麻醉与生理活动交互影响及其生物学机制2025

麻醉与生理活动交互影响及其生物学机制2025

麻醉已广泛应用于临床，每年造福全球超过3亿手术患者，实现了手术的

舒适、无痛与安全。然而，全球每年仍有超过40。万患者在术后3。d内

死亡，术后并发症成为世界第三大死因。造成这一问题的原因既有手术创

伤造成的应激损害，也有麻醉药物及管理对术后转归的影响。麻醉，特别

是全麻，不仅能诱导意识的可逆性消失与恢复，还可能对中枢神经系统支

配的生理功能造成广泛影响.目前在麻醉领域较为关注的是全麻相关的认

知功能损害，并进行了系列的研究总结，但麻醉对其他重要生理功能的影

响及其机制探讨较少。本文针对这一问题，重点关注全麻对睡眠节律、体

温变化、进食和能量代谢的影响，为从其他角度理解麻醉与神经生理活动

的交互影响提供新视野。

1麻醉与睡眠节律的交互影响及其可能机制

睡眠作为一个重大、不可抗拒的生理需求，具有极为重要的生理功能。其

中，非快速眼动(non-rapideyemovement,NREM)睡眠参与脑代谢

物质清除、学习记忆、免疫等多种重要生理功能；快速眼动(rapideye

movement,REM)睡眠虽然仅占睡眠的20%~25%,但在学习记忆中发

挥着极为重要的作用。健康人群中，如果睡眠时间缩短至5h,只需数晚

就可出现认知、记忆、情绪、代谢功能和炎症反应障碍。然而，全麻虽然

也可诱导可逆性意识消失，但这种意识消失过程并不等同于生理性睡眠状

态，甚至模拟了睡眠剥夺状态。在临床中发现，全麻患者手术后睡眠障碍

是影响术后转归的重要因素。这种术后睡眠障碍可持续5~14d,在心脏

手术和大手术后甚至可持续长达1个月。

术后睡眠障碍的高危因索诸多，包括麻醉方式、高龄、术前并发症(阻塞

性睡眠呼吸暂停、严重冠心病)、外科创伤程度和术后疼痛等。其脑电特

征主要表现为NREM和REM夜间睡眠减少、白天睡眠增加和碎片化。

腹部大手术后当晚会出现NREM睡眠缩短和频繁夜醒，同时REM睡眠

在术后首日减少，并在第2天出现反跳。Chung等发现，术后第1晚很

少出现REM睡眠和慢波睡眠(slowwavesleep,SWS),术后第3天

才开始恢复，并于5~7d后恢复正常，同时伴有浅睡眠即NREM1期和2

期睡眠延长及日间嗜睡。既往动物研究发现，麻醉后首个活动相的前6h,

氟烷、异筑烷和七氟烷麻醉将小鼠的REM睡眠增加了2倍，氟烷麻醉小

鼠的NREM睡眠增加了152%。右美托咪定可抑制REM睡眠长达16h,

由此导致镇静后NREM睡眠尤其是REM睡眠的反跳；氯胺酮麻醉后清

醒时间延长，NREM睡眠时间缩短°最新动物实验研究认为，麻醉结束后

48h内，右美托咪定、咪达哇仑或丙泊酚麻醉延长了觉醒，减少了SWS

和REM睡眠，降低了觉醒期高频Y加权相位滞后指数；七氟烷虽不影响

SWS,但减少觉醒3h,增加REM睡眠6h;右美托咪定联合七氟烷麻

醉则不影响觉醒，但增加SWS达3h,减少REM睡眠9h;咪达嗖仑、

右美托咪定单独及联合七氟烷麻醉都降低了觉醒相的相位-振幅耦合。

上述睡眠障碍乂反过来影响多项重要的生理功能：①认知功能受损是睡

眠障碍最早导致的问题，可逐渐影响注意力、推理能力、决策能力，甚至

导致澹妄等意识障碍。其中术后澹妄不仅影响护理难度，还可能增加机械

通气时间、重症监护治疗病房停留时间或住院时间，甚至会增加重症监护

治疗病房内病死率(可达10%/d)o②睡眠障碍会加重术后疼痛，如增

加镇痛药物使用可诱发呼吸、成瘾等相关问题。③睡眠障碍可导致交感

系统激活和高血压，增加心律失常、心肌缺血等心脑血管不良事件的发生。

④术后睡眠障碍尤其是节律紊乱，可导致显著的胰岛素抵抗，同时可能

导致负氮平衡影响术后恢复。⑤术后睡眠障碍会增强炎症反应，增加C-反

应蛋白、白细胞介素-6和白细胞介素-7、肿瘤坏死因子-Q和髓过氧化物酹

的表达，增加感染和神经性痛的风险，影响术后愈合，延长术后住院时间，

影响情绪状态和生活质量。

然而，关于全麻后睡眠障碍的机制探索较少。大多数调控静脉麻醉-觉醒和

吸入麻醉-觉醒的核团［如外侧下丘脑(lateralhypothalamus,LH)、

腹外侧视前区(ventrallateralpreoptic,VLPO)＞腹侧被盖区和蓝斑

等］都是睡眠-觉醒调控的重要核团，全麻药物很可能通过影响上述核团的

生理功能导致全麻后睡眠障碍的发生。进一步研究发现，麻醉和睡眠不一

定共享环路机制，Vanini等首次报道了化学遗传学激活VLPO和视前正

中核(medianpreopticnucleus,MnPO)的谷氨酸能和丫-氨基丁酸

(gamma-aminobutyricacid,GABA)能神经元虽然都会显著改变睡眠

结构，但对麻醉-觉醒没有显著影响；进一步研究发现，VLPO的GABA

能神经元中睡眠相关与觉醒相关神经元都可被不同吸入及静脉麻醉药物

部分激活，多数抑制。此外，本团队前期研究发现，的额叶皮质通过背内

侧下丘脑(dorsalmedialhypothalamus,DMH)分别支配LH和VLPO

促进吸入麻醉-觉醒，但只通过LH调节生理睡眠觉醒。脑脚背盖核的胆碱

能神经元则与静脉麻醉后REM睡眠异常相关。上述研究均提示，药理性

麻醉与生理性睡眠诱导意识消失与恢复的神经机制既有交叉，又有不同。

除了睡眠障碍，全麻还会显著影响生物节律。既往临床研究发现，随着日

间手术时间的延迟，小儿麻醉后监测治疗室(post-anesthesiacareunit,

PACU)停留时间显著延长；与椎管内麻醉相比，全麻显著改变了老年关

节手术患者术后褪黑素与皮质醉节律。动物实验研究证实，吸入麻醉药(七

氟烷、地氟烷、异氨烷)、丙泊酚、氯胺酮及右美托咪定均可导致动物生

物节律改变，且这一改变与施行全麻的时间密切相关：休息相(开灯相)

