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病理生理學(xué):第三節(jié) 缺血/再灌注損傷的機(jī)制

關(guān)于再灌注損gydjdsj.org.cn/yishi/傷的發(fā)生機(jī)制問題,到目前為止,學(xué)說雖多而且有的學(xué)說也頗為有力,便尚未得到徹底闡明。茲介紹如下:一、無復(fù)流現(xiàn)象無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon)是在犬的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。結(jié)扎犬的冠狀動(dòng)脈造成局部心肌缺血后,再打開結(jié)扎的動(dòng)脈,…

關(guān)于再灌注損gydjdsj.org.cn/yishi/傷的發(fā)生機(jī)制問題,到目前為止,學(xué)說雖多而且有的學(xué)說也頗為有力,便尚未得到徹底闡明。茲介紹如下:

一、無復(fù)流現(xiàn)象

無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon)是在犬的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。結(jié)扎犬的冠狀動(dòng)脈造成局部心肌缺血后,再打開結(jié)扎的動(dòng)脈,使血流重新開放,缺血區(qū)并不能得到充分的灌注,故稱此現(xiàn)象為無復(fù)流或無再灌。這種無復(fù)流現(xiàn)象不僅見于心肌,而且也見于腦、腎骼肌缺血后再灌注時(shí)。即再灌注損傷實(shí)際上是缺血的延續(xù)和疊加,缺血細(xì)胞并未能得到血液灌注,而是繼續(xù)缺血,因而損傷加重。所以發(fā)生無復(fù)流現(xiàn)象,可能與下列因素有關(guān)(以心肌為例):

(一)心肌細(xì)胞腫脹 由于缺血引起細(xì)胞膜Na+-K+泵功能障礙,從而使鈉、水在細(xì)胞內(nèi)潴留,因而再灌注時(shí)缺血區(qū)心肌細(xì)胞發(fā)生腫脹,壓迫微血管。

(二)血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹 缺血及再灌注時(shí)也發(fā)生內(nèi)皮細(xì)胞腫脹,內(nèi)皮細(xì)胞向管腔伸出突起造成管腔狹窄,阻礙血液灌流。內(nèi)皮細(xì)胞的腫脹與氧自由基的增多有關(guān),因?yàn)檠踝杂苫梢允寡軆?nèi)皮細(xì)胞膜受損,水鈉乃進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞而引起細(xì)胞水腫。

(三)心肌細(xì)胞的收縮缺血所致的心肌細(xì)胞收縮形成嚴(yán)重收縮帶,壓迫微血管,使缺血區(qū)某部分得不到血液重新灌注。心肌細(xì)胞的腫脹與收縮帶可同時(shí)存在。

(四)微血管堵塞 Feinburg及其同事曾證明,缺血一定時(shí)間后血管內(nèi)血小板的沉積增加2倍。又證明心肌及腸管缺血后的無復(fù)流區(qū)內(nèi)白細(xì)胞(主要是中性粒細(xì)胞)的聚集明顯增加,從組織學(xué)上可見白細(xì)胞嵌頓、阻塞毛細(xì)血管。正常灌注情況下,每2433μm到3261μm長的毛細(xì)血管可發(fā)現(xiàn)一個(gè)白細(xì)胞,而在缺血時(shí)增加10倍,平均292μm長的毛細(xì)血管即有一個(gè)白細(xì)胞。缺血時(shí)紅細(xì)胞作疊連狀聚集,但這不是血管阻塞的主要原因。因?yàn)榀B連狀紅細(xì)胞的解聚較白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞粘著的分離要容易得多。此外也有人解釋無復(fù)流現(xiàn)象是由于纖維蛋白塞和微血栓形成所致。但有人在再灌前用鏈激酶進(jìn)行纖溶并未減輕無復(fù)流現(xiàn)象。

