Phân tích ca lâm sàng tăng thân nhiệt ác tính trong phẫu thuật tim khi sử dụng thuốc gây mê dạng hít sevoflurane

TỔNG QUAN

Thu ốc gây mê đườ ng hô h ấ p dùng trong ph ẫ u thu ậ t

1.1.1 Lịch sửra đời của thuốc gây mê đường hô hấp

Câu chuyện về thuốc gây mê đường hô hấp bắt đầu từ sự tổng hợp ether vào năm 1540 và sự ghi nhận khả năng gây mê của nitơ oxit (N2O) sau đó Tuy nhiên, đến giữa thế kỷ 19, thuốc gây mê mới được ứng dụng trong phẫu thuật khi William Morton chứng minh tính chất gây mê của diethyl ether vào năm 1846 Các thuốc gây mê như ether, N2O, chloroform, ethylene, cyclopropane, trichloroethylene và divinyl ether đã được đưa vào thực hành lâm sàng, nhưng một số đã bị ngừng sử dụng do mùi khó chịu, dễ cháy nổ và nhiều tác dụng phụ Vào những năm 1950, fluroxene, tác nhân flo hóa đầu tiên, được thử nghiệm lâm sàng nhưng bị thu hồi vào năm 1974 do nguy cơ cháy nổ Tiếp theo, các thuốc gây mê halogen hóa như halothane, methoxyflurane, enflurane, isoflurane, sevoflurane và desflurane đã được tổng hợp, đánh dấu một cuộc cách mạng trong lĩnh vực gây mê.

Vai trò của nitơ oxit trong gây mê cân bằng hiện đại vẫn đang gây tranh cãi Hiện nay, các thuốc gây mê halogen phổ biến bao gồm isoflurane, sevoflurane và desflurane Xenon, một loại khí gây mê lý tưởng, đã được nghiên cứu thử nghiệm từ năm 1951, nhưng do chi phí sản xuất cao nên việc sử dụng nó vẫn còn hạn chế.

1.1.2 Định nghĩa, phân loại và vai trò của thuốc gây mê đường hô hấp

Thuốc gây mê đường hô hấp là loại thuốc thiết yếu trong gây mê cân bằng hiện đại, phẫu thuật và giảm đau Có hai dạng thuốc gây mê đường hô hấp: thể khí như N2O và xenon, và thể lỏng hóa hơi như halothane, enflurane, isoflurane, sevoflurane, và desflurane Lợi ích chính của thuốc gây mê là giúp bệnh nhân mất cảm giác hoặc nhận thức về cơn đau, đồng thời hỗ trợ giãn cơ.

Trong quá trình phẫu thuật, bác sĩ gây mê đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì các chức năng sống như tuần hoàn, hô hấp, chuyển hóa và bài tiết Họ liên tục kiểm soát chức năng hô hấp và đường thở của bệnh nhân để đảm bảo phẫu thuật diễn ra an toàn, không gây đau đớn hay chấn thương tinh thần Nhiều ca phẫu thuật, đặc biệt là phẫu thuật tim, ghép tạng và thay khớp, chỉ có thể thực hiện thành công khi bệnh nhân được gây mê.

1.1.3 Đặc điểm các thuốc gây mê đường hô hấp

1.1.3.1 Cấu trúc hóa học, đặc tính vật lý

Mỗi loại thuốc gây mê đường hô hấp đều có những đặc tính hóa học và vật lý riêng, bao gồm cấu trúc hóa học, trọng lượng phân tử, điểm sôi, tỷ trọng chất lỏng và áp suất hơi Bảng 1.1 tổng hợp các đặc tính này cho một số thuốc gây mê phổ biến như halothane, enflurane, isoflurane, desflurane, sevoflurane và nitơ oxit.

Bảng 1.1 Cấu trúc hóa học, tính chất hóa lý của một số thuốc gây mê đường hô hấp [1, 32]

Tên thuốc Cấu trúc hóa học

Trọng lượng phân tử Điểm sôi °C ( ở 760 mmHg)

Tỷ trọng chất lỏng (g/ mL)

Thuốc gây mê dễ bay hơi như halothane, enflurane, isoflurane, desflurane và sevoflurane có đặc điểm là áp suất hơi thấp và điểm sôi cao, dễ hóa lỏng ở nhiệt độ phòng 20°C Trong khi đó, các thuốc gây mê dạng khí như N2O và xenon có áp suất hơi cao và tồn tại ở dạng khí ở nhiệt độ phòng Áp suất riêng phần của isoflurane và sevoflurane đủ để đạt nồng độ thích hợp cho sử dụng lâm sàng với bình xịt thông thường, trong khi desflurane có áp suất riêng phần cao, yêu cầu sử dụng máy hóa hơi riêng để đạt áp suất hơi 1400 mmHg N2O có thể được phân phối qua đồng hồ lưu lượng do tồn tại ở thể khí trong điều kiện áp suất và nhiệt độ môi trường.

Độ hòa tan là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến dược động học của thuốc gây mê đường hô hấp, bên cạnh áp suất hơi và nhiệt độ sôi Desflurane có cấu trúc hóa học khác biệt với isoflurane, với gốc carbon α-ethyl gắn flo thay vì clo, trong khi sevoflurane cũng chỉ được halogen hóa bằng flo Sự thay thế này dẫn đến độ hòa tan trong máu của desflurane và sevoflurane thấp hơn isoflurane, gần bằng độ hòa tan của N2O.

Các đặc tính hóa lý của thuốc gây mê dạng hít đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả lâm sàng và cách sử dụng của chúng, đặc biệt là trong việc đạt được nồng độ phù hợp.

Nồng độ của các tác nhân gây mê trong hệ thần kinh trung ương (CNS) liên quan đến áp suất riêng phần của chúng, được biểu thị ở trạng thái cân bằng thông qua nồng độ tại phế nang Điều này cũng liên quan đến khả năng hấp thu thuốc từ phổi, trong đó độ hòa tan là một đặc tính cơ bản và quan trọng trong động học của các thuốc gây mê đường hô hấp.

1.1.3.2 Đặc điểm dược động học

Yếu tố ảnh hưởng đến hấp thu và giải phóng thuốc gây mê đường hô hấp

Thuốc gây mê đường hô hấp được hấp thu qua phế nang của phổi, nơi mà sự chuyển hóa từ phế nang vào máu và phân phối đến các vị trí cảm ứng trong hệ thần kinh trung ương (CNS) đóng vai trò quan trọng trong dược động học của chúng Sự hấp thu và giải phóng của thuốc gây mê dạng hít phụ thuộc vào nồng độ thuốc trong phế nang và khả năng hấp thu của thuốc vào máu qua tuần hoàn phổi Hai yếu tố này được trình bày chi tiết trong Bảng 1.2.