对全麻的影响相对较小，而活动相(关灯相)的全麻则会导致睡眠节律改

变，在休息相后半程的麻醉对于节律影响最大，最多可导致节律延迟达5ho

同时，全麻会抑制全脑，尤其是脑内主时钟-视交叉上核

(suprachiasmaticnucleus,SCN)的节律基因表达，导致周期蛋白

(period,per)循环的相位改变。这可能由于全麻药物抑制N-甲基-D-天

冬氨酸受体激活糖原合成酶激酶33影响脑和肌肉芳香煌受体核转运样

蛋白1基因的磷酸化，进而抑制时钟基因(脑和肌肉芳香始受体核转运样

蛋白1基因)与启动子的结合，影响perl基因和per2基因的表达；也

可能由于全麻药物区接调控了组蛋白修饰，影响了节律基因的表达与循环。

此外，SCN还可通过影响褪黑素分泌和体温节律性变化而影响睡眠。上述

节律异常不仅进一步影响了睡眠，也导致包括血糖和代谢、体温、认知等

生理功能的改变，引起机体的系列级联反应，同样需要引起高度重视。

麻醉作为理解意识的重要手段，会对生理睡眠及节律造成巨大影响，解析

术后睡眠障碍的机制将推进对意识理解的深度，尤其是有利于揭示不同应

激对睡眠的调控机制；另一方面，也为可控睡眠改变对机体生理功能的影

响提供了可靠模型。故解析全麻与全麻手术后睡眠节律障碍相互作用的机

制研究，不仅对改善麻醉后睡眠节律障碍具有重要临床意义，更可能为理

解意识具有重大科学价值。

2麻醉与体温的交互影响及其可能机制

作为恒温动物，核心体温(corebodytemperature,CBT)的维持是保

障细胞功能乃至维持神经、心血管、肝肾等系统器官功能的重要基础。虽

然CBT的昼夜波动幅度为0.5℃~1.0℃,但0.2℃的波动就有可能会

影响正常生理功能。然而，包括吸入性麻醉药物、丙泊酚、右美托咪定在

内的全麻药物均可改变体温的内稳态阈值，导致体温波动2匕~6℃,结

合术中因辐射、传导、对流和蒸发导致的热量丢失，导致术中CBT常

<36℃,引发围手术期低体温，其发生率为60%~90%,已成为中国“手

术质量安全提升行动”中的重点之一。

围手术期低体温可能导致一系列不良后果，包括：①CBT<35.6°C可以

增加失血风险4%~26%,同时增加输血风险3%~37%,这可能与低温导

致的血小板和凝血级联酶功能障碍相关；②低体温相关的血管收缩和氧

供减少不仅影响局部伤口恢复，还可通过损害白细胞和免疫细胞的趋化、

吞噬和抗体生成能力，耨伤口感染率从正常体温的2.0%升至11.5%;③

虽然低体温对术后住院时间和PACU停留时间的影响尚存争议，但可能延

迟固体食物进食时间和拆线时间长达1d,同时增加PACU停留时间40

min,延长术后住院时间20%(2.6d);④围手术期低体温还会影响

多种全麻药物的代谢，可降低吸入麻醉药物的最小肺泡浓度，降低咪达喋

仑清除率11.1%,减少肌肉颤搐张力16%;⑤低体温患者血管收缩率

高达74%,远高于正常体温的6%,且可持续至术后6h以后，从而增加

不适感和寒战发生率，即便术后保温也难以快速逆转；⑥围手术期低体

温显著增加术后心血管事件发生率55%,尤其增加心动过缓发生率；⑦

术中低体温不仅可导致苏醒延迟，还是术后澹妄的危险因素之一，可能诱

导术后意识改变。

虽然围手术期低体温的核心机制尚不清楚，但目前已知的体温尤其是冷觉

调控过程包括：外周皮肤的冷感受信号经脊髓传递至外侧臂旁核外侧臂旁

