麻醉藥物對(duì)氧化應(yīng)激的影響

許德芳

（天津市第四中心醫(yī)院/天津醫(yī)科大學(xué)第四臨床學(xué)院/南開大學(xué)附屬第四中心醫(yī)院麻醉科，天津 300140）

氧化應(yīng)激（oxidative stress）是1970 年由科學(xué)家Paniker 等首次提出的，是指機(jī)體內(nèi)氧化與抗氧化作用的平衡被打破，傾向于氧化，導(dǎo)致炎性細(xì)胞粘附、聚集、浸潤(rùn)，蛋白酶分泌增加，產(chǎn)生大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）自由基（過氧化氫、過氧化亞硝基陰離子等氧化中間產(chǎn)物）而引起細(xì)胞器如線粒體的損傷，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和酶發(fā)生變性，DNA突變，細(xì)胞色素C 釋放激活細(xì)胞凋亡程序等。氧化應(yīng)激反應(yīng)可導(dǎo)致細(xì)胞不可逆的損傷或者死亡，是自由基在體內(nèi)產(chǎn)生的一種有害反應(yīng)，并被認(rèn)為是疾病和器官組織功能障礙進(jìn)展的相當(dāng)重要的因素。自由基指的是分子的共價(jià)鍵發(fā)生均裂后形成的具有不成對(duì)電子的原子或者基團(tuán)，它們具有高反應(yīng)性。本文主要就臨床常用麻醉藥物對(duì)圍術(shù)期氧化應(yīng)激的影響作一綜述，以期為減少圍術(shù)期氧化應(yīng)激反應(yīng)，改善患者預(yù)后提供理論依據(jù)。

1 氧化應(yīng)激的機(jī)制

1.1 活性氧的生成 來源于氧分子的自由基叫氧自由基，也叫活性氧，活性氧具有很強(qiáng)的氧化能力，易結(jié)合一個(gè)電子形成負(fù)離子。按來源不同，活性氧大致可分為外源性和內(nèi)源性活性氧。當(dāng)遇到外源性物理或化合因素刺激時(shí)可以使細(xì)胞產(chǎn)生外源性活性氧。而內(nèi)源性活性氧是生物體內(nèi)代謝過程中自發(fā)產(chǎn)生的活性氧，主要是超氧離子（·O2-）和羥基（-OH）及其活性衍生物。由于細(xì)胞內(nèi)活性氧主要在線粒體中產(chǎn)生，同時(shí)線粒體為氧化應(yīng)激損傷的主要細(xì)胞器，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞氧供不足，出現(xiàn)功能障礙甚至凋亡，這一特點(diǎn)為線粒體靶向抗氧化治療提供了理論依據(jù)。

1.2 活性氮的生成 除了產(chǎn)生活性氧，線粒體呼吸鏈可以產(chǎn)生一氧化氮（NO），NO 本身有一個(gè)未成對(duì)電子，因此是一個(gè)自由基，和其他硝酸氧化副產(chǎn)物，如過氧亞硝基（ONOO-）、NO 和二氧化氮（NO2）稱為活性氮（RNS）。L-精氨酸在一氧化氮合酶（NOS）氧化下形成一氧化氮（NO）。在應(yīng)激、缺血、炎癥等病理?xiàng)l件下，NO 與O2-結(jié)合形成過ONOO-。ONOO-是一種很強(qiáng)的嗜核RNS，可促進(jìn)蛋白的酪氨酸殘基亞硝基化，酪氨酸磷酸化被其抑制而導(dǎo)致DNA 損傷、脂質(zhì)過氧化、蛋白降解而最終可致細(xì)胞損傷或死亡。內(nèi)源性NO 作為重要的脂性物質(zhì)，具有強(qiáng)大的舒張血管，抑制血小板聚集功能。很多研究表明其具有抗血栓形成和抑制血管平滑肌增殖等作用，在臟器保護(hù)方面發(fā)揮著重要作用。

