目的:随着人口老龄化的加剧,术后认知功能障碍(POCD)已成为一个世界难题。据报道,术前口服碳水化合物可以减轻手术应激反应和胰岛素抵抗,减少术后并发症。本研究采用一种多维碳水化合物饮料术前负荷建立术前口服碳水化合物动物模型,研究术前多维碳水化合物负荷对手术应激反应和S-100 β水平的影响,并研究其对术后认知功能、海马细胞内质网应激反应和凋亡的影响。方法:1.术前多维碳水化合物负荷对脾切除老年大鼠术后应激反应和S-100 β的影响30只老年雄性SD大鼠被随机分为3组:对照组(Control组,n=6)、禁食禁饮组(Fasting组,n=12)和碳水化合物组(CHO组,n=12)。Control组不进行任何干预。Fasting组禁食禁饮12 h(术前晚9:00禁食禁饮),然后行脾切除术。CHO组禁食禁饮10 h(术前晚9:00禁食禁饮),在术日晨7:00使用多维碳水化合物饮料(术能)灌胃5 ml,2h后行脾切除术。术后1 d和3 d每组各取6只大鼠,检测空腹血浆葡萄糖、胰岛素、S-100β水平以及炎症介质IL-1β、IL-6、TNF-α和GLP-1水平,并利用葡萄糖和胰岛素检测结果,采用HOMA稳态模型计算胰岛素抵抗指数和胰岛素敏感指数。2.术前多维碳水化合物负荷对脾切除老年大鼠术后认知功能的影响老年雄性SD大鼠80只,被随机分为4组(每组20只):对照组(Control组)、禁食禁饮组(Fasting组)、饮用水组(Water组)和碳水化合物组(CHO组)。Control组不接受饮食干预和手术。其余3组大鼠接受脾切除术,并在手术前一天晚上7:00开始禁食禁饮,在术日9:00开始接受手术。Fasting组禁食禁饮14 h后行脾切除术;Water组在脾切除术前3 h(手术当天早上6:00～7:00)自主摄入12 ml饮用水;CHO组在脾切除术前3 h(手术当天早上6:00～7:00)自主摄入12 ml多维碳水化合物饮料(术能)。在术后第1 d,每组10只取海马组织,用TUNEL法检测凋亡水平,用western blot检测海马组织内质网应激反应标志性蛋白和凋亡相关蛋白(GRP78、eIF2a、Beclin 1、Bax和Bcl-2)的水平。每组余下的10只,在术后第2 d使用Morris水迷宫(MWM)评估学习和记忆能力。3.术前单-双剂量多维碳水化合物负荷对老年大鼠海马细胞内质网应激反应及凋亡的影响老年雄性SD大鼠25只,随机分为5组(每组5只):对照组(Control组)、禁食禁饮组(Fasting组)、饮用水组(Water组)、碳水化合物单剂量组(SCHO组)和碳水化合物双剂量组(BCHO组)。Control组不接受饮食干预和手术。其余4组大鼠行脾切除术,并在手术前一天晚上7:00开始禁食禁饮,在术日9:00开始接受手术。Fasting组禁食禁饮14 h后行脾切除术;Water组在脾切除术前3 h(手术当天早上6:00～7:00)自主摄入12 ml饮用水;SCHO组在脾切除术前3 h(手术当天早上6:00～7:00)自主摄入12 ml多维碳水化合物饮料(术能);BCHO组在术前晚(19:00～21:00)自主摄入24 ml术能,并在脾切除术前3 h(手术当天早上6:00～7:00)自主摄入12 ml术能。在术后第1 d,取大鼠海马组织,用western blot检测海马组织内质网应激反应标志性蛋白和凋亡相关蛋白(GRP78、Beclin 1、Bax和Bcl-2)的表达水平,并比较组间的差异。结果:1.术前多维碳水化合物负荷减轻术后胰岛素抵抗。与Control组比较,Fasting组术后3 d血浆葡萄糖和GLP-1水平显著增加(P<0.05),Fasting组术后1、3 d血浆胰岛素水平、胰岛素抵抗指数显著增加,胰岛素敏感指数降低(P<0.05)。