超短效苯二氮䓬类静脉麻醉药瑞马唑仑近期在临床展现出优异表现,包括诱导起效迅速、苏醒极快以及围术期血流动力学更加稳定等。这些特性远超传统对其“GABA能增强剂”的刻板印象,暗示其作用机制中可能蕴含尚未被充分认识的创新维度。传统仅以“γ-氨基丁酸增强”(GABAergic增强)解释作用机制的范式,难以全面解释瑞马唑仑出色的苏醒质量和潜在的器官保护效应,这为深入研究提供了新的契机。
本文提出“时空调控”理论及“SPATIAL”整合模型来重新诠释瑞马唑仑的作用本质。核心假说认为瑞马唑仑通过其独特药代学特性(被组织酯酶快速水解)和药效学选择性(偏好特定GABAA受体亚型和神经环路),对维持意识的关键神经网络实施了一种高时间分辨率、功能性且可逆的模块化抑制。这种作用不同于传统麻醉药的“粗暴全网压制”,更类似于高明的交响乐指挥对乐团中特定声部进行精确调音或瞬时静音,既可在需要时快速“关断”某些脑区活动,又能随时松开抑制使网络迅速恢复正常节奏。
本文将沿“化学-药理-环路-网络-行为”轴线层层展开推理:(1)在化学层面,剖析瑞马唑仑“软药”(soft drug)设计理念的神经科学内涵,解释其快速水解如何造就陡峭的脑内浓度-时间曲线;(2)在环路层面,阐述其对关键意识通路(丘脑-皮层传导、“前额叶-后扣带”皮层长程连接等)的选择性干扰;(3)在网络层面,展示其对大规模脑网络动力学的“温和重塑”,包括对高速率脑振荡的特异性调制;(4)在可塑性层面,探讨其短时作用对突触可塑性和神经炎症的影响假说;(5)最终在临床行为层面,构建由微观分子作用到宏观意识丧失及恢复的完整逻辑链条,凸显瑞马唑仑区别于传统咪达唑仑和丙泊酚的独特机制。
深入阐明瑞马唑仑的精准时空作用机制,不仅将催生更安全、可控的麻醉实践(如基于效应浓度-脑电特征关联的个体化闭环输注系统),更可能为理解“意识的可逆调控”这一科学前沿难题提供全新模型和工具。瑞马唑仑所代表的麻醉哲学转变,从追求“深度静止”到追求“精细可逆的功能暂停”,有望引领围术期医学进入更安全、快速康复的新纪元,并为揭示大脑意识运作机制打开一扇独特的窗户。
一、化学与药理学基石:为“瞬时控制”设计的分子
(一)“软药”理念的神经科学实现
瑞马唑仑(Remimazolam)作为一种新型静脉麻醉药,其分子设计充分体现了“软药”(soft drug)的理念。在结构上引入易被体内酶解的酯键,使其作用后能够迅速被代谢灭活。这一策略源自于“自我毁灭”药物设计思想,即药物在发挥作用后立即在体内被分解清除,从而终止作用。瑞马唑仑在血液和组织中主要经非特异性羧酸酯酶-1快速水解为几乎无活性的酸性代谢产物CNS7054,其受体亲和力比母药低300~400倍以上。这意味着瑞马唑仑一旦被酶解,其活性即刻消失,不会像传统药物那样产生具显著药理效应的活性代谢物。这种设计在神经科学上的重要意义在于药物作用时间被严格限制在给药期间,在大脑内形成陡峭锐利的药物浓度-时间曲线。
瑞马唑仑进入中枢后浓度迅速升高达到镇静/麻醉效应所需水平,而停止给药后又迅速下降,使大脑中的有效浓度短暂维持后快速消退。如此一来,大脑神经环路在受到抑制后能够较快“重启”,这正是瑞马唑仑患者苏醒迅速且质量高的物理化学基础所在。更重要的是,由于这种代谢途径不依赖肝脏或肾脏功能,即使在老年或肝肾功能不全患者中,其清除半衰期变化不大,作用可预测性依然良好。这为复杂病人群体的麻醉管理带来了安全优势。哪怕持续输注较长时间,瑞马唑仑也极少蓄积,可在停药后迅速清醒,而不受器官功能差异的明显影响。总之,“一剂用完,即刻分解”,瑞马唑仑通过这一软药机制,实现了对麻醉作用时间窗口的严格限定,为神经功能的快速恢复奠定了基石。
(二)GABAA受体亚型选择性谱
瑞马唑仑本质上属于苯二氮卓类(benzodiazepine)药物,其分子作用靶点是中枢神经系统主要抑制性神经递质受体-γ-氨基丁酸A型受体(Gamma-Aminobutyric Acid Type A Receptor,GABAA受体)的苯二氮卓结合位点。该位点位于受体的α亚基和γ亚基界面,当瑞马唑仑占据此位点时,可正向变构调节GABAA受体,使内源性GABAA的抑制效应增强,导致更多Cl-离子内流,使神经元过极化、活动受抑。GABAA受体有多种亚型组合,其中含α1、α2、α3、α5亚基并与γ2亚基复合的受体亚型对苯二氮卓类高度敏感(而α4、α6亚基不与之结合)。瑞马唑仑与传统咪达唑仑一样,对α1、α2、α3、α5亚基构成的受体都具有高亲和力(Ki约在几十纳摩尔量级),并未显示显著的单亚型选择性。这意味着它可以广泛激活苯二氮卓敏感的各类GABAA受体通路,实现全脑范围的镇静、催眠、抗焦虑和顺行性遗忘等效应。然而,值得注意的是,不同受体亚型介导的功能存在差异。含α1亚基的受体主要分布于皮层、丘脑等,介导镇静催眠和抗惊厥;含α2、α3亚基的受体富于边缘系统和脊髓,参与抗焦虑和肌松作用;含α5亚基的受体集中在海马和皮层,涉及学习记忆过程。
