氧合血红蛋白的体内外研究

背景及概述^[1]

氧合血红蛋白系指与氧结合的血红蛋白而言。氧合血红蛋白为鲜红色，简式HbO。每个血红蛋白分子含有4个亚基，每个亚基与1个分子亚铁血红素结合，其中所含的Fe可与氧疏松结合，故血红蛋白有运输氧的功能。血红蛋白同氧结合与氧分压大小有关：在肺泡内氧分压为13.57kPa(102mmHg)，在动脉中为13.33kPa(100mmHg)，而在组织中为4kPa(30mmHg)故在肺内与CO2解离而与氧结合，到组织内与O2解离而与CO2结合。当血红蛋白减少时则易发生缺氧。当氧合血红蛋白减少，而还原血红蛋白增多超过50g/L时可出现皮肤与粘膜紫绀。。

外观

生理特性^[2]

血液在体外孵育2d后，可在上清液中发现因红细胞缓慢溶血而释放的氧合血红蛋白，血红蛋白(hemoglobin，Hb)以两种形式存在，即氧合血红蛋白和还原血红蛋白(deoxyhemoglobin，De氧合血红蛋白)。氧合血红蛋白在空气中被氧化为正铁血红蛋白(methemoglobin，MetHb)。尽管血小板和血清作为有效的血管收缩物质已被研究了许多年，但在1944年，Zucker开始认为红细胞胞液是血管活性物。进一步实验证明红细胞在溶血时释放某种血管活性物质，这种物质性能稳定，孵化7d后仍有收缩血管的作用。用分光光度测定法和电泳法证实它是氧合血红蛋白。氧合血红蛋白有很强的血管收缩作用。经分离发现它的分子量是40000～45000，比血红蛋白的分子量(64500)低。这些研究表明红细胞在血管痉挛的发展中是必不可少的。由于SAH后红细胞的溶解、血红蛋白的释放及氧化过程与脑血管痉挛的时间进程一致，故目前认为氧合血红蛋白是引起慢性血管痉挛的主要因素。

体内外研究^[2]

1.体外研究：在体外，血红蛋白可使从几种不同物种动物分离出来的平滑肌细胞和脑动脉收缩。氧合血红蛋白可使鼠主动脉的平滑肌细胞收缩；暴露于空气中24h后其超微结构变化包括空泡形成、细胞变性、细胞内结构消失。用电生理方法研究从鼠脑动脉分离的平滑肌细胞，发现含氧合血红蛋白和小量MetHb的溶液使细胞收缩并且增加钙依赖的钾外流，细胞暴露于空气后迅速死亡，而单纯的MetHb不能引起任何作用。

2.体内研究：用恒河猴为模型，40只猴子均经右颞开颅并在右侧大脑中动脉附近放置一导管并与皮下的Ommaya囊连接。每只动物做血管造影后随机分为五组，1～6d每天2次分别向五组动物的Ommaya囊内注射以下物质：组：人工脑脊液；第二组：氧合血红蛋白；第三组：MetHb；第四组：胆红素；第五组：自体血和脑脊液的混合物孵化液(上清液)。第7d，每只动物再次行血管造影后被处死。比较前后2次脑血管造影的结果显示：在氧合血红蛋白和上清液组的右侧大脑中动脉、右大脑前动脉及颈内动脉发现有意义的血管痉挛，其中氧合血红蛋白组一只猴子发展为迟发的右侧大脑中动脉梗塞；胆红素组有一例其血管直径与相同血管相比有微小的缩窄(没有统计学意义)；而在MetHb组和人工脑脊液组未发现变化。这些资料更进一步证明脑血管痉挛是由氧合血红蛋白引起的。

氧合血红蛋白引起脑血管痉挛发病机制的研究^[2-3]

病理生理方面，脑血管痉挛可能是氧合血红蛋白介导的平滑肌收缩时间延长的结果。其作用机制可能是氧合血红蛋白直接作用于平滑肌使其收缩或刺激动脉壁释放的血管活性物质，间接作用于肌纤维，使平滑肌收缩时间延长。

1.自由基和脂质过氧化物：用分光光度测定法研究显示：SAH后，蛛网膜下腔中红细胞溶血释放的氧合血红蛋白自动氧化形成MetHb，并释放超氧自由基、过氧化氢和单线态分子氧。体内过多的超氧自由基会对机体造成损伤，包括攻击细胞膜上膜磷脂中的多链不饱和脂肪酸、对细胞蛋白质的损害及对DNA的毒害作用。并且在血红蛋白中铁的协同作用下，氧自由基可使脂质过氧化物(铁依赖脂质过氧化物)的活性增加。脂质过氧化物已被证明可在体内外造成脑血管收缩和结构的损伤。另外，在氧自由基启动的脂质过氧化物反应中，细胞膜的通透性增加，并在一系列酶的作用下产生多种血管收缩物质，如前列腺素G2、前列腺素H2以及血栓烷A2。血栓烷A2是一种强有力的血管收缩物质，可促进血小板的凝聚。

2.一氧化氮：自80年代后期，一氧化氮的研究逐渐引起人们的重视。一氧化氮主要由内皮细胞合成，以L-精氨酸为底物，在一氧化氮合酶作用下生成一氧化氮，并快速弥散进入鸟氨酸循环，刺激鸟氨酸环化酶将三磷酸鸟苷转化为环3，5-单磷酸鸟苷(cyclicguanosinemonophosphatecGMP)，提高血管平滑肌内cGMP水平，引起血管松弛。因此，称一氧化氮为内皮细胞源性血管松弛因子(endothelium-derivedrelaxingfactor，EDRF)。SAH患者中的氧合血红蛋白能与一氧化氮结合，使内源性一氧化氮耗竭，影响它对血管的舒张作用，从而发生脑血管痉挛。另一方面，氧自由基能使一氧化氮失活并降低一氧化氮合酶的活性，导致一氧化氮的生成减少。在有血管痉挛的动物模型中颅内注入一氧化氮后，痉挛的血管出现可逆的变化，进一步证实了脑血管痉挛是由于血管壁上一氧化氮的缺乏造成的。另一方面，由于一氧化氮生成减少而造成的血管痉挛，其血管外膜的免疫反应性降低，可引起细胞内钙的释放，使细胞内游离Ca2+浓度升高，当达到其临界收缩浓度(10-6mol·L-1)时，通过一系列酶的作用，引起平滑肌的收缩。

3.内皮素：1988年Yanagisawa发现猪的主动脉弓内皮细胞中可产生内皮素(endothelin，ET)。内皮素为一种由21个氨基酸组成的多肽，有强大的血管收缩作用。内皮素有三型，以内皮素-1血管收缩作用最强。高浓度的氧合血红蛋白可直接刺激血管内皮细胞中内皮素-1的生物合成，使SAH后脑脊液中内皮素-1的浓度比正常值高5倍，达到可致血管收缩的浓度，使平滑肌收缩。在犬脑血管痉挛模型基础上应用免疫生化技术直接对脑基底动脉内皮素-1生物活性和血管平滑肌细胞中蛋白激酶C的活性进行检测，发现内皮素-1仅仅在脑血管痉挛早期具有强烈的促痉挛作用，在脑血管痉挛最严重的第7d，内皮素-1生物活性已回到正常水平，而激活蛋白激酶C活性始终处于高水平激活状态。从而证实蛋白激酶C激活的程度与造影中脑血管痉挛程度有很好的一致性。

主要参考资料

[1] 新编实用医学词典

[2] 氧合血红蛋白与脑血管痉挛发病机制研究进展

[3] 氧合血红蛋白对脑微血管内皮细胞增殖和凋亡的影响