与Fasting组比较,CHO组术后1、3 d的胰岛素水平、胰岛素抵抗指数明显较低,胰岛素敏感指数较高(P<0.05)。2.术前多维碳水化合物负荷对术后炎症反应的影响。与Fasting组比较,CHO组术后1 d的血浆IL-1β水平明显较低(P<0.05)。然而,在Fasting组和CHO组之间,没有观察到血浆TNF-α和IL-6水平的差异,与Control组比较,也没发现其他组与其产生统计学差异。3.术前多维碳水化合物负荷降低术后1 d血浆S-100 β浓度。与Control组比较,Fasting组术后1 d血浆S-100 β浓度显著增加(P<0.05);与Fasting组比较,CHO组术后1 d的S-100 β浓度明显较低(P<0.05)。4.术前多维碳水化合物负荷改善老年大鼠术后认知功能。定位航向实验结果检验显示,Fasting组大鼠的潜伏期比Control组大鼠更长(p=0.016),而CHO组大鼠的潜伏期比Fasting组大鼠短(p=0.029)。空间探索实验数据检验显示,Fasting组和Water组大鼠的目标象限时间比Control组和CHO组短(P<0.05)。与Control组和CHO组比较,Fasting组和Water组大鼠穿越平台次数较少(P<0.05)。5.术前多维碳水化合物负荷减轻老年大鼠术后海马细胞内质网应激反应及凋亡。与Control组和CHO组比较,Fasting组和Water组大鼠海马中的GRP78和eIF2a表达水平明显较高(P<0.05)。Control组和CHO组比较,大鼠的GRP78和eIF2a表达水平无显著差异。在凋亡检测方面,与Control组和CHO组比较,Fasting组和Water组大鼠海马中的Beclin1和Bax表达水平明显升高,Bcl-2的表达水平则明显降低(P<0.01)。Control组和CHO组之间的Beclin1、Bax和Bcl-2表达水平无显著差异。TUNEL结果显示,对照组海马区细胞排列较紧密和整齐,极少有凋亡细胞;与对照组比较,禁食禁饮组和饮用水组细胞排列较紊乱,有较多的凋亡细胞;而术前多维碳水化合物负荷的大鼠海马区细胞凋亡较少。6.术前双剂量多维碳水化合物负荷不能减轻老年大鼠术后海马内质网应激反应及凋亡。在单双剂量碳水化合物负荷实验中,与Control组比较,术后第1d,Fasting组、Water组和BCHO组大鼠海马中的GRP78、Beclin1和Bax表达水平明显较高(P<0.05),Fasting组和Water组Bcl-2的表达水平明显较低(P<0.05);与Fasting组比较,SCHO组大鼠海马体内GRP78、Beclin1和Bax表达水平明显降低,Bcl-2的表达水平则明显较高(P<0.05);与SCHO组比较,BCHO组大鼠海马体内GRP78和Beclin1的表达明显较多,Bcl-2的表达水平较低(P<0.05)。这些结果表明,术前单剂量多维碳水化合物负荷可以降低手术引起的细胞凋亡反应,而双剂量多维碳水化合物负荷并不能达到此效应。结论:1.术前多维碳水化合物负荷可以减轻脾切除老年大鼠术后胰岛素抵抗,但对炎症反应的影响不确切,需要进一步或更多研究。2.术前多维碳水化合物负荷减少了大鼠术后血浆S-100 β水平,说明其可能减轻手术应激导致的脑损害。3.术前多维碳水化合物负荷减轻了脾切除老年大鼠海马组织细胞的内质网应激反应和凋亡,并改善了老年大鼠空间学习和记忆能力,为术后认知功能障碍的预防提供了新的方法。4.与术前单剂量多维碳水化合物负荷比较,术前双剂量多维碳水化合物负荷并没能减轻脾切除老年大鼠术后海马组织的内质网应激反应和凋亡,“术前晚+术日早”口服碳水化合物方式需要进一步研究和探讨。