保护大脑，治愈心脏：认知储备在心脏手术中的保护作用

IF:4.1

发表期刊：the American journal of geriatric psychiatry

发表时间：2023.10.12

1.本研究主要探讨的问题是什么？

我们探讨了接受 CABG 的冠状动脉疾病患者在术前和术后 4 个月的 POCD 发生率和 CR 的保护作用。

2.本研究的主要发现是什么？

我们的研究结果表明，术后神经心理学评估显示，与 CR 高的患者相比，CR 低的患者更有可能在注意力、记忆力、视觉空间感知和执行功能方面表现出术后认知衰退。CR 高的患者具有更强的能力来维持认知功能并弥补神经功能损失和认知衰退。

3.这一发现的意义是什么？

心脏手术后 POCD 的患病率和严重程度，以及它对患者功能和日常活动（生活质量的组成部分）的影响，使得确定哪些人需要认知康复至关重要。这意味着 CR 可以预测心脏手术的神经心理学结果，识别 CR 较低的患者并将其整合到干预计划中，以增强患者的整体术后功能结果。

最常见的大型外科手术是冠状动脉搭桥术 (CABG)，每年进行近 40 万例手术。心脏外科手术可以挽救生命，但对大脑有潜在的不良影响，可能导致不良后果。冠状动脉搭桥术 (CABG) 后最严重的并发症之一是术后认知功能障碍 (POCD)，其严重程度从轻度认知障碍到严重痴呆和术后谵妄不等。患者从手术和住院的急性影响中恢复后可能出现的认知能力下降被称为术后认知功能障碍 (POCD)。接受心脏手术的患者中 POCD 的患病率很高，患病率从 11% 到 80% 不等，并且在 3-5 年后仍有高达 42% 的病例持续存在，称为长期 POCD。尽管外科手术技术取得了重大进展，可以减轻神经认知障碍并改善患者的临床管理，但对于许多 CABG 患者来说，术后认知功能障碍仍然是一个不良后果。因此，POCD 导致的住院时间延长、发病率和医疗费用增加可能会对患者的工作能力和生活质量产生负面影响。

尽管 POCD 的病理生理学仍未完全了解，但已知该病症伴有神经炎症、血脑屏障 (BBB) 完整性破坏、神经突触损伤、线粒体功能障碍和氧化应激。POCD 还与其他过程有关，例如过度通气、低血压或微小脑栓塞。手术和麻醉引起的神经炎症和氧化应激是这些病症病理生理学的关键因素。多项研究报告了 POCD 的直接或间接长期影响。至少有一项研究表明，心脏手术后的术后认知变化预示着术后 6 年的认知能力下降。此外，它还与阿尔茨海默病的发病有关，这可能是麻醉的后果，麻醉会导致 b-淀粉样蛋白在大脑中积聚。尽管术后认知功能障碍 (POCD) 的报告频率差异很大，但研究发现它与年龄增长密切相关。在外科手术之外，呼吸、心血管或贫血状况都可能导致慢性或急性脑缺氧。许多研究都将认知障碍与缺氧联系起来。此外，随着年龄的增长，与缺氧相关的疾病过程会发展并先于缺氧出现。围手术期脑缺氧对 POCD 的影响可能未被充分诊断和重视。在本文中，我们将讨论各种疾病过程以及缺氧可能导致 POCD 的方式。我们还描述了可能导致认知障碍的缺氧相关途径，包括缺氧诱导因子激活、脑缺血、脑血管储备、兴奋性毒性和神经炎症，以及这些途径与衰老的相互作用。

为了最大限度地降低 POCD 的风险及其潜在的长期影响，监测和优化心脏手术患者的术前和术后护理至关重要。与没有 POCD 的患者相比，患有 POCD 的患者更有可能经历较慢的康复时间和较长的住院时间。此外，这些患者在手术后 1 年的死亡率较高。POCD 还与康复计划依从性下降有关，这可能导致比正常情况更早退休、发病率更高和死亡率更高。根据一项为期 5 年的前瞻性研究，神经认知功能与患者对自身健康和生活质量的认知密切相关。具体而言，总体认知功能障碍与 CABG 术后 1 年生活质量指标评分较低高度相关，这两个因素都与 CABG 术后 1 年自我报告的抑郁症状增加（但不是焦虑症状增加）有关。显然，根据家属和患者自己的报告，这种现象对患者的日常生活有明显的影响。认知能力下降与手术的关系程度是近期讨论的话题。尽管将 CABG 与长期认知结果联系起来具有挑战性，但其直接短期影响已得到广泛研究。

