一氧化氮在急诊医学的进展及应用
作者：杜捷夫，沈 洪
关键词：一氧化氮
近年来，人们逐渐认识到一种由内皮细胞释放的血管活性物质可介导血管的舒张反应，这种物质被称为内皮细胞衍生舒张因子(EDRF)。由于这种物质的半衰期很短，体外不易检测,因而对它的确切构成一直不甚明了。
1987年，Palmer和Moncada等〔１,２〕分别证实EDRF与一氧化氮（NO）具有相同的属性，进而证明这种血管内皮细胞衍生舒张因子就是NO。体内血管内皮细胞、血小板、中性粒细胞、巨噬细胞、神经组织在一定刺激下均可产生NO,近年研究表明，NO参与广泛的生理功能的调节，如血压调节、外周非肾上腺素能非胆碱能（NANC）神经递质的传递、免疫介导及防御机制等，在急诊危重症患者的发病及治疗中具有重要意义。现就有关NO在急诊医学领域的研究加以综述。
1.NO的生物合成及NO合酶（NOS）
在NOS作用下,左旋精氨酸(L-Arg)在转化为左旋胍氨酸的过程中生成NO，多种物质可对这一过程产生影响。NO的半衰期很短，约5～10秒，它在体外迅速氧化为NO２－２和NO－３,因而目前直接检测NO尚有一定难度，多以检测其代谢产物NO２－２、NO－３来代表NO生成。NO亦可被氧自由基、血红素及其它含血红素的蛋白结合加速灭活，而超氧化物歧化酶（SOD）则抑制其灭活。NOS在NO合成过程中起着重要作用。
目前已知NOS有两种亚型，一种是基础型NOS(c-NOS)，另一种是诱生型NOS(i-NOS)。c-NOS具有细胞内钙依赖性，可被Ca２＋及钙调蛋白激活,通过直接刺激而产生NO。c-NOS广泛存在于动物的血管内皮细胞、血小板、中性粒细胞、肥大细胞及神经组织中，目前已从动物的脑及内皮细胞中克隆出了c-NOS的基因。i-NOS无钙依赖性，是在细胞因子如白介素-1(IL-1)、肿瘤坏死因子(TNF)、干扰素-γ(IFN－γ)、内毒素等诱导下由血管平滑肌细胞、巨噬细胞、心肌细胞、内皮细胞、成纤维细胞及上皮细胞产生的，由i-NOS作用产生的NO远多于由c-NOS作用产生的NO，因而不同浓度NO具有不同的作用。NOS的抑制剂有L-单甲基精氨酸(L-NMMA)、L-硝基精氨酸(L-NOARG)、L-硝基精氨酸甲酯(L-NAME)及L-亚胺基乙基鸟氨酸(L-NIO)，晚近已发现L-硝基精氨酸-P-硝基苯胺(L-NAPNA)具有选择性抑制脑中NOS生成的作用，而对内皮细胞产生NOS无抑制作用。
2.NO的生理作用及意义
研究表明，NO具有强大的松弛血管平滑肌作用，在缓激肽、乙酰胆碱介导下，NO渗入血管内皮细胞基质并扩散至平滑肌细胞，与细胞膜受体作用，激活鸟苷酸环化酶(sGC)产生环鸟苷酸(cGMP)，从而松弛血管平滑肌，引起血管舒张。已经证实外周NANC神经递质即是NO，虽然NO的半衰期只有5秒，但由于NO能迅速在细胞间扩散，且神经传递的径路很短，因此NO的半衰期相对于其它经典的神经递质来说则较长。NO具有高度亲脂性，极易通过细胞膜，可直接进入靶细胞。
有人认为cNOS生成的NO可能先与含巯基的载体分子结合或形成硝基硫醇复合物，到达靶细胞后NO从载体释放并直接扩散至靶细胞内，进入靶细胞的NO与sGC中的Fe结合使之激活，产生cGMP而发挥其生物学效应。已经证实巨噬细胞、中性粒细胞、上皮细胞等均可在细胞因子及内毒素的作用下，由i-NOS催化而合成NO，虽然由c-NOS合成的少量NO有舒张血管、支气管作用，有助于炎症的缓解，但由i-NOS合成的大量NO则使呼吸道毛细血管后静脉浆细胞渗出增多，上皮细胞脱落，功能变性，甚至细胞死亡，从而使炎症反应加重。
3.NO在急诊医学的应用及进展
3.1NO与支气管哮喘：
在哮喘发病过程中，淋巴细胞、嗜酸粒细胞、巨噬细胞、肥大细胞、成纤维细胞均参与反应，其病理表现为支气管多种炎细胞浸润、基底膜透明变性、上皮细胞损伤脱落等。肥大细胞主要参与哮喘的速发反应，而巨噬细胞、嗜酸粒细胞、中性粒细胞的浸润导致哮喘迟发反应的发生。试验表明哮喘患者呼出气中NO含量较正常人高2～3倍〔3〕；同时其肺中的i-NOS免疫组化染色较非哮喘者明显增强〔4〕。
研究证实，在哮喘患者血浆及豚鼠哮喘模型血浆、肺组织中NO含量显著高于对照组[5-7]。提示在哮喘发病中由于i-NOS合成增加而使诱生性NO生成增多。
在哮喘发病机制中，NO具有自相矛盾的双重作用，一方面可舒张肺血管、支气管平滑肌，使哮喘症状减轻；
