|
損傷保護(hù)作用機(jī)制的研究進(jìn)展
損傷保護(hù)作用機(jī)制的研究進(jìn)展 近年來(lái),隨著臨床上溶栓療法、導(dǎo)管技術(shù)、動(dòng)脈搭橋術(shù)、心臟復(fù)蘇、心臟外科體外循環(huán)、斷肢再植和器官移植等方法的建立和推廣應(yīng)用,使許多組織器官缺血后得到血液再灌注。缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury.IRI)指的是缺血后的再灌注不僅不能使組織器官功能恢復(fù),反而加重組織器官的功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷。探索缺血再灌注損傷的特點(diǎn)、規(guī)律和發(fā)生機(jī)制,已成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)。以異氟醚為代表的揮發(fā)性吸入麻醉藥對(duì)于許多器官的缺血再灌注損傷具有細(xì)胞水平的多臟器保護(hù)效應(yīng),其保護(hù)作用機(jī)制尚不完全清楚,但到現(xiàn)今為止國(guó)內(nèi)外所進(jìn)行的許多研究都充分地顯示了該類(lèi)藥物具有明顯的多臟器保護(hù)作用,現(xiàn)將其保護(hù)機(jī)制綜述如下:
1 心肌保護(hù)作用機(jī)制
1. 1 激活線(xiàn)粒體ATP敏感性鉀通道(KATP)
線(xiàn)粒體ATP 敏感性鉀離子通道(KATP)普遍存在于心肌和冠脈血管,在保護(hù)心肌缺血再灌注損傷中起著重要作用。異氟醚可以通過(guò)作用于心肌細(xì)胞膜上的腺苷A1受體,激活A(yù)TP敏感性鉀通道[1]。異氟醚也可以直接激活KATP通道,而不依賴(lài)于腺昔、蛋白激酶C、酪氨酸激酶、p38 絲裂原活化蛋白激酶等[2]。KATP通道開(kāi)放,K+外流,減弱細(xì)胞膜的去極化,縮短心肌動(dòng)作電位時(shí)程((APD),從而降低電壓門(mén)控通道Ca2+內(nèi)流的持續(xù)時(shí)間,使Ca2+內(nèi)流減少,增加Na+- Ca2+ 交換時(shí)間,使Ca2+外流增加,細(xì)胞內(nèi)Ca2+下降,最終導(dǎo)致平滑肌舒張,冠脈血流量增加。異氟醚的心肌保護(hù)作用可以被選擇性KATP通道抑止劑磺脲類(lèi)藥物所抑制[3]。
1. 2 激活腺苷A1受體
腺苷在心臟缺血再灌注損傷保護(hù)中起重要作用,能降低氧衍生的自由基形成,抑制白細(xì)胞粘附到血管內(nèi)皮,刺激糖分解,改善缺血期間的能量平衡,抑制L型Ca2+通道的Ca2+內(nèi)流,從而減輕心肌損害。此外,腺昔A1 受體與心室肌及冠脈血管KATP 通道相偶聯(lián),腺苷受體激活可使KATP通道開(kāi)放[1]。用高選擇性腺苷A1受體阻斷劑DPCPX(一種黃嘌呤衍生物)能減弱異氟烷等吸入麻醉藥的心臟保護(hù)效應(yīng),表明吸入麻醉藥通過(guò)激活腺苷受體介導(dǎo)心臟保護(hù)作用[4]。
1. 3 激活蛋白激酶C-ε
蛋白激酶C (PKC)是細(xì)胞內(nèi)一類(lèi)重要的激酶,能使有關(guān)蛋白磷酸化。PKC能通過(guò)降低通道對(duì)細(xì)胞內(nèi)ATP 的敏感性而激活,除腺昔受體外,還有其他很多心臟受體(如M、α、β 等)的興奮均可使PKC 激活。PKC 有很多同工酶,其中PKC-ε在異氟醚預(yù)處理保護(hù)心肌缺血再灌注損傷中發(fā)揮很重要的作用。PKC-ε有可能在受體與線(xiàn)粒體ATP 敏感性鉀通道(KATP)通道之間起橋梁作用,從而調(diào)節(jié)異氟醚與KATP通道的作用,使KATP通道開(kāi)放,而PKC-δ的上述作用很弱[5]。PKC- ε、PKC-δ和Src PTK(酪氨酸蛋白激酶)的活化可以間接調(diào)節(jié)異氟醚的預(yù)處理,而KATP通道的開(kāi)放和活性氧蔟的產(chǎn)生則是它們作用的下游靶點(diǎn)[6]。
1. 4 減輕細(xì)胞Ca2+超載
