神经系统损伤与自由基关系及抗自由基治疗.ppt

1、1,“自由基和抗氧化剂在一些神经系统疾病的病因学和病理学中具有重要作用”,脑组织对于自由基损伤缺乏足够的抗氧剂保护作用 蛛网膜下腔出血、脑膜炎、脑水肿、老年性痴呆、帕金斯症、亨汀顿氏症(Huntingtons diseases)、多发性硬化，甚至精神分裂症，都应当注意自由基的损伤,Holecek V, Racek J, Trefil L, Rokyta R. , Free radicals and antioxidants in cerebrospinal fluid in central nervous system diseases Cesk Fysiol. 2002 Aug;51(3):

2、129-32 捷克,2,脑水肿,3,氧自由基引起脑切片水分含量增加,大鼠断头，用脑的皮质切片进行体外脑水肿实验发现，当在脑切片的培养液中加入一种外源性氧自由基产生剂黄嘌呤氧化酶时， 脑组织过氧化物和水分含量均增加,4,婴儿原发性脑水肿中，有并发症的水肿呈现较高的自由基浓度,水肿患儿中，有炎症或者出血性并发症的水肿，丙二醛和自由基浓度显著高于单纯的水肿 有出血性并发症水肿的病情最严重。,Arefeva IA, Demchuk ML, Artarian AA, Mirsadykov DA, Promyslov MSh. Study of free radical oxidation of lipi

3、ds in cerebrospinal fluid of hydrocephalic children Vopr Med Khim. 1998 Jul-Aug;44(4):388-92 俄罗斯,5,自由基清除剂依达拉奉显著抑制严重颈内动脉梗塞患者的脑水肿，并且降低急性期死亡率,严重颈内动脉梗塞患者，依达拉奉+甘油 n=30, 甘油组n=31 治疗后2天，CT检查： 梗死体积(P0.02)中线位移 (P0.02) 显著小于对照组 治疗组出血性转变显著低于对照组(P0.03). 第5-7天：依达拉奉组梗死体积(P0.0001)中线位移 (P0.0001) 显著小于第2天的情况。 14天内，治疗组死

4、亡6个人死于中风(20%) ，对照组14个人(45%) ，具有显著差异(P0.03).,Toyoda K, Fujii K, Kamouchi M, Nakane H, Arihiro S, Okada Y, Ibayashi S, Iida M. Free radical scavenger, edaravone, in stroke with internal carotid artery occlusion. J Neurol Sci. 2004 Jun 15;221(1-2):11-7. 日本,6,颅脑损伤,7,猫冷冻性脑损伤试验, Ortege (1972),在猫的冰冻性脑损伤中，应

5、用一种自由基清除剂对苯二胺后，脑水肿明显减轻： 脑水肿的产生与自由基相关。,8,猫脑液压冲击性损伤试验：Kontos,用NBT(四唑氮蓝)法检测氧自由基 给予SOD则抑制氧自由基产生,nm/(min.cm2),9,硫代巴比妥酸比色法检测Wistar大鼠落体撞击脑损伤时的氧自由基反应,丙二醛(nmol/mg),10,脑损伤患者脑脊液中抗坏血酸水平降低：自由基增加,41名不同神经功能障碍患者的脑脊液的抗坏血酸分析 18名没有明显神经功能异常的患者(背痛/坐骨神经痛)患者脑脊液的抗坏血酸浓度作为基准值，结果发现，下列三组患者脑脊液中抗坏血酸浓度显著降低： 头部创伤患者 颅内压增高(非感染性脑水肿)患

6、者 脑肿瘤患者 可能的解释： 抗坏血酸减少意味着自由基增加，消耗了抗氧化剂 某些损伤(创伤、缺血或肿瘤)之后，自由基对中枢神经系统产生损伤,Brau RH, Garcia-Castineiras S, Rifkinson N. Cerebrospinal fluid ascorbic acid levels in neurological disorders. Neurosurgery. 1984 Feb;14(2):142-6.,11,脑损伤后立即形成自由基,对象：脑损伤动物模型 方法：在不同时间测量不同部位的MDA*浓度 结果：脑前叶、顶叶、脑干浓度比假手术组分别高 36.7%, 41.8

7、%, 35.1% (p0.0001). 损伤后逐步增加，4小时达峰，然后逐步降低，24小时后与假手术组对比，仍然具有显著性 损伤后立即产生MDA, 表明脑损伤迅速形成自由基。 丙二醛(Malondialdehyde，MDA) 是脂质过氧化反应的分解产物,Hsiang JN, Wang JY, Ip SM, Ng HK, Stadlin A, Yu AL, Poon WS. The time course and regional variations of lipid peroxidation after diffuse brain injury in rats. Acta Neurochir

