全麻意识消失的神经生理机制
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全麻意识消失的神经生理机制 从全麻本质角度分析，目前比较多的观点认为，遗忘（amnesia）、意识消失（unconsciousness）和制动作用（immobility）是全麻的三大必要成分，这三者之间既相对独立、又存在复杂的内在联系，其对应的中枢作用区域和神经生理机制也存在较大的差异[1，2]。而对于其中最具特征性的全麻意识消失成分，我们对其神经生理机制的了解却显得最为肤浅。本文总结了近年来有关全麻意识消失神经生理机制研究方面的最新进展。 1 意识概念及其神经生理基础 关于意识（consciousness）的概念及其组成一直是心理学、社会学和神经科学等领域所争论的焦点问题。到目前为止，意识的概念尚无一个明确而统一的定义，不同学科之间对此也存在着较大的争议和分歧。神经科学领域比较多的观点认为：意识是生物体对外部世界和自身心理、生理活动等客观事物的觉知或体验。意识具有从感觉体验（视、听、体感觉等）到非感觉体验（意志、情绪、记忆、思维等）的多种要素，对这些要素的结合和整合，即产生了个体的具体意识体验[3，4]。 从神经科学的角度分析，意识主要是由警觉（Alertness）和知晓 (Awareness) 两大成分组成。警觉是指一种简单的清醒行为，是感知、清醒的理解活动以及记忆和回忆等活动的基础。警觉和唤醒依赖于皮层下区域的功能，皮层下区域不仅可维持基本的唤醒和警觉状态，而且对知晓的其他成分也起了关键性作用。知晓（Awareness）与警觉和唤醒不同，它依赖于大脑皮层的功能，但不排除皮层与皮层下结构的联系、特别是皮层与丘脑之间的相互作用对意识这种高级而复杂成分的影响。意识的形成需要警觉和知晓的有机结合，它所表现的是大脑整体的一种快速整合活动，是相关中枢区域结构之间的偶合以及不同神经元细胞群之间同步化活动的结果，而并不取决于某个中枢区域或神经核团独立的活动。已有的神经生理研究显示，与意识形成的相关中枢区域结构包括皮层、丘脑和中脑(主要为脑干网状结构上行激活系统)等在内，各脑区必须共同参与对外界信号刺激的识别和处理，而最终产生意识。其中上位脑干区域结构可对意识的不同水平进行调节，并在唤醒中起了决定性的作用；而丘脑和皮层的活动则提供了意识的大部分内容，如联合皮层构成了识别特异性信号刺激的基础，而额叶皮层则可对信号刺激进行整合处理。其中中脑网状结构和丘脑结构是最为关键的中枢区域，称得上是意识之门，此即为Newman和Baars提出的中脑网状结构—丘脑激活系统（Extended Reticular-Thalamic Activating system，ERTAS）决定意识觉醒状态理论[3-5]。而相关中枢区域结构之间则可通过分散在中枢各区域的、与解剖结构相关的神经元细胞群的同步化活动、神经振荡、适应性共振、自行更新的反射模式等模式进行偶联或整合，意识的消失也是全麻药物对这种偶联或整合活动的抑制和阻断的结果。 2 全麻意识消失的中枢区域定位 全麻药物的中枢作用具有相对选择性，功能性脑成像研究显示，多数全麻药物普遍降低全脑的血流和葡萄糖代谢，但这种中枢抑制作用并非是均匀一致的，而是表现出程度不等的区域性差异，其中与全麻意识消失状态相关联或相伴随的中枢抑制区域也可能就是全麻药物产生意识消失的关键部位[2，5，6]。 Alkire等采用吸入麻醉药异氟烷和氟烷进行麻醉诱导，发现在观察对象意识消失（对言语指令无反应）时，测定的全脑rCMRGlu（局部脑区葡萄糖代谢率）平均值分别降低42%和40%，并且观察到两者共同之处在于，丘脑、中脑网状结构、背外侧额前皮质、颞下回、中额回、楔叶、枕叶皮质等区域的rCMRGlu均明显降低，提示全麻药物引起的意识消失也可能就是通过影响这些神经结构而实现的[6]。而定量脑电图的研究显示，麻醉期间伴随意识消失时，中枢的多个区域可见3.5Hz（处于波和波之间）功率的显著增加，这些区域结构包括眶额部皮层、背外侧额前皮层、带状前回、基底核、杏仁核、中央后回、海马、丘脑，鉴于3.5Hz功率的增加往往提示所在区域的神经结构功能受抑，推测定量脑电图显示的这些神经结构可能也就是全麻药物引起意识消失的中枢作用区域，这与功能性脑成像技术的研究结果较为一致[5，7]。Fiset等采用正电子发射成像术，研究了不同剂量的丙泊酚麻醉下，各脑区血流量的变化以及相应的行为学改变，结果显示受试对象的意识状态与丘脑、中脑、基底前脑以及枕顶联合皮层血流量的降低有显著的直线相关关系。低剂量的丙泊酚能够引起躯体感觉皮层血流量的降低，此时受试对象对振动、触觉的反应减退，但意识仍清醒，皮层下结构（丘脑和中脑）的血流量也无显著改变；而应用中等剂量的丙泊酚时，振动刺激引起的所有皮层上相关脑区的兴奋被完全抑制；当药物剂量进一步加大并使受试对象意识消失时，可观察到丘脑和中脑的血流量显著降低，而且两者的血流量是同步发生变化的，提示全麻药物对丘脑和中脑功能的抑制可能是产生意识消失作用的关键环节[8]。