Bảng 1.2 Các yếu tốảnh hưởng đến nồng độ thuốc gây mê đường hô hấp trong phế nang và khảnăng hấp thu thuốc từ phế nang vào máu [43]

Nồng độ thuốc trong phế nang

Khảnăng hấp thu thuốc từ phế nang vào máu

(1)Nồng độ hít vào của thuốc: Nồng độ thuốc gây mê trong phế nang (FA) thay đổi phụ thuộc vào nồng độ thuốc hít vào (FI) FI càng lớn,

Hệ số phân bố máu/ khí () là chỉ số quan trọng phản ánh độ hòa tan của thuốc mê dễ bay hơi trong máu, với tỉ lệ nồng độ thuốc trong máu và khí khi ở trạng thái cân bằng Khi  càng lớn, độ hòa tan của thuốc trong máu càng cao, dẫn đến sự hấp thu thuốc từ phế nang vào máu nhanh chóng hơn Sự gia tăng nồng độ thuốc trong máu diễn ra nhanh hơn so với áp suất riêng phần của thuốc trong phế nang, điều này kéo dài thời gian gây mê và hồi phục sau gây mê.

7 và khởi mê càng nhanh

Tăng thông khí phế nang giúp nâng cao áp suất riêng phần của thuốc trong phế nang, từ đó làm gia tăng FA và tỷ lệ FA/FI nhanh chóng đạt gần 1, dẫn đến tốc độ khởi mê nhanh hơn.

Dung tích cặn chức năng (FRC) ảnh hưởng đến nồng độ thuốc hít vào, làm giảm áp suất riêng phần của thuốc và dẫn đến tốc độ khởi mê chậm Sự phụ thuộc này liên quan đến nồng độ của các thành phần trong huyết thanh như albumin, globulin, triglyceride và cholesterol, vì các phân tử này có khả năng liên kết với thuốc gây mê, tăng độ hòa tan của thuốc trong máu.

Lưu lượng máu qua phổi tương đương với cung lượng tim khi không có shunt Cung lượng tim cao sẽ tăng khả năng hấp thu thuốc gây mê từ phế nang vào máu, đồng thời giúp phân phối thuốc nhanh chóng đến các mô, bao gồm cả hệ thần kinh trung ương.

Chênh lệch áp suất riêng phần của thuốc gây mê giữa phế nang và tĩnh mạch ảnh hưởng đến quá trình hấp thu thuốc tại mô Khi sự chênh lệch này gia tăng, thời gian khởi mê sẽ kéo dài hơn.

Ph ả n ứng tăng thân nhiệ t ác tính

Tăng thân nhiệt ác tính là một rối loạn gen liên quan đến thuốc, gây ra tình trạng tăng chuyển hóa mất kiểm soát và có thể dẫn đến tử vong Rối loạn này thường xảy ra ở những người nhạy cảm với các loại thuốc gây mê như halothane, isoflurane, sevoflurane và desflurane, cũng như với thuốc giãn cơ succinylcholine hoặc catecholamine trong tình huống căng thẳng Những bệnh nhân mắc bệnh cơ lõi trung tâm (CCD), bệnh multi – minicore (MmCD) và hội chứng King – Denborough có nguy cơ cao hơn trong việc phát triển phản ứng này.

TTNAT Ngoài ra, một số nghiên cứu đã chỉ ra bệnh nhược cơ của người Mỹ bản địa (Native American myopathy) liên quan đến tính nhạy cảm với TTNAT [25]

1.2.2 Đặc điểm dịch tễ học phản ứng tăng thân nhiệt ác tính

1.2.2.1 Tình hình phản ứng tăng thân nhiệt ác tính trên thế giới

Phản ứng TTNAT là hiện tượng hiếm gặp, với tỷ lệ xảy ra từ 1:15.000 đến 1:75.000, có thể xuất hiện ngay trong lần đầu tiên bệnh nhân tiếp xúc với các tác nhân gây mê Đặc biệt, nam giới có nguy cơ mắc phải phản ứng này cao hơn nữ giới, với tỷ lệ khoảng 2:1.

Dữ liệu thu thập tại đơn vị TTNAT ở Leeds từ năm 1990 đến 2014 cho thấy tỷ lệ xét nghiệm dương tính với TTNAT ở nam giới đạt 42%, cao hơn so với 37% ở nữ giới Sự chênh lệch này có thể là ngẫu nhiên, do nam giới thường cần can thiệp phẫu thuật nhiều hơn, hoặc do sự can thiệp lâm sàng ở nam giới nhạy cảm hơn với TTNAT so với nữ giới.

Tính nhạy cảm với TTNAT xuất hiện ở mọi nhóm dân tộc trên toàn cầu, bao gồm Châu Á, Châu Âu, Trung Đông và Châu Phi, và ảnh hưởng đến tất cả các lứa tuổi, từ sáu tháng đến 78 tuổi Đặc biệt, tỷ lệ mắc bệnh cao nhất ở người trẻ tuổi, với độ tuổi trung bình của bệnh nhân phản ứng TTNAT là 18,3 tuổi, trong đó trẻ em dưới 15 tuổi chiếm 52,1% tổng số trường hợp.

Vào cuối những năm 1970, sự ra đời của thuốc dantrolene đã giúp giảm tỷ lệ tử vong do tình trạng tăng nhiệt ác tính (TTNAT) từ 80% xuống dưới 5% Tuy nhiên, trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 21, tỷ lệ tử vong đã tăng trở lại 14% Mặc dù tỷ lệ xuất hiện TTNAT rất thấp, nhưng tỷ lệ mắc các bất thường di truyền liên quan đến tính nhạy cảm với TTNAT ước tính khoảng 1:2000 – 1:3000, với con số gần đây cho thấy 1 trong 400 cá thể Đáng chú ý, TTNAT không chỉ xảy ra ở người mà còn được ghi nhận ở một số loài động vật như lợn, ngựa và chó.

1.2.2.2 Tình hình phản ứng tăng thân nhiệt ác tính tại Việt Nam

Trong 10 năm qua, Việt Nam đã ghi nhận ca lâm sàng đầu tiên về phản ứng TTNAT, được phát hiện và điều trị tại Bệnh viện E, với những phân tích chi tiết được trình bày trong Chương II và Chương III.

1.2.3 Sinh lý bệnh tăng thân nhiệt ác tính

Bệnh nhân nhạy cảm với TTNAT có sự bất thường di truyền ở các thụ thể cơ xương, dẫn đến tăng nồng độ Ca 2+ nội bào cơ vân khi tiếp xúc với một số tác nhân gây mê Mặc dù cơ chế phản ứng TTNAT của thuốc gây mê với các thụ thể này chưa được xác định, nhưng có thể liên quan đến rối loạn vận chuyển Ca 2+ qua thụ thể ryanodine (RyR1), chủ yếu do chức năng bất thường của cặp kích thích – co cơ (excitation – contraction).

Phức hợp EC bao gồm hai thành phần chính: hệ thống ống T với thụ thể dihydropyridine (DHPR) và màng lưới nội chất của tế bào cơ chứa thụ thể RyR1 DHPR, được mã hóa bởi gen CACNA1S, nhạy cảm với sự thay đổi điện thế và có cấu trúc tương tự kênh canxi loại L, nhưng hoạt động như bộ phận cảm ứng điện thế Khi điện thế động truyền đến DHPR, nó gây ra thay đổi hình dạng, tương tác với RyR1, dẫn đến giải phóng Ca2+ vào tương bào cơ vân Sự gia tăng nồng độ Ca2+ kích thích quá trình co cơ thông qua việc hình thành các liên kết ngang giữa actin và myosin.

