一、麻醉学基础

镇静催眠是全身麻醉的基本特征，绝大多数静脉和吸入全麻药物能使人或动物在瞬间进入镇静催眠状态。有研究指出，全身麻醉药物发挥镇静催眠等药理作用需要不同的神经通路共同参与 ^［1、2］，而睡眠-觉醒通路是否参与全身麻醉以及具体的参与方式目前仍未被系统阐述。睡眠是生命体的高级生理活动，受内环境稳态和昼夜节律的影响，当大脑进入睡眠状态时意识活动逐渐减弱直至消失。目前的研究表明，全身麻醉和睡眠之间存在一定的相似性 ^［3］，如全身麻醉状态下的大脑脑电图也会出现睡眠γ波、δ波和梭形波；参与全麻镇静催眠过程的大脑核团同样参与了自然睡眠过程。

下丘脑腹外侧视前核（ventrolateral preoptic nucleus，VLPO）是诱导和维持睡眠的主要功能核团，该核团对维持正常的睡眠结构体系有至关重要的作用。VLPO核团主要由γ-氨基丁酸能（GABAergic）神经元构成，该核团发出抑制性的神经纤维负性调控网状上行激活系统中众多具有维持觉醒功能的神经核团和神经元 ^［4］，如结节乳头核（tuberomammillary nucleus，TMN），蓝斑核（locus coeruleus，LC）和增食素能神经元（orexinergic neurons） ^［5］。VLPO神经元在睡眠过程中一直维持较高的兴奋性 ^［6］。用药物或电击的方法损毁VLPO核团后，实验动物会出现失眠及睡眠债务（sleep debt）的持续积累。

新近的研究结果表明全麻药物有可能通过影响VLPO及其相关的功能核团发挥镇静催眠效应 ^［7、8］，虽然具体的作用位点至今还未有定论，但睡眠通路仍为我们研究全身麻醉机制提供了新的思路。

早在20世纪初期，研究者就发现下丘脑前部（anterior hypothalamic）的神经核团与调控睡眠行为有关，而下丘脑后部（posterior hypothalamus）与调控觉醒行为有关。进入60年代，有研究发现电刺激猫下丘脑视前叶区可以增加睡眠时间，而电损毁基底前脑区则会减少睡眠时间。有实验者用红藻氨酸（Kainic acid）损毁猫下丘脑视前叶区以及大部分基底前脑后会引发猫失眠；而给猫视前叶区微注射GABA受体（gamma-amino butyric acid receptors）激动剂蝇蕈醇（Musimol）后也会诱发类似的失眠反应。神经元胞外记录实验结果显示，猫基底前脑区内约24%的神经元在动物睡眠期处于激活状态，而50%的神经元在清醒期处于激活状态，提示部分睡眠激活神经元位于腹侧基底前脑区。Sallanon ^［9］研究组使用鹅膏蕈氨酸（Ibotenic acid）损毁猫下丘脑视前区腹外侧核（VLPO）可引起非快动眼睡眠（NREM）和快动眼睡眠（REM）时相的急剧减少，并且总睡眠时相的减少会维持很长一段时间。上述实验结果都表明VLPO是调控睡眠行为的神经中枢。

1996年，Sherin研究组利用c-Fos（一种神经元活性的标记蛋白）表达量的变化，证实下丘脑神经元投射神经纤维至TMN ^［10］。其结果表明VLPO中的一部分神经元在动物入睡过程中c-Fos表达量增加，而在清醒状态下表达量减少，这一结果初步证实VLPO中睡眠促进神经元（sleep-active cells）的存在。相关的研究结果还显示，在全身麻醉镇静催眠的状态下VLPO核团中睡眠促进神经元c-Fos的表达量也会出现明显增加 ^［6］。