1.3 線粒體與氧化應(yīng)激 線粒體是大多數(shù)真核生物有氧呼吸的主要場(chǎng)所，當(dāng)抗氧化防御系統(tǒng)不堪重負(fù)時(shí)，氧化會(huì)導(dǎo)致線粒體損傷，造成細(xì)胞內(nèi)脂類、蛋白質(zhì)和核酸嚴(yán)重?fù)p害。內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)本身也可以受其組成酶的氧化和過氧化反應(yīng)的影響。線粒體可以作為ROS 的主要靶點(diǎn)，使線粒體形態(tài)改變，功能失調(diào)[1]。此外，線粒體DNA（mtDNA）因其接近電子傳遞鏈也是氧化應(yīng)激破壞的目標(biāo)[2]。氧化應(yīng)激介導(dǎo)的線粒體DNA 損傷可以導(dǎo)致ROS 的產(chǎn)生和mtDNA的進(jìn)一步破壞，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，器官損害。線粒體內(nèi)有內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)，以防止活性氧的損傷。這個(gè)由酶和非酶途徑組成的抗氧化防御網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間是緊密聯(lián)系的，其中包括錳超氧化物歧化酶歧化酶（MnSOD）、谷胱甘肽（GSH）和硫氧還蛋白（TSH）系統(tǒng)，還包括過氧化物酶家族、細(xì)胞色素C、過氧化物酶（peroxidase）和CAT。線粒體內(nèi)產(chǎn)生的超氧陰離子不能輕易透過線粒體膜，需要經(jīng)過MnSOD 催化才能轉(zhuǎn)化成H2O2。在線粒體中心，MnSOD 是重要的抗氧化酶。線粒體谷胱甘肽（mGSH）系統(tǒng)和線粒體硫氧還蛋白-2（TRX-2）系統(tǒng)是參與氧化應(yīng)激反應(yīng)的兩大系統(tǒng)。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)，TRX-2 系統(tǒng)在還原分解反應(yīng)時(shí)維持線粒體蛋白穩(wěn)定性上比mGSH 更有效[3]。氧化應(yīng)激還可觸發(fā)線粒體膜通透性的改變，線粒體通透性增加也是細(xì)胞凋亡的終點(diǎn)。線粒體功能障礙已被確定為功能受損組織中的氧化應(yīng)激的主要來源。

2 氧化應(yīng)激的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

目前，研究氧化應(yīng)激的熱點(diǎn)問題集中在有絲分裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族成員中介導(dǎo)的通路。MAPK 信號(hào)通路參與多種生理過程，并對(duì)氧化應(yīng)激后的細(xì)胞活性起關(guān)鍵作用。通過對(duì)MAP3K 的活化，直接導(dǎo)致通路激活，隨后MAP3K 磷酸化激活MAP2K，繼而MAPK 活化，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[4]。MAPK包括3 條通路：①JNKs（c-Jun 氨基端激酶）/SAPKs通路：JNKs 屬于MAPKs 家族成員之一，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)線粒體凋亡，其中一個(gè)重要機(jī)制是JNK通過調(diào)節(jié)Bcl2 蛋白家族[5]，Bax/Bak 不會(huì)引起線粒體細(xì)胞色素C 的釋放，JNK 可以改變Bax/Bak 構(gòu)象變化，磷酸化Bcl-2 和Bcl-xL，促進(jìn)線粒體釋放細(xì)胞色素C，還可改變線粒體的重新分配，調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡[6]。胡柳青等[7]在體外培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中加入不同濃度的丙泊酚檢測(cè)JNK（p-JNK）、Bcl-2 及Bax蛋白表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)丙泊酚可以減少細(xì)胞凋亡，其機(jī)制與抑制JNK 通路有關(guān)。②P38/CSBP 通路：P38 于1993 年首次發(fā)現(xiàn)，由360 個(gè)氨基酸組成，屬于應(yīng)激反應(yīng)中的蛋白激酶MAPK 的亞類之一，也叫p38MAPK，在應(yīng)激反應(yīng)中起重要作用。P38 有6 個(gè)亞型，存在于不同的組織，功能有所不同。P38MAPK 是MAPKs 家族成員之一，其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可在炎性介質(zhì)、缺氧的刺激下激活誘生型一氧化氮合酶（iNOS），產(chǎn)生過多的一氧化氮，形成過量的亞硝酸鹽，造成氧化應(yīng)激損傷[8]。有研究表明[9]，iNOS 通過STAT1 和p38 信號(hào)通路保護(hù)細(xì)胞免受應(yīng)激反應(yīng)造成的死亡。③細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）通路：該通路通過抑制NKA/Src/Erk1/2 調(diào)節(jié)的ROS 擴(kuò)增，保護(hù)心肌免受氧化應(yīng)激反應(yīng)的損傷[10]。上述這些傳導(dǎo)通路大部分局限于實(shí)驗(yàn)室模型，臨床試驗(yàn)還有待進(jìn)一步深入研究。

3 麻醉藥與氧化應(yīng)激反應(yīng)