另一方面大量NO合成则使其毒性作用加强，哮喘不仅不能缓解，反而加重。由于NO的这种特性及其在哮喘发病中的特殊作用，用吸入小剂量NO或抑制诱生型NOS催化作用使NO生成减少来治疗哮喘已成为一种新的设想。
由于i-NOS催化产生的大量NO使炎症反应加重，如能找到一种有效的选择性抑制i-NOS合成的物质，可能有助于哮喘的治疗。目前已知的NOS抑制剂L-NMMA、L-NAME和L-NIO等均为非特异性抑制剂，在抑制i-NOS的同时也抑制c-NOS。我们的研究证实，糖皮质激素可抑制哮喘患者及模型豚鼠体内NO的产生〔5，6〕。
Rodomski等〔８〕发现糖皮质激素类药物对i-NOS有选择性抑制作用，而对c-NOS无此作用，提示糖皮质激素还可能通过选择性抑制体内i-NOS合成来控制哮喘。研究发现〔９〕，胍氨酸对i-NOS较其对c-NOS的抑制作用强10～100倍。这也为治疗哮喘药物的发现提供了思路。
3.2NO与急性呼吸窘迫综合征(ARDS)：炎症细胞浸润和激活是引起ARDS的确切机制。实验表明，在由IgG免疫复合体所诱发的ARDS中，中性粒细胞起重要作用；而IgA免疫复合体所诱发的ARDS则是巨噬细胞依赖性的，但二者均是氧自由基和NO依赖性的。
近年来随着对NO在体内作用研究的不断深入，逐渐认识到NO有一未配对电子并具有顺磁性，极易与Ｏ２结合形成超氧化氮阴离子（peroxynitriteanion，NO）。NO在酸性条件下分解为NO２和OH,NO及其反应中间产物NOH是极强的氧化剂，可导致脂质过氧化和巯基氧化，从而产生细胞毒性作用〔１０〕。此时除氧自由基本身的毒性作用外，其与NO的反应产物NO可进一步造成支气管肺损伤。损伤的途径可能为：①脂质过氧化作用造成生物膜包括细胞器膜损伤。丙二醛(MDA)可与细胞器膜成分发生交联、聚合，改变膜的性质，还可与DNA、RNA碱基交联，产生细胞毒性作用。②脂质过氧化物和Ｏ２抑制内皮细胞功能，引起肺血管舒缩障碍。③花生四烯酸代谢产物增多，加剧炎症反应。④NO的强烈细胞毒作用。
ARDS时，肺动脉压（PAP）升高是引起肺水肿和右心室功能不全的主要因素，降低已升高的PAP及肺血管阻力（PVR）是重要的治疗手段。有报道对重症ARDS患者吸入低浓度的NO可使ARDS患者平均肺动脉压下降，明显提高氧分压，降低生理死腔气体容积/潮气容积〔１１〕。因而吸入NO被誉为治疗重症ARDS的新疗法。
3.3NO与休克：
在内毒素休克早期，由于内毒素引起体内儿茶酚胺、5-羟色胺、血管紧张素的增加，使内皮细胞的c-NOS被激活，产生NO，导致血管对去甲肾上腺素的收缩反应降低和急性血压下降；而在休克晚期，在急性血压下降部分恢复后，血压的继续下降可能与内毒素引起的血小板激活因子（PAF）、IL-1等诱发血管平滑肌细胞的i-NOS使NO产生增多有关，因而NO产生水平与预后及病死率密切相关，用NOS的抑制剂L-NMMA治疗休克，具有较好疗效〔１２〕。这为内毒素引起的休克治疗展示了前景，同时由于肾上腺皮质激素可降低休克的病死率，可能与其抑制NOS的活性，减轻血管内皮的损伤，从而阻止休克、弥散性血管内凝血(DIC)的发生和发展有关。
3.4NO与脑血管梗死：
NO在神经系统中具有下列生理功能：
（1）调节神经介质的释放；
（2）由脑血管内皮和脑血管外膜自主神经释放的NO调节大脑的血流量；
（3）通过神经元中NOS的激活而产生NO，影响大脑中的小动脉，从而调节大脑血流量。脑血管梗死时，多种兴奋性氨基酸释放到细胞外间隙中，刺激N-甲基-D-天门冬氨酸受体，使细胞外的钙离子进入神经元内，激活NOS，使神经元产生和释放的NO增多。局灶性脑缺血时，脑内也产生大量的NO。NO与O２反应，形成NO造成脑损害。动物实验表明，如果在动物脑缺血前给予SOD，可显著减少脑组织的梗死体积。但过量的NOS抑制剂也可抑制脑血管内皮的NOS活性，使内皮细胞产生的NO减少，阻碍了脑血管扩张，并减少了对血小板粘附抑制作用，反而加重脑损伤。
4.NO的临床应用
如前所述，目前临床应用NO主要是采用吸入NO的方法来治疗患者〔13〕。吸入前，NO气体应与N2预混成(100～1000)×１０－１２mol/L的浓度贮于钢瓶中，使用前尽量缩短NO与O2的接触时间，以减少NO２的生成，新鲜的Na2CO3可吸收NO２，使其浓度降低。NO具有高度亲脂性，吸入NO不仅可直接到达肺泡产生血管舒张作用，而且可穿过支气管上皮屏障，到达支气管平滑肌从而使其舒张。