这与全麻药物作用于特定的神经结构而产生意识消失的假说相一致，也与Newman和Baars提出的中脑网状结构—丘脑激活系统决定意识觉醒状态的理论相吻合。虽然中枢区域定位研究显示，丘脑和中脑网状结构是全麻意识消失的主要作用区域结构，但其实重要的并不是网状结构，而是网状唤醒中枢所调控的丘脑门控区域[6，8]。 当然也并不是所有全麻药物均抑制全脑血流和葡萄糖代谢，如分离性静脉麻醉药氯胺酮，在达到意识消失浓度时往往引起人类全脑代谢的增加，但这些不抑制全脑代谢的少数全麻药物，通常都对丘脑局部的活动（包括丘脑——皮层之间的联系环节）表现出特异性抑制作用，这也进一步证实丘脑是全麻意识消失的关键区域或环节[9，10]。由此推测，虽然各种全麻药物的神经生理机制不尽相同，但是意识消失的产生可能都要通过抑制丘脑这一关键区域的功能而得以实现。显然其他与意识相关的中枢结构，如部分皮层、基底核、杏仁核、海马、中脑网状结构、还包括脊髓到脑的上行交通支等也参与了调节全麻药物对意识状态的影响[2，9，10]。 3 全麻意识消失的神经生理机制 鉴于中枢神经系统的复杂联系，全麻药物对于相关中枢作用区域的影响并不是孤立的，也可能不是直接作用所致，而只是全麻药物作用于复杂神经网络后所表现出来的间接效应。事实上，目前的研究也证实，全麻意识消失的产生过程是一种发生在中枢不同水平、由多个环节组成的级联反应，而丘脑则是级联反应中最为关键的中心环节[1，8-10]。 已基本明确的级联反应中的多个中枢水平和环节包括：（1）脑干的抑制作用[5，11]。全麻药物通过对脑干中网状结构上行激活系统ARAS（ascending reticular activating system）的抑制，减少其对特异性和非特异性丘脑核和皮层的激活及唤醒作用，而ARAS的抑制也可使其向边缘系统的抑制性传入减少，从而解除对边缘系统的复杂的GABA能抑制作用。同时脑干ARAS的抑制还可解除其对丘脑网状核的抑制作用，而活化的网状核GABA能抑制性作用，则可导致丘脑门（特别是弥漫性投射系统）的关闭和丘脑皮层传入的减少；（2）阻断中脑边缘系统（mesolimbic）——背外侧额前皮层的相互联系[1，5，12]。全麻药物可通过减少中脑边缘环路（包括杏仁核、海马——扣带回皮层）与背外侧额前皮层的相互联系，导致记忆储存障碍和对进行中事件的记忆缺失；（3）丘脑皮层丘脑环的阻断和抑制[1，8-10]。全麻药物对皮层或非感觉特异的、弥漫性丘脑投射核的抑制可阻断皮层丘脑皮层环路（对知晓十分关键）；（4）顶额叶之间联系的解偶联作用[5，14-16]。全麻药物对顶叶皮层的抑制可打断额前叶-顶叶间的交互联系（额前皮层和顶叶间的交互联系对感知十分重要，涉及到注意力的集中和认知过程），从而导致认知功能障碍；（5）额前皮层的抑制作用[17，18]。全麻药物对额前皮层的抑制可解除其对网状核的调节作用，导致注意力分散和言语运动系统激活的减少，并降低知晓。当然全麻意识消失级联反应还可能存在其他的作用环节或途径，而不同全麻药物也可只作用于其中的几个环节而抑制相应的中枢区域结构并导致意识消失[1，9，10]。虽然目前尚不确定全麻意识消失过程中的启动环节和具体步骤，并且全麻药物对这些环节的作用也几乎是在瞬间发生，但上述这些环节的发生过程还是存在一定的顺序，呈相继发生的“级联反应”，而丘脑是此级联反应中最为关键的中心环节。研究也表明，任何全麻药物只要能引起丘脑及其对应皮层细胞的超极化，就可导致机体的意识消失，其具体作用机制包括全麻药物对丘脑和皮层细胞膜电位的直接超极化作用、或增强介导丘脑海马环中抑制性回路的GABA能突触传递，也可通过抑制涉及调节觉醒的中脑/脑桥区域、抑制谷氨酸能和胆碱能神经传导而消除丘脑皮层丘脑环的兴奋性传入[15-18]，这几个步骤其实也就是全麻意识消失级联反应的丘脑后环节。 从表面上看，全麻意识消失的这些作用环节发生在中枢的不同水平，但实际上，其中涉及的神经环路和区域结构都处于神经网络的复杂联系之中。全麻药物对任何神经结构或环节的影响都可迅速向上或向下传播、并调节与其紧密联系的神经网络系统内其他的神经结构和作用环节[2，11]。没有一个独立的神经解剖结构，全麻药物对其的作用就足以完成意识水平的调节。从某种意义上说，全麻意识消失是全麻药物作用于中枢神经网络系统的结果。研究也表明，大多数全麻药物可使神经网络的活动产生显著的改变，并且其作用要早于对单个神经元功能的明显影响。如全麻状态下可产生兴奋性突触后电位（EPSP）的降低或抑制性突触后电位（IPSP）的增强，但这些突触增益的变化多比较微小，并未能对单个神经元产生明显的阻滞作用，但却能对大的神经系统或网络产生显著影响[2，13]。因此，全麻药物对整个大脑功能的影响要比其对单个神经元活动的抑制作用更早地表现出来，这与临床上较低浓度全麻药物即可引起意识消失的作用现象相一致。即全麻药物可能首先选择性地使大脑整合功能（如脑电活动同步系统、特殊的神经元网络等）丧失，而后 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/b20e2cd1cbd376eeaeaad1f34693daef5ef71339.html