3.1 吸入麻醉藥 張靜等[11]證實(shí)七氟醚后處理可減少體內(nèi)大鼠心肌缺血再灌注損傷，發(fā)揮心肌保護(hù)作用，且氧化應(yīng)激反應(yīng)是其心肌保護(hù)作用的重要機(jī)制之一。另外，不同的麻醉藥吸入濃度對(duì)氧化應(yīng)激反應(yīng)也不近相同[12]，七氟烷較丙泊酚更能降低腦組織氧化應(yīng)激反應(yīng)[13]。韓快娟等[14]研究發(fā)現(xiàn)，全程七氟醚維持麻醉可顯著抑制體外循環(huán)心臟瓣膜置換術(shù)中誘發(fā)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低體外循環(huán)中由異物或缺血-再灌注現(xiàn)象而產(chǎn)生的氧自由基，具有顯著的心腎保護(hù)功效，且患者術(shù)后獲益高。但是也有學(xué)者認(rèn)為七氟烷在單肺通氣患者麻醉中抗氧化作用低于丙泊酚[15]。在圍術(shù)期使用吸入麻醉劑的總時(shí)長(zhǎng)、時(shí)機(jī)可能都會(huì)影響其氧化應(yīng)激檢測(cè)指標(biāo)的數(shù)值，故而不同研究者得到了不同的結(jié)論，這也需要研究者進(jìn)一步探探索麻醉藥物的使用劑量、時(shí)機(jī)等因素對(duì)氧化應(yīng)激的影響。

3.2 靜脈麻醉藥

3.2.1 丙泊酚 早在二十世紀(jì)九十年代，就已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)丙泊酚具有顯著的抗氧化作用。研究表明[16]，異丙酚通過調(diào)節(jié)TLR4/NF-κB/NLRP3 通路，抑制炎癥、氧化應(yīng)激和肝細(xì)胞凋亡。丙泊酚可以減輕高糖所致大鼠原代成骨細(xì)胞的氧化應(yīng)激，減少細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖[17]。其機(jī)制有可以從三個(gè)方面來闡述：①丙泊酚可以增加細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERKs）、p38MAPK 和JNK 磷酸化水平，在應(yīng)激、損傷、炎癥等刺激下傳遞信號(hào)下，MAPK 激酶激酶（MAP3K）、MAPK 激酶（MAP2K）、MAPK 相繼被激活，MAPK 磷酸化，通過活化核因子，結(jié)合相應(yīng)的DNA 片段，調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，在細(xì)胞凋亡中起重要作用[18]。同時(shí)，ERK 生物信號(hào)抑制劑可以減弱丙泊酚的抗氧化應(yīng)激水平，這說明ERK 通路在丙泊酚介導(dǎo)的抗氧化應(yīng)激反應(yīng)中起著重要的作用[19]。②丙泊酚可以通過抑制ERK12 和NF-κBp65 的磷酸化并降低氧化應(yīng)激實(shí)現(xiàn)保護(hù)缺血再灌注導(dǎo)致的腦損傷[20]。③丙泊酚可以減輕高糖所致大鼠原代成骨細(xì)胞的氧化應(yīng)激，減少細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖，為治療高血糖狀態(tài)下的骨骼系統(tǒng)疾病提供了新的途徑[21]。有研究表明[22]，丙泊酚可以降低肝臟I/R 所造成的線粒體損傷，保護(hù)呼吸鏈并降低ATP 損耗以及質(zhì)子漏，這種保護(hù)作用可能涉及HIF-1α 信號(hào)通路。丙泊酚對(duì)單肺通氣患者肺功能保護(hù)效果優(yōu)于七氟醚，與抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)程度不同有關(guān)[23]。丙泊酚是麻醉常用靜脈全麻藥，大量研究證實(shí)其具有減少氧化應(yīng)激反應(yīng)的作用。根據(jù)目前的研究進(jìn)展是否可以進(jìn)一步利用其降低氧化應(yīng)激反應(yīng)還有待進(jìn)一步研究。