Hình 1.1 Quá trình phóng thích và bắt lại Ca 2+ giữa võng nội bào và tương bào cơ vân [81]

Trong giai đoạn đầu của tình trạng thiếu năng lượng, sự tăng phóng thích Ca 2+ được bù trừ bằng cách tăng tái hấp thu Ca 2+ vào lưới nội bào, nhờ vào bơm Ca 2+ - ATPase Quá trình này làm tăng nhu cầu chuyển hóa glucose, dẫn đến sự gia tăng sản sinh CO2 và tiêu thụ O2 Nồng độ CO2 tăng làm tăng thân nhiệt, kích thích hệ thần kinh giao cảm, từ đó kích thích hoạt động tim và hô hấp Khi sự giải phóng Ca 2+ không được kiểm soát, nồng độ Ca 2+ nội bào tăng lên, gây ra sự hoạt hóa sợi cơ và co cơ Sự gắn kết liên tục giữa actin và myosin trong quá trình co cơ yêu cầu ATP, dẫn đến tăng cường chuyển hóa, gia tăng quá trình sinh nhiệt, độ cứng cơ tiến triển và tăng ly giải cơ vân.

Rối loạn ban đầu thường là nhiễm toan hô hấp, dẫn đến tình trạng ly giải cơ vân Điều này gây ra tăng kali máu và sự giải phóng creatine kinase (CK) cùng với myoglobin, từ đó gây ra loạn nhịp tim và suy thận cấp.

17 thân nhiệt và tiêu cơ vân có xu hướng gây đông máu nội mạch lan tỏa (DIC) [25,

1.2.4 Biểu hiện lâm sàng, chẩn đoán và điều trị tăng thân nhiệt ác tính

TTNAT có thể xuất hiện bất kỳ lúc nào trong quá trình gây mê hoặc trong vòng 1 giờ sau khi kết thúc Dấu hiệu ban đầu thường là nhịp tim nhanh và tăng nồng độ CO2 cuối kỳ thở ra (ETCO2) kèm theo cứng cơ Khi succinylcholine được sử dụng, các triệu chứng lâm sàng sẽ xảy ra nhanh chóng hơn, với tăng huyết áp, nhiệt độ tăng rõ rệt và rối loạn nhịp tim xuất hiện trong khoảng 5 đến 10 phút.

Trong hầu hết các trường hợp, các biểu hiện đầu tiên của tình trạng tăng CO2 trong máu (TTNAT) thường xuất hiện trong phòng mổ, với dấu hiệu điển hình là tăng ETCO2, nhịp tim nhanh và huyết áp tăng, thường liên quan đến rối loạn nhịp thất do kích thích hệ thống thần kinh giao cảm Bệnh nhân có thể biểu hiện cứng cơ, tăng trương lực cơ và nhiệt độ cơ thể tăng 1-2 độ sau mỗi 5 phút Nếu không được điều trị kịp thời, tình trạng này có thể dẫn đến thiếu máu cơ tim và tiêu cơ vân, gây tăng kali máu, myoglobin niệu và suy thận cấp với triệu chứng nước tiểu màu cola và rối loạn đông máu nội mạch lan tỏa (DIC).

Hình 1.2 Biểu hiện lâm sàng đặc trưng của bệnh TTNAT [26]

Tăng nồng độ Ca 2+ n ội bào trong cơ vân

Tăng nồng độ CK và K + trong huy ế t thanh

Lo ạ n nh ị p tim Thi ế u máu c ụ c b ộSuy th ậ n

Chẩn đoán TTNAT dựa trên các biểu hiện lâm sàng và thử nghiệm phòng thí nghiệm Các đặc trưng quan trọng bao gồm nồng độ ETCO2 tăng không giải thích được, cứng cơ, nhịp tim nhanh, toan chuyển hóa, tăng thân nhiệt và tăng K+ máu Sự thay đổi về thứ tự và thời điểm xuất hiện của các triệu chứng gây khó khăn cho việc chẩn đoán lâm sàng.

Thang điểm lâm sàng do Larach và cộng sự phát triển nhằm hỗ trợ chẩn đoán lâm sàng, với các yếu tố được liệt kê trong Bảng 1.6 và mỗi yếu tố có điểm số khác nhau Tuy nhiên, thang điểm này thiếu độ nhạy vì không phải tất cả các yếu tố đều được kiểm tra trong mỗi ca bệnh Tổng điểm từ 50 trở lên hầu như chắc chắn là TTNAT, trong khi tổng điểm từ 35-49 có khả năng cao là TTNAT.

Bảng 1.6 Các tiêu chí được dùng trong thang điểm lâm sàng cho bệnh

Quá trình Biểu hiện Điểm

1 Độ cứng a Cứng cơ tổng quát (không có rung mình do hạ thân nhiệt, trong hoặc ngay sau khi dùng thuốc gây mê dạng hít)

15 b Co thắt Masseter ngay sau khi dùng succinylcholine 15

2 Suy nhược cơ bắp a Tăng CK > 20000 IU sau khi dùng thuốc mê có succinylcholine

15 b Tăng CK > 10000 IU sau khi dùng thuốc mê không có succinylcholine

15 c Nước tiểu màu cola trong giai đoạn phẫu thuật 10 d Myoglobin trong nước tiểu > 60 μg/L 5 e Myoglobin huyết thanh > 170 μg/L 5

19 f K + trong máu /huyết tương/huyết thanh > 6 mEq/L (không có suy thận)

3 Nhiễm toan hô hấp a PETCO2 > 55 mmHg với sự lọc máu bằng dưỡng khí được kiểm soát tốt

15 b PaCO2 động mạch > 60 mmHg với sự lọc máu bằng dưỡng khí được kiểm soát tốt

15 c PETCO2 > 60 mmHg với sự lọc máu bằng dưỡng khí tự phát 15 d PaCO2động mạch > 65 mmHg với sự lọc máu bằng dưỡng khí tự phát

15 e Tăng CO2máu bất thường 15 f Thở nhanh bất thường 10

4 Tăng thân nhiệt a Tăng thân nhiệt nhanh bất thường 15 b Tăng thân nhiệt bất thường > 38,8°C (101,8°F) trong giai đoạn phẫu thuật

5 Liên quan tim a Nhịp xoang nhanh bất thường 3 b Nhịp tim nhanh hoặc rung tâm thất 3

Phương pháp chẩn đoán trong phòng thí nghiệm

Tiêu chuẩn vàng hiện nay để chẩn đoán tình trạng nhạy cảm với thuốc gây mê (TTNAT) là thí nghiệm co rút in vitro, dựa vào sự co rút của các sợi cơ khi tiếp xúc với halothane hoặc caffeine Hai dạng thí nghiệm này bao gồm IVCT do Hội tăng thân nhiệt ác tính châu Âu (EMHG) phát triển và CHCT do Hội tăng thân nhiệt ác tính Bắc Mỹ (NAMHG) phát triển Theo protocol của EMHG, một cá nhân được coi là nhạy cảm với TTNAT khi cả hai kết quả thí nghiệm với halothane và caffeine đều cho kết quả dương tính.

Phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới (NGS)

Khởi đầu với phát hiện cơ bản đầu tiên về cấu trúc của DNA vào năm 1953

[60], các phương pháp nhằm phát hiện trình tựDNA được phát triển và hoàn thiện theo thời gian Vào những năm 1970, Sanger và cộng sự [56], Maxam và Gilbert

Kỹ thuật giải trình tự DNA Sanger đã được phát triển để cung cấp công cụ giải mã hoàn chỉnh các gen và toàn bộ hệ gen Phương pháp này yêu cầu ít hóa chất độc hại và đồng vị phóng xạ hơn so với phương pháp của Maxam và Gilbert, do đó đã trở thành phương pháp giải trình tự DNA phổ biến nhất hiện nay.

Trong 30 năm qua, các đổi mới về hóa chất và thiết bị đã tạo điều kiện cho sự khởi đầu của Dự án bộ gen người, với bản thảo đầu tiên được công bố vào năm 2001 và hoàn thiện vào năm 2004 Tuy nhiên, dự án này không chỉ cần thời gian và nguồn lực mà còn đòi hỏi công nghệ nhanh hơn, lưu lượng xử lý cao hơn và giá thành thấp hơn vào thời điểm đó.

Vào năm 2004, Viện nghiên cứu bộ gen người quốc gia (NHGRI) đã khởi xướng một chương trình tài trợ nhằm giảm chi phí giải trình tự bộ gen người xuống còn 1.000 USD trong vòng 10 năm Sáng kiến này đã thúc đẩy sự phát triển và thương mại hóa các công nghệ giải trình tự thế hệ tiếp theo (NGS) Kể từ đó, hàng chục công ty và công nghệ NGS đã ra đời vào giữa những năm 2000, cùng với sự bùng nổ của lĩnh vực tin sinh học, biến nó thành một ngành khoa học và đào tạo quan trọng.

1.3.2 Khái niệm và ứng dụng của công nghệ giải trình tự tiếp theo

Giải trình tự thế hệ tiếp theo (NGS) là phương pháp cho phép giải trình tự đồng thời hàng triệu đoạn DNA, được ứng dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm lâm sàng nhờ khả năng phân tích nhiều gen hoặc vùng gen cùng lúc, vượt trội hơn so với các phương pháp truyền thống Với NGS, toàn bộ bộ gen của con người có thể được giải trình tự chỉ trong một ngày, trong khi công nghệ giải trình tự Sanger trước đây mất hơn một thập kỷ để hoàn thành.

Các phương pháp giải trình tự mới mang lại ba cải tiến chính: Thứ nhất, việc chuẩn bị thư viện DNA diễn ra trong môi trường không có tế bào, thay vì yêu cầu nhân bản các đoạn DNA của vi khuẩn Thứ hai, hàng triệu phản ứng được tạo ra song song, thay cho chỉ hàng trăm Thứ ba, đầu ra giải trình tự được phát hiện trực tiếp mà không cần đến điện di, cùng với việc thẩm vấn cơ sở dữ liệu được thực hiện song song và theo chu kỳ Sự gia tăng số lượt đọc khổng lồ từ NGS đã cho phép giải trình tự toàn bộ bộ gen một cách nhanh chóng.

Sự phát triển nhanh chóng của các phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới (NGS) đã cung cấp thông tin quý giá cho các nghiên cứu quy mô lớn như exomics, di truyền học sinh thái, di truyền học biểu sinh và transcriptomics Giải trình tự gen không chỉ phục vụ cho nghiên cứu cơ bản mà còn giúp giải mã bí ẩn của cuộc sống, phát triển cây trồng và vật nuôi với năng suất cao hơn, cải thiện chẩn đoán và phương pháp điều trị ung thư cùng các bệnh phức tạp khác, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống Các ứng dụng của NGS bao gồm giải trình tự de novo, mate-pair, RNA, giải mã hệ phiến mã, xác định đa hình trình tự hệ gen và di truyền học biểu sinh.

1.3.3 NGS qua các thế hệ

1.3.3.1 Giải trình tự thế hệ thứ nhất

Các phương pháp giải trình tự DNA đầu tiên bao gồm phương pháp Sanger và phương pháp hóa học của Maxam và Gilbert Phương pháp Maxam và Gilbert dựa trên biến đổi hóa học của DNA, cắt mạch tại các nucleotide đã biến đổi, trong khi phương pháp Sanger sử dụng nucleotide chấm dứt chuỗi (ddNTPs) để ngăn chặn quá trình tổng hợp DNA Kết quả của phương pháp Sanger là các đoạn DNA có độ dài khác nhau, được phát hiện qua phương pháp điện di hoặc máy giải trình tự tự động Mặc dù phương pháp của Maxam và Gilbert đã được cải tiến để loại bỏ hóa chất độc hại, phương pháp Sanger vẫn được ưa chuộng và trở thành tiêu chuẩn trong giải trình tự DNA với nhiều ứng dụng hiện nay.

Phương pháp giải trình tự Sanger, được công bố vào năm 1977, mặc dù chậm hơn so với các tiêu chuẩn NGS hiện nay, vẫn giữ vai trò quan trọng trong thí nghiệm lâm sàng nhờ vào những cải tiến trong phương pháp chấm dứt chuỗi, tự động hóa và thương mại hóa Những đổi mới quan trọng bao gồm sự phát triển của thuốc nhuộm huỳnh quang, sử dụng trình tự chu trình nhiệt để giảm số lượng DNA đầu vào, và ổn định polymerase để đảm bảo quá trình tổng hợp và kết thúc chính xác Thêm vào đó, việc phát triển phần mềm phân tích các trình tự cũng góp phần nâng cao hiệu quả của phương pháp này.

1.3.3.2 Giải trình tự thế hệ thứ hai

Sau phương pháp Sanger, các công nghệ giải trình tự DNA thế hệ thứ hai và thứ ba đã ra đời, với hai nhóm chính: giải trình tự bằng cách lai và giải trình tự bằng phương pháp tổng hợp (Sequencing by synthesis – SBS).

Giải trình tự bằng cách lai, phát triển vào những năm 1980, sử dụng các oligonucleotide DNA (đầu dò) sắp xếp theo trình tự đã biết trên bộ lọc để lai với các đoạn DNA chứa dấu ấn sinh học Sau quá trình lai, các DNA không nhắm sẽ được loại bỏ.

27 đích đã bị rửa trôi và mẫu được làm giàu để tiến hành rửa giải và giải trình tự Phương pháp giải trình tự bằng cách lai phần lớn đã chuyển sang các công nghệ phụ thuộc vào việc thăm dò cụ thể, nhằm thẩm vấn các trình tự, như các ứng dụng chẩn đoán để xác định đa hình đơn nucleotide (SNPs) trong gen hoặc phát hiện các bất thường nhiễm sắc thể (sắp xếp lại, xóa, nhân đôi, và biến thể số).