然而，VLPO核团中的神经元并非全是睡眠促进神经元。脑片膜片钳实验中发现VLPO核团内呈现多极形态或三角形的神经元能被去甲肾上腺素（Noradrenaline，NA：促觉醒神经递质之一）超级化，被称为去甲肾上腺素阴性神经元（NA ^-神经元）。灌流去甲肾上腺素后NA ^-神经元电发放频率明显降低，推测该类神经元可能是睡眠促进神经元。而VLPO中另一类呈现双极形态或椭圆形，能被去甲肾上腺素去极化，被称为去甲肾上腺素阳性神经元（NA ⁺神经元），灌流去甲肾上腺素后这一类神经元电发放频率明显增加。在显微镜下，VLPO核团中约三分之二的神经元呈现多极形态或三角形，另外三分之一的神经元呈双极形态或椭圆形。此外，VLPO多极神经元在动作电位发放时往往会出现低阈值棘波（low-threshold spikes，LTSs），而双极神经元没有这一发放特征。故此，细胞形态的不同、对促觉醒神经递质的反应差异以及是否出现特征性的LTSs是鉴别睡眠促进与非睡眠促进神经元（non-sleep-active cells）的主要实验方法 ^{［2］［6］}。

VLPO神经元发射抑制性GABA能神经纤维投射至维持清醒的功能核团结节乳头核（TMN）和蓝斑核（LC），同时也接受TMN组胺能神经元和LC去甲肾上腺素能神经元的反向投射。TMN和LC两个脑区的神经元发出神经纤维经过上行网状系统，在皮层释放组胺和去甲肾上腺素，起到维持皮层兴奋的作用。另一方面，TMN和LC分泌的组胺和去甲肾上腺素又可抑制VLPO的活动 ^［11］。去甲肾上腺素是VLPO神经元最直接的抑制性递质，它通过VLPO神经元突触后膜上的α ₂受体激活内向整流钾离子流使神经元兴奋性降低 ^［12］。同时组胺也能通过H ₁R受体激活中间抑制性神经元，从而抑制VLPO睡眠促进神经元活性，其信号转导过程与Gq/11蛋白和磷脂酶C偶联。

当大脑进入睡眠状态时，VLPO神经元兴奋性明显增强并释放GABA，抑制TMN和LC活动，阻断它们兴奋皮层的作用 ^［2］。活体实验发现，VLPO核团内注射GABA后大鼠自发活动时间明显减少，而注射去甲肾上腺素后大鼠自发活动时间明显增加，提示外源性的GABA和去甲肾上腺素亦能直接激活或者抑制VLPO神经元 ^［13］。此外，有文献报道VLPO神经元还可释放少量的抑制性神经肽——甘丙肽 ^［14］。

目前的研究结果显示对VLPO睡眠通路有影响的全麻药物主要是能够增强GABA _A活性的全麻药。为了研究GABA _A受体激动剂对内源性睡眠-觉醒系统的影响，Nelson ^［15］和同事监测了在不同麻醉药物作用下中枢神经系统c-Fos表达量的情况。他们的研究发现在亚麻醉剂量下，加波沙朵、丙泊酚、水合氯醛、乌拉坦、蝇蕈醇和唑吡坦可以诱发脑电图出现慢波（非快动眼睡眠起始），增加VLPO神经元c-Fos表达，同时抑制大脑皮层、TMN和LC核团c-Fos表达。在麻醉剂量下，GABA _A激动剂呈剂量依赖性的抑制TMN和LC的c-Fos表达。这一结果提示这几种麻醉药激活睡眠通路的同时对觉醒回路也起到一定抑制作用。行为学实验发现，在TMN核团和附近脑区微注射GABA _A受体拮抗剂gabazine可以拮抗戊巴比妥、蝇蕈醇、丙泊酚诱导的催眠效应 ^［15］，提示这些麻醉药有可能主要通过抑制TMN而发挥镇静催眠作用。加波沙朵是一种具有镇静、催眠以及镇痛作用的突触外GABA _A受体激动剂，该药物可以缩短大脑从清醒状态进入非快动眼睡眠的时间，但不同于其他大部分GABA _A药物，加波沙朵不会抑制快动眼睡眠，但会改变脑电图慢波的形态 ^［16］，提示加波沙朵有可能通过直接激活VLPO而产生镇静效应。

丙泊酚是临床常用的强效静脉麻醉药，在亚微摩尔浓度下依然具有药理作用 ^［14］。Liu ^{［17、18］}等认为，VLPO核团中非睡眠促进神经元（NA+）也参与了丙泊酚激活睡眠促进神经元（NA-）导致意识消失的过程。VLPO核团中睡眠促进神经元（NA-）与非睡眠促进神经元（NA+）都表达GABA受体，但可能是因为非睡眠促进神经元中GABA受体具有不同的亚型、受体密度和分布情况，对丙泊酚表现出更高的敏感性。据此，Liu等推测丙泊酚主要作用于非睡眠促进神经元（NA+）上GABA受体，减少非睡眠促进神经元投射至睡眠促进神经元的神经纤维释放GABA，通过去抑制作用兴奋睡眠促进神经元，睡眠促进神经元则进一步释放更多的GABA至TMN、LC等促觉醒核团抑制其兴奋性，从而产生催眠镇静效应。

