麻醉药物对氧化应激的影响

许德芳

（天津市第四中心医院/天津医科大学第四临床学院/南开大学附属第四中心医院麻醉科，天津 300140）

氧化应激（oxidative stress）是1970 年由科学家Paniker 等首次提出的，是指机体内氧化与抗氧化作用的平衡被打破，倾向于氧化，导致炎性细胞粘附、聚集、浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）自由基（过氧化氢、过氧化亚硝基阴离子等氧化中间产物）而引起细胞器如线粒体的损伤，细胞内蛋白质和酶发生变性，DNA突变，细胞色素C 释放激活细胞凋亡程序等。氧化应激反应可导致细胞不可逆的损伤或者死亡，是自由基在体内产生的一种有害反应，并被认为是疾病和器官组织功能障碍进展的相当重要的因素。自由基指的是分子的共价键发生均裂后形成的具有不成对电子的原子或者基团，它们具有高反应性。本文主要就临床常用麻醉药物对围术期氧化应激的影响作一综述，以期为减少围术期氧化应激反应，改善患者预后提供理论依据。

1 氧化应激的机制

1.1 活性氧的生成 来源于氧分子的自由基叫氧自由基，也叫活性氧，活性氧具有很强的氧化能力，易结合一个电子形成负离子。按来源不同，活性氧大致可分为外源性和内源性活性氧。当遇到外源性物理或化合因素刺激时可以使细胞产生外源性活性氧。而内源性活性氧是生物体内代谢过程中自发产生的活性氧，主要是超氧离子（·O2-）和羟基（-OH）及其活性衍生物。由于细胞内活性氧主要在线粒体中产生，同时线粒体为氧化应激损伤的主要细胞器，进而导致细胞氧供不足，出现功能障碍甚至凋亡，这一特点为线粒体靶向抗氧化治疗提供了理论依据。

1.2 活性氮的生成 除了产生活性氧，线粒体呼吸链可以产生一氧化氮（NO），NO 本身有一个未成对电子，因此是一个自由基，和其他硝酸氧化副产物，如过氧亚硝基（ONOO-）、NO 和二氧化氮（NO2）称为活性氮（RNS）。L-精氨酸在一氧化氮合酶（NOS）氧化下形成一氧化氮（NO）。在应激、缺血、炎症等病理条件下，NO 与O2-结合形成过ONOO-。ONOO-是一种很强的嗜核RNS，可促进蛋白的酪氨酸残基亚硝基化，酪氨酸磷酸化被其抑制而导致DNA 损伤、脂质过氧化、蛋白降解而最终可致细胞损伤或死亡。内源性NO 作为重要的脂性物质，具有强大的舒张血管，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，在脏器保护方面发挥着重要作用。

1.3 线粒体与氧化应激 线粒体是大多数真核生物有氧呼吸的主要场所，当抗氧化防御系统不堪重负时，氧化会导致线粒体损伤，造成细胞内脂类、蛋白质和核酸严重损害。内源性抗氧化系统本身也可以受其组成酶的氧化和过氧化反应的影响。线粒体可以作为ROS 的主要靶点，使线粒体形态改变，功能失调[1]。此外，线粒体DNA（mtDNA）因其接近电子传递链也是氧化应激破坏的目标[2]。氧化应激介导的线粒体DNA 损伤可以导致ROS 的产生和mtDNA的进一步破坏，最终导致细胞凋亡，器官损害。线粒体内有内源性抗氧化系统，以防止活性氧的损伤。这个由酶和非酶途径组成的抗氧化防御网络系统间是紧密联系的，其中包括锰超氧化物歧化酶歧化酶（MnSOD）、谷胱甘肽（GSH）和硫氧还蛋白（TSH）系统，还包括过氧化物酶家族、细胞色素C、过氧化物酶（peroxidase）和CAT。线粒体内产生的超氧阴离子不能轻易透过线粒体膜，需要经过MnSOD 催化才能转化成H2O2。在线粒体中心，MnSOD 是重要的抗氧化酶。线粒体谷胱甘肽（mGSH）系统和线粒体硫氧还蛋白-2（TRX-2）系统是参与氧化应激反应的两大系统。有报道发现，TRX-2 系统在还原分解反应时维持线粒体蛋白稳定性上比mGSH 更有效[3]。氧化应激还可触发线粒体膜通透性的改变，线粒体通透性增加也是细胞凋亡的终点。线粒体功能障碍已被确定为功能受损组织中的氧化应激的主要来源。

