氙气麻醉：绿色麻醉/镇痛的理想选择

糖糖不次糖 · 发表于 2024-12-30 00:48:37

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氙气麻醉：绿色麻醉/镇痛的理想选择

吴刚俊1 赵薇2 邓硕曾3 宋海波4

1.四川维思模医疗科技有限公司，成都，610000 2.北京中医药大学东方医院药学部,北京市 100078 3.北京中医药大学东方医院麻醉科，北京市 100078 4.四川大学华西医院麻醉科，成都，610041

通信作者：邓硕曾,Email:[email protected] 宋海波，pdasonghaibo @163.com

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【摘要】氙气不仅能用于麻醉和镇痛还能保护中枢神经系统和大气环境。氙气麻醉是绿色麻醉的重要引领。氙气是吸入麻醉的新质生产力，也是绿色创新发展的组成部分。然而，由于它难以获取，氙气的研发需要政府的投入和支持。我们相信在药学家和麻醉学家的共同推动下，绿色吸入麻醉的转型升级一定会实现。

【关键词】氙气麻醉；绿色麻醉；镇痛；器官保护；环境保护

前言

氙气(Xenon gas，Xe)是无色无味无毒的惰性气体，存在于大气中，具有全身麻醉作用，镇痛作用是笑气的1.5倍，七氟烷的3倍，对大气无污染，对器官有保护作用，有绿色麻醉之称。但大气中含量稀少（0.086ppm），提取成本高，虽有取代氟族类全麻药的趋势，但由于需要新的挥发和回收系统，价格昂贵，至今难以在临床广泛推广应用。氙气吸入麻醉是今后麻醉高质量和绿色发展的方向，应作为麻醉新质生产力研发的引领，促进我国麻醉事业绿色转型升级。

氙气的药代动力学

氙气作为吸入麻醉药的药代动力学表现优秀，经肺部吸收后入血并在血液中运输产生麻醉作用，其血/气分配系数为0.115，是现有血/气分配系数最低的吸入麻醉药，诱导与苏醒均快于其他吸入麻醉药[1, 2]。氙气最低肺泡有效浓度（Minimum alveolar concentration，MAC）约为71%，其在人体内无明显代谢过程，理论上无毒副作用，不增加肝肾负担，最终通过呼吸系统完成排出[3]。

至今，国内外关于氙气麻醉对于人体各重要器官影响的研究已开展得相对全面，本文拟在该基础上就氙气作为吸入麻醉药对于促进麻醉绿色转型的作用展开评价。氙气与其它吸入麻醉药的比较，见表1。

表1 氙气与其它吸入麻醉药的比较
	氙气	氧化亚氮	地氟烷	七氟烷	异氟烷
血/气分配系数	0.115	0.47	0.42	0.65	1.4
MAC	63%	105%	75%	2%-3%	1.4%
寿命（年）	0	120	41	1.1	3.2

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图1 氙的原子结构模型

图示：Xenon(Xe) 氙；P 质子数；N 中子数；s、p、d均为电子亚层，s亚层只有1个轨道，可容纳2个电子，p亚层有3个轨道，可容纳6个电子，d亚层有5个轨道，可容纳10个电子。（图片来源：Xenon (Xe) - Element Information, Facts, Properties, Uses - Periodic Table of the Elements (schoolmykids.com)）

氙气的器官保护

一．中枢神经系统

1. 中枢作用

在神经保护性方面，目前体外实验与动物模型均表明氙气浓度范围为35%至70%时具有潜在的神经保护作用，主要机制是拮抗N-甲基-D-天冬氨酸（N-Methyl-D-aspartate NMDA）受体防止NMDA过度激活导致的神经毒性[4]。其他类似的NMDA受体抑制剂则具备自身内在神经毒性，如笑气、氯胺酮等，而氙气不仅不具备内在神经毒性，还能改善其他NMDA受体抑制剂导致的神经损伤[5]。氙气在预防缺血及缺血再灌注方面表现优秀，包括新生儿缺氧性脑病，有学者认为氙气模拟缺血预处理机制减少缺血再灌注引起的损伤是其机制之一。同时氙气麻醉可维持脑的自身调节机制，脑血流/脑代谢比值更理想。另外，氙气与低温结合对脑缺血缺氧的保护性能更优越。关于氙气对围术期认知功能障碍影响的评价则优劣参半。多项研究显示氙气麻醉改善了患者的早期术后认知功能障碍，与此同时，一项纳入256名志愿者的多中心研究表明，氙气麻醉患者的术后谵妄发生率比七氟醚麻醉患者低，但无统计学意义[6]。即使如此，也应考虑到术后谵妄高危患者或许还是能受益于氙气麻醉。此外，氙气吸入浓度与BIS之间存在良好的相关性，有利于麻醉监测与管理。

