作者：夏舒萌張德琛吳小晶于衛江史辛波陳立芳鄭戈
作者單位：解放軍第四六六醫院麻醉科，北京市，100089
期刊：中國臨床康復2005，9(2)
摘要：
目的：
觀察骨骼肌缺血再灌注后呼吸鏈電子漏、呼吸控制率、丙二醛和髓過氧化物酶的變化，評價3-硝基-N-甲基水楊酰胺(3-nitro-N-methy solicylamide，NSMA)對肢體缺血再灌注損傷的影響。
方法：
實驗于1998-10/2000-05在解放軍第三0四醫院創傷外科研究室完成，制備缺血再灌注模型.將35只健康Wistar大白鼠，飼養環境清潔，合格證號軍醫動字第B98008號.隨機分為7組(對照組、缺血2 h、缺血2 h再灌注1 h、缺血2 h用NSMA再灌注1 h、缺血6 h、缺血6 h灌注1 h、缺血6 h用NSMA再灌注1 h)，選取不同時點骨骼肌標本，提取骨骼肌線粒體、測定線粒體呼吸控制率、抗氰呼吸、經皮測量動脈氧分壓及局部相對血流量、測定骨骼肌丙二醛含量和髓過氧化物酶活性、對骨骼肌線粒體超微結構進行透射電鏡檢測。
結果：
缺血2 h(1.45±0.10)、缺血2 h再灌注1 h(1.49±0.13)、缺血6 h(0.79±0.08)、缺血6 h灌注1h(1.32±0.07)RCR比對照組(2.82±0.25)、缺血2 h用NSMA再灌注1h(2.93±0.47)、缺血6 h用NSMA再灌注1 h(2.19±0.38)顯著下降(P＜0.01)；
缺血2 h用NSMA再灌注1 h組線粒體氧化磷酸化偶聯程度與對照組相似，缺血6 h用NSMA再灌注1 h組與相應的缺血2 h、缺血2 h再灌注1 h、缺血6 h、缺血6 h灌注1 h組明顯提高；
缺血2 h(3.02±0.24)、缺血2 h再灌注1 h(3.30±0.08)、缺血6 h(3.36±0.22)、缺血6 h灌注1h(3.74±0.21)組抗氰呼吸分別比缺血2 h用NSMA再灌注1 h(0.22±0.05)、缺血6 h用NSMA再灌注1 h(1.46±0.30)組增加(P＜0.01)；
隨缺血的時間的延長，丙二醛濃度顯著增加(P＜0.01)，髓過氧化物酶的活性顯著升高(P＜0.01)，再灌注后丙二醛仍繼續增加(P＜0.01)，髓過氧化物酶的活性持續升高(P＜0.01)，相應肢體組織的PO2在阻斷期0～1 mm Hg，2 h后再灌注的起初2 min血流量先恢復隨即減慢，但在阻斷6 h再灌注時血流基本停止，此時被阻斷的肢體無痛覺反應；
病理改變在缺血再灌注后更為嚴重，缺血后預先應用NSMA再灌注骨骼肌大部分線粒體完整。
結論：
伴隨著電子漏增加、線粒體活性降低，丙二醛濃度增加和髓過氧化物酶的活性增高與組織的損傷程度呈正相關；
NSMA能影響呼吸鏈電子傳遞，使氧自由基減少，進而維持線粒體結構的完整性和線粒體的功能活性，使細胞進行正常的氧化磷酸化，減輕骨骼肌缺血再灌注損傷。
0引言
既往研究表明，活性氧代謝物是導致組織缺血再灌注損傷的主要原因之一。目前認為缺血再灌注損傷與線粒體功能改變有重要關系。研究其發生機制，有效改善再灌注損傷過程中線粒體功能，是防治缺血性組織損傷的重要環節。本研究探討3-硝基-N-甲基水楊酰胺(3-nitro-N-methylsalicylamide，NSMA)對缺血再灌注骨骼肌線粒體的影響。
1材料和方法
設計：以實驗動物為研究對象，完全隨機設計，對照實驗研究。
單位：解放軍第四六六醫院麻醉科。
材料：實驗于1998-10/2000-5在解放軍第三0四醫院創傷外科研究室(系全軍燒傷研究所基礎部創傷外科研究室)完成。健康Wistar大白鼠35只，由解放軍第三零四醫院實驗動物室提供，體質量180～240g，雌雄不拘。實驗動物一等級，飼養環境清潔，合格證號軍醫動字第B98008號。
隨機分為7組，每組5只。7組分別為對照組(按缺血模型制備步驟行手術操作，但不阻斷右髂總動脈)；缺血2h；缺血2h后再灌注1h；缺血2h后給藥NSMA再灌注1 h；缺血6h；缺血6h后再灌注1h；缺血6h后給NSMA再灌注1h。
