100β protein and NSE levels in the three groups at different time points ($\overline{x}\pm s$ , n = 30)

表2. 三组患者不同时间点s100β蛋白及NSE水平比较($\overline{x}\pm s$ , n = 30)

		术前	术后1 d	术后3 d	术后5 d
s100β	L组(n = 30)	0.14 ± 0.05	0.49 ± 0.48	0.40 ± 0.39	0.25 ± 0.28
	M组(n = 30)	0.12 ± 0.66	0.38 ± 0.27	0.32 ± 0.20	0.23 ± 0.06
	H组(n = 30)	0.11 ± 0.06	0.22 ± 0.21	0.20 ± 0.13	0.15 ± 0.08
F		1.361	4.724	4.514	2.572
PI值		0.262	0.011^*	0.014^*	0.082
PII值		<0.001^**
PIII值		<0.001^**
NSE	L组(n = 30)	15.45 ± 3.24	26.31 ± 2.16	22.35 ± 1.38	18.63 ± 1.26
	M组(n = 30)	16.06 ± 2.22	23.11 ± 2.07	20.26 ± 0.97	18.16 ± 0.48
	H组(n = 30)	15.17 ± 2.06	20.97 ± 1.38	19.67 ± 0.71	17.19 ± 0.83
F		0.947	59.989	52.988	19.264
PI值		0.392	0.000^**	0.000^**	0.000^**
PII值		<0.001^**
PIII值		<0.001^**

3.3. 三组患者术后谵妄发生情况

三组患者术后谵妄共发生18例，L组发生8例，M组发生7例，H组发生3例。三组患者组间及组间·时点间差异无统计学意义(P > 0.05)，而时点间存在差异有统计学意义(P < 0.05)。见表3。

Table 3. Occurrence of postoperative delirium at different time points in the three groups ($\overline{x}\pm s$ , n = 30)

表3. 三组患者术后不同时间点谵妄发生情况($\overline{x}\pm s$ , n = 30)

	分组	术后1 d	术后3 d	术后5 d
3D-CAM评分 (谵妄/非谵妄)	L组(n = 30)	8/22	6/24	4/26
	M组(n = 30)	5/25	4/26	2/28
	H组(n = 30)	2/27	2/28	1/29
χ^2值		4.320	2.308	2.169
PI值		0.115	0.315	0.338
PII值		0.049^*
PIII值		0.895

4. 讨论

术后谵妄与老年患者术后生存率及术后生活幸福指数密切相关，由于手术的进步、人口结构的变化和预期寿命的延长，其发病率预计将上升。术后谵妄的病因涉及多种机制，与大脑老化相关的生理变化有相似之处。此外，老年患者通常患有多种合并症，包括认知障碍加重，这也与谵妄的发生有关[5]。3D-CAM评分是谵妄常规临床诊断的实用工具。有研究发现3D-CAM是检测术后谵妄实用且敏感的临床工具，但3D-CAM评分可能过度诊断谵妄[6]。

PaCO₂是脑血流量的重要调节因子，PaCO₂的适当增加升高，脑血流量也会相应升高，从而脑部灌注增加，提高脑氧饱和度，以减少POD发生情况。因此，可借助PETCO₂的应用，使机体PaCO₂维持在较高水平，从而增加脑灌注水平，提升组织的氧合，改善术后相关性脑缺氧并发症的发生。

中枢神经特异性蛋白(S100β)是一种酸性钙结合蛋白，主要由受损的脑组织释放，可作为中枢神经损伤的标记物。在正常情况下，外周血中S100β蛋白含量很少，低于0.2 ng/ml。然而，当发生脑损伤或血脑屏障损伤时，S100β蛋白可以释放到血液中，导致血液中检测到的浓度升高。有学者通过观察老年阿尔茨海默病患者发病时，其血清中S100β蛋白水平明显升高，血清S100β蛋白水平与其认知功能减退存在一定相关性，观察其变化能够在一定程度上体现其认知功能损害程度[7]。在脑损伤或血脑屏障受损的情况下，S100β蛋白可以从脑脊液中渗入血液，导致血液中S100B蛋白浓度升高。这种浓度的变化通常与脑损伤的程度和预后相关，因此可以作为认知功能损害的标志物[8]。

此外，另一种关键的神经生物标记物是神经元特异性烯醇化酶(NSE)，主要存在于神经元和神经内分泌细胞中，参与中枢神经系统的发育与病理过程[9]。在围术期，手术和麻醉会导致神经元发生损伤，使得NSE的释放增多。NSE升高的机制可能有神经元损伤后糖酵解过程的异常，其次，NSE可能影响了谷氨酸和天冬氨酸等兴奋性氨基酸的释放，导致神经元发生损伤。此外，NSE的异常表达还可能诱导氧化应激反应和炎症反应，参与POD的发生和发展。在正常人体中，血清中的NSE水平较低。然而有研究发现，较高的血清NSE水平与卒中急性期认知功能障碍有关。这一发现可能有助于早期识别高风险患者，从而及时进行干预[10]。轻中度颅脑损伤患者血清NSE含量越高越有可能发生认知功能障碍[11]。

综上所述，本研究发现术中呼吸末二氧化碳浓度改变会影响外周血s100β蛋白以及NSE浓度水平，会影响术后谵妄的发生情况。因此，我们可以在术中通过控制呼吸末二氧化碳浓度在一个较高值范围内，可以有效预防术后谵妄的发生，为临床预防术后谵妄发生提供参考。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。