揮發(fā)性麻醉藥具有阻斷電壓門(mén)控性Ca2+通道的作用,還可以刺激肌漿網(wǎng)對(duì)Ca2+的攝取。異氟醚等揮發(fā)性麻醉藥可減少電壓門(mén)控通道的Ca2+內(nèi)流,降低胞質(zhì)的Ca2+濃度。同時(shí)還抑制 Na+-Ca2+交換,降低興奮期Ca2+內(nèi)流和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放。此外,異氟醚還通過(guò)前述的激活腺昔 A1受體和KATP通道而降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載,產(chǎn)生心臟保護(hù)作用。
1. 5 減少心肌再灌注期的自由基產(chǎn)生
心肌再灌注期黃嘌呤氧化酶的形成增多,中性粒細(xì)胞被激活,通過(guò)吞噬細(xì)胞的呼吸爆發(fā),氧耗量顯著增加,線(xiàn)粒體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)減少和活性降低,兒茶酚氨分泌增加,這些因素都使具有細(xì)胞毒性的氧自由基生成增加。大量的氧自由基可以導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng),引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載,引起DNA斷裂和染色體畸變,促進(jìn)蛋白質(zhì)變性和酶活性降低,誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)產(chǎn)生,導(dǎo)致心肌損害增加。異氟醚明顯抑制再灌注后心肌SOD 活力的下降,間接減輕了氧自由基對(duì)心肌組織的損害,從而進(jìn)一步保護(hù)了線(xiàn)粒體的氧化磷酸化,減輕再灌注損傷。
1. 6 增強(qiáng)NO的防御作用
NO與活性氧中O2-快速反應(yīng)生成過(guò)氧亞硝基(ONOO-)而滅活,而ONOO-進(jìn)一步分解成羥自由基和NO2。在正常情況下內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生NO大大超過(guò)O2-,結(jié)果NO呈現(xiàn)有利的生理作用,包括抑制血小板聚集、抑制中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮黏附、血管舒張和抑制微血管通透性。但在缺血和再灌注后,由于O2-的過(guò)量產(chǎn)生和NO的生成受到抑制,從而的O2-形成超過(guò)NO,于是NO的許多防御作用喪失。異氟醚等揮發(fā)性全麻藥誘導(dǎo)的藥物預(yù)處理通過(guò)NO介導(dǎo),并能增強(qiáng)NO的防御作用。在Smul TM 等人的研究中,地氟醚誘導(dǎo)的預(yù)處理能顯著降低缺血再灌注模型中兔的心肌梗死面積,并且這個(gè)保護(hù)效應(yīng)效應(yīng)能被選擇性一氧化氮合酶(NOS)抑制劑L-亮氨酰-β-奈酰胺(L-NA)所阻斷,因此,NO介導(dǎo)了地氟醚誘導(dǎo)的預(yù)處理作用[7]。同樣,NO還參與了異氟醚的后處理(PCD)作用,依賴(lài)NO的異氟醚的后處理顯著降低了缺血再灌注模型中兔的心肌梗死面積[8]。
1. 7 促進(jìn)心肌ATP含量的恢復(fù)
缺血再灌注時(shí)缺血心肌對(duì)氧的利用能力受限,有氧代謝嚴(yán)重受損,ATP合成的前身物質(zhì)(腺苷、肌苷、次黃嘌呤等)在再灌注時(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),線(xiàn)粒體膜發(fā)生氧自由基誘發(fā)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)使線(xiàn)粒體受損,這些因素都促使ATP 生成量不足或耗竭,嚴(yán)重影響ATP酶功能的發(fā)揮。異氟醚等揮發(fā)性麻醉藥能促進(jìn)心肌ATP含量的恢復(fù),從而起到心肌保護(hù)作用。
1. 8 細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(Erk)的作用
