一氧化氮與深低溫停循環(huán)后神經(jīng)系統(tǒng)缺血再灌注損傷

1、一氧化氮與深低溫停循環(huán)后神經(jīng)系統(tǒng)缺血再灌注損傷 06-05-18 16:11:00 作者：管玉龍董培青編輯：studa9ngns關(guān)鍵詞：深低溫停循環(huán)(DHCA)一氧化氮(NO)神經(jīng)系統(tǒng) 1967年Hikasa等首次提出體外循環(huán)深低溫停循環(huán)(DHCA)技術(shù)并由Okamoto等應(yīng)用于嬰幼兒先天性心臟病，1975年Griepp1應(yīng)用于成人大血管手術(shù)以來(lái)，大大提高了心臟及大血管手術(shù)的成功率，但單純停循環(huán)超過(guò)60分鐘，術(shù)后易出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)的并發(fā)癥。并發(fā)癥的發(fā)生主要與DHCA腦缺血及再灌注損傷有關(guān)，其中谷氨酸的興奮性神經(jīng)毒性為造成損傷的重要原因，谷氨酸作用于N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體，導(dǎo)致大量C

2、a2+內(nèi)流，激活NO合酶，NO的合成增加，因而NO在神經(jīng)系統(tǒng)缺血再灌注損傷的作用逐漸受到重視。 一、NO的特性 1.NO的生化和生理特性NO在體內(nèi)的生理作用非常廣泛，對(duì)血液循環(huán)系統(tǒng)的正常功能起重要的調(diào)節(jié)作用，包括：(1)調(diào)節(jié)血管張力。血管內(nèi)皮細(xì)胞在基礎(chǔ)狀態(tài)下可持續(xù)釋放NO，以維持一種基礎(chǔ)的血管張力；(2)調(diào)節(jié)血壓。Witte等2證實(shí)，NO/cGMP系統(tǒng)參與大鼠正常血壓節(jié)律性波動(dòng)的調(diào)節(jié)。高劑量NOS抑制劑L-NAME(30mg/kg體重)使大鼠呈現(xiàn)相反的血壓波動(dòng)節(jié)律；(3)調(diào)節(jié)器官血流量。在整體動(dòng)物，NOS抑制劑體循環(huán)給藥?？梢鸸跔钛苁湛s；(4)抑制血細(xì)胞粘附于內(nèi)皮。內(nèi)皮產(chǎn)生的NO可抑制多種

3、血液成分如血小板、淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞粘附于血管內(nèi)皮細(xì)胞；(5)抑制血管內(nèi)皮下細(xì)胞增殖。內(nèi)皮釋放的NO在體內(nèi)還有抗血管壁細(xì)胞增殖的作用。有研究證實(shí)，慢性抑制內(nèi)源性NO合成會(huì)導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈及主動(dòng)脈發(fā)生明顯的增殖反應(yīng)，血管壁增厚，血管腔變狹窄3；(6)抑制血小板聚集。Shahbazi等5研究了NO供體S-亞硝基-乙酰青霉胺(SNAP)、硝普鈉(SNP)、S-亞硝基谷胱甘肽(GSNO)對(duì)血小板在覆蓋有纖維蛋白原表面的蔓延的影響，發(fā)現(xiàn)這些NO供體對(duì)血小板的蔓延有抑制作用，且其抑制作用的能力為SNAPSNPGSNO，這種抑制作用可被氧合血紅蛋白所逆轉(zhuǎn)4。 2.NO的細(xì)胞毒性NO除對(duì)機(jī)體有益作用的