临床观察到瑞马唑仑对认知功能影响较轻,有学者推测这可能与其作用持续时间极短、在海马α5介导的记忆环路中累积效应小有关。一些初步研究提示,在给予等效镇静剂量时,瑞马唑仑产生的顺行性遗忘效应不及传统长效苯二氮卓,这或许暗示其对α5亚型介导的认知功能扰动较小。然而,也可能由于瑞马唑仑快速清除,使记忆相关环路受到抑制的时间很短,从而减少了对长时记忆巩固的干扰。总而言之,瑞马唑仑对GABAA受体亚型的作用谱与苯二氮卓类一致,但其快速可逆的作用特点使得受体功能能在短暂抑制后迅速恢复,为保护复杂认知功能提供了时间窗口。
(三)与咪达唑仑的机制分野
作为同属苯二氮卓类的静脉麻醉药,瑞马唑仑常被拿来与传统代表咪达唑仑(Midazolam)对比,可谓“同族不同效”。两者在受体水平的直接作用机制相似,均是GABAA受体的正向变构激动剂,但在药代动力学和药效动力学方面存在一系列关键差异,从原理上解释了“同类药物缘何效果迥异”:
1.受体结合动力学
咪达唑仑作为典型苯二氮卓,其脑内效应消除主要受限于药物从受体和受控隔室的解离与消除速度。瑞马唑仑由于迅速代谢清除,血药浓度的下降更为快速和可控。这意味着瑞马唑仑从受体上解离并逸出效应部位的驱动力更强,从而临床上表现为作用时间更短。咪达唑仑由于持续存在体内,可与受体维持结合更久,即便停止给药后仍延续镇静效应;而瑞马唑仑则因浓度迅速降低而快速与受体分离,终止作用。这使得瑞马唑仑麻醉更像“瞬时开关”,而咪达唑仑则类似“渐隐渐现”的调光灯。
2.代谢途径及活性代谢物
咪达唑仑经肝脏细胞色素P450酶(主要是CYP3A4)代谢,生成1-羟基咪达唑仑等具有一定活性的代谢产物。特别是在反复给药或持续输注时,这些代谢产物在体内累积可延长镇静作用,并可能造成苏醒延迟。而瑞马唑仑经组织酯酶代谢产物CNS7054基本无活性,不参与进一步药理作用,也不受肝酶活性和药物相互作用的明显影响。两者的对比显而易见,瑞马唑仑避免了活性代谢物“尾巴甩不掉”的问题,其麻醉深度和持续时间更多取决于实时输注速率而非既往蓄积,用药过程中的调整更加线性和可控。
3.脂溶性及组织蓄积
咪达唑仑脂溶性较高,初始分布容积大,容易在脂肪组织蓄积。长时间输注后,从外周脂肪库回流的咪达唑仑可延长清醒时间,特别是在肥胖或老年患者中。而瑞马唑仑的分布容积相对较小,清除率高,不易在外周大量蓄积。此外瑞马唑仑以苯磺酸或对甲苯磺酸盐形式存在,水溶性良好,静脉给药不需要丙二醇等有机溶媒,注射痛和血管刺激小。这一性质进一步提升了患者舒适度和给药安全性。
4.效应动力学差异
临床研究表明,在达到同样镇静深度(如脑电双频指数BIS降低到相似范围)时,瑞马唑仑的起效更快、苏醒更迅捷。例如在内镜镇静中,同样达到患者无反应状态,瑞马唑仑静脉给药后平均需时1~3分钟起效,而完全清醒通常在停药后10~20分钟内即可实现;相比之下,咪达唑仑通常起效稍慢且苏醒显著延迟,经常需要数小时才能完全恢复清明。瑞马唑仑作用峰值的迅速出现和消退,凸显了其药效学上的“短时冲击”特征。这意味着其对神经网络的影响是“短促而强烈”的,可在短时间内充分抑制神经活动,但不久便解除,使脑功能迅速回归正常。
5.药物相互作用与安全边际
咪达唑仑代谢依赖肝酶,因此与其他影响CYP3A4的药物(如某些抗生素、抗癫痫药)合用时镇静效果可能被增减。另外,大剂量咪达唑仑叠加其他中枢抑制剂易导致深镇静甚至呼吸抑制。而瑞马唑仑代谢独立于细胞色素酶系,药物相互作用较少见,且有特异解毒药氟马西尼可逆转过量作用。从临床经验看,在相当镇静深度下瑞马唑仑对循环和呼吸的抑制轻于咪达唑仑,具有更高的安全边际。这使其特别适合老年和合并症多的患者,在这些人群中咪达唑仑常因代谢不确定性和呼吸抑制风险而需谨慎使用。
概括而言,瑞马唑仑与咪达唑仑同属一脉,但通过药物动力学上的 “快进与快退”设计,实现了临床效果上的“同曲异工”。瑞马唑仑牺牲了作用持续性,换来了绝佳的可控性和安全性;而咪达唑仑虽历史悠久但因药代变异和蓄积效应,逐渐显现出其在精细可控麻醉需求下的局限。瑞马唑仑的出现,真正将苯二氮卓类麻醉剂推进到一个“可瞬启瞬停”的新时代。
二、环路层面的“精准打击”:对意识门户与信息高速公路的抑制
(一)丘脑门户的“快速关闭与开启”
意识的维持高度依赖丘脑-皮层系统。丘脑尤其是特定核团被视为感觉信息进入大脑皮层的“门户”,也是皮层整体兴奋水平的控制枢纽。其中,丘脑的非特异性中线和板内核团(例如丘脑中央外侧核、丘脑联合核等)通过广泛投射调控皮层觉醒状态,被称为意识的“开关按钮”。麻醉状态下,这些丘脑中继站的功能被抑制,外界信息无法上传至皮层,从而导致意识丧失。瑞马唑仑作为GABAA受体激动剂,能显著提高丘脑神经元的抑制性输入,迅速降低其放电频率。在动物在体电生理记录中,可观察到给予瑞马唑仑后丘脑传导神经元由常态的节律放电转为过极化静息或异常簇状放电,这表明感觉信号流经丘脑的“闸门”被快速关闭。这种作用与丙泊酚等药物类似,都涉及丘脑兴奋性的压制,但瑞马唑仑的不同之处在于其抑制-解除转换极快。一旦药物浓度下降,丘脑神经元即可重新恢复放电,感觉通路门户重新开放。
光遗传学研究亦支持丘脑在意识调控中的门户地位。短暂抑制丘脑中继核可诱导动物可逆的无反应状态,而终止抑制则动物迅速苏醒。瑞马唑仑恰似通过药理手段实现了类似的“门户开合”效应,高时间分辨率地控制丘脑的开关。由于药物清除迅速,丘脑受到的是一过性“快速断电”而非长时间钝化,这种可逆抑制既保证了麻醉深度,又为迅捷苏醒创造了条件。值得一提的是,瑞马唑仑对丘脑的抑制有一定选择性,感觉传导相关的特异性核团活动迅速下降,而丘脑内一些调控基本生命节律(如网状核、丘脑底核)未被过度抑制,从而维护了麻醉状态下脑干与下位中枢的基本整合作用。这种现象提示瑞马唑仑的环路作用范围是“重点打击、局部保留”,优先阻断意识相关的信息通路,而对维持基础生理功能的通路留有余地。