微血管的堵塞還與花生四烯酸的代謝產(chǎn)物前列環(huán)毒(PGI2)和血栓素A2(TXA2)之間的失衡密切相關(guān)。PCI2主要由血管內(nèi)皮生成,除了有很強(qiáng)的擴(kuò)血管作用以外,還能抑制血小板的聚集。TXA2主要由血小板生成,不僅是很強(qiáng)的縮血管物質(zhì),而且也是一種引起血小板聚集的因子,因此是一個(gè)很強(qiáng)的致血栓形成的物質(zhì)。缺血缺氧時(shí),一方面因?yàn)檠軆?nèi)皮細(xì)胞受損而致PCI2生成減少,另方面缺氧又可使血小板釋放TXA2增多,因而發(fā)生強(qiáng)烈的血管收縮和血小板的聚集并進(jìn)一步釋放TXA2,從而促使血栓形成和血管堵塞。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證明,應(yīng)用TXA2合成酶抑制藥可以使缺血/再灌注以后的冠脈血流改善。

二、鈣超載

如前所述,鈣反常(無鈣灌流后用含鈣溶液再灌注)時(shí)細(xì)胞內(nèi)鈣超載,引起嚴(yán)重的功能及結(jié)構(gòu)障礙。鈣反常的原因不甚明了,但主要的損傷是在無鈣灌流期出現(xiàn)的細(xì)胞膜外板(external lamina)與糖被膜(glycocalyx)表面的分離(兩者由Ca2+連結(jié)在一起)。細(xì)胞膜的這種損傷為再灌注時(shí)鈣的大量內(nèi)流提供了條件。在長期缺血缺氧后再給氧或再灌注時(shí)也可引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載。

缺血后再灌注時(shí)細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制尚無定論,但可能與下列因素有關(guān),如圖11-1哺乳類鈣代謝模式圖所示:

圖11-1 哺乳類細(xì)胞鈣代謝模式圖

①電壓依賴性鈣通道;②質(zhì)膜鈣泵ATP酶;③Na+-Ca2+交換;④線粒體;⑤肌漿網(wǎng);⑥細(xì)胞內(nèi)蛋白或陰離子結(jié)合的鈣;⑦膜磷脂的極性頭部;⑧結(jié)合于質(zhì)膜糖被的鈣

(一)鈉的平衡障礙 有人證明,再灌注時(shí)鈣超載是由于鈉平衡障礙所致。因?yàn)樵谌毖毖鯐r(shí)發(fā)生了細(xì)胞酸中毒,細(xì)胞內(nèi)pH值降低,所以在再灌注時(shí)細(xì)胞內(nèi)外形成pH梯度差,由于Na+-H+交換,致細(xì)胞內(nèi)鈉增加,然后又依Na+-Ca2+交換機(jī)制使細(xì)胞外鈣大量內(nèi)流造成細(xì)胞鈣超載。

(二)細(xì)胞膜通透性增高缺血缺氧引起的細(xì)胞酸中毒在再灌注時(shí)通過細(xì)胞內(nèi)外Na+-H+交換和Na+-Ca2+交換而使細(xì)胞內(nèi)鈣增加,而細(xì)胞內(nèi)鈣增加可激活磷脂酶,使膜磷脂降解,細(xì)胞膜通透性增高,故在灌注時(shí)細(xì)胞外鈣順著濃度梯度而大量內(nèi)流,細(xì)胞膜通透性增高的更重要的原因可能是再灌注時(shí)氧自由基的大量產(chǎn)生。氧自由基可引發(fā)細(xì)胞膜的脂質(zhì)過氧化,使膜受損,通透性增高。

(三)線粒體受損 有些學(xué)者認(rèn)為原發(fā)性損傷在于線粒體。如所周知,缺血時(shí)線粒體結(jié)構(gòu)的功能障礙出現(xiàn)最早,表現(xiàn)為線粒體腫脹、嵴斷裂。線粒體膜流動(dòng)性降低,氧化磷酸化功能受損ATP生成障礙。因此,使上述損傷更為嚴(yán)重。

ATP減少使肌膜及肌漿網(wǎng)膜鈣泵功能障礙,由于鈣泵功能障礙不能排出和攝取細(xì)胞漿中過多的鈣,致使細(xì)胞漿中游離鈣濃度增加而造成鈣超載。細(xì)胞漿中過多的鈣最終形成磷酸鹽沉積于線粒體,使線粒體結(jié)構(gòu)及功能更加破壞。

