麻醉藥物對氧化應激的影響

許德芳

（天津市第四中心醫院/天津醫科大學第四臨床學院/南開大學附屬第四中心醫院麻醉科，天津 300140）

氧化應激（oxidative stress）是1970 年由科學家Paniker 等首次提出的，是指機體內氧化與抗氧化作用的平衡被打破，傾向于氧化，導致炎性細胞粘附、聚集、浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量活性氧（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物）而引起細胞器如線粒體的損傷，細胞內蛋白質和酶發生變性，DNA突變，細胞色素C 釋放激活細胞凋亡程序等。氧化應激反應可導致細胞不可逆的損傷或者死亡，是自由基在體內產生的一種有害反應，并被認為是疾病和器官組織功能障礙進展的相當重要的因素。自由基指的是分子的共價鍵發生均裂后形成的具有不成對電子的原子或者基團，它們具有高反應性。本文主要就臨床常用麻醉藥物對圍術期氧化應激的影響作一綜述，以期為減少圍術期氧化應激反應，改善患者預后提供理論依據。

1 氧化應激的機制

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，活性氧具有很強的氧化能力，易結合一個電子形成負離子。按來源不同，活性氧大致可分為外源性和內源性活性氧。當遇到外源性物理或化合因素刺激時可以使細胞產生外源性活性氧。而內源性活性氧是生物體內代謝過程中自發產生的活性氧，主要是超氧離子（·O2-）和羥基（-OH）及其活性衍生物。由于細胞內活性氧主要在線粒體中產生，同時線粒體為氧化應激損傷的主要細胞器，進而導致細胞氧供不足，出現功能障礙甚至凋亡，這一特點為線粒體靶向抗氧化治療提供了理論依據。

1.2 活性氮的生成 除了產生活性氧，線粒體呼吸鏈可以產生一氧化氮（NO），NO 本身有一個未成對電子，因此是一個自由基，和其他硝酸氧化副產物，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）。在應激、缺血、炎癥等病理條件下，NO 與O2-結合形成過ONOO-。ONOO-是一種很強的嗜核RNS，可促進蛋白的酪氨酸殘基亞硝基化，酪氨酸磷酸化被其抑制而導致DNA 損傷、脂質過氧化、蛋白降解而最終可致細胞損傷或死亡。內源性NO 作為重要的脂性物質，具有強大的舒張血管，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，在臟器保護方面發揮著重要作用。

1.3 線粒體與氧化應激 線粒體是大多數真核生物有氧呼吸的主要場所，當抗氧化防御系統不堪重負時，氧化會導致線粒體損傷，造成細胞內脂類、蛋白質和核酸嚴重損害。內源性抗氧化系統本身也可以受其組成酶的氧化和過氧化反應的影響。線粒體可以作為ROS 的主要靶點，使線粒體形態改變，功能失調[1]。此外，線粒體DNA（mtDNA）因其接近電子傳遞鏈也是氧化應激破壞的目標[2]。氧化應激介導的線粒體DNA 損傷可以導致ROS 的產生和mtDNA的進一步破壞，最終導致細胞凋亡，器官損害。線粒體內有內源性抗氧化系統，以防止活性氧的損傷。這個由酶和非酶途徑組成的抗氧化防御網絡系統間是緊密聯系的，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，還包括過氧化物酶家族、細胞色素C、過氧化物酶（peroxidase）和CAT。線粒體內產生的超氧陰離子不能輕易透過線粒體膜，需要經過MnSOD 催化才能轉化成H2O2。在線粒體中心，MnSOD 是重要的抗氧化酶。線粒體谷胱甘肽（mGSH）系統和線粒體硫氧還蛋白-2（TRX-2）系統是參與氧化應激反應的兩大系統。有報道發現，TRX-2 系統在還原分解反應時維持線粒體蛋白穩定性上比mGSH 更有效[3]。氧化應激還可觸發線粒體膜通透性的改變，線粒體通透性增加也是細胞凋亡的終點。線粒體功能障礙已被確定為功能受損組織中的氧化應激的主要來源。

