急、慢性低氧与一氧化氮23

徐中华

(镇江市体育科研所，江苏 镇江 212001)

急、慢性低氧与一氧化氮23

徐中华

(镇江市体育科研所，江苏 镇江 212001)

一氧化氮对人体具有广泛的生物学效应，在多个系统的生理及病理生理过程中起着重要的作用。简要介绍一氧化氮的生理作用，并从急、慢性低氧对一氧化氮分泌的影响、一氧化氮合酶适应性变化及低氧习服对一氧化氮分泌的改善作用等方面进行综述，为进一步研究一氧化氮与低氧的关系提供一些参考。

一氧化氮；一氧化氮合酶；急性低氧；慢性低氧

从无机小分子物质到作为生物体内的信使分子和效应分子，人们对一氧化氮（NO）有了新的认识。自1980年NO理论的提出，并随着相关研究的不断深入和发展，研究人员已把NO应用到诸多领域，尤其在当代低氧理论研究中。低氧作为一种特殊的刺激，机体在低氧过程中，必将产生一系列的适应性变化，国内外关于NO与低氧关系的研究已有不少报道。本文针对NO的生理应激功能及病理变化特点，就急、慢性低氧对NO分泌及其合酶的影响以及低氧习服的作用及影响进行简短的综述。

1 NO的生物学特性

NO是一种气态自由基，能通过生物膜快速扩散，在生物组织中的半衰期大约为6 s，具有高度的活性，直接参与复合物或者自由基的反应，间接参与DNA、蛋白质、脂质反应[1]。血管的内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，NO的生成由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase,NOS）催化，以L-精氨酸为底物，以NADPH作为电子供体，生成NO和L-瓜氨酸。

NOS广泛存在于不同的组织中，目前已经确定的NOS的亚型有三种，分别是神经元型（nNOS）、内皮型（eNOS）和诱导型（iNOS）。其中nNOS 和eNOS依赖于钙离子/钙调蛋白（Ca2+/CaM），不受内毒素等诱导，被统称为原生型或结构型酶（cNOS），主要分布在神经细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和血小板等，静息状态时以无活性单位存在，当细胞受到刺激后，其依赖Ca2+/CaM激活NADPH参与将L-Arg转变为L-Cit并释放NO，由于催化反应迅速而短暂，生成的NO量少，主要参与机体的正常生理活动[2]。iNOS存在于几乎所有组织细胞中，其中以巨噬细胞、血管平滑肌细胞和中性粒细胞含量最多。正常生理情况下iNOS基因并不表达，但在内毒素脂多糖（LPS）、肿瘤坏死因子（TNF）、干扰素（INF）、白细胞介素（IL-1）等因子的刺激下，iNOS即被诱导生成，不依赖Ca2+/CaM而持续催化产生大量的NO，直到底物耗尽[3]。由iNOS诱导产生的大量NO是机体防御体系中一个重要因子，在局部可以发挥抗炎和杀菌等保护性作用，而在全身则可能导致机体自身性破坏[4]。

2 NO的生理作用

2.1 NO在神经系统中的作用

NO广泛存在于神经系统中。在中枢神经系统，NO具有介导兴奋性氨基酸以及其他与鸟苷酸环化酶（cGMP）浓度升高有关的神经递质，传递信息的功能。可能参与海马长时程突触传递增强（LTP）以及小脑长时程突触传递抑制（LTD）。此外，NO还可能参与学习、记忆过程，参与神经递质释放的调节，脑血流的调节以及痛觉的调制等[2]。在外周神经系统非肾上腺能非胆碱能（NANC）神经元中，NO起神经递质的作用，从而调控肠、胃等器官的功能。

2.2 NO在心血管系统中的作用

NO作为一种血管舒张因子，通过与其相应的膜受体结合，激活胞内cGMP，使cGMP含量升高，[Ca2+]下降，进而活化cGMP依赖性蛋白激酶的机制来引起平滑肌松弛、血管扩张、血压降低并抑制血小板聚集和粘附。此外，NO还具有抑制血管壁内皮下细胞增殖、降低大血管和阻力血管通透性、增加一些微血管的通透性等作用[2]。