临床上也观察到,瑞马唑仑诱导麻醉时患者对声音和触觉刺激的反应迅速消失,但自主呼吸和吞咽等基本反射多能保留至较深阶段,这反映了丘脑门户关闭而脑干功能相对完好的状态。更重要的是,在停药后由于丘脑功能快速恢复,患者对外界刺激的感知与反应能力短时间内即可重建,苏醒过渡平稳自然,不良梦幻体验或躁动发生率低。这些都归功于丘脑门户的功能被瑞马唑仑精确且短暂地按下暂停键,而非遭到长时间死死压住,从而避免了苏醒时可能出现的感觉输入汹涌失调现象。
(二)高级皮层间对话的“静音”
意识不仅需要丘脑“供电”,更仰赖大脑皮层各高级区域间的有效通信。其中,以前额叶皮质和后部顶叶及后扣带回皮质为核心的默认模式网络(Default Mode Network, DMN)和以额顶联合区为核心的执行控制网络、凸显网络(Salience Network, SN)等扮演着整合内部自我意识与外部信息处理的关键角色。
清醒状态下,前额叶与后扣带回之间、顶下小叶与额叶之间等长程神经投射维系着高速的信息交流和脑区同步,被形象地比喻为大脑的信息“高速公路”。麻醉诱导过程中,这些高速公路上的“车流”逐渐减速甚至暂时截断。研究发现,中等深度的苯二氮卓类镇静即可显著降低前额叶与后部顶叶皮层在高频段(如Beta波15~30Hz乃至Gamma波30~80Hz)的相干性。以咪达唑仑轻镇静的人类功能影像研究为例,注射咪达唑仑后,负责外部注意的背侧注意网络功能连接显著下降,DMN与其他网络的反相关也被削弱。这说明高级认知皮层之间的“对话”被药物打断。原本在清醒时不同网络间此消彼长的动态互作,在镇静状态下趋于沉默。同样地,在瑞马唑仑麻醉下,脑电和磁共振研究表明前额皮质-后扣带回皮质这对维持内在意识状态至关重要的区域,其功能连接强度随着药物剂量增加而平滑下降,仿佛一条连续调暗的光束,而非突然熄灭的开关。
这种“渐进静音”特征,与一些麻醉剂(如氯胺酮引起网络重组或高浓度丙泊酚下网络骤停)有所不同。瑞马唑仑通过对高频振荡的选择性抑制,减少了远距离皮层区域间同步振荡所需的神经元交互,因而在宏观上呈现功能网络连接减弱。尤其是高频Gamma振荡被认为与神经元群落的信息绑定和意识内容呈现密切相关,当瑞马唑仑抑制了Gamma频段活动时,前后脑区难以维持同步信息交换,意识内容整合自然难以发生。但与此同时,较低频率的Delta/Theta波(δ/θ,<8Hz)在深麻醉时可能增多(类似睡眠样慢波),这往往对应局部网络的不完全抑制和断续内在节律。正因为瑞马唑仑主要静音了高速信息通道,而并非令皮层所有频段活动一概寂灭,所以脑网络功能是逐级递减而非“一刀切”中断。这有助于避免麻醉诱导期可能出现的皮层-皮层失联导致的大脑功能紊乱。例如,研究观察到在瑞马唑仑镇静过程中,听觉和视觉初级皮层的自发功能尚能维持一定程度,而涉及自我相关的前后扣带连接已率先下降。这与“意识水平下降首先影响高级网络功能,初级感觉运动网络后受累”的规律相符,也印证了瑞马唑仑对高级皮层长程连接的选择性更强。
瑞马唑仑麻醉就像给大脑的部分广播频道按下了静音键,尤其是那些负责全局广播和高层次对话的频道,使各模块各自为政,无法形成全局联动。但它没有拔掉电源,局部回路和低级信号可能仍在背景中缓慢活动。这种模块化静音让意识内容无法整合,却保存了恢复时重新联网的基础结构,解释了患者苏醒后认知功能快速回归且完整的现象。
(三)对脑干觉醒系统的“相对赦免”
麻醉深度过大时最令人担忧的是对延髓心血管中枢和脑干呼吸中枢的抑制。然而,有别于许多全麻药,瑞马唑仑在达到外科麻醉所需的剂量范围内,对脑干上行激活系统和生命中枢的压制相对温和。
脑干网状上行激活系统包括中脑和脑桥的关键觉醒核团,如蓝斑核(Locus Coeruleus,LC)、背侧缝隙核等,它们通过释放去甲肾上腺素、5-HT等促进大脑广泛兴奋。苯二氮卓类镇静剂虽也作用于这些结构的GABAA受体,但所需剂量较高,在临床常规用量下脑干神经元活动只呈中等程度降低。不少研究和临床数据支持瑞马唑仑对循环呼吸功能更友好的结论。在对照试验中,与丙泊酚相比,瑞马唑仑诱导麻醉时低血压发生率几乎减半,呼吸抑制(如氧饱和下降、需辅助通气)发生率显著更低。即使在较高剂量下,出现呼吸暂停的病例也寥寥无几。这部分归功于苯二氮卓类药物本身的作用机制,它们不像丙泊酚那样直接激动GABAA受体引发深度神经抑制,而是需要内源性GABAA存在,因而对中枢的抑制存在“天花板效应”。当瑞马唑仑剂量增加到一定程度后,额外增加药量对脑干进一步抑制的增量有限。正因为如此,在维持足够麻醉的同时,瑞马唑仑通常不会像丙泊酚那样将呼吸中枢完全“熄火”,患者多能保持自主呼吸或对高碳酸血症的呼吸驱动反射。