最近Moore ^［7］等人在实验中发现，临床常用吸入麻醉药异氟烷、氟烷只有在麻醉剂量下可以增加VLPO核团中睡眠促进神经元c-Fos表达，在亚麻醉剂量下无此效应。在脑片膜片钳实验中，持续灌流异氟烷（密封溶解于人工脑脊液）明显增加睡眠促进神经元电发放频率、改变其膜电位，而异氟烷对非睡眠促进神经元电活动没有影响。并且，他们在运用膜片钳电压钳技术时发现，把睡眠活化神经元钳制在钾离子翻转电位时，异氟烷诱发的内向电流出现了明显减少，提示异氟烷是通过减少钾离子电导而直接使得睡眠促进神经元去极化。该实验结果首次演示了吸入麻醉药异氟烷对VLPO睡眠活化神经元的兴奋方式。目前，其他吸入麻醉药对VLPO神经元活性的影响还鲜见报道。

γ-氨基丁酸（gamma-amino butyric acid，GABA）是大脑中主要的抑制性神经递质，对协调中枢神经系统的兴奋性和抑制性具有关键作用。GABA药物通过作用于GABA受体发挥抑制效应，GABA受体主要有三类，GABA _A受体、GABA _B受体、GABA _C受体，其中A和C受体是离子型受体，偶联氯离子通道，被激活后可以使得氯离子内流，从而导致细胞超极化；而B受体是代谢型受体，偶联G蛋白偶联受体，抑制腺苷酸环化酶，导致钾离子外流，也使得细胞超极化。并且，GABA _A受体还有19种亚型（α1～6、β1～3、γ1～3、δ、ε、π、ψ、ρ1～3） ^{［19、20］}。截至目前，多数电生理研究证实，大多数临床常用的全身麻醉药可以直接激活GABA _A受体，使得氯离子内流，从而抑制神经元放电，降低其兴奋性，产生突触后抑制效应。

在GABA受体α亚单位基因定点突变大鼠的研究中发现，苯二氮 类药物发挥镇静效应主要是通过α1亚单位起作用，而抗焦虑作用主要是通过α2亚单位 ^［21］。与大部分苯二氮 类药物和GABA _A激动剂不同，加波沙朵对GABA _A受体α1、α4、δ亚单位亲和力较低，对GABA _A受体有部分激动作用。多数研究表明，丙泊酚发挥其麻醉效应主要是通过增加GABA _A偶联的氯离子电流 ^［22］，作用于GABA _A受体β亚单位，其麻醉作用主要由β亚单位上TM ₂和TM ₃氨基酸序列调控。改变GABA _A受体β ₂亚单位后，可以使丙泊酚激活受体的量效曲线右移。在GABA _A受体β ₃亚单位氨基酸点突变大鼠的研究中发现，丙泊酚对大鼠有害刺激的抑制消失，还有实验发现β ₂、β ₃点突变大鼠对丙泊酚麻醉作用降低。目前的研究结果显示虽然α亚单位对丙泊酚麻醉没有直接影响，但是可改变丙泊酚对GABA的调节效能。TMN核团神经元GABA _A受体也表达α ₁亚型 ^［23］，提示主要作用于GABA受体的全麻药物也可能会通过作用于α ₁亚单位直接抑制TMN神经元兴奋性，从而发挥镇静催眠效应。

自20世纪初睡眠通路的发现至今，相关研究不断深入，全身麻醉与睡眠之间的关系也越来越引起研究者的关注。现有证据表明，不同的全麻药物可通过激活睡眠通路中关键的促睡眠核团或者抑制主要的促觉醒核团而发挥镇静催眠作用，但具体的激活或抑制方式尚不明确。随着睡眠机制的逐步阐明，细胞和分子生物学技术、神经电生理技术的不断完善，相信全身麻醉与睡眠之间的关系将会进一步被阐明，从而使全身麻醉机制的研究更为深入。