核(lateralparabrachialnucleus,LPB)>视前区(preopticarea,POA),

尤其是其中间部MnPO等核团。同时，脑内存在冷敏神经元，可以迅速、

灵敏地感受到脑内细微温度波动，表现为被寒冷快速激活，调节自主神经

系统及行为。目前报道的冷敏神经元主要位于POA、DMH和腹内侧下丘

脑等麻醉和意识调控的相关脑区。右美托咪定可直接通过Q2受体同时激

活VLPO区促觉醒的去甲肾上腺素能神经元和促睡眠的非去甲肾上腺素

能神经元。更为重要的是，VLPO的GABA能神经元介导了小剂量右美托

咪定相关的低体温和NREM睡眠增加，但不影响REM睡眠。

因此，全麻药物很可能通过影响体温调节中枢功能导致术中低体温的发生,

而术中低体温又启动了机体的体温防御过程，介导术后系列生理功能改变。

3麻醉与禁食、能量代谢的交互影响及其机制

择期全麻手术患者常常会进行术前禁食、禁饮，以减少反流误吸的风险，

但长时间的禁食、禁饮可能导致系列不良后果：长时间禁食不仅患者难以

耐受，还与脱水、术中低血压相关，使麻醉诱导复杂化，老年患者脱水还

可能增加急性肾损伤及其相关不良结局。此外，术前禁食还可诱导代谢应

激，加剧糖原储备的消耗以及应用肌蛋白进行的糖异生，诱导术后胰岛素

抵抗，增加术后感染发生率、延长住院时间、增加术后病死率。系列临床

研究证实，宽松的禁食策略在成年人和小儿中都可显著改善全麻手术患者

的整体感受，减少口渴、恶心、呕吐等不良反应的发生，促进术后肠道功

能恢复。

更为重要的是，饥饿作为最保守的生存本能，会通过迷走神经激活孤束核

(nucleusofthesolitarytract,NTS)的胰高血糖素样(glucagon-like

peptide-1,GLP-1)、胆囊收缩素、促肾上腺素黑素能等神经元，调控进

食需求。七叙烷可以不依赖迷走神经激活NTS,从而引发呕吐反应。丙泊

酚麻醉并不增加NTS的c-Fos表达，但可以剂量依赖性增加兴奋性突触

后电流的频率，而不改变幅值和衰减时间，这可能与呼吸及心血管反应相

关。NTS的胆碱能神经元激活在诱导低血压和心动过缓发生的同时，还可

以促进NREM睡眠。也有研究显示，NTS作为必要的丘脑底核后核和臂

旁核环路的中继站，参与气味相关恐惧行为和低体温的发生。因此，禁食

可能通过激活NTS直接调控围手术期呼吸-心血管反应和低体温的发生，

并参与麻醉意识消失与恢复的过程。

参与血糖及进食行为调节的特异性神经元［如DMH区GLP-1受体阳性

神经元、LPB谷氨酸能神经元、中缝背核(dorsalraphenucleus,DRN)

的5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)能神经元、腹内侧下丘脑

的雌激素受体Q神经元、LH区Orexin神经元等］,同样在麻醉、睡眠等

意识转换中发挥极为重要的作用。例如，LPB区谷氨酸能神经元激活，促

进七氟烷和低剂量右美托咪定麻醉后觉醒，还通过钠漏通道参与维持七氟

烷麻醉下的呼吸频率。DRN区5-HT能神经元在吸入麻醉觉醒中扮演了

重要角色；然而，局部5-HT1A和5-HT2A受体激活分别促进和抑制觉

醒°上述结果提示，轻度低血糖导致的麻醉苏醒延迟，可能并非低血糖昏

迷，而是低血糖影响了中枢主动觉醒的调控过程。

此外，最新研究还显示，禁食还可激活延髓腹外侧区(ventrolateral

medulla,VLM)的儿茶酚胺神经元，进而通过