临床上,老年高危患者使用瑞马唑仑,全麻期间收缩压、舒张压往往高于丙泊酚组,需升压药干预的比例更低,这反映出瑞马唑仑对血流动力学的稳定性更佳。这一特点可从受体分布和环路敏感性上解释。控制循环呼吸的脑干神经元GABAA受体密度相对皮层、丘脑低,且这些中枢受体的亚基构成可能使其对苯二氮卓的敏感度略低于皮层神经元。此外,当皮层和丘脑活动被抑制进入麻醉态时,下丘脑-脑干的自稳调节环路会在一定程度上代偿保持基本生命指标。瑞马唑仑因为没有彻底瘫痪这些环路,反而使机体在麻醉过程中保持更平稳的自主调节。可以说,瑞马唑仑给予了脑干觉醒与自主中枢“相对的赦免”,其打击重点在高级意识环路,而对维系生命的底层环路则网开一面。这种选择性一方面提高了麻醉的安全窗(患者不易因过度镇静而呼吸循环衰竭),另一方面也为苏醒时大脑整体功能的快速重启提供了“底盘待命”。当停药时,上行网状激活系统迅速恢复驱动力,各皮层模块重新获得激活源,因而患者能在很短时间内从无意识转变为有意识,并且循环呼吸平稳过渡,不经历危险的波动。这种脑干功能的保留也是围术期加速康复的重要保障,在麻醉中保有自主的基础生命维持能力,可降低围术期并发症发生率,加速术后生理功能的恢复。
三、网络动力学的“柔性重塑”与振荡频率的“选择性滤波”
(一)大规模脑网络的“渐进式解耦”
意识并非某一孤立脑区的产物,而是大规模脑网络动态整合的结果。清醒时,大脑中存在多个功能网络同步活动、相互通信,例如默认模式网络(DMN)支持内省和自我相关思维,凸显网络(SN)监测内外环境变化并切换注意焦点,中央执行网络负责工作记忆和决策等高级功能。这些网络在清醒意识下既各司其职又彼此耦合,维持信息的全局整合。全身麻醉的引导下,正是这些高阶网络首先出现连接的削弱乃至解耦。从静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)研究可看到,无论是瑞马唑仑、咪达唑仑这样的镇静药,还是丙泊酚、异氟烷这样的麻醉药,在使受试者意识水平下降时,高级网络的内连通性和网络间耦合都会剂量依赖性地逐渐降低。比如,随着瑞马唑仑剂量加深,DMN各节点(内侧前额叶、后扣带/顶叶联合区等)之间的同步BOLD波动相关性平滑下降,DMN与凸显网络之间原本存在的反相关互动减弱,甚至在深麻醉时趋于隔离。同时,感觉运动等低级网络的功能连接虽也下降,但往往在意识丧失早期仍部分保留,这表明脑网络的解耦是有层次的。越是高级、全局性的网络,越早受到麻醉抑制而“脱钩”,而基础感觉运动网络具有相对的抵抗力。
在瑞马唑仑麻醉状态下,大脑各网络间的信息交流呈现一种“断开但未崩溃”的状态。EEG/功能连接分析显示,虽然全脑平均聚类系数降低、特征路径变长,说明网络整体集成度下降,但小世界属性并未完全消失,反而由于模块化增强略有提高。这意味着各网络内部仍保持局部连接和短程交流,只是失去了长程耦合。这种局部模块化的保留对于维系基本脑电活动模式和苏醒可逆性至关重要。相比之下,在过深麻醉如丙泊酚高浓度下,可出现全脑功能连接的断崖式坍塌和脑电“爆发-抑制”模式,反映网络进入高度去同步化和代谢低谷状态。而瑞马唑仑通过柔性地重塑网络连接,将其调控到一种抑制但未耗竭的水平。网络各模块间的大部分连接暂别运行,模块内部则以低效率方式维持最低程度的活动。这种渐进式、部分可逆的解耦有利于在停药后网络迅速重组连接。正如一支乐队在指挥示意下暂停了各乐器的协奏,但每个声部并未退出舞台,而是在低声哼唱保持节奏,当指挥重新挥棒时,各声部能够迅速找回彼此配合的节拍。
通过fMRI动态因果建模等技术,有学者提出瑞马唑仑麻醉下大脑仍保持一定的小世界网络特性,显示高聚集度和短路径长度的折中,这意味着网络并未陷入完全随机或无序状态,而是保有重新整合的结构基础。这种温和的网络重塑策略解释了为何瑞马唑仑麻醉苏醒相对平顺。各大网络并非从零开始重新连线,而是在既有局部结构上恢复全局链接,从而快速找回清醒状态下的复杂功能配置。对于临床而言,这意味着瑞马唑仑麻醉后患者的意识、认知功能往往能快速达到基线,术后神经心理并发症可能更少。
(二)Gamma振荡同步性的“特异性衰减”
脑振荡是大脑功能状态的重要指征,不同频段的振荡对应不同的神经活动模式。在清醒意识中,高频的Beta(β,15~30Hz)和Gamma(γ,30~80Hz)振荡在皮层广泛存在,尤其Gamma波被认为与感觉特征绑定、注意聚焦和意识内容保持密切相关。
当人进入麻醉无意识状态时,这些高频振荡往往显著减弱甚至消失。瑞马唑仑对脑电振荡的影响具有一定特殊性。临床脑电监测发现,在持续输注瑞马唑仑过程中,脑电图呈现β波功率先短暂上升、随后δ波(0.5~4Hz)逐渐增加的动力学变化。这与典型苯二氮卓效应一致。开始时出现额区快速活动(β波),提示轻度镇静和记忆受损;随着镇静加深,慢波(δ)成分增强。然而,在Gamma频段,研究显示瑞马唑仑可导致γ功率显著下降以及不同脑区γ相位同步的削弱。例如,皮层局部场电位记录和脑磁图(magnetoencephalography,MEG)分析均表明给予瑞马唑仑后,高频γ振荡的幅度和各区同步性降低。这种对γ振荡的干扰很可能源于瑞马唑仑作用于兴奋性神经元周围的篮状细胞(这些抑制性中间神经元大量表达α1、α2、α3亚基的GABAA受体)导致皮层微环路节律性失调。