Giải trình tự bằng phương pháp tổng hợp (SBS)

Các phương pháp SBS là sự tiến hóa của trình tự Sanger, nổi bật với việc không sử dụng đầu tận cùng dideoxy và áp dụng các chu trình tổng hợp để kết hợp nucleotide trên mạch đang tổng hợp Mặc dù ban đầu có vẻ tốn kém, nhưng các phản ứng thường diễn ra song song ở thể tích rất nhỏ, như nanolit, picolit hoặc zeptolit, trong các buồng nhỏ Vì vậy, chi phí cho mỗi cặp bazơ trong quá trình giải trình tự thực tế không quá cao Thông tin chi tiết về các phương pháp SBS được trình bày trong Bảng 1.10.

Bảng 1.10 Một số kỹ thuật giải trình tự bằng phương pháp tổng hợp (SBS)

Khái niệm Tóm tắt quy trình

Phương pháp giải trình tự thế hệ thứ hai đầu tiên được ra mắt trên thị trường dựa trên việc phát hiện pyrophosphate (PPi) được giải phóng khi dNTP được thêm vào chuỗi.

Các đoạn DNA riêng lẻ có kích thước từ 400 đến 700 bp được gắn vào các adapter để tạo ra thư viện sst-DNA mạch đơn Các adapter này đóng vai trò làm trình tự mồi cho phản ứng khuếch đại PCR nhũ tương thông qua emPCR Tiếp theo, các đoạn DNA được giải trình tự bằng cách phát hiện hóa học các phản ứng tổng hợp DNA, trong đó dNTP và PPi được giải phóng và đo bằng máy ảnh cùng nguồn sáng trong buồng kích thước picolit.

Là kĩ thuật giải trình tự thông qua việc

Sau khi tạo ra thư viện DNA và khuếch đại bằng PCR nhũ tương, các đoạn DNA được giải trình tự

Phát hiện tín hiệu điện từ ion H+ trong quá trình tổng hợp DNA được thực hiện bằng máy đo pH siêu nhỏ gắn vào chip bán dẫn, dựa trên nguyên lý ion semiconductor Trong phản ứng tổng hợp DNA, khi dNTP được bổ sung vào chuỗi DNA, PPi và ion H+ được giải phóng Sự thay đổi độ pH của dung dịch do ion H+ gây ra tạo ra tín hiệu điện hóa, được ghi lại nhanh chóng và trực tiếp bởi phần mềm máy tính.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U

Đối tượ ng nghiên c ứ u

Nghiên cứu ca lâm sàng của bệnh nhân được tài trợ bởi Bệnh viện E, Việt Nam (Dự án KH05 – 2018).

Phương pháp nghiên cứ u

2.2.1 Phương pháp thu thập dữ liệu lâm sàng, cận lâm sàng

Dữ liệu lâm sàng, cận lâm sàng của bệnh nhân được thu thập tại Trung tâm Tim mạch – Bệnh viện E

2.2.2 Phương pháp tách chiết DNA

Mẫu máu của bệnh nhân được xử lý để giải trình tự toàn bộ exon nhằm phát hiện các biến thể gen liên quan đến phản ứng TTNAT và hỗ trợ chẩn đoán DNA tổng số được tách chiết từ máu toàn phần thông qua các bước: phá màng tế bào và màng nhân bằng dung dịch chứa chất tẩy mạnh và enzyme phân hủy protein, sau đó sử dụng dung dịch phenol/chloroform để biến tính và tủa protein, cuối cùng dùng cồn để kết tủa DNA trong điều kiện lạnh và thu nhận lại DNA bằng ly tâm DNA sau đó được hòa lại trong nước để khử enzyme nucleaza.

2.2.3 Phương pháp giải trình tự gen

Các bước giải trình tự gen bắt đầu bằng việc giải trình tự DNA tổng số trên máy giải trình tự thế hệ mới để thu thập dữ liệu thô Dữ liệu này sau đó được kiểm định chất lượng bằng thuật toán Phred, giúp xác định điểm chất lượng và phát hiện lỗi đọc bazơ; điểm chất lượng cao đồng nghĩa với độ chính xác cao Tiếp theo, thư viện DNA được chuẩn bị để thu được các đoạn DNA tinh sạch, đáp ứng yêu cầu chất lượng, và sau đó được giải trình tự trên máy giải trình tự gen thế hệ mới Cuối cùng, dữ liệu trình tự thu được sẽ được sắp xếp và so sánh.

Nghiên cứu đã tiến hành 32 ngân hàng gen để loại bỏ các vị trí phân tử trùng lặp Dữ liệu thu được tiếp tục được phân tích nhằm xác định tất cả các vị trí có sự thay đổi alen với tần số thống kê cao, bao gồm các biến thể như đa hình đơn nucleotide (SNPs) và các đột biến thêm bớt.

Dữ liệu được chọn lọc để xác định các biến thể tiềm năng gây bệnh thông qua công cụ SIFT và Polyphen2 SIFT giúp dự đoán xem chức năng của protein có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay thế amino acid hay không, dựa trên tỷ lệ amino acid thay thế và khả năng dung nạp hoặc gây hại của chúng (với chỉ số < 0,05 được coi là gây hại) Trong khi đó, Polyphen2 dự đoán tác động của sự thay thế amino acid lên cấu trúc và chức năng của protein người, phân loại thành ba mức độ: an toàn, có thể gây hại và không xác định.

Các biến thể gen được phân loại thành ba nhóm: không gây hại (P: 0 – 0,452), có thể gây hại (P: 0,453 – 0,956) và có hại (D: 0,957 – 1) Sau khi xác định biến thể tiềm năng liên quan đến bệnh, bước tiếp theo là xác định điểm đột biến thông qua phương pháp giải trình tự Sanger và tiến hành phân tích kết quả thu được.

Bảng 2.1 trình bày mối liên hệ giữa điểm chất lượng Phred, khả năng mắc lỗi đọc bazơ và độ chính xác của các lần đọc Điểm chất lượng Phred càng cao thì khả năng mắc lỗi đọc bazơ càng thấp, đồng thời độ chính xác của các lần đọc cũng tăng lên.

Nghiên cứu nhận được sự cho phép của Hội đồng Khoa học và Đạo đức

Bệnh viện E để công bố thông tin bệnh nhân dưới dạng văn bản

K Ế T QU Ả VÀ BÀN LU Ậ N

K ế t qu ả lâm sàng, c ậ n lâm sàng c ủ a b ệ nh nhân

3.1.1 Thông tin chung và kết quả cận lâm sàng của bệnh nhân

Bệnh nhân A, nam, 59 tuổi, nặng 52 kg, có tiền sử phẫu thuật tách van hai lá cách đây 22 năm, nhập viện với triệu chứng đau ngực trái âm ỉ và khó thở cấp.