2 氧化应激的信号转导通路

目前，研究氧化应激的热点问题集中在有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族成员中介导的通路。MAPK 信号通路参与多种生理过程，并对氧化应激后的细胞活性起关键作用。通过对MAP3K 的活化，直接导致通路激活，随后MAP3K 磷酸化激活MAP2K，继而MAPK 活化，导致细胞凋亡[4]。MAPK包括3 条通路：①JNKs（c-Jun 氨基端激酶）/SAPKs通路：JNKs 属于MAPKs 家族成员之一，可以调节细胞凋亡，诱导线粒体凋亡，其中一个重要机制是JNK通过调节Bcl2 蛋白家族[5]，Bax/Bak 不会引起线粒体细胞色素C 的释放，JNK 可以改变Bax/Bak 构象变化，磷酸化Bcl-2 和Bcl-xL，促进线粒体释放细胞色素C，还可改变线粒体的重新分配，调节细胞凋亡[6]。胡柳青等[7]在体外培养的人脐静脉内皮细胞中加入不同浓度的丙泊酚检测JNK（p-JNK）、Bcl-2 及Bax蛋白表达水平，发现丙泊酚可以减少细胞凋亡，其机制与抑制JNK 通路有关。②P38/CSBP 通路：P38 于1993 年首次发现，由360 个氨基酸组成，属于应激反应中的蛋白激酶MAPK 的亚类之一，也叫p38MAPK，在应激反应中起重要作用。P38 有6 个亚型，存在于不同的组织，功能有所不同。P38MAPK 是MAPKs 家族成员之一，其信号转导通路可在炎性介质、缺氧的刺激下激活诱生型一氧化氮合酶（iNOS），产生过多的一氧化氮，形成过量的亚硝酸盐，造成氧化应激损伤[8]。有研究表明[9]，iNOS 通过STAT1 和p38 信号通路保护细胞免受应激反应造成的死亡。③细胞外信号调节蛋白激酶（ERK）通路：该通路通过抑制NKA/Src/Erk1/2 调节的ROS 扩增，保护心肌免受氧化应激反应的损伤[10]。上述这些传导通路大部分局限于实验室模型，临床试验还有待进一步深入研究。

3 麻醉药与氧化应激反应

3.1 吸入麻醉药 张静等[11]证实七氟醚后处理可减少体内大鼠心肌缺血再灌注损伤，发挥心肌保护作用，且氧化应激反应是其心肌保护作用的重要机制之一。另外，不同的麻醉药吸入浓度对氧化应激反应也不近相同[12]，七氟烷较丙泊酚更能降低脑组织氧化应激反应[13]。韩快娟等[14]研究发现，全程七氟醚维持麻醉可显著抑制体外循环心脏瓣膜置换术中诱发的氧化应激反应，降低体外循环中由异物或缺血-再灌注现象而产生的氧自由基，具有显著的心肾保护功效，且患者术后获益高。但是也有学者认为七氟烷在单肺通气患者麻醉中抗氧化作用低于丙泊酚[15]。在围术期使用吸入麻醉剂的总时长、时机可能都会影响其氧化应激检测指标的数值，故而不同研究者得到了不同的结论，这也需要研究者进一步探探索麻醉药物的使用剂量、时机等因素对氧化应激的影响。

3.2 静脉麻醉药

3.2.1 丙泊酚 早在二十世纪九十年代，就已经有研究发现丙泊酚具有显著的抗氧化作用。研究表明[16]，异丙酚通过调节TLR4/NF-κB/NLRP3 通路，抑制炎症、氧化应激和肝细胞凋亡。丙泊酚可以减轻高糖所致大鼠原代成骨细胞的氧化应激，减少细胞凋亡，促进细胞增殖[17]。其机制有可以从三个方面来阐述：①丙泊酚可以增加细胞外信号调节激酶（ERKs）、p38MAPK 和JNK 磷酸化水平，在应激、损伤、炎症等刺激下传递信号下，MAPK 激酶激酶（MAP3K）、MAPK 激酶（MAP2K）、MAPK 相继被激活，MAPK 磷酸化，通过活化核因子，结合相应的DNA 片段，调节氧化应激和炎症反应，在细胞凋亡中起重要作用[18]。同时，ERK 生物信号抑制剂可以减弱丙泊酚的抗氧化应激水平，这说明ERK 通路在丙泊酚介导的抗氧化应激反应中起着重要的作用[19]。②丙泊酚可以通过抑制ERK12 和NF-κBp65 的磷酸化并降低氧化应激实现保护缺血再灌注导致的脑损伤[20]。③丙泊酚可以减轻高糖所致大鼠原代成骨细胞的氧化应激，减少细胞凋亡，促进细胞增殖，为治疗高血糖状态下的骨骼系统疾病提供了新的途径[21]。有研究表明[22]，丙泊酚可以降低肝脏I/R 所造成的线粒体损伤，保护呼吸链并降低ATP 损耗以及质子漏，这种保护作用可能涉及HIF-1α 信号通路。丙泊酚对单肺通气患者肺功能保护效果优于七氟醚，与抑制氧化应激反应程度不同有关[23]。丙泊酚是麻醉常用静脉全麻药，大量研究证实其具有减少氧化应激反应的作用。根据目前的研究进展是否可以进一步利用其降低氧化应激反应还有待进一步研究。