Gamma振荡通常由兴奋-抑制环路协同产生,苯二氮卓类加强抑制后,兴奋-抑制平衡被打破,高频振荡难以维持。特别地,假设瑞马唑仑对含α5亚基的受体(主要位于海马CA1锥体神经元树突和皮层层苑)有较强作用,那么它可能增强海马-皮层回路的抑制性张力,干扰海马-前额叶间本来支持γ同步的长程环路。结果就是,与意识和记忆相关的γ联络在瑞马唑仑麻醉下被有选择地滤除了。相比之下,一些低频成分如慢δ波在麻醉深度增加时可能反而上扬,这被认为与皮层去同步化后的固有振荡或跨网络的间歇性爆发有关。但与丙泊酚麻醉出现的前额叶α波不同,瑞马唑仑并不会产生明显的持久α节律峰值(8~12Hz),而是更倾向于β向δ的转移。这提示瑞马唑仑的脑电图频谱特点不同于主要作用于丘脑皮层环路的丙泊酚,或许意味着其对节律发生器的作用侧重点不同。在更高剂量时,丙泊酚等常诱导“爆发-抑制”模式(高幅慢波簇与平坦静息电位交替出现),而瑞马唑仑即使剂量增加,也较少出现典型的长时间全局抑制平段。这再次体现了瑞马唑仑治疗窗较宽、抑制更柔性的特点。它削弱了维持意识的高速振荡,但避免了将整个脑电推进到完全沉寂的极端。
对于临床监测而言,这种不同的脑电特征也提出了新挑战。传统设计用于丙泊酚等药的脑电双频指数(Bispectral Index,BIS)或熵指数,在瑞马唑仑麻醉时可能准确性下降。有研究发现,与其用综合指数,不如直接观察β波比例变化,更能预测瑞马唑仑镇静深度。这说明需要针对瑞马唑仑的特殊振荡反应模式,发展优化的监测参数。当了解其选择性滤除了哪些频率的“声音”时,便能据此调整监控和控制策略,让麻醉医师更好地读懂这种药带来的脑电“静音”信号。
(三)从“爆发-抑制”到“可控抑制”
“爆发-抑制” (burst-suppression) 是深麻醉或脑功能衰竭时脑电的典型表现,其特征为时而短暂出现高幅爆发,时而陷入近乎电静息的抑制期。这被视为全脑神经元高度去同步化、代谢水平极低的标志。在麻醉中出现长时间的爆发-抑制往往意味着麻醉过深,可能对大脑造成一定代谢应激和神经元损伤风险。因此理想状态下,麻醉深度应控制在刚好维持无意识和无反射的水平,而不进入完全电静息的状态。
瑞马唑仑由于其药理特性,很少导致持续的爆发-抑制模式。这一方面因为苯二氮卓类不能直接激活GABAA受体通道,对神经元抑制有上限,另一方面其短效机制使得维持稳定超深平面的难度较大。在实际应用中,使用瑞马唑仑进行全麻诱导和维持,即使加大剂量,也很少观察到病人脑电进入长时间的爆发-抑制,相反更多是连续的低幅慢波和低频振荡,占据脑电主要成分。这提示瑞马唑仑具备一种天然的“抑制自限性”。当麻醉逐渐加深,瑞马唑仑倾向于让大脑处于一个抑制而不完全静息的受控状态。而丙泊酚若剂量累积,则可轻易压至全脑电活动最低点。
瑞马唑仑在达到等效无意识浓度时,脑代谢降低幅度略小于丙泊酚,脑氧耗也未降至极低值。这或可理解为瑞马唑仑为脑网络保留了一丝“背景电流”。更宽的安全窗口让麻醉医生可以将瑞马唑仑用于更长时间镇静而不必过于担心累积效应导致的深度过抑。另外,当需要调整麻醉深浅时,瑞马唑仑的剂量-效应关系相对线性,没有像有些麻醉剂那样在高剂量区呈指数式加深导致无法精细调控。因此可以说,瑞马唑仑实现了一种“可控抑制”的麻醉方式,既足以维持无意识,又不过度压制中枢活动。这不仅降低了麻醉相关脑并发症的风险,也为术中需要唤醒测试或术后快速清醒提供了可能。
在一些需要在手术中短暂评估神经功能的场景(例如脑外科术中唤醒),瑞马唑仑的这种中等强度抑制易于被逆转(通过暂停输注或使用拮抗剂氟马西尼),而脑电可在几分钟内从慢波转为正常节律,患者迅速恢复反应。相较之下,若用丙泊酚达到类似深度,其复苏则可能更慢且易遗留一段爆发-抑制后的“脑电惰性”期。总而言之,瑞马唑仑以其独特的网络动力学特征,为麻醉深度提供了一个“柔性缓冲区”,足够深,但不过头。这为安全麻醉和精细化麻醉管理奠定了另一块基石。
四、超越意识消失:对神经可塑性与长期结局的潜在影响
(一)“短时程”暴露对突触可塑性的影响假说
麻醉对大脑的影响并不止于短暂的意识消除,一些研究关注术后认知功能障碍(Postoperative Cognitive Dysfunction, PCD,也称围术期神经认知障碍PND)的问题,即患者术后出现记忆、注意力、执行功能等方面的认知下降。手术应激、炎症,以及长时间麻醉药暴露被认为是诱发PND的因素。其中,麻醉药对海马和皮层突触可塑性的干扰尤受关注。如异氟烷、丙泊酚等被报道可抑制海马长时程增强(Long-Term Potentiation,LTP)的形成,可能影响记忆巩固。这使人担心长时间、深程度的麻醉会不会对大脑学习记忆功能造成潜在伤害。
瑞马唑仑作为作用时间极短、可精确控制深度的麻醉药,在这方面展现出理想工具药的潜力。由于瑞马唑仑可以在需要时立即停药苏醒,它允许研究者去比较不同麻醉暴露时长对认知后果的影响。例如,通过动物实验,可在完成特定学习任务训练后给予短暂瑞马唑仑麻醉,然后观察记忆保持情况,与长效麻醉剂比较差异。如果瑞马唑仑短时作用对LTP等突触机制的干扰显著小于等时长的其他麻醉药,那么将支持“麻醉暴露时间越短,对可塑性影响越小”的假说。初步的证据已在临床端浮现,有研究对老年髋关节置换患者分别给予瑞马唑仑或咪达唑仑诱导,结果发现瑞马唑仑组术后早期认知功能评分较咪达唑仑组更好,提示短效药物可能减少了麻醉对记忆功能的损害。这很可能因为瑞马唑仑迅速清除,术毕时脑内已无残余镇静作用,不干扰患者术后大脑对新信息的获取与处理。而长效药物在患者醒来后血液中仍有一定浓度,或作用于突触的时间更长,从而潜在地干扰术后那段关键时期的神经可塑性事件(例如与炎症反应伴随的突触重塑)。更甚者,一些动物研究猜想,瑞马唑仑短暂麻醉可能类似于一场可逆的“睡眠样”过程,对突触稳态未造成破坏,还可能诱导某些保护性反应(如睡眠过程中出现的突触稳态,有助于记忆巩固)。