这些负面影响可能通过一种称为“认知储备”（CR）的保护因素得到解决。CR 假说认为，为了应对神经损伤，大脑会积极使用补偿或预先存在的认知处理策略。此外，CR 被认为反映了生活经历以及大脑病理学的影响可能因生命历程中的经历和事件而改变的机制，在刺激丰富的环境中成长可能会导致更高水平的认知功能。因此，由于神经可塑性，它能够通过引入新的大脑网络来补偿神经病理学负担。因此，CR 高的人的大脑网络被认为比 CR 低的人的大脑网络更有效、更灵活地运作，因为前者的大脑网络被认为更能抵御干扰。因此，CR 高的人发展出更强的能力来维持他们的认知功能并弥补神经系统的损失和认知衰退。

患者认知储备能力的重要性越来越受到重视。据我们所知，目前尚未对心脏手术患者进行 CR 研究。为了使接受 CABG 的患者能够避免 POCD 的发生率相对较高，认知储备可用于提供大脑保护。

多年来，全球数百万患者从挽救生命的心脏手术中受益；CABG 技术、外科手术和麻醉技术的重大进步使该手术越来越有效和安全。然而，POCD 仍然是患者、家属和提供长期护理的医疗专业人员需要考虑的问题，因为严重的神经认知缺陷可能会限制患者独立运作和恢复到发病前的水平。考虑到心脏手术后 POCD 的频率和严重程度及其对患者日常生活和生活质量的影响，预测哪些人最需要以神经心理康复计划的形式进行术前和术后干预，以增强认知储备，这一点很重要。术前神经心理评估和康复可能有助于这一过程，识别可能需要干预的人并提前干预以增强 CR，从而改善患者康复和整体术后结果。

因此，我们进行本研究的目的是，试图阐明 CR 对接受冠状动脉搭桥手术的患者的术后认知功能的潜在保护作用，以及确定是否可以在术前识别出风险最高的患者。我们预计 CR 较高的患者不太可能出现 POCD，而 CR 较低的患者更有可能出现 POCD。

参与者

本样本包括 101 名患者，他们在体外循环辅助心肺旁路手术前和手术后 4 个月接受了神经心理学评估。样本来自塞萨洛尼基亚里士多德大学塞萨洛尼基 AHEPA 大学医院的心胸外科。该研究是一项研究的一部分，经希腊塞萨洛尼基亚里士多德大学医学院 AHEPA 大学医院生物伦理和伦理委员会审查和批准。所有同意参加研究的患者均签署了书面知情同意书。患者平均年龄为 65.31 岁（SD = 9.31），教育水平为 10.67 年（SD = 4.03）。排除标准是患有恶性肿瘤病史（特别是接受过化疗和放疗的患者）、中风或任何神经系统疾病或曾有神经外科干预的患者。此外，首先排除了患有肾衰竭、活动性肝病、左心室功能障碍（射血分数<20%）或精神病的患者，以及有精神药物和酒精滥用史的患者。此外，有困难或无法口头交流的患者（即非希腊语母语人士、有言语障碍的患者）以及有感觉（听觉或视力）障碍的患者未纳入本研究。最后，在术前接受过测试但术后出现谵妄的患者也被排除在最终样本之外。研究提供了进一步的证据，并表明心脏手术后的谵妄与术后 1 个月认知功能下降有关。据此，我们没有纳入有其他加重因素的患者（n = 1）。流程图见图1。

研究程序

我们对 101 名患者进行了神经心理学评估，评估时间分别为手术前（手术前一天）和体外循环心肺旁路手术后 4 个月。患者由一位拥有神经心理学博士学位 (KM) 的经验丰富的临床神经心理学家进行评估。每次评估的持续时间约为 1.5 小时，并在安静的环境中进行，没有外部干扰（具体来说，实验室、诊所或参与者的家中）。评估包括心理测量测试，评估注意力和工作记忆、学习、短期和长期记忆、视觉空间感知、复杂扫描和视觉追踪、执行功能、焦虑和抑郁。因此，评估系统包括以下测试和量表（所有测试均经过标准化翻译并适应希腊人群）：