2. 镇痛作用

研究认为，氙气发挥镇痛作用的机制主要是竞争性抑制NMDA受体，阻断外周疼痛刺激向中枢系统传递的过程，发挥镇痛作用的同时减少了中枢敏化导致的痛觉过敏与阿片类药物耐受[7]。低剂量氙气即可显著改善术中镇痛效果以及减少术后阿片类药物的使用[8]。脊髓中小胶质细胞的激活与慢性术后疼痛密切相关，有学者发现氙气有助于抑制小胶质细胞活化与氧化应激，并能通过调节PINK1/Parkin通路介导的小胶质细胞线粒体自噬发挥作用，显著改善慢性术后疼痛[9]。

二．心血管系统

在氙气与心血管系统作用的研究中发现，氙气麻醉状态下的患者左心室收缩功能优于异丙酚组，并且未显示出受抑制的表现。氙气麻醉无心肌顿抑、外周血管扩张等心血管系统负性作用，血流动力学稳定性好[10]。在心跳骤停后心肌保护的研究中，Arola等[11]将36例院外心脏骤停患者分为仅进行轻度低体温治疗患者组与氙气＋轻度低体温治疗组，氙气+轻度低体温治疗组患者在低体温期间心率显著降低（p=0.04），72小时肌钙蛋白-T值显著减少（p=0.04），表明氙气对于心脏具有良好的保护作用。在一项比较氙气麻醉、七氟烷以及全静脉麻醉对冠状动脉搭桥手术缺血性心肌损伤影响的多中心随机试验中发现，只有使用氙气时的心肌肌钙蛋白I值低于全静脉麻醉[12]。在心脏传导方面，许多麻醉药可能通过改变心脏复极化来诱发多形性室性心动过速，而在氙气麻醉期间的健康志愿者中未观察到心脏 QT 间期延长，证明氙气麻醉不会改变健康志愿者的 QTc 间期[13]。对于基础情况不佳、心血管代偿能力差的患者而言，氙气麻醉是值得考虑的选择。

三．呼吸系统

目前研究证实，由于氙气密度与动态粘度高，氙气麻醉下患者的吸气压力峰值以及据此计算出的气道压增高，但并不会影响跨肺压差[14]。同时Dingley等[15]发现，较高浓度（70%）的氙气会存在呼吸抑制、二氧化碳潴留等影响呼吸系统的表现，但浓度下降到50%时则不存在呼吸抑制的表现。此外，氙气作为无色无臭的气体，无气道刺激性，能被大多数人所耐受。

四.泌尿系统

研究表明，氙气对肾脏的功能影响较小，适用于肾功能不全的患者，其主要原因或许是氙气惰性高，无明显代谢过程，不产生影响肾功能的毒副产物，且氙气主要经肺排出，不增加肾代谢负担。同时有研究认为氙气是缺氧诱导因子1-α的诱导剂，可对肾脏产生缺血预处理的作用，对于存在肾缺血可能的患者具备潜在的肾保护作用。有学者发现，将氙气输送到肾脏缺血部位能防止缺血再灌注诱导的急性肾损伤[16]。对于肾部分切除术的患者，研究表明，虽然氙气麻醉组与异氟烷麻醉组的早期肾功能无明显差异，但氙气麻醉组的不良事件更少[17]。

氙气麻醉的展望

什么是绿色麻醉？是指所使用的麻醉方法与药物对患者无损害，促进术后康复，同时无环境污染性，为绿水青山贡献麻醉力量。

大多数吸入麻醉药囿于其环境污染性（常见药物寿命见表1）与潜在的器官功能损害，不符合绿色麻醉理念。而氙气作为最接近理想状态的吸入麻醉药，具备无环境污染、无色无臭无毒无爆炸性等环境友好的特质，同时对心脑肾等重要脏器表现出优秀的保护作用，是推动麻醉绿色转型的新质引领。

目前阻碍氙气在临床麻醉中应用的最大阻碍是其昂贵的成本，而降低成本主要可从两个方面进行突破。第一点是优化制备技术，以降低生产成本，第二点是增加氙气回收使用率，以降低使用成本。氙气MAC为71%，在患者呼出废气中浓度高，可回收效率高。目前最新吸附剂研究通过验证，高效的CO2特异性吸附剂CUPMOF-5 实现了迄今为止最高的氙回收率（99.8%），有望大幅提升氙气回收率，降低氙气成本[18]。近期提出的氙气吸入镇痛仪还揭示了氙气在家用镇痛的巨大潜力[19]。由此可见，在科学技术的推动下，氙气麻醉在临床麻醉中的广泛应用已成为看得见的未来，麻醉事业绿色转型也可能由此迎来新的发展。

参考文献

[1] Goto T,Suwa K,Uezono S,etal.The blood-gas partition coefficient of xenon may be lower than generally accepted[J].Br J Anaesth, 1998. 80(2): 255-6.DOI:10.1093/bja/80.2.255

[2] Hou B,Li F,Ou S,etal.Comparison of recovery parameters for xenon versus other inhalation anesthetics: systematic review and meta-analysis[J]. Clin Anesth, 2016. 29: 65-74.DOI: 10.1016/j.jclinane.2015.10.018

[3] 陈明华,张西京.氙气麻醉的临床药理新进展[J]. 国际麻醉学与复苏杂志,2011,32(3)：351-354.