細(xì)胞鈣超載是再灌注損傷的一個(gè)重要特征,但目前,仍未能搞清它究竟是再灌注損傷的原因抑制或結(jié)果。

三、白細(xì)胞的作用

白細(xì)胞(主要是中性粒細(xì)胞)出現(xiàn)于梗塞的心肌中已為尸檢所證實(shí)。1984年Mullane及其同事證明,冠狀動(dòng)脈堵塞60分鐘時(shí)心肌組織就有白細(xì)胞出現(xiàn),5小時(shí)后在缺血區(qū)有大量的白細(xì)胞聚集。根據(jù)Engler及其同事的研究,再灌注時(shí)白細(xì)胞數(shù)非但不減少反而增加。以犬心肌缺血為模型,再灌注僅5分鐘,心內(nèi)膜中性粒細(xì)胞就增加25%,缺血輕的組織白細(xì)胞聚集也少。

組織缺血和再灌注時(shí)白細(xì)胞浸潤增加的機(jī)制還不十分清楚?赡苁怯捎诮M織受損時(shí),細(xì)胞膜磷脂降解,花生四烯酸代謝產(chǎn)物增多,其中有些物質(zhì)具有很強(qiáng)的趨化作用,因而就能吸引大量白細(xì)胞進(jìn)入組織或粘附于血管內(nèi)皮,而白細(xì)胞本身又能釋放很多具有趨化作用的炎性介質(zhì),如白三烯之一的LTB4,從而使微循環(huán)中白細(xì)胞進(jìn)一步增加。

白細(xì)胞積聚對組織的損傷作用在于:

(一)嵌頓、堵塞毛細(xì)血管有助于形成無復(fù)流現(xiàn)象。微動(dòng)脈及微靜脈亦有大量白細(xì)胞粘附于內(nèi)皮細(xì)胞,雖不一定堵塞血流,但粘附的白細(xì)胞仍可損傷組織并釋放趨化因子從而吸引更多的細(xì)胞。

(二)白細(xì)胞可以增加血管通透性,水腫組織的含水量與白細(xì)胞密度呈正相關(guān),說明白細(xì)胞可能引發(fā)水腫。白細(xì)胞增加血管通透性、引發(fā)水腫的機(jī)制與白細(xì)胞釋放的某些炎癥介質(zhì)有關(guān)。

(三)激活的中性粒細(xì)胞釋放溶酶體酶,可使組織發(fā)生蛋白水解性破壞和液化。

(四)中性粒細(xì)胞可通過產(chǎn)生氧自由基而損傷組織。

白細(xì)胞在缺血再灌注損傷的作用,可被以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:

1.用除去白細(xì)胞的血液進(jìn)行再灌注,可以防止水腫產(chǎn)生并減輕再灌性損傷。

2.抗炎藥減輕組織白細(xì)胞浸泣,可縮小梗塞面積。實(shí)驗(yàn)證明布洛芬(ibuprofen)對心肌具有保護(hù)作用,主要是由于抑制白細(xì)胞浸潤的作用所致。

3.用補(bǔ)體抑制藥降低補(bǔ)體,從而減少白細(xì)胞浸潤,可能減輕組織損傷。絲氨酸蛋白酶抑制藥,可以縮小心肌梗塞,而這種酶恰是一種在心肌缺血時(shí)能激活補(bǔ)體的酶。因此這種酶的抑制藥,可通過抑制補(bǔ)體的激活而抑制白細(xì)胞浸潤,從而減輕心肌損傷。

四、高能磷酸化合物的缺乏

心肌正常情況下以有氧代謝形式生成三磷酸腺苷(ATP)供作功需要。心肌缺血時(shí)則轉(zhuǎn)為無氧代謝為主,ATP合成減少,以致心舒縮功能障礙。在犬的實(shí)驗(yàn)中證明,心肌嚴(yán)重缺血15分鐘(結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左旋支),心肌發(fā)生可逆性損傷。此時(shí)如果得到血液再灌注,則細(xì)胞并不死亡。但有很多報(bào)告指出,短時(shí)間缺血后,收縮功能長時(shí)間不能恢復(fù)。究其原因,多認(rèn)為與ATP水平的低下有關(guān)。研究證明缺血15分鐘時(shí)不僅ATP減少60%?傁佘账岢匾矞p少50%。ADP也輕度減少(可能轉(zhuǎn)為ATP或AMP),AMP明顯升高,但其升高程度小于ATP減少輻度。再灌注20分鐘ATP明顯回升,但只接近正常的一半,再灌注24小時(shí)仍然維持在低水平上,只有在再灌注4天后ATP及總腺苷池才近于恢復(fù),但仍低于非缺血區(qū)(圖11-2)。