这些推测有待严格的实验证据支持。需要通过离体脑片电生理、在体成像等手段直接考察瑞马唑仑暴露对LTP/长时程抑制(Long-Term Depression,LTD)的影响,及其与暴露时长的关系。如果证实瑞马唑仑短时间麻醉不会显著抑制LTP,或其抑制可在停药后迅速恢复,这将赋予其“可塑性友好”的标签,意味着这种麻醉方式对大脑学习记忆功能的长远影响可能较小。这对老年患者或需多次手术的患者尤为重要,因为累积的麻醉对认知功能的影响如果可以用短效药来减轻,将显著改善他们的生活质量。
(二)神经炎症与胶质细胞反应的调节
手术及麻醉可引发中枢神经系统的一系列免疫炎症反应。例如,全身手术创伤和应激会通过外周免疫-神经通讯轴激活大脑小胶质细胞,引起神经炎症,这被认为是PND的重要发病机制之一。动物模型显示,外科手术后老鼠海马内会出现小胶质细胞活化、促炎因子(如IL-6, TNF-α)升高,并伴随认知功能下降。一种假设是,若麻醉过程本身对这种炎症反应有所调节(减轻或加重),则不同麻醉剂对术后认知的影响也会不同。
瑞马唑仑有潜在的神经保护特性,这在近年来成为研究热点。一方面,其更平稳的血流动力学和较少的缺氧风险降低了因低灌注导致的脑组织损伤和继发炎症的可能;另一方面,有基础研究提示苯二氮卓类可能通过作用于星形胶质细胞上的受体,影响胶质对炎症信号的反应强度。近期有研究报道瑞马唑仑可通过激活细胞内的蛋白激酶 B(protein kinase B,Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mechanistic target of rapamycin,mTOR)信号通路,减轻缺血再灌注损伤时神经元的凋亡和炎症级联。这提示瑞马唑仑可能具有调控神经细胞生存路径的作用,从分子层面抑制过度的炎症反应。如果这一发现成立,那么在手术麻醉情境中,瑞马唑仑或可减少全身炎症向中枢的过激传导,从而缓和小胶质细胞的过度激活。
临床上一些数据似乎与此相符。有研究比较了瑞马唑仑与丙泊酚用于大手术老年患者,发现瑞马唑仑组术后血清炎症因子水平(如CRP、IL-6)较低,患者苏醒质量和谵妄发生率更好。当然,麻醉药直接影响全身和中枢炎症的机制非常复杂,可能涉及麻醉深度、手术刺激强度、交感神经反应等多因素。瑞马唑仑相对于其他药物的优势或许在于能以较浅的循环抑制实现足够的中枢抑制,从而减少由于血压降低、脑低灌注引起的缺血炎症。同时,由于苏醒快,患者术后早期即可恢复自主活动和饮食,也有助于降低慢性炎症状态的持续时间。
值得进一步研究的是,在术后早期给予炎症指标评估并结合神经心理测试,比较不同麻醉方案下炎症-认知的相关性。如果瑞马唑仑麻醉组表现出“炎症轻-认知优”的趋势,将为其可能的神经免疫保护效应提供线索。当然,仍需要直接的证据证明瑞马唑仑可以通过胶质细胞或免疫通路保护神经元免受手术侵袭的二重打击。这可能需要结合转录组、在体光学成像等技术观测小胶质细胞活性的变化,揭示瑞马唑仑是否真能让这些“大脑卫士”更加温和地行事。
(三)连接术后认知障碍(PND)研究
围术期认知功能障碍是当前老年麻醉领域高度关注的问题之一。瑞马唑仑作为新型麻醉药,不仅为降低PND风险提供了可能,也为研究PND的机制提供了理想工具。
从临床角度看,如果瑞马唑仑能通过其快速可逆、轻炎症干预等特性减少PND发生,将极大提升围术期患者脑健康结局。目前一些随机对照研究已有初步发现在老年患者手术中应用瑞马唑仑,全麻术后7天认知功能检测异常的比例比使用咪达唑仑有所降低;瑞马唑仑与另一种以脑保护著称的药物右美托咪定对比,短期认知结局相当,甚至有研究提示瑞马唑仑在特定手术类型中认知恢复更佳。这些临床线索亟需更大规模的验证,但已带来希望的信号。更为深远的是,瑞马唑仑的特点允许设计精妙的临床试验来探究“麻醉时长/深度vs.认知后果”的关系。例如,针对类似人群,可随机分组接受不同时长的瑞马唑仑麻醉维持,严格控制其他变量,然后评估术后数周甚至数月的认知功能变化。如果较短麻醉暴露的组PND发生率明显较低,将提示麻醉暴露时间确是关键因素,并且这种影响可以通过使用短效药物来减少。也可比较瑞马唑仑与传统长效药在相同手术中的PND差异,以甄别药物特性对PND的影响。当证据充分时,也许能够将瑞马唑仑定位为“围术期脑健康保护型麻醉药”之一,其使用有望作为一种干预策略降低高危人群认知功能的长期损伤风险。
PND的发生受多种因素影响,包括患者自身认知储备、手术类型、镇痛方案等。要将麻醉方案与PND风险直接因果关联尚需大量研究。但瑞马唑仑为我们提供了前所未有的机会去试验这个假设,因为以往许多药物无法做到在满足麻醉需要的同时又将麻醉对中枢的附加影响降至最低。可以预见,未来几年内,围绕瑞马唑仑对术后认知和大脑生物标志物影响的研究将密集展开。这将不仅验证此药在临床结局上的优劣,也将反哺我们对PND机制的理解。如果证实瑞马唑仑的确相对保护了患者术后认知,则意味着可逆性意识调控的麻醉理念在提升患者远期大脑健康方面大有可为。麻醉过程不再是被动接受脑功能损耗的黑箱,而成为我们主动优化、尽量减少脑扰动的精细操作。