2 氧化應激的信號轉導通路

目前，研究氧化應激的熱點問題集中在有絲分裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族成員中介導的通路。MAPK 信號通路參與多種生理過程，并對氧化應激后的細胞活性起關鍵作用。通過對MAP3K 的活化，直接導致通路激活，隨后MAP3K 磷酸化激活MAP2K，繼而MAPK 活化，導致細胞凋亡[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，可以調節細胞凋亡，誘導線粒體凋亡，其中一個重要機制是JNK通過調節Bcl2 蛋白家族[5]，Bax/Bak 不會引起線粒體細胞色素C 的釋放，JNK 可以改變Bax/Bak 構象變化，磷酸化Bcl-2 和Bcl-xL，促進線粒體釋放細胞色素C，還可改變線粒體的重新分配，調節細胞凋亡[6]。胡柳青等[7]在體外培養的人臍靜脈內皮細胞中加入不同濃度的丙泊酚檢測JNK（p-JNK）、Bcl-2 及Bax蛋白表達水平，發現丙泊酚可以減少細胞凋亡，其機制與抑制JNK 通路有關。②P38/CSBP 通路：P38 于1993 年首次發現，由360 個氨基酸組成，屬于應激反應中的蛋白激酶MAPK 的亞類之一，也叫p38MAPK，在應激反應中起重要作用。P38 有6 個亞型，存在于不同的組織，功能有所不同。P38MAPK 是MAPKs 家族成員之一，其信號轉導通路可在炎性介質、缺氧的刺激下激活誘生型一氧化氮合酶（iNOS），產生過多的一氧化氮，形成過量的亞硝酸鹽，造成氧化應激損傷[8]。有研究表明[9]，iNOS 通過STAT1 和p38 信號通路保護細胞免受應激反應造成的死亡。③細胞外信號調節蛋白激酶（ERK）通路：該通路通過抑制NKA/Src/Erk1/2 調節的ROS 擴增，保護心肌免受氧化應激反應的損傷[10]。上述這些傳導通路大部分局限于實驗室模型，臨床試驗還有待進一步深入研究。

3 麻醉藥與氧化應激反應

3.1 吸入麻醉藥 張靜等[11]證實七氟醚后處理可減少體內大鼠心肌缺血再灌注損傷，發揮心肌保護作用，且氧化應激反應是其心肌保護作用的重要機制之一。另外，不同的麻醉藥吸入濃度對氧化應激反應也不近相同[12]，七氟烷較丙泊酚更能降低腦組織氧化應激反應[13]。韓快娟等[14]研究發現，全程七氟醚維持麻醉可顯著抑制體外循環心臟瓣膜置換術中誘發的氧化應激反應，降低體外循環中由異物或缺血-再灌注現象而產生的氧自由基，具有顯著的心腎保護功效，且患者術后獲益高。但是也有學者認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]。在圍術期使用吸入麻醉劑的總時長、時機可能都會影響其氧化應激檢測指標的數值，故而不同研究者得到了不同的結論，這也需要研究者進一步探探索麻醉藥物的使用劑量、時機等因素對氧化應激的影響。

3.2 靜脈麻醉藥

3.2.1 丙泊酚 早在二十世紀九十年代，就已經有研究發現丙泊酚具有顯著的抗氧化作用。研究表明[16]，異丙酚通過調節TLR4/NF-κB/NLRP3 通路，抑制炎癥、氧化應激和肝細胞凋亡。丙泊酚可以減輕高糖所致大鼠原代成骨細胞的氧化應激，減少細胞凋亡，促進細胞增殖[17]。其機制有可以從三個方面來闡述：①丙泊酚可以增加細胞外信號調節激酶（ERKs）、p38MAPK 和JNK 磷酸化水平，在應激、損傷、炎癥等刺激下傳遞信號下，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，結合相應的DNA 片段，調節氧化應激和炎癥反應，在細胞凋亡中起重要作用[18]。同時，ERK 生物信號抑制劑可以減弱丙泊酚的抗氧化應激水平，這說明ERK 通路在丙泊酚介導的抗氧化應激反應中起著重要的作用[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激實現保護缺血再灌注導致的腦損傷[20]。③丙泊酚可以減輕高糖所致大鼠原代成骨細胞的氧化應激，減少細胞凋亡，促進細胞增殖，為治療高血糖狀態下的骨骼系統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，保護呼吸鏈并降低ATP 損耗以及質子漏，這種保護作用可能涉及HIF-1α 信號通路。丙泊酚對單肺通氣患者肺功能保護效果優于七氟醚，與抑制氧化應激反應程度不同有關[23]。丙泊酚是麻醉常用靜脈全麻藥，大量研究證實其具有減少氧化應激反應的作用。根據目前的研究進展是否可以進一步利用其降低氧化應激反應還有待進一步研究。