圖11-2 心肌缺血/再灌注時(shí)ATP、Ca2+、K+的變化

以大鼠離體作功心臟為模型(Neely氏模型),先在20℃低溫下給心臟停跳液,再短時(shí)間全心缺血(夾住主動(dòng)脈)后,再灌注生理溶液。結(jié)果是給停跳液30分鐘再缺血30分鐘后,ATP幾乎完全喪失,ADP明顯減少,AMP明顯增加,總腺苷酸量顯著降低。再灌注60分鐘可使ATP明顯回升,但不及正常對照的一半,而總腺苷酸量則明顯低于給停跳液后,比正常對照減少50%。上述研究提示缺血及再灌注損傷的心肌有氧代謝性發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷,影響能量代謝及心肌功能的恢復(fù)。

再灌注時(shí)高能磷酸化合物之所以恢復(fù)慢且總腺苷酸水平明顯下降,可能與下列因素有關(guān)。

(一)缺血心肌的代謝障礙主要表現(xiàn)為對氧的利用能力受限,有氧代謝嚴(yán)重受損。在缺血進(jìn)入不可逆階段再灌注時(shí),氧的利用并不增加,心肌只能利用運(yùn)至心肌的氧的17%。氧的利用能力受限與缺血及再灌注所致線粒體受損有關(guān)。

(二)ATP合成的前身物質(zhì)(腺苷、肌苷、次黃嘌呤等)在再灌時(shí)被沖洗出去,使心肌失去再合成高能磷酸化合物的物質(zhì)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)證明在再灌注液中補(bǔ)充肌苷或谷氨酸能促進(jìn)ATP的合成及心功能的恢復(fù)。

3.線粒體膜發(fā)生氧自由基誘發(fā)的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)使線體受損。線粒體膜富有磷脂,線粒體在缺氧時(shí)又是產(chǎn)生自由基的場所,因此極易引起膜脂過氧化使線粒體功能障礙。

五、自由基的作用

自由基(free radical)是具有一個(gè)不配對電子的原子和原子團(tuán)的總稱。由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基或活性氧,如超氧陰離子(O2)、羥自由基(OH·)及單線態(tài)氧(1O2,激發(fā)態(tài)放出一個(gè)光子)等非脂性自由基。H2O2非自身基,但也是一種氧化作用很強(qiáng)的活性氧。氧自由基與多聚不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物烷自由基(L·)、烷氧基(LO·)、烷過氧基(LOO·)等屬于脂性自由基。氧自由基和脂性自由基的性質(zhì)極為活潑,易于失去電子(氧化)或奪取電子(還原),特別是其氧化作用強(qiáng),故具有強(qiáng)烈的引發(fā)脂質(zhì)過氧化的作用。在生理情況下,氧通常是通過細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)接受4個(gè)電子還原成水,同時(shí)釋放能量,但也有1~2%的氧接受一個(gè)電子生成O2,或再接受一個(gè)電子生成H2O2。但由于細(xì)胞內(nèi)存有超氧化物歧化酶(superoxidedismutase, SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(glrtathione peroxidase,GSH-PX)等抗氧化酶類可以及時(shí)清除它們,所以對機(jī)體并無有害影響。在病理?xiàng)l件下,由于活性氧產(chǎn)生的過多或抗氧化酶類活性下降,則可引發(fā)鏈?zhǔn)街|(zhì)過氧化反應(yīng)損傷細(xì)胞膜系并進(jìn)而使細(xì)胞死亡。

(一)細(xì)胞內(nèi)氧自由基的生成

分子氧在線粒體細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)中接受一個(gè)電子而被還原生成O2。

O2e-→O2-

這是其他活性氧產(chǎn)生的基礎(chǔ)。過氧化氫(H2O2)及羥自由基(OH·)續(xù)發(fā)于此。即氧在獲得一個(gè)電子時(shí)還原生成O2-,獲得2個(gè)電子生成H2O2,獲得3個(gè)電子生成OH·,獲得四個(gè)電子生成H2O。

