试析线粒体心搏骤停后心脑损伤：线粒体相关途径怎样

论文导读：时可作为直接的功能物质。在缺血缺氧性心、脑损伤中，存在着明显的细胞线粒体能量代谢障碍。Tang等［14］研究发现，经外源性CP预处理可使大鼠脑缺血-再灌注后大脑皮质区病理损伤明显减轻，凋亡细胞数减少，钙调蛋白活性及丙二醛（MDA）含量显著降低，减轻脑缺血-再灌注损伤。大鼠CPR后早期大脑皮层细胞ATP含量、腺苷酸库（TAN）及能荷（
心、脑损伤是心搏骤停（CA）后主要的病理损伤，也是CA患者心肺复苏（CPR）初期获得成功后最终一直处于低生存率的主要原因。近年来，CA后心、脑损伤机制研究涉及了氧自由基损伤、钙离子超载、中性粒细胞聚集、微血管损伤、能量代谢障碍、细胞凋亡、血脑屏障通透性增加等多个方面，其中，CA后心、脑细胞线粒体损伤的研究颇为引人注目。线粒体作为是细胞代谢最关键的细胞器，通过十分复杂而又相互关联的一系列结合反应和电子传递，产生细胞能量物质三磷酸腺苷（ATP），并参与细胞死亡的现时进程（active process），调节细胞凋亡。
1 线粒体结构的变化
CA后CPR过程本质上是缺血-再灌注过程，缺血导致机体氧供不足，影响机体的物质能量代谢，细胞能量耗竭导致细胞结构受损。研究发现，CA后和CPR后线粒体超微结构改变主要是面密度和比表面降低，体密度及横径长度增加［1］，线粒体肿胀，峭崩解，外膜破裂，溶酶体酶释放，糖原消失，空泡化，内质网扩张，以及细胞核变性等表现［2］。线粒体结构改变导致线粒体呼吸链电子传递障碍及机体自由基清除能力下降，进一步使氧自由基产生释放增多、清除减少，从而加重细胞超微结构的损害。
2 线粒体途径细胞凋亡
心肌细胞和神经细胞作为一类终末分化细胞，所受损伤超过其代偿范围便会产生不同程度的细胞死亡（细胞凋亡、坏死或自噬）。细胞凋亡是缺血-再灌注损伤过程中细胞死亡的重要形式。研究发现，缺血-再灌注损伤导致10%～50%的线粒体通透性转换孔（MPTP）开放时，细胞仅发生凋亡，基本能够完全恢复其功能；当损伤导致50%以上的MPTP开放时，细胞往往会发生坏死［3］。MPTP开放是细胞受损后凋亡或坏死的共同通路［4］，细胞遭受损伤时间和MPTP开放程度，决定着细胞的死亡方式［5］。MPTP开放后不依赖caspase的细胞死亡，其机制与线粒体跨膜电位消失，线粒体外膜破裂，呼吸链ATP合成障碍，细胞能量耗竭相关［6］。而细胞色素C释放激活caspase蛋白酶系统，是经典的线粒体启动凋亡途径的关键步骤［7］。
Bcl-2基因家族与线粒体调控细胞凋亡的作用密切相关，Bcl-2和Bax分别是该家族中的凋亡抑制基因和凋亡促进基因，通过调控线粒体变化间接调控蛋白酶和核酶活性，双向调节细胞凋亡。Gu等［8］研究显示，CA后CPR过程中通过上调Bcl-2蛋白的表达，可以抑制心肌细胞的凋亡。CPR后早期心脑凋亡细胞数及Bcl-2、Bax蛋白表达均明显升高，Bcl-2/Bax比值明显降低，通过抑制凋亡相关蛋白表达干预机制，有可能减少细胞凋亡［9-10］。线粒体ATP敏感型钾通道（MitoKATP）是心、脑等脏器缺血-再灌注损伤保护机制中主要的触发因子和终末效应因子，在缺血缺氧等病理状态下被激活开放，通过调节细胞兴奋性，减轻钙超载，增加氧自由基产生抗凋亡效应，保护线粒体功能［11］。吴晓丹等［12］研究发现，七氟醚预处理抑制大鼠海马神经元缺氧复氧时，细胞凋亡的机制与开放神经元MitoKATP通道有关。
3 线粒体能量代谢障碍
ATP作为组织的主要能量来源，对于维持细胞的生理功能，如主动转运、蛋白质合成与加工、离子内环境稳定、细胞膜完整性、突触传递、递质释放与摄取等，发挥着重要作用。经线粒体三羧酸循环产生ATP是体内ATP的主要来源。细胞中ATP、二磷酸腺苷（ADP）、一磷酸腺苷（AMP）的相对数量反映细胞能量代谢活动状态。磷酸肌酸（CP）是细胞能量的储存形式，具有储存和转运ATP的双重功能［13］，在机体组织缺血时可作为直接的功能物质。在缺血缺氧性心、脑损伤中，存在着明显的细胞线粒体能量代谢障碍。Tang等［14］研究发现，经外源性CP预处理可使大鼠脑缺血-再灌注后大脑皮质区病理损伤明显减轻，凋亡细胞数减少，钙调蛋白活性及丙二醛（MDA）含量显著降低，减轻脑缺血-再灌注损伤。大鼠CPR后早期大脑皮层细胞ATP含量、腺苷酸库（TAN）及能荷（EC）明显下降，ADP含量偏低，AMP含量明显升高，表明细胞能量代谢障碍严重，ATP生成减少，降解增加，AMP、ADP相对积聚，而应用外源性CP后能量代谢障碍明显减轻［15］。外源性CP还可使反映大鼠CPR后早期心肌损伤程度的血清肌酸激酶同工酶（CK-MB）、肌钙论文导读：