3.2.2 依托咪酯 依托咪酯主要作用于GABAA 受體，具有中樞鎮(zhèn)靜催眠和遺忘作用，無鎮(zhèn)痛和肌松作用。起效快，作用時(shí)間短，血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，相對(duì)安全，對(duì)心血管系統(tǒng)影響小是其公認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)之一，臨床上已廣泛應(yīng)用，但一直以來制約依托咪酯用于全麻靜脈維持的因素主要是其對(duì)腎上腺皮質(zhì)功能的抑制作用[24]。有研究表明，依托咪酯可以減少體外循環(huán)下丙二醛的過量產(chǎn)生，增強(qiáng)超氧化物歧化酶活性，從而起到心肌保護(hù)作用[25]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明[26]，體外循環(huán)心臟直視手術(shù)下依托咪酯和丙泊酚都具清除氧自由和減輕脂質(zhì)過氧化的作用，但是丙泊酚作用比依托咪酯更強(qiáng)，心肌保護(hù)作用更好。有研究表明[27]，依托咪酯可通過激活抗氧化應(yīng)激反應(yīng)保護(hù)成年大鼠視神經(jīng)切斷后的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。依托咪酯也可以在術(shù)中很好的維持全身麻醉，并且能增強(qiáng)體內(nèi)超氧化物歧化酶的活性，清除氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的過多自由基，對(duì)抗氧化應(yīng)激反應(yīng)帶來的不良后果。但其具體機(jī)制目前尚不十分明確，需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.2.3 咪達(dá)唑侖 咪達(dá)唑侖是臨床常用的苯二氮卓類安定藥。早在1998 年，已經(jīng)有學(xué)者發(fā)現(xiàn)咪達(dá)唑侖在臨床靜脈注射用藥的濃度下，其芳香環(huán)可以與自由基反應(yīng)，形成穩(wěn)定的集團(tuán)，減少活性氧的生成。咪達(dá)唑侖可以顯著降低炎性因子的趨化、吞噬等作用[28]。此外，咪唑安定還能通過JNK-ERK 通路介導(dǎo)的氧化應(yīng)激預(yù)防運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡[29，30]。還有研究證實(shí)咪唑安定與布比卡因合用比新斯的明與布比卡因合用能提供更好的鎮(zhèn)痛質(zhì)量，這可能與其優(yōu)越的抗氧化和抗炎作用有關(guān)[30]。但是咪唑安定目前大多數(shù)情況主要用于麻醉誘導(dǎo)和輔助給藥，對(duì)于手術(shù)全程靜脈滴注咪達(dá)唑侖患者的氧化應(yīng)激反應(yīng)有何影響以及其分子機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3.2.4 右美托咪定 右美托咪定是α2腎上腺素受體激動(dòng)劑，具有高效高選擇性的特點(diǎn)。近年來，很多研究觀察了右美托咪定減輕圍術(shù)期患者氧化應(yīng)激反應(yīng)的作用以及其減輕脂質(zhì)過氧化物對(duì)器官組織的損傷作用，隨有部分結(jié)論，但其機(jī)制尚需進(jìn)一步探究。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，右美托咪定可以降低炎性細(xì)胞反應(yīng)性[31]，通過Trx1 依賴性Akt 通路改善氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，從而保護(hù)心肌缺血/再灌注損[32]。王海麗等[33]發(fā)現(xiàn)，與七氟烷復(fù)合瑞芬太尼麻醉方案相比，右美托咪定能有效改善腦血流指標(biāo)，降低老年腦缺血患者氧化應(yīng)激水平以及炎癥因子水平。陳元良等[34]發(fā)現(xiàn)，與丙泊酚相比，七氟烷復(fù)合右美托咪定能顯著減輕腹腔鏡膽囊切除術(shù)患者的術(shù)后氧化應(yīng)激反應(yīng)，保護(hù)患者認(rèn)知功能，但其機(jī)制目前尚不清楚。

3.2.5 阿片類鎮(zhèn)痛藥 目前有關(guān)阿片類鎮(zhèn)痛藥對(duì)氧化應(yīng)激反應(yīng)的影響的研究相對(duì)較少。嗎啡通過激活阿片受體并促進(jìn)線粒體ATP 敏感性鉀通道開放[35]，使線粒體呼吸鏈上電子漏生成減少，從而減少自由基的產(chǎn)生，抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，減輕心肌損傷。張玉龍等[36]研究表明，瑞芬太尼聯(lián)合舒芬太尼全麻可緩解高齡腹部創(chuàng)傷手術(shù)患者的應(yīng)激反應(yīng)，減少對(duì)其免疫功能及血流動(dòng)力學(xué)的影響，鎮(zhèn)痛效果良好。總體來看，目前關(guān)于阿片類鎮(zhèn)痛藥的相關(guān)研究會(huì)還較少，其抗氧化作用是否確切還需要更多大樣本實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

4 總結(jié)

麻醉藥物在氧化應(yīng)激反應(yīng)中的作用機(jī)制越來越明確，尤其在圍術(shù)期加速康復(fù)醫(yī)學(xué)被越來越重視的今天。無論是細(xì)胞試驗(yàn)、動(dòng)物試驗(yàn)還是臨床課題均有證據(jù)表明不同麻醉藥物在抗氧化應(yīng)激方面具有一定作用，但究竟哪種藥物具有顯著優(yōu)勢(shì)還需大樣本研究進(jìn)行系統(tǒng)分析。總之，在臨床麻醉中，根據(jù)手術(shù)的需要和麻醉藥的特點(diǎn)合理選擇麻醉藥對(duì)減少患者圍術(shù)期氧化應(yīng)激反應(yīng)有很大的幫助。