(1) 线方向判断 (JLO) [变量：正确反应的数量] 评估视觉空间感知

(2) 斯特鲁普测试，颜色词条件 [变量：给定时间范围内的反应次数] 评估执行力，特别是抑制能力。

(3) 符号数字模态测试 [变量：在一定时间范围内正确完成的项目数量]，评估复杂视觉扫描、视觉追踪和注意力集中能力

(4) 数字广度 [总分]；变量：每种条件下正确试验的总次数：正向条件：评估听觉注意力和短期记忆；反向条件：评估言语工作记忆

(5) 富尔德对象记忆评估 (FOME；变量：短期存储和长期检索的正确反应次数)，评估短期和长期记忆

(6) 言语流畅性测试；变量：每种条件（语义和语音）下说出的单词总数，一种用于检查 CR 的测试。

(7) 工具性日常生活活动能力（总分）用于评估日常功能

(8) CR 根据每个患者的以下数据计算：受教育年限、专业水平（Hollingshead 量表，）、发病前能力评估测试 [测试：辨别单词、单词重音、分类、功能水平（工具性日常生活活动能力）以及参与娱乐性社交活动（1 个二分问题）。在手术前对 CR 的测量进行一次评估。CR 的一项测量指标 - 教育 - 已被证明可以预测髋部骨折手术后的认知恢复情况，该研究结果与我们的发现大致一致。

确定 POCD 的标准是认知表现在至少 20% 的神经心理学测试变量上与术前表现相比下降至少 20%；这些标准已被证明是可靠的。该标准描述的是与患者术前测试结果相比下降超过 20%，这意味着我们比较的是每个患者手术前后的表现，而不是样本的平均值，例如 1 SD 标准。

统计学方法

我们进行了主成分分析以计算 CR 分数。然后，我们将样本分为高 CR 分数和低 CR 分数，并进行 t 检验以比较这些子样本的年龄和教育程度。最后，我们进行了卡方分析以确定 POCD 相对于 CR 状态的相对频率。

为了研究年龄、教育、职业类别、发病前水平（包括测试、找词、单词重音、类别）和日常生活活动问卷的功能性等变量是否属于同一维度，进行了主成分分析。结果显示，主成分显著，特征值为 4.88，可解释总方差的 61.10%，且载荷非常高。然后，为该成分构建因子得分。出现的新复合变量是测量 CR 的变量。然后根据该变量的中位数将患者分为（中位数分割）两组，即中位数高 CR 组和中位数低 CR 组。在全部患者样本中，50.5% 低于中位数（低 CR 组），其余属于高 CR 组。

组间比较未发现年龄差异 [t (99) = 0.0.886, p=0.32；平均年龄：低 CR = 66.40 (9.67) 岁；高 CR = 64.32 (8.88) 岁] 或教育程度差异 [t(99) = 0.403, p=0.78；平均教育程度：低 CR = 11.48 (4.54) 年；高 CR = 10.85 (3.42) 年]。卡方检验显示，低 CR 组患者比高 CR 组患者更容易出现 POCD (x 2 (1) = 12.76, p<0.001)。表 1 显示了这种差异。此外，在检查每个认知领域时，我们发现 CR 较低的患者比 CR 较高的患者更有可能在注意力、记忆力、视觉空间感知和执行功能方面表现出术后认知衰退 [x 2 (1) = 38.32，p<0.001]。表 2 显示了这些差异。表 3 显示了 CR 性能的组成部分。受损和完好的认知领域数量的平均值和标准差可以在表 4 中看到。

目前的结果表明，低 CR 与 POCD 相关，而高 CR 与恢复到术前认知状态相关。这种模式在单独评估的每个认知领域以及整体认知功能中都存在。因此，CR 可以预测神经心理学结果。然而，我们指出，本研究中的 CR 由特定变量组成，重要的是，每个变量都有特定的相关权重。在心脏恢复期间，保护大脑非常重要。因此，在手术前识别出那些 CR 低的患者并将其纳入神经心理康复计划，以增强他们的神经认知能力，这是很有帮助的。这些信息可以帮助规划和设计适当的康复计划，从而有可能限制对术后认知和整体日常功能的有害影响。

最近，人们开发了几种软件工具，这些工具在短时间内使用时，可以确保帮助老年人提高认知储备。根据对这些计划发表的少量研究，10-20 小时的训练可以在注意力和处理速度测试中取得长期进步，这两项认知能力经常受到 POCD 的影响。虽然观察性研究的证据表明，手术前进行更多的认知活动可以降低术后谵妄的风险，但目前尚不清楚这种结果是训练的结果还是基线认知储备更高的标志。已证明术前康复对各种群体都有效，包括心脏手术后康复的患者。

POCD 不仅对患者及其家人是个问题，对社区也是个问题。它不仅会给家庭和卫生服务带来医疗费用方面的经济负担，还会使那些还年轻、可以通过工作为社会做出贡献的人损失工资和生产力。术后神经认知功能障碍可能会损害他们恢复到以前的工作水平，甚至让他妈完全无法工作。因此，促进 CABG 术后患者的认知功能恢复对于确保他们独立和富有成效地生活的能力至关重要，并且可能有助于通过缩短住院时间、减少药物使用甚至提前重返工作岗位来降低医疗保健成本。