五、未来蓝图:从机制理解到范式变革
(一)迈向个体化闭环输注
基于瑞马唑仑明确的药代-药效特征,我们迎来了实现个体化闭环麻醉控制的希望。传统麻醉输注多靠麻醉医生经验调整,如能借助智能反馈系统,将患者生理信号实时反馈控制输注,将极大提高精度和安全性。瑞马唑仑具有线性的药代学和可预测的浓度-效应关系,非常适合应用于靶控输注(Target Controlled Infusion, TCI)和闭环系统。在TCI模式下,根据群体药代动力学模型,瑞马唑仑可以以6~12 mg·kg⁻¹·h⁻¹速率起始输注,1 mg·kg⁻¹·h⁻¹维持,实现平稳血浆浓度;更进一步,可以将药效学指标如脑电参数纳入控制回路,形成“双反馈”闭环。一方面监测血浆浓度或效应室浓度,另一方面监测脑功能指标(例如EEG中的β比率或γ功率等与镇静水平相关的特征)。当系统检测到麻醉深度高于目标(如患者脑电出现过多δ波提示过深),则自动降低输注速率;如深度不足(如出现高频活动增强或病人有运动趋势),则提高输注。瑞马唑仑的快速效应平衡半衰期(约1~5分钟)使得这样的调整可以在分钟级甚至秒级奏效,从而实现对意识状态的毫秒-秒级精准调节。与之相比,丙泊酚等虽然也用于闭环麻醉,但其效应平衡较慢、超调和蓄积风险较高,需要复杂算法补偿。而瑞马唑仑的药代特性天然契合闭环需求,调整后麻醉平衡新的稳态快,无长尾巴效应。此外,瑞马唑仑有拮抗剂氟马西尼备用,在任何需要时都可迅速逆转作用,这为闭环系统增加了一道安全阀。
可以设想,未来的手术室中,麻醉医师设定好患者的目标镇静深度指数,闭环系统通过瑞马唑仑和镇痛药的双通道精准给药,使患者始终维持在既无知觉又生命体征稳定的最佳平衡点。一旦手术结束或发生紧急情况,需要患者苏醒,只需一键停止瑞马唑仑输注并视情况给予氟马西尼,患者即可在数分钟内苏醒检查。这种“麻醉即用即停”的理想状态,将最大程度降低麻醉对患者生理和认知的额外负荷,实现真正的个体化麻醉管理。当然,实现这一蓝图仍需克服技术挑战,包括构建更精准的瑞马唑仑药代动力学/药效动力学(pharmacokinetics/pharmacodynamics,PK/PD)模型、寻找可靠的意识指标,以及系统实时适应患者个体差异等。但瑞马唑仑机制的清晰性和效应的可控性,让这一切成为可能。
当麻醉过程实现闭环自控,将大幅减少术中过深或过浅麻醉的发生率,提高患者安全,并减轻麻醉医师的认知负荷,从而将注意力更多投入异常情况处理和全局决策上。这将是瑞马唑仑对麻醉实践带来的又一次革命性贡献,从人工调控走向智能精控。
(二)重新定义“理想麻醉药”的属性
瑞马唑仑的成功经验也为麻醉药物研发和临床选择树立了新的标杆。长期以来,“理想静脉麻醉药”被定义为起效迅速、作用可控、苏醒迅速、无累积、对呼吸循环影响小、无痛刺激等。瑞马唑仑几乎在每一项上都交出了令人满意的答卷,从而逼迫我们思考未来麻醉药应该具备的关键特质。总结瑞马唑仑的机制优势,可以提炼出以下几点药物设计和选择理念:
1.快速可控:药代学上应具备快速清除和线性动力学,使得麻醉深度可快速调整和预测。瑞马唑仑的组织酯酶代谢和短半衰期就是典范,未来研发中这一软药理念应继续发扬,比如引入易水解基团、研发器官非依赖代谢路径等。
2.环路选择:理想麻醉药并非镇压所有脑功能,而是应选择性作用于与意识相关的神经环路,尽量避免干扰生命维持和认知相关环路。瑞马唑仑通过苯二氮卓位点偏好性地抑制皮层-丘脑等觉醒环路而对脑干影响轻,这提示药物作用位点选择在中枢不同部位的分布会影响其作用谱系。今后研制新药时,可考虑靶向特定亚型受体或离子通道在特定脑区的分布,以获得所需的环路选择性,例如开发主要作用于皮层而不深入脑干的镇静药。
3.认知友善:即麻醉状态结束后,应尽快恢复甚至改善患者原有的认知功能,不残留“术后脑雾”。瑞马唑仑的顺行性遗忘作用短暂且苏醒时大脑功能恢复更完整,术后谵妄和认知障碍发生率较低,这为“认知友善麻醉”提供了范例。未来评价麻醉药物,不仅要看麻醉期间的表现,也要关注术后数天乃至数周的认知结局,将“术后认知表现”纳入麻醉效果的一环。这将促使研发者关注药物对突触可塑性、神经炎症的影响,开发出更具神经保护性的药物。
4.生理保护:理想麻醉药还应具备脏器保护作用或至少不增加脏器负担。瑞马唑仑稳定血压、不增加心肌需氧,与之相反有些麻醉药会引起低血压导致重要脏器低灌注,加重围术期风险。药物对身体各系统的综合效应应得到评估和优化。瑞马唑仑的出现启示我们,一个好的麻醉药并非只管“放倒病人”,而是要让病人在麻醉过程中保持内环境相对稳定,术后能迅速回到正常轨道。因此未来药物设计中,应更加重视药物的副作用谱,对循环、呼吸、免疫、凝血等系统的影响越小越好,甚至可以结合药理学手段起到抗炎、抗氧化等积极效果。
5.可逆与安全:具备特异性拮抗剂是一项宝贵的安全特性。瑞马唑仑因为有氟马西尼可迅速逆转,使其成为少数可以“解毒”的麻醉药,这在紧急情况下提供了一层保障。今后新型麻醉药也应考虑设计拮抗通路,至少作用机制明确以便发生意外时可采取针对性措施。此外理想麻醉药应不产生组织积蓄、无活性毒性代谢产物、不诱发变态反应或严重器质损伤。