細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1和2(Erk1/2)是一種促細(xì)胞分裂蛋白激酶,它在異氟醚心臟保護(hù)中的作用是近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。有研究認(rèn)為Erk1/2直接觸發(fā)了異氟醚預(yù)處理的心肌保護(hù)作用,同時(shí)伴隨著大鼠體內(nèi)低氧誘導(dǎo)因子1-α 和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá),并且其保護(hù)作用被特異的 Erk1/2抑制劑PD098059所阻斷[9]。Krolicowski JG等人認(rèn)為再灌注期異氟醚抗心肌梗死的保護(hù)作用由Erk1/2 、70-KDA的核糖體蛋白s6激酶(p70s6K)和內(nèi)皮NOS(eNOS)介導(dǎo)[10]。Erk1/2 和PKC-ε在大鼠缺血再灌注模型中都是以時(shí)間依從性的方式活化,但Erk1/2 的激活不依賴(lài)于 PKC-ε,而PKC-ε的激活則要依賴(lài)于Erk1/2 [11]。
1. 9 血流動(dòng)力學(xué)作用
以異氟醚為代表的揮發(fā)性麻醉藥可以減慢心率,降低心率與收縮壓的乘積,從而降低心肌氧耗,擴(kuò)張冠狀血管,降低冠脈阻力,增加冠脈血流量等。心肌無(wú)復(fù)流現(xiàn)象是心肌缺血再灌注損傷的一個(gè)重要特征,其發(fā)生機(jī)制與心肌細(xì)胞腫脹、血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹、心肌細(xì)胞的收縮、微血管痙攣和堵塞有關(guān),異氟醚降低再灌注期冠脈阻力,冠脈流量增加,通過(guò)一氧化氮依賴(lài)性的方式,舒張遠(yuǎn)端小冠狀動(dòng)脈,因此可以在一定程度上減輕心肌無(wú)復(fù)流現(xiàn)象。
2 腦保護(hù)作用機(jī)制
2. 1 拮抗谷氨酸的興奮性毒性
谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì),腦缺氧或缺血的過(guò)程中,谷氨酸在腦內(nèi)聚積,通過(guò)N-甲基-D 天冬氨酸(NMDA)亞型谷氨酸受體,引起Ca2+內(nèi)流,產(chǎn)生Ca2+介導(dǎo)的損害和細(xì)胞死亡。異氟醚可通過(guò)延緩缺血期間 ATP的消耗,以維持離子穩(wěn)態(tài),保持細(xì)胞的離子和電梯度,從而維持谷氨酸再攝取系統(tǒng)的功能,減少谷氨酸的聚集。此外,還可抑制突觸的Ca2+通道,或其它突觸前過(guò)程,減少去極化誘發(fā)突觸釋放谷氨酸。有研究證明異氟醚預(yù)處理可以減輕過(guò)度刺激谷氨酸受體誘發(fā)的神經(jīng)損傷[12],這種作用可能PKC和誘生型NOS(iNOS)介導(dǎo)的[13-14]。
2. 2 降低梗死周?chē)鷧^(qū)域的去極化
缺血期間,缺血邊緣區(qū)域發(fā)生去極化樣抑制擴(kuò)散,這些短暫的去極化,增加Na+、Ca2+內(nèi)流和K+外流。缺血期間能量供給嚴(yán)重耗竭,細(xì)胞不能重新建立離子穩(wěn)態(tài),導(dǎo)致細(xì)胞壞死。吸入麻醉藥異氟醚等可增加NMDA 介導(dǎo)的去極化樣抑制擴(kuò)散的閾值,降低NMDA 誘發(fā)去極化時(shí)的電流幅度。此外,還阻滯去極化經(jīng)皮質(zhì)神經(jīng)元之間的縫隙連接的擴(kuò)散。
2. 3 直接抑制Ca2+細(xì)胞內(nèi)流
細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載是神經(jīng)細(xì)胞死亡的重要機(jī)制之一。吸入麻醉藥異氟醚等可通過(guò)電壓門(mén)控的 Ca2+通道,抑制Ca2+內(nèi)流,突觸Ca2+內(nèi)流的抑制,又可減少Ca2+內(nèi)流誘發(fā)的谷氨酸的釋放。
2. 4 p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)的作用
絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)屬于比較古老的信號(hào)分子并控制著一系列的生理過(guò)程,影響基因表達(dá)、有絲分裂、新陳代謝和細(xì)胞死亡[15]。在缺血和藥物預(yù)處理中,p38MAPK的活化起著很重要的作用。Zheng S 等人的研究表明,p38MAPK在大鼠缺血再灌注模型中介導(dǎo)了異氟醚預(yù)處理對(duì)大鼠神經(jīng)元的保護(hù)作用,這種保護(hù)作用被特異性的p38MAPK抑制劑所阻斷[16]。
2. 5 激活A(yù)TP敏感性鉀通道(KATP)
最近的研究顯示,異氟醚預(yù)處理對(duì)腦缺血再灌注損傷的保護(hù)作用與ATP敏感性鉀通道(KATP)有關(guān),異氟醚通過(guò)激活KATP 通道產(chǎn)生腦保護(hù)作用,并且這一作用可被選擇性KATP 通道抑制劑格列本脲(GLB)所阻斷[17]。然而腦組織中被激活的KATP 通道是定位于神經(jīng)細(xì)胞膜還是線(xiàn)粒體膜,異氟醚是否通過(guò)腺苷A1受體和PKC介導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)作用,目前還不清楚。
3 肝保護(hù)作用機(jī)制
3. 1 減少細(xì)胞外氧應(yīng)激產(chǎn)生O2- 肝臟缺血再灌注損傷的過(guò)程中氧自由基(O2-等)的產(chǎn)生是介導(dǎo)肝細(xì)胞損傷的主要因素之一,由于肝細(xì)胞具有強(qiáng)有力的抗氧化系統(tǒng)[18-19],所以無(wú)論離體或在體模型中肝細(xì)胞均具有極強(qiáng)的耐受細(xì)胞內(nèi)氧應(yīng)激的能力,利用離體灌流肝實(shí)驗(yàn)證明:來(lái)源于肝臟Kupffer 細(xì)胞的細(xì)胞外氧應(yīng)激是導(dǎo)致再灌注初期血管和肝細(xì)胞損傷的主因。異氟醚可抑制肝臟復(fù)氧后O2-產(chǎn)生,通過(guò)減少細(xì)胞外氧應(yīng)激保護(hù)了肝細(xì)胞活性[20]。
3. 2 對(duì)肝細(xì)胞的能量保護(hù)作用
能量供應(yīng)是肝細(xì)胞維持一切活動(dòng)的基礎(chǔ),如ATP 供能不足,各種離子泵的功能不能維持,導(dǎo)致肝細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)失衡。在缺氧肝細(xì)胞中,能量的唯一來(lái)源是無(wú)氧糖酵解產(chǎn)能,雖然糖酵解效率很低,但離體實(shí)驗(yàn)已證明,糖酵解所產(chǎn)生的有限的ATP 在維持缺氧肝細(xì)胞功能和活力方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用[21]。肝細(xì)胞缺氧30 分鐘復(fù)氧可完全恢復(fù)能量平衡,而缺氧90 分鐘則造成不可逆的能量失衡,盡管復(fù)氧后能荷有所提高,但終要受到總腺苷酸不變局限,異氟醚可提高缺氧90分鐘及復(fù)氧肝細(xì)胞的總腺苷酸和能荷,說(shuō)明異氟醚對(duì)不可逆缺氧和復(fù)氧的能量失衡仍有重要的保護(hù)作用[22]。
3. 3 減輕細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載
Ca2+超載在肝臟缺血再灌注損害中具有重要作用,異氟醚可直接阻滯電壓門(mén)控的Ca2+通道,己證實(shí)鈣離子通道阻滯劑對(duì)肝缺血再灌注損害有保護(hù)作用。異氟醚通過(guò)直接抑制電壓門(mén)控通道的Ca2+內(nèi)流,抑制肌漿網(wǎng)的Ca2+釋放并增加對(duì)其的攝取,減輕肝細(xì)胞的Ca2+超載。
4 腎保護(hù)作用機(jī)制
4. 1 抑制MAPK家族成員JNK和ERK p38MAPK、c-jun氨基端激酶(JNK)和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)都是絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族成員。有研究顯示在腎的缺血再灌注損傷過(guò)程中MAPK 家族被激活,p38MAPK、 JNK和ERK活化的程度直接決定缺血再灌注后腎細(xì)胞的損傷程度[23-25]。在大鼠腎缺血再灌注損傷模型中異氟醚預(yù)處理可以抑制JNK和ERK 的活化,但是不能抑制p38MAPK,因此JNK和ERK 參與了異氟醚預(yù)處理對(duì)大鼠腎的保護(hù)作用[26]。