8、 (Wien). 1997;139(5):464-8. 香港,12,氧自由基是颅脑继发性损伤的主要因素,方法：通过测量41名颅脑损伤患者的血浆TBA RS*水平观察其脂质过氧化物浓度 结果： 损伤后24小时，血浆脂质过氧化物明显增加，损伤程度越严重，血浆脂质过氧化物浓度越高，愈后越差 在24-72小时内，死亡患者血浆内脂质过氧化物浓度显著增加；而存活者的浓度相对平稳 氧自由基增加颅脑损伤程度，也是颅脑继发性损伤的主要因素 * TBA RS,Thiobarbituricacid- reactive substances，硫代巴比妥酸反应物质,为脂质过氧化作用的主要产物,Liu JM The ro

9、le of oxygen free radicals in craniocerebral injury, 中国外科杂志. 1990 Jul;28(7):430-2, 447 我国, 二军大长海医院,13,脑出血,14,脑出血后自由基反应增强，使脑出血后脑水肿的一个重要原因,海马MDA(丙二醛)在脑出血后明显升高，并 随时间的延长而逐渐升高； 海马MDA的升高早于水肿的产生 自由基增高幅度越大，水肿越严重 自由基升高的水平与水肿的程度保持一致,15,自由基清除剂降低tPA引起的出血,高血压大鼠tPA引起出血模型：梗死后6小时使用tPA，24小时后引起脑出血。与未进行tPA治疗的大鼠相比，tPA显

10、著增加出血量 (+85%)，但是，针对正常大鼠的类似研究显示，tPA引起的出血发生率和出血量都不显著 高血压梗死模型大鼠缺血6小时后再灌注没有引起出血；联合使用tPA和再灌注则显著增加出血量 对高血压大鼠模型，一组单独使用tPA，另一组使用tPA和自由基清除剂。结果，tPA引起的出血被自由基清除剂降低40%，梗塞症状和神经功能缺损也降低。 结论： 高血压与tPA引起的出血密切相关 tPA增强再灌注引起的出血 自由基清除剂减轻与tPA引起的出血,Asahi M, Asahi K, Wang X, Lo EH. Reduction of tissue plasminogen activator-i

11、nduced hemorrhage and brain injury by free radical spin trapping after embolic focal cerebral ischemia in rats. J Cereb Blood Flow Metab. 2000 Mar;20(3):452-7. 美国,16,“自由基清除剂抑制脑组织的自由基损伤，因而能保护脑血管的完整性，从而减轻出血”,对象/方法：兔子颅内出血模型，自由基清除剂MDL 101,002 结果： 自由基清除剂显著降低出血量 与对照组相比，显著改善行为评分 推论：自由基清除剂抑制脑组织的自由基损伤，因而能保护脑

12、血管的完整性，从而减轻出血。,Hu B, Liu C, Zivin JA. Reduction of intracerebral hemorrhaging in a rabbit embolic stroke model. Neurology. 1999 Dec 10;53(9):2140-5 美国,17,蛛网膜下腔出血,18,蛛网膜下腔出血后的血管痉挛期产生大量自由基和脂质过氧化物,对象：蛛网膜下腔出血模型狗，n=20，对照组(非SAH模型)n=4； 方法： 4, 7, 10, 14或21天进行血管造影，每组4只。 静脉注射水杨酸 (100 mg/kg)，用微型透析管对脑脊液分析2,3/2,

13、5二羟基苯甲酸 (DHBA)，间接测量自由基变化。 试验动物处死时，测量脑桥部分离的蛛网膜凝血和基底动脉丙二醛水平 结果： 蛛网膜下腔出血后4-14天产生明显的血管痉挛 丙二醛浓度只在蛛网膜下腔出血后4天显著增加(p 0.0001) 二羟基苯甲酸在蛛网膜下腔出血后4天显著增加 (p 0.05) 基底动脉丙二醛水平和血管痉挛之间存在明显相关； 脑脊液二羟基苯甲酸水平与血管痉挛也存在明显相关,Macdonald RL, Marton LS, Andrus PK, Hall ED, Johns L, Sajdak M Time course of production of hydroxyl fre