[4] Yin H,Chen Z,Zhao H,etal.Noble gas and neuroprotection: From bench to bedside[J].Front Pharmacol, 2022. 13:1028688.DOI: 10.3389/fphar.2022.1028688

[5] Maze, M. and T. Laitio, Neuroprotective Properties of Xenon[J].Mol Neurobiol, 2020. 57(1): 118-124.DOI:10.1007/s12035-019-01761-z

[6] Coburn M,Sanders R,Maze M,etal.The hip fracture surgery in elderly patients (HIPELD) study to evaluate xenon anaesthesia for the prevention of postoperative delirium: a multicentre, randomized clinical trial[J].Br J Anaesth,2018.120(1):127-137.DOI: 10.1016/j.bja.2017.11.015

[7] Dickinson R,Peterson B,Banks P,etal.Competitive inhibition at the glycine site of the N-methyl-D-aspartate receptor by the anesthetics xenon and isoflurane: evidence from molecular modeling and electrophysiology[J]. Anesthesiology, 2007.107(5):756-67.DOI:10.1097/01.anes.0000287061.77674.71

[8] Holsträter TF,Georgieff M,Föhret KJ,etal.Intranasal application of xenon reduces opioid requirement and postoperative pain in patients undergoing major abdominal surgery: a randomized controlled trial[J]. Anesthesiology, 2011. 115(2):398-407.DOI:10.1097/ALN.0b013e318225cee5

[9] Lv H,Huang J,Zhang X,etal.Xenon ameliorates chronic post-surgical pain by regulating mitophagy in microglia and rats mediated by PINK1/Parkin pathway[J].PeerJ, 2024. 12: e16855.DOI:10.7717/peerj.16855. eCollection 2024

[10] Law LS,Lo E and Gan TJ.Xenon Anesthesia: A Systematic Review and Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials[J]. Anesth Analg, 2016. 122(3):678-697.DOI: 10.1213/ANE.0000000000000914

[11] Arola OJ,Laitio RM,Roine RO,etal.Feasibility and cardiac safety of inhaled xenon in combination with therapeutic hypothermia following out-of-hospital cardiac arrest[J].Crit Care Med, 2013. 41(9): 2116-24.DOI:10.1097/CCM.0b013e31828a4337

[12] Hofland J,Ouattara A,Fellahi J,etal.Effect of Xenon Anesthesia Compared to Sevoflurane and Total Intravenous Anesthesia for Coronary Artery Bypass Graft Surgery on Postoperative Cardiac Troponin Release: An International, Multicenter, Phase 3, Single-blinded, Randomized Noninferiority Trial[J]. Anesthesiology, 2017. 127(6): p. 918-933.DOI:10.1097/ALN.0000000000001873

[13] Neukirchen M,Schaefer M,Kern C,etal.Xenon does not increase heart rate-corrected cardiac QT interval in volunteers and in patients free of cardiovascular disease[J]. Anesthesiology, 2015. 123(3): p. 542-7.DOI:10.1097/ALN.0000000000000764

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[15] Dingley J,Hobbs C,Ferguson J,etal.Xenon/hypothermia neuroprotection regimes in spontaneously breathing neonatal rats after hypoxic-ischemic insult: the respiratory and sedative effects[J]. Anesth Analg, 2008. 106(3): p. 916-23, table of contents.DOI:10.1213/ane.0b013e3181618669

[16] Yang J,Chen C,Miao X,etal.Injury Site Specific Xenon Delivered by Platelet Membrane-Mimicking Hybrid Microbubbles to Protect Against Acute Kidney Injury via Inhibition of Cellular Senescence[J]. Adv Healthc Mater, 2023. 12(20): p. e2203359.DOI:10.1002/adhm.202203359

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[18] Peng YL,Zhao L,Peng X,etal.Exhaled Anesthetic Xenon Regeneration by Gas Separation Using a Metal-Organic Framework with Sorbent-Sorbate Induced-Fit[J].Angew Chem Int Ed Engl, 2024: p. e202407840.DOI:10.1002/anie.202407840

[19] 张昕,高宏,宋海波,等.氙气吸入镇痛仪.中国,2024106634964[P].2024-05-27.

作者简介

吴刚俊，男，1996年4月出生；住院医师；工作单位：四川维思模医疗科技有限公司；专业特长：围术期TEE、普外麻醉；研究方向：围术期TEE。

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