蛋白（cTnI） 含量明显回落，心肌组织病理改变明显减轻［16］。
线粒体呼吸4种状态中以state 3和state 4最为重要，两者比值即呼吸控制率（RCR）。磷氧比（P/O）为当2个电子由底物经呼吸链传递将一个O还原成H2O时被磷酸化成ATP的ADP分子数。呼吸控制率（RCR）与P/O是评价线粒体结构完整性及氧化磷酸化偶联程度的敏感指标，反映了线粒体氧化磷酸化效率。线粒体呼吸功能障碍是CA和CPR过程缺血缺氧及再灌注损伤中最关键的损伤机制之一。张雷等［17］研究显示，CPR后大鼠脑线粒体以琥珀酸为底物的state 4显著升高，state 3、RCR和P/O均显著下降，原因可能是因为缺血时氧的缺乏，致使电子无法传递给最终受体氧分子，造成state 3效能降低，RCR和P/O下降说明ADP对呼吸链电子传递速率的控制程度降低，反映氧化磷酸化过程在一定程度上脱偶联；而state 4的增摘自：毕业论文模板www.7ctime.com
加代表线粒体自身耗氧增加，膜通透性升高，此时氧的消耗是用于维持膜两侧质子浓度梯度差，而不是为电子接受体氧分子所消耗，因此ATP产生并不会增加。说明CA后大鼠脑线粒体呼吸功能明显受损，虽然再灌注期氧的供应恢复，但线粒体功能在多种损伤因素攻击下并没有得到恢复，通过保护线粒体呼吸链复合物及促进脂肪酸代谢可以提高ATP的产生，从而调节线粒体能量代谢。4 线粒体Na+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶
Na+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶是广泛分布在机体内的生物膜酶系统，它们对维持细胞的正常生理功能起着极其重要的作用。Na+-K+-ATP酶催化ATP水解供能，驱动Na+和K+于细胞膜两侧的对向运输，维持着细胞膜两侧的膜电位、调节细胞渗透压，为营养物质的吸收提供动力，并在神经和肌肉细胞的冲动传导等方面起着重要作用。Ca2+-Mg2+-ATP酶在维持细胞内Ca2+和Mg2+浓度稳定、心肌和其它肌肉收缩、神经细胞动作电位传导等方面，均有重要作用。Na+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶既能间接反映组织能量代谢，又能直接反映组织缺血-再灌注损伤。Singh和Dhalla［18］研究发现，在心肌缺血-再灌注早期，ATP耗竭，ATP酶不能维持正常的生理功能，离子泵功能障碍，细胞内Na+增多导致细胞内水肿形成，而细胞内Ca2+超载，亦引发一系列病理反应。脑缺血后，Na+-K+-ATP酶功能紊乱导致胞膜去极化，引起电压门控钙通道和Na+-Ca2+交换体激活，使细胞内游离Ca2+浓度增高，启动Ca2+介导的信号转导通路，导致神经细胞凋亡［19］。有研究报告， CA后CPR过程中动物心肌Na+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶活性明显下降，而心肌ATP酶活性恢复可改善心肺复苏预后［15，20-21］。
总之，线粒体作为细胞能量代谢、细胞凋亡通路的重要细胞器，是CA后心、脑缺血缺氧损伤以及CPR过程中缺血-再灌注损伤的重要靶目标，CA后线粒体机构与功能受损机制及其保护的研究，对于探索进一步提高CPR成功率和存活率具有至关重要的意义。
参考文献
［1］ Yeh ST， Lee HL， Aune SE， et al. Preservation of mitochondrial function with cardiopulmonary resuscitation in prolonged cardiac arrest in rats［J］. J Mol Cell Cardiol， 2009， 47（6）： 789-797.
［2］ Fang X， Huang Z， Zhu J， et al. Ultrastructural evidence of mitochondrial abnormalities in postresuscitation myocardial dyunction［J］. Resuscitation， 2012， 83（3）： 386-394.