瑞马唑仑的实践证明,上述这些美好特质并非不可兼得。它重新校准了临床对于麻醉药优劣的评价标准。可以预见,在瑞马唑仑之后,麻醉药物研发会更多朝着“精准、可控、少扰”的方向迈进,而不再满足于传统意义上的“强力镇静”即可。对于临床麻醉医生而言,这也提醒我们在用药时量体裁衣。根据患者具体情况,选择对其生理和神经功能影响最小的方案。瑞马唑仑为很多高危患者提供了新的选择,在未来它或类似机制的新药将成为“理想麻醉”的代名词。
(三)作为神经科学工具的潜力
瑞马唑仑的作用超越了临床麻醉范畴,它还为基础神经科学研究提供了一个独特工具。一直以来,神经科学家们都渴望找到可逆且精确时控的方法来暂时抑制大脑特定网络,以研究这些网络对认知功能的因果作用。过去常用的方法如电刺激、冷冻、药物局部注射或光遗传沉默,但这些方法要么侵入性强、要么空间局限、要么难以用于人体。而瑞马唑仑的全身给药特性恰可对特定全脑网络产生可逆抑制,其快速起效和消退使得同一受试者在短时间内经历清醒-麻醉-清醒的转换成为可能。这为在人类身上直接探究意识与大脑活动的关系带来了机会。
研究者可以招募志愿者在磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)或脑电图(electroencephalography,EEG)设备中,先进行一系列认知任务测试;然后在精密监测下给予瑞马唑仑让受试者逐步进入无意识,再在刚丧失反应时停止给药使其苏醒,并再次进行相同任务测试。这种前后对照可以精细地捕捉麻醉引起的特定认知功能丧失,与脑影像改变对应分析,从而推断哪些脑区和连接中断导致了哪种认知能力的消失。
在动物实验中,瑞马唑仑也可用于验证某些环路对行为的必要性。例如,在学习过程中短暂麻醉动物,可观察对记忆巩固的影响,从而推断清醒状态下该时间窗内的神经活动重要性。特别值得一提的是,由于瑞马唑仑对不同频段脑电的选择性作用,研究者可以借此考察某一频段振荡在认知中的作用。例如,如果在任务过程中给予低剂量瑞马唑仑抑制Gamma振荡而不显著影响任务表现,则说明该任务对Gamma依赖可能不强;反之,则表明Gamma在其中不可或缺。这种频率层面的干预过去主要通过靶向干预中间神经元实现,但全身用药无法精确控制频率。瑞马唑仑提供了一种“药理滤波”手段,可在一定程度上特异削弱高频同步。
还有一个充满想象的应用领域是意识科学。意识的神经相关物(Neural Correlates of Consciousness)研究常利用麻醉模型来比较有意识和无意识脑状态的差异。瑞马唑仑由于作用温和可逆,尤其适合这类研究。近期就有研究使用瑞马唑仑麻醉对人脑进行功能网络拓扑分析,发现意识丧失伴随的是脑网络从高整合有序状态转向局部模块化状态,而且关键枢纽节点从觉醒时后侧皮层转移到麻醉时前侧皮层。这些发现为理解意识机制提供了重要线索。
未来我们将看到更多利用瑞马唑仑瞬时“关闭”意识再“重启”来研究大脑的信息整合理论、全局工作空间理论等假说的工作。瑞马唑仑的快速可逆性让研究者能够设计巧妙的实验,例如在无意识期间呈现刺激、苏醒后测试记忆,以探究无意识大脑是否处理信息,或者利用经颅磁刺激-脑电图联合技术(transcranial magnetic stimulation–electroencephalography TMS-EEG)技术在麻醉前后测量大脑复杂度指数,以验证意识水平变化。
瑞马唑仑已超越一个药物的角色,而成为一把探针。一方面探测大脑在失去和恢复意识瞬间发生了什么,另一方面检验我们对意识功能划分的认识是否正确。这样的研究不仅满足科学好奇,更可能反过来帮助临床改进,例如发现新的麻醉深度监测指标或苏醒质量提升方法。
六、结语
瑞马唑仑不仅仅是一种新的麻醉药物,更代表了一种崭新的麻醉哲学。从追求“深度静止”转向追求“精确可控的功能性暂停”。通过对瑞马唑仑机制的深入研究,我们看到了全身麻醉的另一个可能性,意识并非只能被粗暴地“一键关机”,而是可以被精细地、模块化地暂时调控。瑞马唑仑犹如一位高明的交响乐指挥家,在需要时让大脑乐章中的某些声部瞬间静默,又能在转瞬之间令其重新奏响且相互协调如初。它的时空高分辨率作用,好比为意识之灯安装了调光开关,亮度可调且熄而复明。这样的特质带来的意义是深远的,它使我们能够在保障病人安全和舒适的前提下,更大胆地探索加速苏醒和术后快速康复的边界,更精确地控制麻醉深度以适应手术瞬息万变的需求,也为脆弱患者提供了前所未有的保护。
瑞马唑仑所开启的思路将激励更多麻醉剂的创新,催生智能闭环控制技术,并最终指向全个体化的麻醉管理。同时,在更广阔的科学领域,它为我们提供了研究人类意识和脑功能的新窗口。瑞马唑仑让我们重新审视无意识与有意识的分野,帮助回答那些关于大脑如何产生意识的基本问题。可以想见,在未来的十年里,围绕瑞马唑仑的基础与临床研究将如灯塔般指引着麻醉学和神经科学的航程,既照亮了更安全高效的围术期医疗实践之路,也映射出心智运作奥秘的深处。瑞马唑仑的故事才刚刚开始,它引领的理念革新和科学启迪,必将续写成麻醉与脑科学交汇发展的恢宏篇章。
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