4、一面外，又有相反的作用，其本身就是一種自由基性質(zhì)的物質(zhì)，產(chǎn)生過(guò)多的NO本身及其反應(yīng)產(chǎn)物具有細(xì)胞毒性。包括：(1)作用于巰基，使甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)的腺苷二磷酸-核糖基化，失活谷胱甘肽過(guò)氧化物酶5；(2)作用于金屬，如：作用鐵-硫基團(tuán)，抑制線(xiàn)粒體和細(xì)胞質(zhì)中的順烏頭酸酶、線(xiàn)粒體呼吸鏈中的NADPH-氫醌氧化還原酶(線(xiàn)粒體復(fù)合物)、琥珀酸-氫醌氧化還原酶(線(xiàn)粒體復(fù)合物)，干擾能量代謝和DNA合成6；作用于鋅-硫基團(tuán)，使金屬硫團(tuán)的半胱氨酸巰基亞硝基化，NO使酵母轉(zhuǎn)錄因子LAC9的DNA結(jié)合特性受到抑制7；(3)NO與超氧陰離子反應(yīng)生成的ONOO-可使超氧化物歧化酶(SOD)的酪氨酸硝基

5、化，從而易化缺血后細(xì)胞潰變，使高劑量的SOD喪失保護(hù)作用8；(4)NO除可抑制DNA合成外，還可通過(guò)多種機(jī)制損傷DNA，包括：DNA堿基脫氨基；DNA氧化；亞硝胺生成增加；抑制DNA修復(fù)酶O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤-甲基轉(zhuǎn)移酶，抑制DNA損傷的修復(fù)等9。 二、NO與腦缺血損傷 DHCA超過(guò)一定時(shí)間后，產(chǎn)生腦缺血損傷。有關(guān)腦缺血損傷產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞壞死的機(jī)制主要有兩種學(xué)說(shuō)：(1)能量耗竭學(xué)說(shuō)；(2)興奮性氨基酸毒性學(xué)說(shuō)。首先，缺血造成細(xì)胞內(nèi)缺氧，線(xiàn)粒體的電子鏈不能進(jìn)行正常的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生ATP來(lái)維持耗能反應(yīng)及跨膜離子梯度，造成細(xì)胞內(nèi)能量?jī)?chǔ)備下降，無(wú)氧糖酵解增加，細(xì)胞內(nèi)酸中毒及細(xì)胞水腫。而興奮性氨基酸的神經(jīng)細(xì)

6、胞毒性學(xué)說(shuō)是由Lucus、Newhouse及Olney等人根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察所提出的10,11。腦缺血刺激軸突末端釋放興奮性氨基酸谷氨酸，谷氨酸的大量釋放主要激活細(xì)胞表面的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體，導(dǎo)致大量Ca2+內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，引起一系列的級(jí)聯(lián)生化反應(yīng)導(dǎo)致神經(jīng)元的死亡。NO則介導(dǎo)了谷氨酸的神經(jīng)毒性過(guò)程。大量Ca2+內(nèi)流時(shí)激活NOS，NO的合成增加。NO作為一種自由基，可與其它自由基生成更強(qiáng)的自由基，如羥自由基；失活糖酵解酶，如3-磷酸甘油醛脫氫酶，抑制線(xiàn)粒體電子傳遞鏈及Krebs循環(huán)酶順烏頭酸酶，抑制線(xiàn)粒體氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。實(shí)驗(yàn)證明，Ca2+離子載體A23187引起的神

7、經(jīng)毒性可被NOS抑制劑L-NNA、血紅蛋白及去除NO的前體L-Arg所阻斷。Ca2+拮抗劑HA1077可保護(hù)缺氧狀態(tài)下的培養(yǎng)海馬神經(jīng)元。但當(dāng)神經(jīng)元暴露于NO之下，HA1077則失去保護(hù)作用，而且HA1077與NOS抑制劑合用或單用效果相似，提示Ca2+是腦缺血損傷中的起始信使，最終是NO導(dǎo)致神經(jīng)元的壞死。Tominage等人用雄性Sprague-Dawley大鼠進(jìn)行前腦缺血實(shí)驗(yàn)，使用核磁共振檢測(cè)到前腦內(nèi)NO的產(chǎn)生12；Robert等人的實(shí)驗(yàn)證實(shí)使用低劑量的NOS抑制劑L-NAME(0.1mg/kg1mg/kg)可以明顯減輕反復(fù)局部腦缺血造成的酸中毒13。Bolanos等在新生大鼠的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，缺