3.2.2 依托咪酯 依托咪酯主要作用于GABAA 受体，具有中枢镇静催眠和遗忘作用，无镇痛和肌松作用。起效快，作用时间短，血流动力学稳定，相对安全，对心血管系统影响小是其公认的优点之一，临床上已广泛应用，但一直以来制约依托咪酯用于全麻静脉维持的因素主要是其对肾上腺皮质功能的抑制作用[24]。有研究表明，依托咪酯可以减少体外循环下丙二醛的过量产生，增强超氧化物歧化酶活性，从而起到心肌保护作用[25]。动物实验研究表明[26]，体外循环心脏直视手术下依托咪酯和丙泊酚都具清除氧自由和减轻脂质过氧化的作用，但是丙泊酚作用比依托咪酯更强，心肌保护作用更好。有研究表明[27]，依托咪酯可通过激活抗氧化应激反应保护成年大鼠视神经切断后的视网膜神经节细胞。依托咪酯也可以在术中很好的维持全身麻醉，并且能增强体内超氧化物歧化酶的活性，清除氧化应激反应产生的过多自由基，对抗氧化应激反应带来的不良后果。但其具体机制目前尚不十分明确，需要进一步研究证实。

3.2.3 咪达唑仑 咪达唑仑是临床常用的苯二氮卓类安定药。早在1998 年，已经有学者发现咪达唑仑在临床静脉注射用药的浓度下，其芳香环可以与自由基反应，形成稳定的集团，减少活性氧的生成。咪达唑仑可以显著降低炎性因子的趋化、吞噬等作用[28]。此外，咪唑安定还能通过JNK-ERK 通路介导的氧化应激预防运动神经元死亡[29，30]。还有研究证实咪唑安定与布比卡因合用比新斯的明与布比卡因合用能提供更好的镇痛质量，这可能与其优越的抗氧化和抗炎作用有关[30]。但是咪唑安定目前大多数情况主要用于麻醉诱导和辅助给药，对于手术全程静脉滴注咪达唑仑患者的氧化应激反应有何影响以及其分子机制还有待进一步研究。

3.2.4 右美托咪定 右美托咪定是α2肾上腺素受体激动剂，具有高效高选择性的特点。近年来，很多研究观察了右美托咪定减轻围术期患者氧化应激反应的作用以及其减轻脂质过氧化物对器官组织的损伤作用，随有部分结论，但其机制尚需进一步探究。在动物实验中，右美托咪定可以降低炎性细胞反应性[31]，通过Trx1 依赖性Akt 通路改善氧化应激和细胞凋亡，从而保护心肌缺血/再灌注损[32]。王海丽等[33]发现，与七氟烷复合瑞芬太尼麻醉方案相比，右美托咪定能有效改善脑血流指标，降低老年脑缺血患者氧化应激水平以及炎症因子水平。陈元良等[34]发现，与丙泊酚相比，七氟烷复合右美托咪定能显著减轻腹腔镜胆囊切除术患者的术后氧化应激反应，保护患者认知功能，但其机制目前尚不清楚。

3.2.5 阿片类镇痛药 目前有关阿片类镇痛药对氧化应激反应的影响的研究相对较少。吗啡通过激活阿片受体并促进线粒体ATP 敏感性钾通道开放[35]，使线粒体呼吸链上电子漏生成减少，从而减少自由基的产生，抑制脂质过氧化反应，减轻心肌损伤。张玉龙等[36]研究表明，瑞芬太尼联合舒芬太尼全麻可缓解高龄腹部创伤手术患者的应激反应，减少对其免疫功能及血流动力学的影响，镇痛效果良好。总体来看，目前关于阿片类镇痛药的相关研究会还较少，其抗氧化作用是否确切还需要更多大样本实验证实。

4 总结

麻醉药物在氧化应激反应中的作用机制越来越明确，尤其在围术期加速康复医学被越来越重视的今天。无论是细胞试验、动物试验还是临床课题均有证据表明不同麻醉药物在抗氧化应激方面具有一定作用，但究竟哪种药物具有显著优势还需大样本研究进行系统分析。总之，在临床麻醉中，根据手术的需要和麻醉药的特点合理选择麻醉药对减少患者围术期氧化应激反应有很大的帮助。