［3］ Weiss JN， Korge P， Honda HM， et al. Role of the mitochondrial permeabilit论文导读：tioningattenuatesapoptosisinischemia-reperfusioninju源于：大学生毕业论文范文www.7ctime.comr上一页1234下一页
y transition in myocardial disease［J］. Circ Res， 2003， 93（4）： 292-301.
［4］ Kroemer G， Reed JC. Mitochondrial control of cell death［J］. Nat Med， 2006， 6（5）： 513-519.
［5］ Kinnally KW， Peixoto PM， Ryu SY， et al. Is mPTP the gatekeeper for necrosis， apoptosis， or both？［J］. Biochim Biophys Acta， 2011， 1813（4）： 616-622.
［6］ Lrtigue L， Kushnareva Y， Seong Y， et al. Caspase-independent mitochondrial cell death results from loss of respiration，not cytotoxic protein release［J］.Mol Biol Cell， 2009， 20（23）： 4871-4884.
［7］ Cao XH， Zhao SS， Liu DY， et al. ROS-Ca2+ is associated wit源于：论文例文www.7ctime.com
h mitochondria permeability transition pore involved in surfactin-induced MCF-7 cells apoptosis［J］. Chem Biol Interact， 2011， 190（1）： 16-27.
［8］ Gu W， Li C， Yin W， et al. Shen-fu injection reduces postresuscitation myocardial dyunction in a porcine model of cardiac arrest by modulating apoptosis［J］. Shock， 2012， 38（3）： 301-306.［9］ 李章平，陈寿权，李惠萍，等.补阳还五汤对大鼠心肺复苏后脑水肿和细胞凋亡的影响［J］.中国中西医结合急救杂志， 2010， 17（2）： 90-92.
［10］ 晏平，陈寿权，李章平，等.磷酸肌酸对大鼠心肺复苏后心肌细胞凋亡的影响［J］.中华急诊医学杂志， 2011， 20（7）： 698-702.
［11］ Korge P， Honda HM， Weiss JN. K+-dependent regulation of matrix volume improves mitochondrial function under conditions mimicking ischemia-reperfusion［J］. Am J Physiol Heart Circ Physiol， 2005， 289（1）： H66-H77.
［12］ 吴晓丹，陈彦青，李德龙，等.不同浓度七氟醚预处理对大鼠海马神经元缺氧复氧时细胞凋亡的影响及线粒体ATP敏感型钾通道在其中的作用［J］.中华麻醉学杂志，2011， 31（3）： 342-345.
［13］ Sartorius A， Lugenbiel P， Mahlstedt MM， et al. Proton magnetic resonance spectroscopic creatine correlates with creatine transporter protein density in rat brain［J］. J Neurosci Methods， 2008， 172（2）： 215-219.
［14］ Tang LH， Xia ZY， Zhao B， et al. Phosphocreatine preconditioning attenuates apoptosis in ischemia-reperfusion inju源于：大学生毕业论文范文www.7ctime.com
r论文导读：
y of rat brain［J］. J Biomed Biotechnol，2011，2011：10709-10711.
［15］ 杨婷，乔江华，李冬芳，等.磷酸肌酸对大鼠心肺复苏后脑能量代谢的影响［J］.中华急诊医学杂志， 2012， 21（3）： 265-270.
［16］ 晏平， 陈寿权， 李章平， 等. 磷酸肌酸对窒息型大鼠心肺复苏后心肌保护作用的研究［J］. 浙江医学， 2008， 30（3）： 223-225.
［17］ 张雷， 林兆奋， 缪明永， 等. 心肺复苏后大鼠脑细胞线粒体呼吸功能的变化及左卡尼汀的干预作用［J］. 药学服务与研究， 2005， 5（3）： 259-262.
［18］ Singh RB， Dhalla NS. Ischemia-reperfusion-induced changes in sarcolemmal Na+/K+-ATPase are due to the activation of calpain in the heart［J］.Can J Physiol Pharmacol，2010，88（3）： 388-397.
［19］ Broughton BR， Reutens DC， Sobey CG. Apoptotic mechanis after cerebral ischemia［J］. Stroke， 2009， 40（5）： e331-e339.
［20］ 王云娇，程志刚，郭曲练，等.甘草酸对犬心脏停跳复苏后脑复苏的影响［J］.中国麻醉学杂志， 2006， 26（2）： 163-165.
［21］ Ji XF， Yang L， Zhang MY， et al. Shen-fu injection attenuates postresuscitation myocardial dyunction in a porcine model of cardiac arrest［J］. Shock， 2011， 35（5）： 530-536.
（收稿日期：2012-11-23）
（本文编辑：郑辛甜）
DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-028

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基金项目：温州市科技计划项目（Y20080084） 作者单位： 325000 浙江省温州，温州医学院附属第二医院急诊科（陈寿权）；温州医学院附属第一医院急诊科（何爱文）
通信作者：陈寿权，Email：csq@hosp

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