2.3 NO在免疫系统中的作用

NO是免疫系统对付细菌、病毒、肿瘤细胞等病原体的有效武器。内毒素、细胞因子能够诱导巨噬细胞等表达iNOS，继而产生大量的NO，通过抑制靶细胞线粒体三羧酸循环、电子传递和细胞DNA合成途径，杀伤入侵细菌、病毒、肿瘤细胞；同时过量的NO具有极大的细胞毒性作用，可造成正常功能的细胞膜、蛋白质、酶类以及核酸的损伤。

3 NO与低氧的关系

3.1 急性低氧对NO分泌的影响

国内外关于急性低氧对NO分泌影响的研究报道，大多数研究认为急性低氧可抑制NOS的活性，从而抑制NO的产生和释放。Nelin等[5]用测定灌注液NOX-和NO呼出量的方法发现急性低氧小猪肺灌注液NOX-下降了60%、NO呼出量下降了30%，认为低氧抑制了生理性NO的持续释放。Jeffrey等[6]让小猪经历90min低氧，1h心肺复氧和2h的恢复，发现低氧后NO呼出量降低到基础水平的36%并在2h恢复后进一步降低到基础水平的20%、大动脉和肺动脉血浆亚硝酸盐水平下降显著，认为低氧-复氧后NO呼出量减少可能与支气管上皮机能障碍有关。张慧等[7]研究发现中、重度低压缺氧大鼠血液、心肌和脑皮质NO含量显著低于对照组。谢印芝等[8]研究指出急性低氧组（相当于海拔7000m，4h）与常氧对照组相比，脑、肺NO水平明显下降，NOS活力明显下降。袁予辉、王迪浔[9]用组织化学法研究发现急性低氧肺动脉，特别是中、小动脉壁NOS活性降低。

急性低氧使NO分泌减少的机制可能有：（1）NOS活性降低使NO合成受到抑制。从酶动力学角度看，NOS活性降低的机制可能是：低氧时NOS催化反应平衡常数发生改变，使反应平衡左移，NOS催化的逆反应过程速度加快，从而导致NO分泌减少；（2）内皮素（ET-1）分泌的增多。生理条件下，NO和ET-1作为相互拮抗的生物活性物质，它们的合成与分泌之间处于一种动态平衡之中。ET-1通过其β受体促进NO的分泌，而NO则经过cGMP途径抑制ET-1的产生。当急性低氧时，低氧的刺激作用使内皮细胞ET-1分泌增加，从而使NO的分泌受到了抑制；（3）低氧时自由基产生增多。NO作为一种保护因子，可通过自由基来防止超氧阴离子自由基-对细胞的损伤，当机体处于急性低氧状态时，自由基产生增多，导致NO分泌减少。（4）NO对血管内皮细胞生长因子（VEGF）的表达起负调控作用。低氧刺激使VEGF的表达增强，则使起负调控作用的NO分泌减少。(5)急性缺氧损害了内皮细胞的分泌功能，使NO分泌减少。

然而，关于急性低氧对NO分泌影响研究的结果还存在着不小差异。赵善明等[10]以人工吸入含氧量为8.5%的氮氧混合气体（相当于海拔6500m）造成家兔急性低氧，发现家兔血浆NO含量明显升高。周玉峰等[11]报道，急性低氧（相当于海拔5000m，3d），心肌NO2-和NOS活性明显增高。金肆等[12]运用免疫组织化学技术检测Wister大鼠肺血管内皮和肺内气道上皮eNOS蛋白表达的变化，发现无论是肺血管内皮，还是肺内气道上皮，Wister大鼠eNOS蛋白表达在模拟4000m、6000m高原低氧处理2h后，均显著升高。

