3　吸入麻醉药神经保护功能的相关机制

随着七氟烷临床应用的推广,当前对七氟烷的研究也日趋增多。人们对于七氟烷后处理机制的研究尚处于初级阶段。七氟烷预处理或者后处理的神经保护机制的相关研究,主要集中于脑代谢率的下降,抑制凋亡,抗氧化应激,抑制兴奋性毒素,线粒体ATP敏感性钾通道的激活等几方面,现作一综述。

Bundgaard,H等研究表明,对脑肿瘤进行开颅手术的患者,[1.5%(0.7MAC)～2.5%(1.3MAC)]七氟烷能够增加脑血流(cerebral blood flow,CBF),降低脑血管阻力(cerebrovascular resistance,CVR),并且呈一定的浓度依赖性^[32];在某些实验中发现,脑缺血损伤后,七氟烷后处理能够降低脑血流供应^[27]。Reinsfelt,B等认为,七氟烷对体外循环脑血流自身调控和代谢有一定作用^[33]。然而,也有研究表明在缺血后七氟烷发挥脑保护作用时,并没有观察到脑血流发生明显改变。脑血流的改变是否能解释七氟烷的神经保护作用尚不确切。

近年来,多项研究证实,吸入麻醉药七氟烷具有抗凋亡的作用。这些研究不仅集中于对凋亡特异性标记物的检测和细胞形态的分析,同时对凋亡途径及其中相关分子进行了深入探讨。凋亡是有核细胞发生的自身程序性死亡,由内源性DNA内切酶活化加以启动,主要特点为核染色质浓集、DNA片段化及凋亡小体形成。经典的细胞凋亡通路包括胞内途径和胞外途径。胞内途径主要分为Caspase依赖及Caspase非依赖的信号通路。前者是经典的细胞凋亡通路,与线粒体的损伤有关。凋亡信号使线粒体释放细胞色素C,后者与相关分子形成凋亡小体,进而激活Caspase-3。Caspase-3可以对特定底物进行酶切,抑制DNA修复酶,从而破坏细胞骨架蛋白和核蛋白,使染色体断裂成小片断,导致细胞凋亡^[34]。研究发现,异氟烷预处理可以下调Caspase-3的活性,从而发挥心脏心肌的保护作用^[35]。Inamura,Y等发现,七氟烷后处理可以抑制Caspase-3,Caspase-39的活性,从而发挥心肌的保护作用^[36]。Pape,M等观察到2.0%七氟烷预处理后,可以通过调控Caspase-3水平而发挥长时程的神经保护作用^[37]。Liu,H G等证明,七氟烷后处理可以通过下调Caspase-3蛋白表达水平和mRNA水平,减轻脑缺血损伤后的氧化应激反应,从而发挥保护作用^[38]。

与细胞凋亡关系密切的胞外途径主要有Bcl-2家族,其中Bcl-2是最主要的抗凋亡因子,而Bax则具有促凋亡作用,促凋亡和抗凋亡成员间的平衡影响着凋亡的发生。研究表明,2.5%七氟烷后处理对大鼠全脑损伤具有保护作用,这种保护作用是通过增加Bcl-2蛋白水平实现的,并进一步证实,如果将七氟烷后处理与白蛋白联合应用,可以增强神经保护作用^[28]。此外,七氟烷后处理还可以通过上调Bcl-2蛋白表达和mRNA水平,下调Bax蛋白表达和mRNA水平,从而发挥保护作用^[38]。还有研究表明,1.0MAC和1.5MAC的七氟烷后处理可以减少脑缺血损伤后凋亡细胞数目,通过上调Bcl-2蛋白水平,下调P53和Bax蛋白水平,从而抑制凋亡,并进一步证实,这种神经保护作用是通过调控PI3K/Akt途径和抑制凋亡共同作用的结果^[25]。

当脑损伤如脑缺血时,凋亡蛋白Bax和抗凋亡蛋白Bcl-2可以从胞浆中迁移至线粒体中,其分布与线粒体释放细胞色素C及Caspase-9相一致,并且这种由Bax介导的线粒体凋亡途径在神经元损伤中发挥着重要作用^[39,40]。Antonsson,B等早已证实,Bax是促凋亡蛋白,能够使线粒体膜通透性增加,损伤线粒体,触发细胞色素C的释放,使凋亡发生^[41]。

