Effect of dexmedetomidine on HMGB1 levels and Mini-Cog score in relation to postoperative delirium under orthopedic surgery in elderly patients

Abstract

Postoperative delirium (POD) is one of the most common postoperative complications in elderly patients after surgery. POD can lead to postoperative cognitive dysfunction if not detected and managed appropriately in time. POD is considered resulting from a systemic inflammatory response caused by surgical trauma; however, a robust mechanism of POD has not been elucidated. The high mobility group box 1 (HMGB1) is in the limelight for its pivotal role as an inflammatory marker related to the development of POD. Dexmedetomidine, an α2 adrenergic receptor agonist, reduces cognitive decline or delirium by mitigating surgery-induced inflammatory response through the neuroprotective effect of inhibiting HMGB1. To the best of our knowledge, no randomized controlled human trials have evaluated the effect of dexmedetomidine on HMGB1 levels in relation to cognitive decline. In this study, we planned to investigate the HMGB1 levels and evaluate the perioperative cognitive function using the Mini-Cog© score in elderly patients undergoing orthopedic surgery under general anesthesia with dexmedetomidine infusion. A total of 128 patients were enrolled in the study and were randomly assigned to Group C (control) or Group D (dexmedetomidine). The patients in each group received study drugs (saline for Group C and dexmedetomidine for Group D) with a loading dose of 1 μg/kg for 10 min, followed by a maintenance dose of 0.2 μg/kg/h until the end of surgery. Blood specimens were obtained from all participants and the Mini-Cog© test was administered at three different times; T1) before the surgery, T2) postoperative day 1, and T3) postoperative day 3. Primary outcomes were the effect of dexmedetomidine on serum HMGB1 levels and Mini-Cog© score in the aspect of POD incidence at preoperative, and postoperative days 1 and 3. Secondary outcomes were a comparison of postoperative pain scores and total dose of anesthetics and analgesics including intravenous patient-controlled analgesia (IV-PCA) drugs. We found that there was no significant difference between the two groups in the incidence of POD 10 in Group C and 4 in Group D. Postoperative HMGB1 levels increased compared to preoperative levels in both groups; however, it was not significantly different in inter-group comparisons, indicating that the changing pattern in HMGB1 levels over time was similar in both groups. Mini-Cog© score over time was significantly different in inter-group comparisons, which means that the changing pattern in Mini-Cog© score increased from the day of surgery to postoperatively day 3 in Group D, but decreased in Group C. In conclusion, an infusion of intraoperative dexmedetomidine was associated with increased postoperative Mini-Cog© score, which suggests the role of Mini-Cog© score as a potential tool for evaluating cognitive function in perioperative elderly patients for orthopedic surgery.;수술 후 섬망은 수술 후 노인 환자에게서 발생하는 흔한 수술 후 합병증 중의 하나이다. 수술 후 섬망은 적절한 시기에 진단 또는 치료되지 않으면 수술 후 인지장애를 초래할 수 있다. 수술적 자극에 의한 전신적인 염증반응의 결과로 수술 후 섬망이 초래된다고 알려져 있으나, 아직까지 명확하게 기전에 대해 규명되지 않은 실정이다. 고이동성그룹 1 (HMGB1) 단백질은, 섬망의 발생과 관련지어 염증반응의 핵심적인 마커로써 각광을 받고 있는 물질이다. 선택적2 아드레날린성 수용체 작용제인 덱스메데토미딘은 이러한 HMGB1 작용을 억제하여 수술로 인한 염증반응을 완화시켜 신경세포 보호효과를 통해, 인지기능 저하나 섬망을 줄여준다고 알려져 있다. 현재까지 인지 저하와 관련하여 HMGB1 수치에 대한 덱스메데토미딘의 효과에 대한 평가를 다룬 무작위 대조 연구는 없었다. 본 연구에서 우리는 전신마취 하 정형외과 수술을 받는 노인 환자를 대상으로 덱스메데토미딘 투여에 따른 HMGB1 수치와 미니코그를 통한 주술기 인지기능 평가를 조사하고자 하였다. 총 128명의 환자들이 연구에 참여하였으며, 환자들은 무작위로 그룹C (대조군) 또는 그룹D (덱스메데토미딘군)에 배정되었다. 각 그룹의 환자들은 덱스메데토미딘 또는 생리식염수를 처음 10분 간 1 μg/kg 부하용량으로 주입 후, 수술 종료 시까지 0.2 μg/kg/h 유지용량으로 투여받았다. 연구에 참여한 모든 환자들은 총 세 차례에 걸쳐 채혈 및 미니코그 검사를 시행받았다. T1) 수술 전, T2) 수술 후 1일차, T3) 수술 후 3일차 일차 결과는 덱스메데토미딘의 투여로 수술 전, 수술 후 1일차, 수술 후 3일차에 걸쳐 수술 후 섬망 발생에 따른 혈청 HMGB1 수치와 미니코그 점수에 대하여 대조군과 비교하고자 하였다. 이차 결과로는 수술 후 통증 점수, 총 투여된 마취제, 정맥 내 통증자가조절법을 포함한 진통제 투여량을 비교 하고자 하였다. 연구결과 수술 후 섬망의 발생은 두 그룹간에 유의한 차이가 없었다. 수술 후 HMGB1 수치는 수술 전과 비교하여 두 그룹에서 모두 증가하였으나, 군간 비교 시 유의한 차이를 보이지 않았다. 즉, 시간에 따른 HMGB1 수치 변화 양상이 두 그룹에서 유사하였다. 시간에 따른 미니코그의 점수는 군간 비교 시 유의한 차이를 보였으며, 이는 수술 당일부터 수술 후 3일차까지의 미니코스 점수 변화 양상이 그룹 D에서는 증가하였으나, 그룹 C에서는 감소하였음을 의미하였다. 결론적으로, 이 결과는 수술 중 덱스메데토미딘의 주입이 미니코그 점수의 증가와 관련이 있으며, 또한 정형외과 수술을 시행받는 주술기 노인 환자에게 있어서 인지기능을 평가하기 위한 신뢰할 만한 인자라고 간주할 수 있음을 보여주었다.