术前高 CR 似乎可以提高患者恢复认知的能力。因此，高 CR 可能会增强大脑的恢复力。高 CR 患者可能比低 CR 患者具有功能优势，因为他们可能能够调整或重新构建大脑网络，以更好地处理手术过程中造成的任何损伤。事实上，先前的研究已经确定了丰富生活经历（以学业成绩、社交和体育活动的形式）以及童年的社会经济环境与 CR 之间的关系。因此，当正常功能受到损害时，高 CR 可以通过重新构建神经网络来增强大脑面对病理生理变化的恢复力。

多年来，全球数百万患者从挽救生命的心脏手术中受益。CABG 技术、外科手术和麻醉技术的重大进步使该手术越来越有效和安全。然而，POCD 仍然是患者、家属和提供长期护理的医疗专业人员需要考虑的问题，因为严重的神经认知缺陷可能会限制患者的社会功能，使其难以恢复到发病前的水平。考虑到心脏手术后 POCD 的发生频率和严重程度及其对患者日常生活和生活质量的影响，有必要预测哪些人最需要以神经心理康复计划的形式进行术前和术后干预，以增强认知储备。术前神经心理学评估和康复可能有助于这一过程，即识别出可能需要的人并进行干预以提前增强 CR，从而改善患者康复和整体术后结果。因此，我们的研究结果对预防干预具有重要意义。根据目前的研究结果，我们建议麻醉师和外科医生在心脏手术前让患者接受神经心理学评估，作为一般术前评估的一个组成部分。

使用特定策略和干预措施降低手术后认知功能障碍的发生率或严重程度是预防术后认知功能障碍 (POCD)的初级干预措施的一部分。为了评估 POCD 减害的效果，可以使用各种技术。随机对照试验被视为评估干预措施的黄金标准。

这些研究将患者随机分配到主要干预组或对照组，然后测量并关联两组的 POCD 发病率。这使研究人员能够评估干预措施在预防 POCD 方面的效果。围手术期护理方案：可以通过评估围手术期护理方案的实施方式来确定其在降低 POCD1 风险方面的有效性，例如术后增强恢复。这需要评估方案的遵守情况，并将结果（包括 POCD 的患病率）与先前的知识或对照组进行对比。

对患者进行长期跟踪的研究被称为纵向研究，它们对于确定主要干预措施将如何影响 POCD 的长期保护非常有用。在这些研究中，手术后会反复测试认知功能，以监测任何变化或进展。神经心理学评估：为了评估手术前后的认知功能并确定任何衰退或功能障碍，可以使用神经心理学测试。研究人员可以通过比较这些测试的结果来评估主要干预措施对预防 POCD 的效果。重要的是要记住，评估 POCD 的减少需要采取全面的方法，考虑到患者特征、手术技术和所使用的具体干预措施等多种因素。因此，为了获得关于主要干预措施在预防 POCD 方面的有效性的有力证据，经常使用各种评估技术和研究设计。

就我们研究结果的普遍性而言，应考虑本研究的一些局限性。我们的样本仅限于接受 CABG 的患者，不包括接受其他类型手术的患者或非手术心脏对照组。纳入更多对照组，例如接受药物治疗的非手术冠状动脉疾病患者，或接受全身麻醉的大型非心脏手术的患者，可能有助于阐明一般外科手术和 CABG 在 POCD 发展中的各自作用。本研究还缺少对年龄和先前存在的脑血管病、外周血管病或糖尿病程度等变量的作用以及人格因素（如 D 型人格 - 所谓的痛苦人格（具有消极情绪状态和社交抑制））作为 CABG 后认知结果的潜在预测因素的作用的探索。然而，本研究的优势在于其样本量庞大，并且使用涵盖多个认知领域的综合测试系统进行术前和术后神经心理学评估和随访，以及有关 SES 和情绪的信息。

现有数据表明，术前评估的认知储备低代表术后发生 POCD 的风险。总之，在 CABG 前识别低 CR 患者并提供神经心理干预有助于为 POCD 研究提供见解。此外，促进术后神经认知功能达到最佳状态可能在维持功能独立性方面发挥关键作用，从而减轻家庭和医疗资源的潜在负担。因此，神经心理服务应成为心脏相关外科手术的一个组成部分。

翻译及审校：陈宇韬