試劑：牛血清白蛋白(BSA，無脂肪酸，BM分裝)；D-甘露醇(日本分裝)；ADP(北京鼎國生物技術發展中心提供)。琥珀酸鈉(北京求賢化工廠產品)。實驗中所用其他試劑均為分析純。
儀器：72型光電分光光度計。TOM-1型經皮氧監護儀。
設計、實施、評估者：由第一作者主持設計實驗過程，由本文全部作者按實驗設計進行干預和評估，經過培訓。
方法：
缺血再灌注模型的制備：參考Yokota等的方法制成。以30g/L戊巴比妥鈉按25～30mg/kg行腹腔麻醉，1～2h追加1/3藥量維持麻醉。剃毛、消毒后沿腹白線開腹，在近髂總動脈處，以無創傷動脈夾夾閉右髂總動脈，制成右后肢缺血模型，按缺血不同的時間取下血管夾開始再灌流1 h或經右股靜脈注入NSMA 1～1．5 mg/kg后再松開動脈夾灌流1 h。
骨骼肌線粒體的提取：分別于各組設定的條件下迅速取下右腓腸肌1g在水浴中剪碎。加分離介質(mmol/L)(甘露醇42、蔗糖14，EDTA0．2，HEPES 1，5g/LBSA 1 g)研磨制成骨骼肌勻漿并于4℃下600 g和10000g兩次10min離心后，獲得棕色沉淀即為骨骼肌線粒體。將沉淀懸浮于0．5mL分離介質中。蛋白含量用考馬斯亮蘭測定。線粒體呼吸控制率的測定：用極譜法測定以琥珀酸為呼吸底物的線粒體呼吸控制率(respiratory control ratio，RCR)。反應槽中放入測定介質，加0．5mol/L琥珀酸10μL出現態4呼吸，2min后加0．5mol/L ADP10μL出現態3呼吸。
骨骼肌線粒體抗氰呼吸的測定：反應槽內加入所需測定介質(mmol/L)(甘露醇60，氯化鉀2，TrB-HCl 2，KH2PO4 0．001，EDTA0．04)。加入0．5mol/L琥珀酸10μL，出現態4呼吸，再加入0．5 mol/LADP10μL出現態3呼吸，待ADP完全消耗又恢復態4呼吸時立即加入3g/L氰化鉀3μL。
經皮氧監測：固定GJYH-90型經皮氧分壓傳感器連續、無創地測定動脈氧分壓及局部相對血流量。
生化指標測定：分別收集上述各組大白鼠右下肢腿部肌肉制備組織勻漿采用硫代巴比妥顯色法測定MDA含量和測定髓過氧化物酶主要在參考文獻的基礎上，作了適當改良。
骨骼肌線粒體超微結構觀察：隨機抽取部分實驗組骨骼肌，按透射電鏡制備超薄切片，電鏡下(50000，60000放大倍數)觀察并對線粒體的骨骼肌攝片。
主要觀察指標：骨骼肌線粒體超微結構，不同條件下呼吸控制率、抗氰呼吸、丙二醛、髓過氧化物酶的變化。
統計學分析：所得數據以x±s表示，由第一作者用SPSS 8．0統計軟件進行統計分析，經t檢驗比較各組間的差異，P<0．05為差異有顯著性意義。
2結果
2．1實驗動物的數量分析
選取Wistar大白鼠35只，分7組，每組5只，進入統計分析的大鼠保持為7組，各5只，無缺失值。
2．2不同條件下呼吸控制率、抗氰呼吸、丙二醛、髓過氧經物酶的變化
見表1。
2．3經皮氧分壓及相對血流量
阻斷前，氧分壓(PO2)穩定在8．0～9．8kPa，加熱功率(W)在262～304mW；阻斷中分別為PO2：0～1mmHg，W：4．5～6．2mW；阻斷2h再灌注的起初2minPO2：35mmHg，W：349mW，隨后PO2：18～20mm Hg，W：76～99mW；阻斷6h再灌注的PO2：0mmHg，W：1．0mW，此時被阻斷的肢體無痛覺反應。
2．4骨骼肌線粒體超微結構的變化
與對照組比較：缺血組隨著時間延長到6h，大部分肌纖維排列紊亂，見糖元顆粒減少，可見線粒體膜斷裂，嵴消失；再灌注組隨缺血時間延長，肌纖維排列紊亂嚴重，糖元顆粒減少，線粒體膜斷裂，并出現自溶的髓樣小體；經NSMA治療后的肌纖維排列紊亂有明顯改善，正常清楚，大部分線粒體完整，可見中等量的糖元顆粒。
3討論
