综述：关于多器官-大脑轴相互作用与围手术期神经认知障碍的研究进展：一篇叙述性综述

围手术期神经认知障碍（PND）由多器官-脑轴（肠、肝、肺、心、脾、肾）相互作用引发，涉及神经炎症、代谢紊乱及微循环障碍。各轴通过免疫、神经内分泌及旁分泌机制影响脑功能，如肠道菌群失调导致全身炎症，肝代谢异常加剧神经炎症，肺缺氧引发脑能量代谢失衡。未来需构建多器官网络模型，整合生物标志物开发精准预测及多靶点干预策略。

　　

围手术期神经认知障碍（PND）是麻醉与外科手术常见并发症，其病理机制复杂且涉及多器官协同作用。本文系统梳理了肠道、肝脏、肺脏、心脏、脾脏及肾脏等器官与脑功能相互作用的最新研究进展，提出整合性干预策略的必要性。### 一、PND的临床特征与风险因素

PND涵盖术前认知异常、术后急性意识障碍（POD）及延迟性认知功能障碍（POCD），主要表现为记忆衰退、注意力下降及执行功能受损。临床数据显示，非心脏手术患者发生率11-30%，心脏手术患者可达30-60%。高危因素包括年龄≥65岁（风险比1.5-2.5）、术前认知损害、肝肾功能异常及麻醉方式选择。值得注意的是，不同评估工具（MMSE、MoCA等）及随访时间差异导致发病率统计存在10-50%的波动。### 二、多器官-脑轴的协同病理机制

#### 1. 肠道-脑轴的神经免疫调控

肠道菌群失衡可经神经、内分泌及免疫三通路影响脑功能。术后菌群多样性下降导致短链脂肪酸（SCFAs）合成减少，而SCFAs通过抑制HDAC活性促进BDNF表达，对认知功能具有保护作用。动物实验证实，益生菌干预可使炎症因子TNF-α、IL-6水平降低35-45%，并提升迷宫测试得分50-60%。值得关注的是，肠道菌群代谢产物通过迷走神经调控杏仁核及海马体功能，而抗生素滥用可能加剧菌群紊乱。#### 2. 肝脏-脑轴的代谢-炎症轴

肝功能障碍通过三方面影响认知：①代谢紊乱：SCFAs减少导致BDNF表达抑制，β2-微球蛋白等毒素通过血脑屏障损伤神经元；②炎症放大：肝细胞释放IL-6经门静脉入血，激活肺血管内皮细胞炎症反应；③药物代谢异常：肝酶活性下降导致苯二氮?类等麻醉药清除延长，加重认知抑制。临床观察显示，Child-Pugh分级≥B的肝病患者术后谵妄风险增加2-3倍。#### 3. 肺脏-脑轴的氧代谢调控

肺功能障碍通过两种机制影响脑功能：①缺氧诱导线粒体功能障碍：PaO?<60mmHg时，海马区ATP生成下降40-60%，导致谷氨酸能神经元过度兴奋；②二氧化碳代谢失衡：急性高碳酸血症（PaCO?>55mmHg）通过抑制GABA能神经元功能加剧意识障碍，而低碳酸血症（PaCO?<30mmHg）可致脑血流灌注下降35%。值得注意的是，肺泡巨噬细胞释放的IL-1β经脑脊液扩散，可加速tau蛋白异常磷酸化。#### 4. 心脏-脑轴的血流-炎症耦合

心脏功能异常通过血流动力学及炎症反应双路径影响认知：①脑血流灌注下降：心脏输出量减少使海马区血流速度降低，GLUT3表达下降导致葡萄糖摄取减少；②炎症级联：心肌细胞释放的IL-1β通过迷走神经逆向传递至孤束核，激活小胶质细胞并升高血脑屏障通透性。临床数据显示，术前血红蛋白<110g/L患者术后MMSE评分下降2.8分（p<0.01）。#### 5. 脾脏-脑轴的免疫平衡调控

脾脏作为免疫枢纽，其功能异常可双向影响中枢神经：①抗炎作用：迷走神经递送乙酰胆碱抑制脾巨噬细胞NF-κB活性，减少IL-6释放；②促炎作用：手术创伤激活脾B细胞释放miR-155，靶向抑制TTP基因表达，导致IL-6稳定性增加。动物实验证实，迷走神经切断术后认知测试成绩下降37%，提示该通路在PND发生中的关键作用。#### 6. 肾脏-脑轴的毒素-炎症循环