H2O2既可由O2-自發(fā)歧化產(chǎn)生,也可經(jīng)酶促歧化而生成。

H2O2本身并非自由基而是一種活性氧,它與氧自由基的產(chǎn)生有密切關(guān)系(詳下文)。

OH·自由基的產(chǎn)生不僅需要O2-或H2O2,而且要有過渡金屬,如鐵的螯合物的存在。由鐵催化的Fenton型Haber-Weiss反應(yīng)可迅速形成OH·,而單純的Haber-W-eiss反應(yīng)速度很慢,很難由此形成OH·。

O2-+H2O2→O2+OH-+OH·

(Haber-Weiss反應(yīng))

Fe(Ⅲ)+O2-→fe(Ⅱ)+O2(2)

Fe(Ⅱ)H2O2→Fe(Ⅲ)+OH-+OH·。3)

也就是說,O2-使鐵還原,還原的鐵再使H2O2還原生成OH·,OH·是最活躍最強(qiáng)力的氧自由基。缺血與再灌注時(shí)氧自由基生成過多,其機(jī)制可能是:

1.黃嘌呤氧化酶的形成增多黃嘌呤氧化酶(xanthine ocidase, XO)的前身是黃嘌呤脫氫酶(xanthine dehydrogenase, XD)。這兩種酶主要存在于毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)。正常時(shí)只有10%以XO的形式存在,90%為XD。缺血時(shí)由于ATP減少,膜泵功能失靈,Ca2+進(jìn)入細(xì)胞激活Ca2+依賴性蛋白水解酶,使XD大量轉(zhuǎn)變?yōu)閄O。缺血時(shí)ATP不能用來釋放能量,而且還依次降解為ADP、AMP和次黃嘌呤,故在缺血組織內(nèi)次黃嘌呤大量堆積。再灌注時(shí),大量分子氧隨血液進(jìn)入缺血組織,黃嘌呤氧化酶在催化次黃嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤并進(jìn)而催化黃嘌吟轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩岬膬刹椒磻?yīng)中,都同時(shí)以分子氧為電子接受體,從而產(chǎn)生大量的O2-和H2O2,后者再在金屬離子參與下形成OH·。因此,再灌注時(shí)組織內(nèi)O2-、OH·等氧自由基大量增加。

2.中性粒細(xì)胞 中性粒細(xì)胞在吞噬活動(dòng)時(shí)耗氧量顯著增加,所攝取的O2絕大部分經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的NADPH氧化酶和NADH氧化酶的作用而形成氧自由基,并用以殺滅病原微生物。如氧自由基產(chǎn)生過多或機(jī)體清除氧自由基的酶系統(tǒng)活性不足或抗氧化劑不夠時(shí),中性粒細(xì)胞形成的氧自由基就可損害組織。

在再灌注時(shí),由黃嘌呤氧化酶的作用所產(chǎn)生的氧自由基起原發(fā)的、主要的作用;這些自由基作用于細(xì)胞膜后產(chǎn)生的具有趨化活性的物質(zhì)如LTB4等可吸引大量中性粒細(xì)胞到局部釋放氧自由基等物質(zhì)而進(jìn)一步損害組織。

3.線粒體 可能是由于缺氧使ATP減少,Ca2+進(jìn)入線粒體增多而使線粒體功能受損,細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào),以致進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的氧,經(jīng)單電子還原而形成的氧自由基增多而經(jīng)4價(jià)還原而形成的水減少。細(xì)胞色素氧化酶的功能失調(diào),也可能是缺氧時(shí)細(xì)胞內(nèi)氧分壓降低的結(jié)果。

4.兒茶酚胺的增加 交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)是機(jī)體在應(yīng)激時(shí)的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在各種應(yīng)激包括缺氧的條件下,此系統(tǒng)分泌大量的兒茶酚胺,兒茶酚胺一方面具有重要的代償調(diào)節(jié)作用,但過多的兒茶酚胺特別是它的氧化產(chǎn)物,往往又成為對機(jī)體的有害因素。實(shí)驗(yàn)證明,大量的異丙腎上腺素、去甲腎上腺素、腎上腺素均能引起細(xì)胞損傷。造成心肌損害的是兒茶酚胺的氧化產(chǎn)物,而非兒茶酚胺本身。兒茶酚胺氧化能產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的氧自由基。腎上腺素代謝產(chǎn)生緊上腺素紅的過程中有O2-產(chǎn)生。