Bệnh nhân được phân loại theo NYHA (2016) với triệu chứng khó thở nhẹ trong vòng một tháng Ngày nhập viện, bệnh nhân tỉnh táo, huyết động ổn định với nhịp tim 83 lần/phút, huyết áp 160/100 mmHg, nhịp thở 18 lần/phút và nhiệt độ 36°C Một số chỉ số cận lâm sàng như sinh hóa máu, huyết học và đông máu cho thấy giá trị bất thường, được trình bày trong Bảng 3.1, trong khi các chỉ số khác đều nằm trong giới hạn bình thường.

Bảng 3.1 Giá trị một số chỉ số cận lâm sàng bất thường của bệnh nhân trong ngày nhập viện

Tên xét nghiệm (đơn vị) Kết quả Giá trịbình thường

Sinh hóa máu Ure (mmol/L) 8,3 2,8 – 7,2

APTT ( R) (Bệnh/chứng) 1,44 0,85 – 1,2 Huyết học Sốlượng HC (x 10 12 /L) 4,32 4,5 – 5,9

Máu lắng 1 h bằng máy tự động (mm/1h)

Kết quả siêu âm Doppler tim cho thấy bệnh nhân có huyết khối trong buồng nhĩ trái và van hai lá hẹp khít, cần thực hiện phẫu thuật (Hình 3.1), trong khi chức năng tâm thu thất trái vẫn nằm trong giới hạn bình thường.

Hình 3.1 Phẫu thuật thay van tim của bệnh nhân A: Vị trí phẫu thuật tim

3.1.2 Kết quả lâm sàng của bệnh nhân

Bệnh nhân được gây mê toàn thân bằng Esmeron 50 mg để hỗ trợ đặt nội khí quản, kết hợp với Isoflurane 250 mg và Sevoflurane 250 mg Gây mê được duy trì bằng Diprivan (propofol) 100 mg, 50 mg, 30 mg và Fentanyl 0,25 mg, 0,2 mg, 0,1 mg Sau khi gây mê, tiến hành đặt sonde dạ dày, lấy máu động mạch để xét nghiệm khí máu và đặt đầu dò đo nhiệt độ thực quản Trong suốt quá trình phẫu thuật kéo dài 5 giờ, bệnh nhân được theo dõi thán đồ, nhiệt độ, khí máu và huyết áp không xâm lấn Tổng liều thuốc mê đã sử dụng bao gồm: Propofol (180 mg), Fentanyl (0,95 mg), Esmeron (150 mg), Sevoflurane (250 mg) và Isoflurane (250 mg).

Sau 280 phút phẫu thuật, bác sĩ đã lấy huyết khối trong buồng nhĩ trái và thay van hai lá bằng van sinh học Hancock số 29 Tuy nhiên, bệnh nhân đã xuất hiện triệu chứng tăng thân nhiệt đột ngột lên 39,5°C, huyết áp tụt xuống 90/50 mmHg và ra mồ hôi nhiều.

Bệnh nhân có đồng tử giãn 1 mm hai bên và phản xạ ánh sáng dương tính, cùng với các chỉ số khí máu và điện giải bất thường Kiểm tra thông khí không thấy dấu hiệu co thắt và chảy máu Xét nghiệm khí máu động mạch cho thấy pCO2 tăng lên 68,3 mmHg, cho thấy phản ứng tăng thân nhiệt ác tính Các bác sĩ phẫu thuật đã quyết định xử lý theo hướng điều trị cho phản ứng này.

Bảng 3.2 Kết quả xét nghiệm khí máu động mạch và điện giải của bệnh nhân tại thời điểm bắt đầu xảy ra phản ứng TTNAT

Tên XN Đơn vị Kết quả Giá trị BT Nhận xét pH 7,062 7,35 – 7,45 ↓ pCO 2 mmHg 68,3 35 – 45 ↑ pO2 mmHg 121,6 80 – 100 ↑

Điều trị tăng thân nhiệt ác tính được thực hiện bằng cách thở máy kiểm soát với FiO2 từ 60 – 100%, sử dụng Cefuroxim 250 mg, Dobutamine 250 mg, Ephedrine, và duy trì Fentanyl 100 μg/giờ Đồng thời, tiến hành làm mát tích cực bằng nước đá và rửa nước muối lạnh qua sonde dạ dày cho đến khi nhiệt độ cơ thể bệnh nhân giảm xuống Furosemide 20 mg được sử dụng để duy trì lượng nước tiểu lớn hơn 2 ml/kg/giờ, nhằm ngăn ngừa suy thận cấp Để điều trị nhiễm toan chuyển hóa và tăng K+ máu, sử dụng Natri bicarbonate 4,2%, Insulin và Glucose 5% CaCl2 0,5 g được dùng để chống rối loạn nhịp tim, cùng với dung dịch tiêm tĩnh mạch NaCl 0,9% và thiết lập đường tĩnh mạch trung tâm để đo huyết áp động mạch không xâm lấn Hai đơn vị máu được truyền để tăng thể tích máu nội mạch và cải thiện khả năng oxy kết hợp hemoglobin của bệnh nhân Xét nghiệm khí máu và xét nghiệm đông máu được thực hiện sau mỗi 4 giờ Dantrolene không có sẵn tại thời điểm này, do đó bệnh nhân không được điều trị bằng thuốc đặc trị TTNAT.

Sau vài giờ điều trị tích cực, bệnh nhân đã hồi phục với nhiệt độ giảm từ 42 oC xuống 40,6 oC, và sau đó trở về mức bình thường 37 oC Kết quả xét nghiệm khí máu động mạch cho thấy pCO2, nồng độ K+ và Ca2+ trong máu giảm dần Hai ngày sau phẫu thuật thay van hai lá, bệnh nhân tiếp tục được phẫu thuật do chảy máu sau phẫu thuật Một tháng sau, ca phẫu thuật thứ ba được thực hiện do máu cục màng tim Cả hai ca phẫu thuật đều sử dụng thuốc gây mê tiêm tĩnh mạch (propofol và fentanyl) thay vì sevoflurane, và bệnh nhân không có triệu chứng của phản ứng tăng thân nhiệt ác tính.

Vào ngày phẫu thuật thứ hai, thân nhiệt của bệnh nhân ổn định ở mức 36,3 oC và không có dấu hiệu bất thường trong những ngày tiếp theo Quá trình tiêu cơ vân do TTNAT đã dẫn đến chỉ số creatine kinase đạt đỉnh 7715 U/L, trong khi mức creatine lên tới 240,1 μmol/L sau phẫu thuật lần hai, sau đó giảm dần và trở lại mức bình thường.

Chỉ số CK – MB đạt đỉnh 110 U/L sau đó giảm dần, trong khi nồng độ K+ trong máu cao nhất là 5,9 mmol/L sau phẫu thuật lần hai và trở lại bình thường sau đó Hai tháng sau phẫu thuật và điều trị, siêu âm Doppler tim cho thấy van hai lá sinh học hoạt động bình thường, nhưng van động mạch chủ có hiện tượng hở nhẹ và chức năng tâm thu thất trái giảm nhẹ.