慢性肾病（CKD）患者PND风险增加2-3倍，主要机制包括：①毒素蓄积：β2-微球蛋白通过NMDAR/ROS通路诱导神经元凋亡；②酸中毒：尿毒症酸中毒（pH<7.35）抑制GABA能神经元功能，使海马区谷氨酸浓度升高4倍；③EPO缺乏：肾源性贫血患者术后谵妄发生率提高58%。肾小球滤过率（eGFR）每下降10ml/min，MMSE评分降低0.3分（β=-0.10, p<0.001）。### 三、多器官网络整合机制

MODS（多器官功能障碍）通过"炎症-代谢-微循环"三轴形成PND级联反应：①炎症放大：肠道LPS经肝Kupffer细胞释放IL-6，激活肺血管内皮NF-κB通路，形成全身炎症网络；②代谢紊乱：肝脏SCFA合成减少与肾脏乳酸堆积协同导致ATP耗竭，海马区α-酮戊二酸/谷氨酸比值下降至0.3（正常0.8）；③屏障破坏：多器官炎症使血脑屏障通透性增加2-3倍，β淀粉样蛋白沉积量提升40%。影像学研究显示，MODS患者默认模式网络（DMN）功能连接强度下降62%，与POCD严重程度呈正相关。### 四、临床干预策略的整合路径

1. **多靶点营养支持**：术后6小时内补充含β-葡聚糖的肠内营养，可使SCFAs水平在24小时内提升50%；联合酮体补充（丙酮酸+乙酰辅酶A）可恢复海马区ATP水平至基线85%。

2. **靶向器官保护**：①肺：控制PaCO?在35-45mmHg，维持HIF-1α与BDNF平衡；②肝：使用UDCA改善肝脑轴代谢，临床数据显示可使POCD发生率降低42%；③肾：早期使用司维拉姆（20mg/d）可减少β2-MG蓄积达60%。

3. **神经免疫调控**：采用"益生菌+白藜芦醇"组合干预，在动物模型中使小胶质细胞M1/M2比例回归正常（从1:0.3→1:1.8），并降低海马区IL-1β水平38%。

4. **迷走神经调控**：术中维持迷走神经张力（心率波动<10bpm），可使术后72小时谵妄发生率从23%降至9%。### 五、研究局限与未来方向

现有研究存在三方面局限：①评估工具异质性：MMSE与MoCA评分差异达15%；②机制验证不足：仅23%的机制研究涉及动物模型；③干预方案碎片化：现有68种推荐方案中，涉及≥3个器官的整合方案不足5%。未来研究应着重：

1. 构建动态多器官网络模型：整合代谢组学（检测129种关键代谢物）与炎症组学（追踪27种细胞因子）

2. 开发器官特异性生物标志物：如肠道菌群相位角（Φ）<0.35与PND相关（AUC=0.82）

3. 验证精准干预方案：针对APoEε4携带者，肝脑轴靶向治疗可使MMSE提升2.1分（95%CI 1.3-2.9）### 六、临床转化建议

建立"三维度风险评估模型"：①生理维度：包括肝肾功能（eGFR<45ml/min）、肺活量（FEV1<50%）、心输出量（<4L/min）；②微生物维度：菌群多样性指数（Shannon指数）<2.5；③神经炎症维度：CSF IL-6>10pg/ml。对高风险患者（评分≥7分）实施"手术日-术后3天"全程管理，包括：

- 术前72小时启动肠道益生菌（如双歧杆菌+Bacteroides）

- 术中维持CO?分压35-40mmHg

- 术后24小时给予高压氧治疗（2.5ATA，60min）该整合方案在300例前瞻性研究中显示，可将PND总体发生率从34%降至19%（p=0.003），术后28天MMSE评分提高1.8分（p<0.01）。### 七、理论创新与突破

本研究提出"神经血管-免疫-代谢四元协同模型"，突破传统单轴理论框架：

1. **神经血管单元（NVU）整合**：发现紧密连接蛋白Claudin-5在MODS患者脑微血管中的表达下降达58%，形成"血管-神经-免疫"三重屏障破坏。

2. **代谢-炎症耦合**：构建SCFAs-AMPK-TOR通路模型，揭示但yrate通过激活AMPK减少mTOR磷酸化，进而抑制NF-κB炎症通路。

3. **外泌体调控网络**：鉴定出肾源外泌体miR-21-5p/IGF1R轴，靶向干预可使POCD风险降低31%（95%CI 25-37%）。该理论框架为开发新型诊断工具（如基于外泌体miRNA的液体活检）和治疗靶点（如肝-肠-脑轴调节剂）提供了科学依据。未来需开展多中心RCT研究（样本量≥2000例），重点验证：

- 肠道菌群移植（FMT）联合肝功能支持对PND的协同疗效

- 迷走神经刺激（VNS）与肾素-血管紧张素系统阻断（ARB）的联合应用

- 基于人工智能的器官功能动态预测模型