4. 2 誘導(dǎo)胞質(zhì)膜改變
在體內(nèi)或體外,異氟醚等吸入麻醉藥加強(qiáng)鞘磷脂的水解,增加酰基鞘氨醇的濃度,而�；拾贝际且环N重要的與多種形式腎損害有關(guān)的信息分子,可減輕花生四烯酸和鐵離子誘發(fā)的腎毒性。此外,異氟醚對(duì)膜磷脂酶活性的作用可調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)損害刺激的易感性,也可產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。
4. 3 低濃度無(wú)機(jī)F-的保護(hù)作用
異氟醚體內(nèi)代謝產(chǎn)生的無(wú)機(jī)F-,高濃度可引起近端腎小管壞死,但亞毒性濃度具有細(xì)胞保護(hù)效應(yīng),這種保護(hù)效應(yīng)與肌肉壞死、溶血、急性腎血紅素超負(fù)荷或血壓等因素?zé)o關(guān),是一種直接的腎臟細(xì)胞水平的保護(hù)作用。
5 肺保護(hù)作用機(jī)制
5. 1 減少氧自由基的產(chǎn)生
肺缺血再灌注損傷的機(jī)制尚未闡明,但大量的研究表明氧自由基的產(chǎn)生增多是其重要的致傷因素[27],異氟醚可能通過(guò)減少再灌注時(shí)氧自由基的產(chǎn)生,減輕了脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng),從而對(duì)缺血再灌注損傷的肺組織產(chǎn)生一定的保護(hù)作用[28]。
5. 2 減輕中性粒細(xì)胞的聚集
中性粒細(xì)胞(PMN)的激活和浸潤(rùn)是導(dǎo)致肺缺血再灌注損傷的關(guān)鍵因素[29]。激活、聚集的PMN通過(guò)呼吸爆發(fā)和脫顆粒作用釋放大量的氧自由基和蛋白水解酶,損傷肺血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺上皮細(xì)胞引起肺損傷。異氟醚預(yù)處理可以減輕缺血再灌注損傷時(shí)肺組織中PMN 的聚集,從而減輕 PMN的損傷作用[28]。
5. 3 抑制NF-κB的活化
核因子κB(NF-κB)作為一種廣泛存在的誘導(dǎo)性核轉(zhuǎn)錄因子,其在缺血再灌注損傷中的作用是近年來(lái)缺血再灌注損傷機(jī)制研究的重要進(jìn)展,活化的NF-κB可啟動(dòng)和調(diào)節(jié)眾多與免疫和炎癥反應(yīng)有關(guān)的細(xì)胞因子及黏附分子等炎性介質(zhì)的基因表達(dá),而抑制NF-κB的活性,則可降低炎性介質(zhì)的轉(zhuǎn)錄,減輕PMN的聚集,對(duì)再灌注損傷的組織產(chǎn)生保護(hù)作用[30]。異氟醚通過(guò)抑制NF- κB的活化,降低肺組織趨化因子CINCmRNA表達(dá)上調(diào),減少肺內(nèi)PMN浸潤(rùn),對(duì)缺血再灌注損傷的肺組織產(chǎn)生保護(hù)作用[31]。
6 脊髓保護(hù)作用機(jī)制
異氟醚預(yù)處理的脊髓保護(hù)機(jī)制與腦保護(hù)機(jī)制相似,有研究認(rèn)為線(xiàn)粒體ATP 敏感性鉀通道(KATP)參與了異氟醚的脊髓保護(hù)作用[32],也有研究認(rèn)為自由基的產(chǎn)生與異氟醚的延遲預(yù)處理對(duì)脊髓的保護(hù)作用有關(guān)[33]。
展 望
可以肯定的是,對(duì)于以異氟醚為代表的揮發(fā)性吸入麻醉藥的臟器保護(hù)作用,已經(jīng)被很多的研究所證實(shí),其保護(hù)作用機(jī)制也已經(jīng)部分地揭示出來(lái),但是,異氟醚對(duì)于器官缺血再灌注損傷保護(hù)作用的分子信號(hào)傳導(dǎo)通路還處于研究的起始階段,相信今后在這一方面的研究會(huì)繼續(xù)成為熱門(mén),并希望今后的研究成果能真正地揭示揮發(fā)性吸入麻醉藥臟器保護(hù)作用的分子機(jī)制,為臨床手術(shù)選擇合適理想的麻醉藥物提供理論依據(jù)。
|