14、e radical after subarachnoid hemorrhage in dogs. Life Sci. 2004 Jul 9;75(8):979-89 美国,19,自由基清除剂显著改善蛛网膜下腔出血动物的行为评分，显著降低血脑屏障通透性,方法： 蛛网膜下腔出血模型小鼠(n=10)，5分钟、6小时、12小时后给予生理盐水或者不同浓度的自由基清除剂AVS。测量小鼠的行为。应用伊文氏蓝(Evans blue)染色法观察血脑屏障通透性。将其结果与假手术组比较。 结果： 自由基清除剂显著改善小鼠的平衡行为(p 0.01) 显著降低血脑屏障通透性(p 0.01) 治疗效果有剂量相关性 治疗窗

15、为蛛网膜下腔出血后6-12小时,Imperatore C, Germano A, dAvella D, Tomasello F, Costa G. Effects of the radical scavenger AVS on behavioral and BBB changes after experimental subarachnoid hemorrhage. Life Sci. 2000 Jan 21;66(9):779-90 意大利,20,脑梗死,21,急性脑梗死自由基增加：动物研究,严重缺血30分钟后再灌注，多聚不饱和脂肪酸的共轭双键增加1 缺血再灌注后蛋白质氧化增加2 图 缺血/

16、再灌注时，抗氧化剂水平降低，提示自由基消耗3 VC VE 辅酶9 超氧化物水平增加(化学发光技术)4图,WatsonBDetal,1984. FukuyamaNetal,1998 Flamm.1978;KinutaYetal.,1989;RanjanA.etal.,1993OriotD.etal.,1995;KatzLMetal.,1998,Yoshidaetal.,1982;KinutaYetal.,1989 PetersO.etal.,1996,22,缺血区再灌注后蛋白质氧化增加：缺血再灌注产生自由基,3-N酪氨酸1/总酪氨酸%,假手术组缺血2小时,蛋白质氧化标志物 N-甲基-L-精氨酸(

17、L-NMMA)(NO生物合成抑制剂),缺血2小时后灌注3小时,L-NMMA2,*,*,*,*,+,*P0,05 与非梗死相比 +P0,05 与缺血2小时后的缺血边缘区比较,非缺血区 缺血区核心 缺血区边缘,23,再灌注后缺血阴影区超氧化物(自由基)增加(n=18),600,500,400,300,200,100,0,100,200分钟,缺血1小时后再灌注 脑缺血 对照,超氧化物化学发光计数,PetersO.etal.,1996,24,急性脑梗死自由基增加：临床发现,中风患者VA,VC,VE和类胡萝卜素的水平低于健康人1 脑缺血2天之后，TBARS3显著增加2,Lin,1975;HumeR.,1

18、982;ChangC-Y,1998;ElKossiMMH,ZakharyMM,2000 SharpeP.C.etal.,1994 TBARS,Thiobarbituricacid-reactivesubstances，硫代巴比妥酸反应物质,为脂质过氧化作用的主要产物。,25,大面积皮质梗死患者(n=32)血浆胆固醇酯过氧化物*显著增加，说明脑缺血后产生大量自由基，并且延迟1周以上 * 血浆胆固醇酯(cholesteryl ester hydroperoxides, CEOOH)是脂质过氧化特异性标志;年轻健康人群中未检测到CEOOH,Polidori MC, Frei B, Cherubini

19、 A, Nelles G, Rordorf G, Keaney JF Jr, Schwamm L, Mecocci P, Koroshetz WJ, Beal MF. Increased plasma levels of lipid hydroperoxides in patients with ischemic stroke. Free Radic Biol Med. 1998 Sep;25(4-5):561-7,急性脑梗死自由基增加：临床发现,皮质梗死,腔隙性梗死,26,自由基对脑缺血及再灌注的损伤：动物研究,抗氧化剂减少脑缺血及再灌注的损伤：自由基有损伤 VC,VE减小大鼠及灵长类动物缺

20、血和再灌注后的梗死面积和神经损伤1 VE预防有中风倾向的高血压大鼠因短暂缺血引起的神经细胞凋亡2 图 VE缺乏的大鼠更容易受到脂类氧化的损伤3 经修饰过的SOD(可透过BBB)可减轻缺血引起的脑损伤4,RanjanAetal.,1993;HenryPT,ChandyMJ,1998,vanderWorpH.B.etal.,1998 TagamiM.etal.,1999 YoshidaS.etal.,1985 LiuT.H.etal.,1989，ImazuimiS.etal.,1990,27,抗氧化剂预防有中风倾向的高血压大鼠因短暂缺血引起的神经细胞凋亡,神经元调亡/1000,+VE,+VE,+V

