一氧化氮與深低溫停循環(huán)后神經系統(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關鍵詞：深低溫停循環(huán)(DHCA)一氧化氮(NO)神經系統(tǒng) 1967年Hikasa等首次提出體外循環(huán)深低溫停循環(huán)(DHCA)技術并由Okamoto等應用于嬰幼兒先天性心臟病，1975年Griepp1應用于成人大血管手術以來，大大提高了心臟及大血管手術的成功率，但單純停循環(huán)超過60分鐘，術后易出現(xiàn)神經系統(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，其中谷氨酸的興奮性神經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，導致大量C

2、a2+內流，激活NO合酶，NO的合成增加，因而NO在神經系統(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在體內的生理作用非常廣泛，對血液循環(huán)系統(tǒng)的正常功能起重要的調節(jié)作用，包括：(1)調節(jié)血管張力。血管內皮細胞在基礎狀態(tài)下可持續(xù)釋放NO，以維持一種基礎的血管張力；(2)調節(jié)血壓。Witte等2證實，NO/cGMP系統(tǒng)參與大鼠正常血壓節(jié)律性波動的調節(jié)。高劑量NOS抑制劑L-NAME(30mg/kg體重)使大鼠呈現(xiàn)相反的血壓波動節(jié)律；(3)調節(jié)器官血流量。在整體動物，NOS抑制劑體循環(huán)給藥?？梢鸸跔钛苁湛s；(4)抑制血細胞粘附于內皮。內皮產生的NO可抑制多種

3、血液成分如血小板、淋巴細胞、中性粒細胞和單核細胞粘附于血管內皮細胞；(5)抑制血管內皮下細胞增殖。內皮釋放的NO在體內還有抗血管壁細胞增殖的作用。有研究證實，慢性抑制內源性NO合成會導致冠狀動脈及主動脈發(fā)生明顯的增殖反應，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4。 2.NO的細胞毒性NO除對機體有益作用的

4、一面外，又有相反的作用，其本身就是一種自由基性質的物質，產生過多的NO本身及其反應產物具有細胞毒性。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，失活谷胱甘肽過氧化物酶5；(2)作用于金屬，如：作用鐵-硫基團，抑制線粒體和細胞質中的順烏頭酸酶、線粒體呼吸鏈中的NADPH-氫醌氧化還原酶(線粒體復合物)、琥珀酸-氫醌氧化還原酶(線粒體復合物)，干擾能量代謝和DNA合成6；作用于鋅-硫基團，使金屬硫團的半胱氨酸巰基亞硝基化，NO使酵母轉錄因子LAC9的DNA結合特性受到抑制7；(3)NO與超氧陰離子反應生成的ONOO-可使超氧化物歧化酶(SOD)的酪氨酸硝基

5、化，從而易化缺血后細胞潰變，使高劑量的SOD喪失保護作用8；(4)NO除可抑制DNA合成外，還可通過多種機制損傷DNA，包括：DNA堿基脫氨基；DNA氧化；亞硝胺生成增加；抑制DNA修復酶O6-甲基鳥嘌呤-甲基轉移酶，抑制DNA損傷的修復等9。 二、NO與腦缺血損傷 DHCA超過一定時間后，產生腦缺血損傷。有關腦缺血損傷產生神經細胞壞死的機制主要有兩種學說：(1)能量耗竭學說；(2)興奮性氨基酸毒性學說。首先，缺血造成細胞內缺氧，線粒體的電子鏈不能進行正常的氧化還原反應產生ATP來維持耗能反應及跨膜離子梯度，造成細胞內能量儲備下降，無氧糖酵解增加，細胞內酸中毒及細胞水腫。而興奮性氨基酸的神經細

6、胞毒性學說是由Lucus、Newhouse及Olney等人根據(jù)實驗觀察所提出的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胞表面的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體，導致大量Ca2+內流，細胞內Ca2+超載，引起一系列的級聯(lián)生化反應導致神經元的死亡。NO則介導了谷氨酸的神經毒性過程。大量Ca2+內流時激活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，抑制線粒體電子傳遞鏈及Krebs循環(huán)酶順烏頭酸酶，抑制線粒體氧化磷酸化產生ATP。實驗證明，Ca2+離子載體A23187引起的神

7、經毒性可被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可保護缺氧狀態(tài)下的培養(yǎng)海馬神經元。但當神經元暴露于NO之下，HA1077則失去保護作用，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導致神經元的壞死。Tominage等人用雄性Sprague-Dawley大鼠進行前腦缺血實驗，使用核磁共振檢測到前腦內NO的產生12；Robert等人的實驗證實使用低劑量的NOS抑制劑L-NAME(0.1mg/kg1mg/kg)可以明顯減輕反復局部腦缺血造成的酸中毒13。Bolanos等在新生大鼠的實驗證實，缺

8、氧5分鐘明顯抑制腦細胞線粒體復合物-的活性(25%)，同時伴有ATP的降解(54%)，硝酸鹽、亞硝酸鹽的濃度增加至1.4倍，說明NO的合成增加，而在母體給予L-NAME抑制新生鼠腦內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致的腦線粒體復合物-的破壞。實驗證實NO介導了宮內缺氧導致的新生鼠腦線粒體功能障礙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提供了清晰無血安全的術野而為心血管外科所采用。但臨床研究證實在DHCA超過60分鐘后易發(fā)生中風、識別障礙等神經系統(tǒng)的并發(fā)癥，嬰幼兒易發(fā)生智力發(fā)育異常。導致DHCA后神經元壞死的確切機制還不

9、十分了解。一些文獻報道腦內異常的NO濃度可能對神經細胞產生影響。Malcolm等15人的犬動物實驗首先證實基底節(jié)區(qū)的NOS活性在停循環(huán)后即開始上升并持續(xù)至再灌注后，且NOS活性為Ca2+依賴性的，這種NOS活性的增高可被L-NAME所抑制，而且通過單克隆抗體證實NOS為nNOS型，而非iNOS和eNOS型。這種增高的NOS活性在3天后恢復至基礎水平。有關NO在DHCA后腦再灌注損傷的作用有兩種爭論意見。Steven等16人報道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，因而認為刺激NO的合成有利于DHCA后腦血流和氧代謝的恢

10、復。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DHCA60分鐘后腦代謝的恢復情況進行對比。實驗證實，L-NAME明顯增加腦血管阻力，降低高能磷酸鍵、pH和細胞色素aa3氧化態(tài)的恢復，而L-Arg則與L-NAME的作用相反。因此，認為L-NAME對腦代謝的恢復是不利的，而L-Arg則有利于腦代謝的恢復。另一種意見則相反,Remond等18人在研究發(fā)現(xiàn)谷氨酸的興奮性神經毒性在HCA引起的腦損傷中起重要作用，且HCA激活nNOS的基礎上，進一步通過在DHCA的動物給予nNOS抑制劑7-硝基吲哚，明顯抑制DHCA所引起的腦細胞凋亡，證實NO介導了神經細胞的凋亡，DHCA中的腦保護措施應包括抑制腦內NOS的活性19。Segawa等20人的實驗則進一步證實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)電位的恢復明顯快于對照組，因此我們認為DHCA后給予L-NAME能減輕腦再灌注損傷。持兩種意見的學者進行研究時給藥時