NSMA為專一抑制泛醌反應的呼吸鏈抑制劑，它對呼吸鏈中催化泛醌反應的琥珀酸-泛醌還原酶，泛醌-細胞色素C還原酶和NADH-泛醌還原酶均有抑制作用。徐建興發現NSMA對提取的呼吸鏈酶系有明顯的抑制作用，用人工電子受體2．6-二氯酚吲哚酚鈉、吩嗪鉀硫酸鹽的實驗觀察，推論NSMA抑制位點在呼吸鏈中吩嗪鉀硫酸鹽和DCHP的電子給體之間，這恰恰是復合物Ⅱ和Ⅲ相交接的地方。
呼吸鏈的電子漏是生物體中氧自由基(O2-)的恒定的主要來源。由于缺血供氧不足，線粒體內呼吸鏈的電子傳遞紊亂，使電子傳遞鏈酶氧化還原狀態轉變為還原狀態，并引起還原當量積聚，當氧氣再次進入組織時(再灌注期間)，積聚的還原當量釋放電子與O2結合生成O2-，O2-經超氧化物歧化酶歧化生成H2O2。氧自由基又反過來引起生物膜結構蛋白質和脂質過氧化，損傷線粒體膜的通透性，引起電子傳遞鏈酶活性的進一步下降，形成惡性循環，從而使氧自由基生成進一步增加，終造成細胞的壞死或凋亡。線粒體的氧自由基代謝狀態與細胞凋亡之間存在因果關系。孫緒德等在有關缺血再灌注損傷的研究中發現細胞凋亡機制與細胞內鈣超載、氧自由基生成等因素有關；缺血再灌注后，脂質過氧化反應增強，自身抗氧化能力減弱。卓安山等在研究中觀察到缺血再灌注損傷后在一定時限內組織細胞主要表現為凋亡，很少發生壞死。
RCR是反映線粒體結構完整性及其氧化磷酸化偶聯程度的靈敏指標，是指加入ADP刺激后的呼吸(態3呼吸)和ADP耗盡后的呼吸(態4呼吸)之比。線粒體中，呼吸鏈將電子傳遞給氧的途中，“漏出”部分電子，引起氧分子進行單電子還原產生超氧陰離子自由基O2-和雙氧水H2O2，這一路徑的耗氧是對氰化物不敏感的。
白細胞在骨骼肌缺血再灌注損傷中起重要作用。髓過氧化物酶由活化的中性粒細胞產生，是中性粒細胞的標志酶。以往的研究表明，炎性反應對大量的中性粒細胞活化是誘發器官功能障礙的危險因素之一。PMN含有NADPH氧化酶，可還原分子氧為超氧陰離子；激活的中性粒細胞分泌髓過氧化物酶，催化過氧化氫和氯離子形成次氯酸。次氯酸為強氧化劑和超氧陰離子可氧化巰基，使血紅蛋白和細胞色素失活，再使蛋白質降解而造成組織細胞損傷。
本研究結果表明，隨著缺血時間的延長，RCR呈下降趨勢，反映了在缺血、缺血再灌注后的線粒體活性顯著降低，氧化磷酸化偶聯程度下降。這意味著用于供能的氧耗減少，導致線粒體氧利用率降低。缺血后電子漏增加，再灌注后電子漏有增加趨勢。電子漏的增加勢必要影響呼吸鏈正常電子傳遞，使ATP產生減少，能量不足，從而導致抗氧化保護機制對氧自由基的清除作用減弱。實驗說明缺血缺氧時組織中脂質過氧化產物增加，MPO的活性增加，反應了組織的損傷；再灌注后發生血流減慢直至停止，此時脂質過氧化產物進一步增加和MPO的活性持續增加，則反應了缺血區域組織、除強氧化劑次氯酸和超氧陰離子造成組織細胞損傷外，尚有不可忽視的血管中有大量的白細胞積聚以至血管腔狹窄，并可引起繼發性血栓形成，從而使血管阻塞，缺血缺氧進一步加重，這樣周而復始的惡性循環導致組織細胞的壞死或凋亡。伴隨著電子漏增加、丙二醛濃度增加、髓過氧經物酶的活性增高，與組織的損傷程度呈正相關。NSMA能影響呼吸鏈電子傳遞，使氧自由基減少，進而維持線粒體結構的完整性和線粒體的功能活性，使細胞進行正常的氧化磷酸化，從而減輕骨骼肌缺血再灌注損傷。沈明等在腦缺血再灌注損傷的研究中也觀察到NSMA對缺血再灌注損傷的保護作用。
研究中還有一值得注意的問題，缺血再灌注時電子漏比正常對照組明顯增加，若這部分漏出電子均用于產生氧自由基，骨骼肌線粒體內氧自由基水平應顯著增高，可能損傷線粒體功能。但測得反映線粒體功能的RCR再灌注組均高于缺血組。依據徐健興提出的線粒體參與氧自由基代謝的功能，作者分析，實驗結果不相符有可能是再灌注期間氧氣進入組織，由缺氧積聚的電子傳遞鏈酶還原當量釋放電子，未全部用于產生氧自由基，部分尚未完全受損的線粒體抗氧化保護系統被激活。
結論：
缺血、缺血再灌注骨骼肌中線粒體RCR下降、電子漏增加，證實線粒體活性降低及其抗氧化保護作用減弱是發生缺血再灌注損傷的主要原因。NSMA為專一抑制泛醌反應的呼吸鏈抑制劑，對缺血、缺血再灌注損傷有預防和治療作用。