21、E,+VE,普通大鼠 具有中风倾向的高血压大鼠 *P0.01,CI脑梗死 6R:再灌注6天；9R:再灌注9天；,*,*,TagamiM.etal.,1999,28,自由基对脑缺血及再灌注的损伤：临床发现,一些流行病学现实，饮食中或者血液中VC、VE和类胡萝卜素水平较低，中风危险性增加 急性脑梗死的缺血容积和神经损伤程度与血浆抗氧化能力成反比1 图 严重脑梗死患者SOD活性显著低于轻微患者2,LeinonenJ.S.etal.,2000 CherubiniA.etal.2000,29,急性脑梗死的缺血容积和神经损伤程度与血浆抗氧化能力成反比,5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3,700900

22、1100130015001700,梗死容积(logcm3),血浆TRAP*(M),*TRAP(totalperoxylradicaltrappingpotentialofserum),衡量血液中抗氧化剂清除自由基的能力,LeinonenJ.S.etal.,2000,30,严重脑梗死患者SOD活性显著低于轻微患者(65岁),4000 3000 2000 1000 0,0h 6h 24h 3d 5d 7d,红细胞SOD活性(U/gHb),稳定组(n=13) 恶化组(n=25) P0.01,CherubiniA.etal.2000,31,帕金森症,拳王阿里，患有帕金森症,教皇保罗2世(2002年，8

23、2岁)，患有帕金森症和关节炎,32,氧化应激(oxidative stress)参与帕金森症的证据,氧化应激参与生理性衰老 有大量的证据表明，与同龄的健康人相比，帕金森患者的氧化应激显著增加 氧化应激是帕金森症的早期特点 帕金森症模型试验显示有氧化应激和多巴胺神经元恶化。毒素引起的神经元恶化可被抗氧化剂所抑制。 帕金森患者大脑有激活的微型神经胶质细胞(可释放自由基和炎性物质)存在 氧化应激还激活细胞死亡程序，包括凋亡,Koutsilieri E, Scheller C, Grunblatt E, Nara K, Li J, Riederer P. Free radicals in Parkin

24、sons disease. J Neurol. 2002 Sep;249 Suppl 2:II1-5. 德国,33,多巴胺引起的氧化应激可能是帕金森病发病机理的最后一步,过去的5年里，发现了5种不同的与一种稀发家族性帕金森病相关的基因变异。 其中一种变异蛋白()与突触变形性和囊泡功能相关。 这种蛋白功能障碍引起细胞质多巴胺水平增加， 细胞质多巴胺容易自动氧化和引起酶的降解，多巴胺未能进入囊泡，引发氧化应激。 多巴胺引起的氧化应激可能是帕金森病发病机理的最后一步,Smith R, Lotharius J, Brundin P. Free radicals and ailing proteins-

25、the culprits behind Parkinson disease? Lakartidningen. 2003 Apr 10;100(15):1324-6, 1329-30. 瑞典,34,癫痫,35,癫痫病人发作期血中脂质过氧化物增加,40例癫痫病人 比较发作期、间隙期脂质过氧化物(LPO)，并与健康正常参考值对照： 癫痫发作时LPO高于正常参考值,36,自由基在癫痫患者血脑屏障的破坏中具有重要作用,目的：戊四唑引起的癫痫之小鼠的血脑屏障通透性增加。比较未经治疗和经VE或硒盐治疗的小鼠之血脑屏障状况。 方法：应用伊文氏蓝(Evans blue)染色法(2%, 4 ml/kg)显示血脑屏

26、障破坏状况。 I: 对照 (n = 24); II:戊四唑引起的癫痫 (n = 12); III: VE (70 mg/kg) +癫痫 (n = 12); IV: 硒 (4 pp) +癫痫(n = 12). 结果：在癫痫小鼠中观察到伊文氏蓝染色的球蛋白外渗，尤其在丘脑核、脑干、枕叶和前叶皮层。 伊文氏蓝染色平均值分别为(mg % 脑组织)： 对照组：0.28 +/- 0.04 ； 癫痫组：1.6 +/- 0.2 (P 0.01，与对照组相比) VE组/ 硒组：1.2 +/- 0.1 (P 0.05，与对照组/非治疗组相比) 自由基损伤破坏戊四唑引起的癫痫之小鼠的血脑屏障,Oztas B, Kilic S, Dural E, Ispir T. Influence of antioxidants on the blood-bra