8、氧5分鐘明顯抑制腦細(xì)胞線(xiàn)粒體復(fù)合物-的活性(25%)，同時(shí)伴有ATP的降解(54%)，硝酸鹽、亞硝酸鹽的濃度增加至1.4倍，說(shuō)明NO的合成增加，而在母體給予L-NAME抑制新生鼠腦內(nèi)NOS活性，使CGMP濃度下降23%，則新生鼠可安全耐受同樣條件的缺氧導(dǎo)致的腦線(xiàn)粒體復(fù)合物-的破壞。實(shí)驗(yàn)證實(shí)NO介導(dǎo)了宮內(nèi)缺氧導(dǎo)致的新生鼠腦線(xiàn)粒體功能障礙14。 三、NO與深低溫停循環(huán)后腦缺血再灌注損傷 DHCA為心臟及大血管手術(shù)提供了清晰無(wú)血安全的術(shù)野而為心血管外科所采用。但臨床研究證實(shí)在DHCA超過(guò)60分鐘后易發(fā)生中風(fēng)、識(shí)別障礙等神經(jīng)系統(tǒng)的并發(fā)癥，嬰幼兒易發(fā)生智力發(fā)育異常。導(dǎo)致DHCA后神經(jīng)元壞死的確切機(jī)制還不

9、十分了解。一些文獻(xiàn)報(bào)道腦內(nèi)異常的NO濃度可能對(duì)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生影響。Malcolm等15人的犬動(dòng)物實(shí)驗(yàn)首先證實(shí)基底節(jié)區(qū)的NOS活性在停循環(huán)后即開(kāi)始上升并持續(xù)至再灌注后，且NOS活性為Ca2+依賴(lài)性的，這種NOS活性的增高可被L-NAME所抑制，而且通過(guò)單克隆抗體證實(shí)NOS為nNOS型，而非iNOS和eNOS型。這種增高的NOS活性在3天后恢復(fù)至基礎(chǔ)水平。有關(guān)NO在DHCA后腦再灌注損傷的作用有兩種爭(zhēng)論意見(jiàn)。Steven等16人報(bào)道DHCA60分鐘后給予L-NAME明顯降低大腦半球腦血流量，而給予L-Arg則明顯增加腦血流量，提高大腦氧代謝率，因而認(rèn)為刺激NO的合成有利于DHCA后腦血流和氧代謝的恢

10、復(fù)。而Hiramastsu等17人體外循環(huán)前分別給予L-NAMA、L-Arg及L-NAMA+L-Arg并對(duì)DHCA60分鐘后腦代謝的恢復(fù)情況進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，L-NAME明顯增加腦血管阻力，降低高能磷酸鍵、pH和細(xì)胞色素aa3氧化態(tài)的恢復(fù)，而L-Arg則與L-NAME的作用相反。因此，認(rèn)為L(zhǎng)-NAME對(duì)腦代謝的恢復(fù)是不利的，而L-Arg則有利于腦代謝的恢復(fù)。另一種意見(jiàn)則相反,Remond等18人在研究發(fā)現(xiàn)谷氨酸的興奮性神經(jīng)毒性在HCA引起的腦損傷中起重要作用，且HCA激活nNOS的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)在DHCA的動(dòng)物給予nNOS抑制劑7-硝基吲哚，明顯抑制DHCA所引起的腦細(xì)胞凋亡，證實(shí)NO介導(dǎo)了神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，DHCA中的腦保護(hù)措施應(yīng)包括抑制腦內(nèi)NOS的活性19。Segawa等20人的實(shí)驗(yàn)則進(jìn)一步證實(shí)DHCA90分鐘后給予L-NAME明顯抑制再灌注120分鐘后的NO水平，且給藥組的體感誘發(fā)電位的恢復(fù)明顯快于對(duì)照組，因此我們認(rèn)為DHCA后給予L-NAME能減輕腦再灌注損傷。持兩種意見(jiàn)的學(xué)者進(jìn)行研究時(shí)給藥時(shí)