3.2.2 依托咪酯 依托咪酯主要作用于GABAA 受體，具有中樞鎮靜催眠和遺忘作用，無鎮痛和肌松作用。起效快，作用時間短，血流動力學穩定，相對安全，對心血管系統影響小是其公認的優點之一，臨床上已廣泛應用，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腎上腺皮質功能的抑制作用[24]。有研究表明，依托咪酯可以減少體外循環下丙二醛的過量產生，增強超氧化物歧化酶活性，從而起到心肌保護作用[25]。動物實驗研究表明[26]，體外循環心臟直視手術下依托咪酯和丙泊酚都具清除氧自由和減輕脂質過氧化的作用，但是丙泊酚作用比依托咪酯更強，心肌保護作用更好。有研究表明[27]，依托咪酯可通過激活抗氧化應激反應保護成年大鼠視神經切斷后的視網膜神經節細胞。依托咪酯也可以在術中很好的維持全身麻醉，并且能增強體內超氧化物歧化酶的活性，清除氧化應激反應產生的過多自由基，對抗氧化應激反應帶來的不良后果。但其具體機制目前尚不十分明確，需要進一步研究證實。

3.2.3 咪達唑侖 咪達唑侖是臨床常用的苯二氮卓類安定藥。早在1998 年，已經有學者發現咪達唑侖在臨床靜脈注射用藥的濃度下，其芳香環可以與自由基反應，形成穩定的集團，減少活性氧的生成。咪達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 通路介導的氧化應激預防運動神經元死亡[29，30]。還有研究證實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痛質量，這可能與其優越的抗氧化和抗炎作用有關[30]。但是咪唑安定目前大多數情況主要用于麻醉誘導和輔助給藥，對于手術全程靜脈滴注咪達唑侖患者的氧化應激反應有何影響以及其分子機制還有待進一步研究。

3.2.4 右美托咪定 右美托咪定是α2腎上腺素受體激動劑，具有高效高選擇性的特點。近年來，很多研究觀察了右美托咪定減輕圍術期患者氧化應激反應的作用以及其減輕脂質過氧化物對器官組織的損傷作用，隨有部分結論，但其機制尚需進一步探究。在動物實驗中，右美托咪定可以降低炎性細胞反應性[31]，通過Trx1 依賴性Akt 通路改善氧化應激和細胞凋亡，從而保護心肌缺血/再灌注損[32]。王海麗等[33]發現，與七氟烷復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，降低老年腦缺血患者氧化應激水平以及炎癥因子水平。陳元良等[34]發現，與丙泊酚相比，七氟烷復合右美托咪定能顯著減輕腹腔鏡膽囊切除術患者的術后氧化應激反應，保護患者認知功能，但其機制目前尚不清楚。

3.2.5 阿片類鎮痛藥 目前有關阿片類鎮痛藥對氧化應激反應的影響的研究相對較少。嗎啡通過激活阿片受體并促進線粒體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生，抑制脂質過氧化反應，減輕心肌損傷。張玉龍等[36]研究表明，瑞芬太尼聯合舒芬太尼全麻可緩解高齡腹部創傷手術患者的應激反應，減少對其免疫功能及血流動力學的影響，鎮痛效果良好。總體來看，目前關于阿片類鎮痛藥的相關研究會還較少，其抗氧化作用是否確切還需要更多大樣本實驗證實。

4 總結

麻醉藥物在氧化應激反應中的作用機制越來越明確，尤其在圍術期加速康復醫學被越來越重視的今天。無論是細胞試驗、動物試驗還是臨床課題均有證據表明不同麻醉藥物在抗氧化應激方面具有一定作用，但究竟哪種藥物具有顯著優勢還需大樣本研究進行系統分析。總之，在臨床麻醉中，根據手術的需要和麻醉藥的特點合理選擇麻醉藥對減少患者圍術期氧化應激反應有很大的幫助。