(二)自由基反應(yīng)與再灌注損傷

機(jī)體在生命過程中所能遇到的自由基種類很多。因此很難概括其生物學(xué)反應(yīng)。自由基參與一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)后能形成新的自由基。因此自由基一旦形成,就成為自由基反應(yīng)擴(kuò)展程序的一部分,例如:

R·+XH→RH+H·

R·+CCl4→RCl+Cl3

另一個(gè)自由基反應(yīng)則是自由基加入到不飽和鍵中去。如脂肪酸及芳香族環(huán)的不飽和鍵。

自由基反應(yīng)既可經(jīng)自由基中間代謝產(chǎn)物不斷向前發(fā)展,又可由細(xì)胞損傷而終止。自由基反應(yīng)的擴(kuò)展可以是無限的,但又可為各種自由基清除劑(free radical scavenger)所終止。

由于自由基有極為活潑的反應(yīng)性,所以它們能和各種細(xì)胞成分(膜磷脂、蛋白、核酸)發(fā)生反應(yīng)。

(1)膜脂:是構(gòu)成膜脂質(zhì)雙層的重要結(jié)構(gòu)及功能成分,富含不飽和脂肪酸,自由基與不飽和脂肪酸作用引發(fā)脂質(zhì)過氧化(lipid peroxidation)反應(yīng)。脂質(zhì)過氧化物的形成使膜受體、膜蛋白酶和離子通道的脂質(zhì)微環(huán)境改變,從而改變它們功能,由于脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的增強(qiáng),細(xì)胞膜內(nèi)多價(jià)不飽和脂肪酸減少,生物膜不飽和脂肪酸/蛋白質(zhì)比例失常,膜的液態(tài)性、流動(dòng)性改變,通透性增強(qiáng)。含雙鍵脂肪酸過氧化可生成丙二醛,它的產(chǎn)生與脂質(zhì)過氧化相平行,因而測定丙二醛含量可代表脂質(zhì)過氧化物的濃度。丙二醛能使膜成分之間形成交聯(lián)和聚合(polymerization),使膜的基本特性如變構(gòu)、離子傳遞、酶活性等發(fā)生改變(圖11-3)。

圖11-3 自由基對膜的損傷

自由基可通過誘致過氧化而影響脂質(zhì),從而產(chǎn)生短鏈脂酰衍化物和副產(chǎn)物丙二醛。丙二醛反應(yīng)可介導(dǎo)各種交聯(lián)反應(yīng)。自由基也能催化氨基酸氧化、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)和蛋白質(zhì)鏈的斷裂

(2)蛋白質(zhì):在自由基的作用下,胞漿及膜蛋白及某些酶可交聯(lián)成二聚體或更大的聚合物。這種交聯(lián)既可借助于蛋白質(zhì)之間的二硫鍵形成也可由于自由基損傷的氨基酸殘基間的反應(yīng)形成。蛋白質(zhì)的交聯(lián)將使其失去活性,結(jié)構(gòu)改變。

(3)核酸:自由基對細(xì)胞的毒性作用主要表現(xiàn)為染色體畸變,核酸堿基改變或DNA斷裂。80%是OH·的作用。OH·易與脫氧核糖及鹼基反應(yīng)并使其改變。

(三)細(xì)胞對自由基損傷的防護(hù)

自由基的產(chǎn)生既然是有機(jī)體在正;虿±?xiàng)l件下的常見現(xiàn)象,因此在進(jìn)化過程中也就形成了一系列對抗自由基,防止其損傷的系統(tǒng)。這種生化學(xué)防護(hù)系統(tǒng)主要有兩大類:低分子自由基清除劑及復(fù)合酶系統(tǒng)。

1.低分子清除劑 存在于細(xì)胞脂質(zhì)部分的自由基清除劑有維生素E(α-生育酚)和維生素A(β-蘿卜素);存在于細(xì)胞內(nèi)外水相中的自由基清除劑有半胱氨酸抗壞血酸和谷胱甘肽等,它們能提供電子使自由基還原,故有重要的防護(hù)作用。www.med126.com例如維生素E(生育酚)能還原O2-、單線態(tài)氧(1O2)、過氧化脂質(zhì)自由基等;抗壞血酸具有相同作用而且能協(xié)助生育酚維持其具有活性的還原狀態(tài)。β-胡蘿卜素是單線態(tài)氧(1O2)的有效清除劑并能抑制脂質(zhì)過氧化。