3.2 慢性低氧对NO分泌的影响

目前国内外关于慢性低氧对NO分泌影响的报道亦有不少，但结论不尽相同。Fike等[13]使新生猪暴露于低氧环境（10%O2）10-12天，发现血浆、肺灌注液NOX-和NO呼出量水平与对照组相比有显著降低，全肺匀浆eNOS蛋白水平较对照组也显著降低。林红、蔡英年[14]通过NADPH-d组织化学染色对肺组织NOS进行定性分析，发现缺氧2周后，肺组织cNOS活性显著降低。崔建华等[15]对从平原（海拔1400m）进驻海拔3700m和5380m高原第7天及半年的56名官兵进行NO检测，并与20名平原健康青年作对照，结果NO在进驻5380m 第7天和半年及3700m第7天时较平原降低显著，3700m居住半年时较平原无显著性差异。 Le Cras等[16]用RNA和蛋白质印迹技术检测慢性低氧大鼠肺eNOS和iNOS，发现eNOS和iNOS的mRNA和蛋白质的表达均显著增强。Shi等[17]也发现慢性低氧使心肌NOS活性升高。Louis等[18]报道慢性低氧增加成年大鼠肺eNOS蛋白水平，但降低新生猪eNOS蛋白水平。Sato等[19]研究发现，大鼠经慢性低氧（10%O2），尽管NOS表达增强但认为慢性低氧抑制了NO的分泌。同时，有研究显示，在低氧观察期间，随着时间的延长血管内皮细胞NOS表达逐渐增高，在低氧2周时最为明显。可见研究结果差异较大，可能与实验对象、低氧程度、低氧暴露时间、所处时期机体的机能状态、NO及NOS组织特异性等因素有关。

3.3 低氧习服对NO分泌的改善作用

低氧习服是指通过1次或多次短暂、非致死性低氧刺激后，机体获得对更严重甚至致死性缺血或缺氧的耐受性。它是机体抗缺血或缺氧的一种内源性保护现象，普遍存在于动物的心、肝、肾和脑等多种组织、器官和细胞中，可以明显地减轻高原反应[20]。谢印芝等[8]比较大鼠常氧对照组、急性低氧组（相当于7000m，4h）和间断低氧习服组(先低氧习服4周，再置于7000m下4h)发现，与常氧对照比较，低氧大鼠（急性低氧、间断低氧习服）脑、肺NO水平明显下降；急性低氧组NOS活力明显下降，而间断低氧习服组NOS活力下降不明显。急性低氧组和间断低氧习服组比较，前者NOS活力明显低于后者。认为经低氧习服后，NO水平及NOS活力可明显改善。提示低氧习服可缓和机体的不良应激反应。这与周智等[21]报道的结论相一致。龙超良等[22]研究发现大鼠经间断低氧习服后，比不习服时心肌NO2-含量显著增高。目前研究认为，低氧刺激使NO产生和释放障碍，是高原脑水肿、肺水肿、肺动脉高压等高原疾病产生的重要原因。究其原因可能为：一是低氧刺激对血管平滑肌肌细胞收缩的影响，二是NO负调控作用，通过VEGF表达促使血管内皮增殖，又增加血管通透性。机体接受反复低氧条件的刺激，能在短时间内有效产生对低氧的适应，从而减轻高原疾病的症状，减少高原疾病的发生。

总之，无论是急性低氧还是慢性低氧，对NO的分泌及NOS的活性都会产生较大的影响，而低氧习服则能明显改善这种影响作用。

4 展望

NO在低氧过程中的重要性日益受到重视。低氧可引起内皮细胞分泌NO的改变，且受不同低氧程度、低氧方式的影响。低氧引起NO分泌的减少，被认为是高原脑水肿、肺水肿、肺动脉高压等高原疾病产生的重要原因。NO具有双重作用，因此低氧时如何提高NO水平并防止NO分泌过多对机体产生的损伤是需要研究的课题。此外，机体产生抗缺氧有利反应与不利反应间平衡的低氧方式、低氧程度与低氧暴露时间及低氧引起NO水平变化的机制等都有待进一步探讨。

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Acute, Chronic Hypoxia and Nitric Oxide

XU Zhong-hua

(Zhenjiang sports science research institute, Zhenjiang 212001, Jiangsu, China)

Nitric oxid e has abroad domino of fect on human beings, p lays important role in the pro cess o f ph ysiological and pathophysiological in many systems.This article introduced the effect of nitric oxide briefly and summarizes the effects on nitric oxide secrete from the aspects of acute and chronic hypoxia,induce adaptation transformation of nitric oxide synthase,improvement effect of hypoxic acclimatization,in order to pr ovide documentary for furth er studies on th e relationship b etween nitric oxide and hypoxia.

NO; NO synthase; acute hypoxia; chronic hypoxia

徐中华 (1979-)，江苏镇江人，研究生，助理研究员，研究方向：运动人体科学。