CNS损伤,比如脑缺血损伤,电磁脉冲辐射等会导致氧自由基的产生,若不能及时清除,将引起氧化应激,特别是脂质过氧化作用,其间形成的脂质过氧化物将对多种细胞成分产生氧化作用,尤其是细胞器,如线粒体、内质网等产生的损伤作用,并引起一系列的细胞结构破坏和功能障碍,如产生不可逆性的膜损害,进一步加重CNS神经细胞的损伤。

吸入麻醉药已经被证实具有抗氧化应激的作用。当这些吸入麻醉剂进入脑实质后,能够阻止自由自链式反应的启动和传播,比如它们可以通过降低脑细胞对氧糖的利用,抑制粒细胞的氧化代谢,亦或组织血红蛋白的氧化还原反应等,从而抑制自由基的产生。此外,还可通过调节胞外谷氨酸浓度,抑制兴奋性谷氨酸受体活性来缓解氧化应激水平^[42]。Canas,PT等通过体外OGD模型证实,七氟烷通过减少再灌注后氧自由基的产生,发挥神经保护作用^[43]。有研究报道,通过不同浓度(1%,2%或4%)七氟烷预处理,可以上调脑缺血再灌注损伤后抗氧化酶的活性,从而发挥神经保护作用,并且这种作用与七氟烷的浓度呈剂量依赖效应^[44]。Wang,Q等学者也发现,七氟烷后处理可以增加脊髓缺血再灌注损伤后超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase)活性,减少丙二醛(malondialdehyde,MOD)含量,从而发挥神经保护作用^[45]。

自20世纪Olney研究发现并提出兴奋毒性(excitotoxicity)作用的概念以来,一系列研究已证明,兴奋性氨基酸(excitative Amino Acid,EAA)在CNS损伤引起的神经元死亡中起到重要的作用。EAA广泛存在于哺乳动物的CNS中,除了起到传递兴奋性信息的作用外,其还被认为是一种神经毒素,包括谷氨酸(glutamate,Glu)和天冬氨酸(aspartate,Asp)等。其中Glu在大脑皮层和海马中含量较高。释放的EAA可以作用于其受体,并很快因神经元及胶质细胞的重摄取和酶的降解而被迅速清除,有效地中止其毒性作用。然而,在CNS损伤中,如脑缺血再灌注后,从神经细胞和胶质细胞中释放兴奋性氨基酸,同时对其的重摄取和灭活能力大为减弱,因此,细胞间隙中这两种氨基酸浓度异常升高,便会导致一系列细胞死亡的级联反应发生^[46]。

有报道认为,七氟烷能够降低脑损伤后组织间谷氨酸的浓度,从而发挥神经保护作用^[47];Zhang,H J等研究也证实七氟烷可以减轻谷氨酸的兴奋性毒性^[48];Canas,P T等观察到,七氟烷能够减少氧糖剥夺后兴奋性毒性的损伤,缓解氧化应激的水平^[43]。但是也有研究表明,七氟烷并不能对这些兴奋性毒素的摄取发挥作用^[49]。

Inoue等于1991年在线粒体内膜发现了ATP敏感性钾通道(mitoKATP)。存在于许多组织细胞线粒体内膜上的线粒体ATP敏感性钾通道,是一种可调节其代谢活动的钾离子通道,由于KATP在脑损伤过程中扮演者重要角色,逐渐成为人们的研究焦点。相关报道表明,七氟烷预处理的保护作用于对线粒体ATP敏感性钾通道的激活有关,且这种通道的开放有利于七氟烷发挥延迟的神经保护作用^[50];Adamczyk,S等发现,不管是2.6%七氟烷预处理还是后处理,都可以通过促使线粒体ATP敏感性钾通道的开放而发挥神经保护作用^[51]。有研究表明,七氟烷可以通过线粒体膜去极化效应而促使线粒体ATP敏感性钾通道开放^[52],因此,七氟烷具体是通过何种机制以及如何影响mitoKATP激活,还不十分明确,还需要进一步地探讨。

综上所述,吸入性麻醉药对CNS损伤的保护作用已经得到广泛证实,其中涉及的机制也较为复杂,还需要不断的深入研究和探讨。