胞漿中的還原型谷胱甘肽(GSH)與還原型輔酶Ⅱ(NADPH)在某些酶如過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等的協(xié)同作用下,能還原H2O2、過氧化脂質(zhì)、二硫化物及某些自由基。

2.酶性清除劑 細(xì)胞內(nèi)有二種酶可以清除H2O2,即過氧化氫酶和過氧化物酶。如所周知H2O2是OH·自由基的前身,上述兩酶可使H2O2濃度降低,從而避免高毒性O(shè)H·的產(chǎn)生。這兩個(gè)酶的細(xì)胞內(nèi)分布,尚不清楚。

細(xì)胞內(nèi)具有清除劑作用的另一個(gè)重要酶是超氧化物歧化酶(SOD)。它是一種金屬蛋白,可以歧化O2-生成H2O2。哺乳類細(xì)胞含有兩種SOD。其一是位于胞漿中的CuZn 超氧化物歧化酶,另一是位于線粒體中的Mn超氧化物歧化酶。SOD作用的重要意義,在于清除H2O2及OH·的前身O2-,從而保護(hù)細(xì)胞不受強(qiáng)毒性氧自由基的損傷。

清除劑的濃度及活性下降必將引起自由基所致之細(xì)胞損傷。

(四)自由基在缺血再灌注損傷機(jī)制中的地位

缺血/再灌注損傷機(jī)制中的各種學(xué)說,無一不與自由基的作用有關(guān)。

1.缺血/再灌注時(shí)脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)(自由基引發(fā)),組織及血漿中脂質(zhì)過氧化物顯著增高,超威結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損。給予抗氧化劑如:維生素E、硒(谷胱甘肽過氧化物酶輔基所含金屬)及SOD能顯著減輕缺血/再灌注損傷。

2.細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化改變膜酶、離子通道的脂質(zhì)微環(huán)境,從而使膜通透性增高,細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流。膜上Na+-K+-ATP酶失活,可使細(xì)胞內(nèi)Na+升高,Na+-Ca2+交換增強(qiáng)。而使細(xì)胞內(nèi)鈣超載。

3.線粒體膜富有磷脂,缺血/再灌注時(shí)自由基引發(fā)的線粒體膜脂質(zhì)過氧化或細(xì)胞內(nèi)形成脂質(zhì)過氧化物作用于線粒體膜,使膜的液態(tài)及流動(dòng)性改變,從而導(dǎo)致線粒體功能障礙,高能磷酸化物產(chǎn)生減少,自由基產(chǎn)生增多。細(xì)胞喪失能量貯備。依靠能量的質(zhì)膜及肌漿網(wǎng)膜鈣泵,由于能量不足不能將肌漿中過多的Ca2+泵出或吸收入肌漿網(wǎng),致使肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加,加上由細(xì)胞外來的Ca2+終于造成細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載,成為細(xì)胞致死原因。

4.自由基引發(fā)的脂質(zhì)過氧化造成細(xì)胞成分間的交聯(lián)(脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)、蛋白-蛋白交聯(lián)、脂質(zhì)-蛋白交聯(lián)、蛋白-膠原交聯(lián)),使整個(gè)細(xì)胞喪失功能。

5.缺血/再灌注時(shí),微粒體及質(zhì)膜上的脂加氧酶(lipoxygenase)及環(huán)加氧酶(cyclooxygenase)激活,催化花生四烯酸代謝,在加強(qiáng)自由基產(chǎn)生及脂質(zhì)過氧化的同時(shí)形成具有高度生物活性的物質(zhì),如前列腺素、血栓素等。很多實(shí)驗(yàn)證明,缺血特別是再灌注時(shí)血栓素形成增加,前列環(huán)素形成減少,因而造成微循環(huán)障礙,出現(xiàn)無復(fù)流現(xiàn)象。

總之,自由基即使不是缺血/再灌注損傷的唯一發(fā)病學(xué)因素,至少也是甚為重要的環(huán)節(jié)。

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