Thông qua các biện pháp điều trị tích cực, phản ứng TTANT ở bệnh nhân đã được kiểm soát Bệnh nhân tiếp tục được theo dõi và trải qua hai ca phẫu thuật tim tại bệnh viện E, cả hai ca đều thành công mà không xảy ra phản ứng TTNAT nhờ không sử dụng thuốc gây mê hô hấp Sau hai tháng theo dõi, siêu âm Doppler tim cho thấy van hai lá sinh học hoạt động bình thường Với sự đồng ý của bệnh nhân và gia đình, mẫu máu đã được lấy để thực hiện giải trình tự toàn bộ hệ gen bằng phương pháp NGS nhằm phát hiện các biến đổi gen liên quan đến phản ứng tăng thân nhiệt ác tính.

K ế t qu ả phân tích gen c ủ a b ệ nh nhân

Sử dụng phương pháp giải trình tự thế hệ tiếp theo, hơn 169 triệu lượt đọc từ 150 cặp base trên DNA đã được giải trình tự, với 99,9% số lần đọc thành công được ánh xạ vào bộ gen người.

Dữ liệu từ 10.429.171.492 base cho thấy chất lượng chuỗi và điểm ánh xạ với tỉ lệ phần trăm cơ sở có điểm chất lượng Phred (Qphred) cao hơn 20 hoặc 30, chứng tỏ độ chính xác của các lần đọc đạt trên 99,9% (Bảng 2.1) Chúng tôi đã xác định được 96.286 đa hình đơn nucleotide (SNP), trong đó có 11.705 biến thể synonymous.

Trong nghiên cứu, đã phát hiện tổng cộng 13.692 đột biến thêm bớt (INDEL), bao gồm 11.388 biến thể sai nghĩa, 106 đột biến điểm dừng đạt (stop gained) và 89 đột biến điểm dừng mất (stop lost) Cụ thể, có 321 biến thể frameshift, 178 đột biến chèn nucleotide trong khung và 207 đột biến xóa nucleotide trong khung Các SNP và INDEL đã được phân tích kỹ lưỡng.

Trong bộ gen của bệnh nhân, đã xác định được 38 biến thể, với tỷ lệ kiểu gen dị hợp tử so với kiểu gen đồng hợp tử là 1,3.

Kết quả phân tích gen liên quan đến phản ứng TTNAT của bệnh nhân cho thấy có 18 điểm thay đổi trên gen RYR1, bao gồm 07 điểm synonymous, 10 điểm trên intron, và 01 đột biến điểm đã được xác định là gây bệnh (codon 2350, c7048G>A, p.Ala2350Thr) với đánh giá polyphen 2 là 0,999 và SIFT là 0,001 ở dạng dị hợp tử.

The CACNA1S gene exhibits 15 notable changes, including 7 alterations within introns, 4 synonymous mutations, 3 splice site variations, and 1 upstream modification Additionally, the STAC3 gene shows 2 changes, with 1 occurring in an intron and the other in the 3' UTR region A significant missense mutation identified is c7048G.

>A, p.Ala2350Thr được xác nhận bởi trình tự Sanger, được trình bày trong Hình

3.2 Đây là một trong những đột biến đã được công bố trong các nghiên cứu trước đây (https://www.emhg.org/) Hình 3.2 cho thấy đột biến p.Ala2350Thr nằm ở vùng chứa trình tự được bảo tồn (conservative region) qua các loài của gen RYR1 nên sự thay thế này gây ảnh hưởng đến chức năng của protein RyR1

Điểm đột biến c7048G >A (p.Ala2350Thr) trong gen RYR1 của bệnh nhân đã được xác định thông qua trình tự Sanger So sánh cấu trúc bậc 1 của phân tử protein RyR1 giữa các loài, bao gồm con người, cho thấy sự khác biệt quan trọng trong quá trình nghiên cứu và chẩn đoán bệnh.

(XM011527205), bò (NM001206777), lợn (NM001001534), thỏ

Bàn lu ậ n

Tăng thân nhiệt ác tính là một rối loạn dược lý tự phát, liên quan đến các đột biến trên gen RYR1, CACNA1S và STAC3 Các biến thể gen này đã được công bố có liên quan đến tình trạng tăng thân nhiệt ác tính (TTNAT), hỗ trợ trong chẩn đoán và điều trị Khoảng 37-86% trường hợp được báo cáo có đột biến trong gen RYR1, trong khi khoảng 1% có đột biến trong gen CACNA1S Đột biến trong gen STAC3 cũng liên quan đến bệnh nhược cơ bẩm sinh ở người Mỹ bản địa, có xu hướng gây ra phản ứng TTNAT Hiện tại, hơn 200 biến thể RYR1 đã được xác định liên quan đến TTNAT, nhưng chỉ có 35 biến thể RYR1 và 2 biến thể khác được ghi nhận.

Gen CACNA1S đã được xác nhận là có đủ đặc điểm chức năng cần thiết cho việc xét nghiệm di truyền chẩn đoán TTNAT Các nhà nghiên cứu khuyến nghị rằng việc phân tích gen này nên được áp dụng trong chẩn đoán cho bệnh nhân thuộc bất kỳ dân tộc nào có biểu hiện TTNAT, đặc biệt là khi có tiền sử gia đình liên quan đến tình trạng này.

A đã được giải trình tự toàn bộ exome bằng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới, và các kết quả thu được đã được trình bày ở trên Dựa trên những kết quả này, chúng tôi sẽ tiến hành những bàn luận chi tiết dưới đây.

3.3.1 Đặc điểm ca lâm sàng tăng thân nhiệt ác tính của bệnh nhân

Nghiên cứu của chúng tôi tại Việt Nam báo cáo trường hợp TTNAT trong phẫu thuật tim, sử dụng thuốc gây mê đường hô hấp đầu tiên và duy nhất trong mười năm qua Bệnh nhân A, 59 tuổi, nam giới, không có tiền sử mẫn cảm với TTNAT Các dấu hiệu điển hình bao gồm tăng thân nhiệt đột ngột (39,5 o C), nhiễm toan hô hấp (pH 7,062, pCO2 68,3), tăng nồng độ K+ trong máu (5,96 meq/l) và tăng CK (7715 U/L), phù hợp với tiêu chuẩn chẩn đoán TTNAT Bệnh nhân được điều trị tích cực bằng cách làm mát bề mặt và sử dụng thuốc để phòng ngừa và điều trị các biến chứng của TTNAT, như nhiễm toan chuyển hóa.

Việc kiểm soát sớm nhiệt độ và nồng độ K+ trong máu là rất quan trọng trong điều trị rối loạn nhịp tim, suy thận cấp, và DIC Sau khi nhiệt độ cơ thể trở lại bình thường, cần tiếp tục làm mát bề mặt cơ thể để tránh hạ thân nhiệt đột ngột Để bù đắp cho lượng O2 tiêu thụ do tăng chuyển hóa và lượng CO2 tăng do giảm thông khí, bệnh nhân cần được thở máy kiểm soát với FiO2 60-100% Trong trường hợp không có sẵn dantrolene tiêm tĩnh mạch, việc phán đoán sớm tình trạng tăng thân nhiệt ác tính (TTNAT) dựa trên dấu hiệu lâm sàng là rất cần thiết, cùng với điều trị triệu chứng tích cực và ngừng sử dụng thuốc gây mê đường hô hấp Theo dõi nghiêm ngặt tình trạng bệnh nhân là điều quan trọng khi không có thuốc đặc trị Một trường hợp TTNAT tương tự đã được báo cáo tại Trung Quốc, nơi bệnh nhân 14 tuổi được điều trị thành công mà không cần dantrolene, nhấn mạnh sự cần thiết của kinh nghiệm điều trị TTNAT ở các quốc gia thiếu thuốc này.

3.3.2 Đặc điểm của thuốc gây mê sử dụng trong phẫu thuật thay van hai lá ở bệnh nhân

Trong quá trình phẫu thuật tách van hai lá và loại bỏ huyết khối buồng nhĩ trái, bệnh nhân được gây mê toàn thân bằng các thuốc như Isoflurane, Sevoflurane, Esmeron, Diprivan và Fentanyl Các thuốc gây mê này chủ yếu được chuyển hóa qua gan, tạo thành chất chuyển hóa có hoặc không có hoạt tính, và sau đó được thải trừ qua thận hoặc gan Đặc biệt, các liên kết giữa carbon và halogen trong sevoflurane và isoflurane được chuyển hóa bởi enzyme CYP2E1 của gan, giải phóng các ion halogen như F- và Cl-.

3 – 5% sevoflurane chuyển hóa thành hexafluoroisopropanol và ion F - vô cơ có

Isoflurane ít gây độc thận với tỷ lệ chuyển hóa chỉ 0,2% Propofol được chuyển hóa nhanh chóng tại gan thông qua việc kết hợp với glucuronide và sulfate, tạo ra các hợp chất hòa tan trong nước để thải qua thận Rocuronium và fentanyl chuyển hóa thành các chất chuyển hóa ít hoạt tính và không hoạt tính; trong đó, rocuronium chủ yếu được thải qua gan, còn fentanyl được bài tiết qua nước tiểu hoặc phân.

Trong phẫu thuật tim hiện đại, việc gây mê cần bảo vệ chức năng tim và não Nghiên cứu của Schraag cho thấy thuốc gây mê tĩnh mạch có lợi ích trong việc bảo vệ cơ quan và cải thiện hồi phục sau phẫu thuật tim mạch Isoflurane và sevoflurane được chứng minh là an toàn cho tim mạch và có hiệu quả hồi phục tương đương ở bệnh nhân phẫu thuật van tim Tuy nhiên, sevoflurane có ưu điểm hơn isoflurane do không gây kích thích đường hô hấp, khởi mê nhanh và không làm tăng nhịp tim Thuốc gây mê dạng hít là nguyên nhân chính gây ra phản ứng TTNAT, với tỉ lệ mắc cao hơn ở bệnh nhân dùng sevoflurane so với rocuronium và propofol Trong những năm 1970, halothane là tác nhân chủ yếu gây TTNAT, nhưng từ 2009 đến 2011, sevoflurane và isoflurane trở thành các tác nhân phổ biến Nghiên cứu cho thấy mức độ nghiêm trọng của phản ứng TTNAT do sevoflurane và isoflurane tương đương, do đó không nên sử dụng ở những người có nguy cơ mắc TTNAT.

Mặc dù gây mê bằng thuốc gây mê đường hô hấp nên được tránh ở những người nhạy cảm với TTNAT, nhưng gây mê toàn thân qua đường tĩnh mạch cũng không được khuyến cáo cho những người không nhạy cảm Nguyên nhân là do thiếu hụt các thiết bị cần thiết cho gây mê tĩnh mạch.

Gây mê tĩnh mạch có nguy cơ ảnh hưởng đến nhận thức cao hơn 5 – 10 lần so với gây mê đường hô hấp, đặc biệt ở 42 nước đang phát triển Do đó, gây mê đường hô hấp được ưu tiên sử dụng cho những bệnh nhân không nhạy cảm với thuốc tê, nhờ vào tốc độ gây mê nhanh, không đau và không cần tiêm tĩnh mạch.

Nguyên nhân kích thích phản ứng thuốc gây mê đường hô hấp liên quan đến các biến thể gen, do đó, việc lựa chọn thuốc phù hợp với tình trạng và tiền sử bệnh nhân là rất quan trọng để phòng tránh phản ứng cấp tính Nghiên cứu sâu về dược động học và dược lực học của thuốc gây mê sẽ giúp xác định loại thuốc thích hợp cho từng bệnh nhân Tuy nhiên, đây là một quá trình dài vì cơ chế hoạt động của thuốc gây mê đường hô hấp rất phức tạp.

Phân tích đồng phân đối quang (chirality) đóng vai trò quan trọng trong phát triển thuốc mới và giải thích cơ chế tác dụng của thuốc gây mê Chirality là thuộc tính hình học của phân tử, với hai hình ảnh trái và phải gọi là đồng phân đối quang (enantiomer), phụ thuộc vào sự hiện diện của trung tâm bất đối xứng trong cấu trúc hóa học Nhiều thuốc gây mê lâm sàng là thuốc chứa dược chất đối quang, thường tồn tại dưới dạng hỗn hợp racemic tỉ lệ 1:1 của các đồng phân hữu tuyền và tả tuyền Các thuốc gây mê đường hô hấp như halothane, isoflurane, enflurane và desflurane, cùng với thuốc gây mê đường tĩnh mạch như etomidate và thiopental, đều liên quan đến chirality Đặc biệt, etomidate chỉ có dạng đồng phân R (+) tinh khiết, trong khi đồng phân S (-) của thiopental có hoạt tính mạnh gấp đôi so với đồng phân R (+) tại thụ thể GABAA Đồng phân S – isoflurane cũng cho thấy hiệu lực gây mê mạnh gấp hai lần so với đồng phân còn lại.

Mặc dù S-isoflurane cho thấy hiệu quả tốt hơn so với R-isoflurane, nhưng một số nghiên cứu đã chỉ ra những bất lợi trong việc sử dụng S-isoflurane cùng với các thuốc gây mê chứa dược chất đối quang khác trong lâm sàng Do đó, các đặc điểm và vấn đề liên quan đến isoflurane vẫn là mối quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu hiện nay.

3.3.3 Đặc điểm của các gen liên quan đến phản ứng TTNAT

Gen RYR1 là gen mã hóa cho thụ thể ryanodine, đóng vai trò quan trọng trong việc giải phóng ion Ca 2+ từ lưới cơ tương trong cơ vân Gen này được xác định là gen chính liên quan đến tình trạng TTNAT, với 189 biến thể đã được phát hiện.

Gen RYR1, được giải trình tự và nhân bản vào năm 1990, nằm trên nhiễm sắc thể 19q13.2 và chứa 106 exon, mã hóa cho một protein dài 5038 acid amin Đây là một gen lớn với nhiều biến thể liên quan đến tính nhạy cảm với TTNAT, tuy nhiên chỉ một số ít trong số các biến thể này được xác định rõ ràng.