Dupuy等〔１４〕的研究证实，对乙酰甲胆碱诱发的支气管痉挛豚鼠吸入（5～300）×１０－１２mol/L的NO，其气道痉挛可以逆转，并具有剂量依赖性。进一步的研究表明，雾化吸入可释放NO的S-硝基-N-甲基青霉胺也可使气道阻力下降。
Foubert等〔１５〕给哮喘和慢性阻塞性肺疾患(COPD)患者及健康对照组吸入80×１０－１２mol/L的NO，发现哮喘组气道反应性降低，而COPD组及健康对照组则无此发现。上述研究虽表明吸入NO有舒张支气管和降低气道阻力作用，但吸入高浓度NO则可产生毒性反应。这主要因为NO可与氧结合形成二氧化氮（NO２），后者有很强毒性作用。实验表明NO２浓度>50×１０－１２mol/L可立即引起肺水肿；如果NO>5000×１０－１２mol/L时，NO还可与血红蛋白迅速结合形成高铁血红蛋白血症，并使表面活性物质失活引起严重肺水肿。吸入低浓度（<50×１０－１２mol/L）NO几乎无毒性反应，当吸入浓度<10×１０－１２mol/L时，血红蛋白与NO结合者占0.13%，所形成的高铁血红蛋白占0.2%。给兔吸入43×１０－１２mol/L的NO和3.6×１０－１２mol/L的NO２(连续6日)后，光镜下未见肺水肿；
给小鼠吸入10×１０－１２mol/L的NO，6个月后未见高铁血红蛋白含量升高，但可见脾脏增大和胆红素轻度增高。因此美国职业安全健康署规定工作时NO浓度应低于25×１０－１２mol/L，目前治疗患者时推荐吸入NO浓度应<50×１０－１２mol/L。
5.结论与展望
综上所述，NO是一种重要的病理生理因子，由于NO的两面性作用使其在急危重症疾病的发病及治疗中具有重要意义，因而越来越受到重视。低浓度NO具有对血管、支气管平滑肌的舒张作用，高浓度NO具有细胞毒性作用，表现为与血红蛋白结合生成高铁血红蛋白血症及使肺泡表面物质失活，细胞功能变性坏死，DNA脱氨基等。目前在NO研究中仍有许多问题需要解决，如：
(1)一定浓度的NO具有舒张血管、支气管平滑肌作用，高浓度则产生组织及细胞毒性作用，在治疗中，如何使吸入NO浓度达到最有效最安全的浓度，摒除其毒性作用。
(2)如何寻找一种选择性抑制i-NOS的物质，使体内NO产生适量并发挥生理作用。
(3)阐明NO与疾病发病过程中炎
细胞介质和细胞因子之间的关系，确定NO在发病机制中的地位。相信随着对NO研究的不断进展，这些问题会逐步得到解决，从而为急诊医学领域的急危重症疾病的研究和预防治疗提供新的思路。
参考文献
〔１〕Palmer R M J,Ferrige A G,Mocada S.Nitric oxide release accounts for the biological ac tivity of endothelium relaxing factor.Nature,1987,327:524-530
〔２〕Moncada S,Palmer R M J,Higgs E A.Nitric oxide:physiology,pathophysiology a nd pharmacology.Pharmacol Rev，1991,43:109-112
〔３〕Barnes P J.Neural mechanism in asthma.Br Med Bull,1992,48:149-157
〔４〕Forsterman U,Schmid H,Pollock J S,et al.Isoforms of nitric oxide synth ase:characterization and purification from different cell type.Biochem Pharmacol,1991,102:91-96
〔５〕杜捷夫，崔德健，田东华，等．一氧化氮在哮喘发病机制中的作用．中华结核和呼吸 杂志，1997，20：153-156
〔６〕杜捷夫，崔德健，郭英江，等．哮喘病人及豚鼠模型血浆和肺组织中一氧化氮的研究 ．中华内科杂志，1997，36：825-826
〔７〕陈复辉，韩守信，吴晓梅，等 ．支气管哮喘血浆一氧化氮含量变化及其临床意义．中国危重病急救医学，1999，11(2)：125
〔８〕Rodomski M W,Palmer P M J,Moncada S.Glucocorticoid inhibit the expression of an inducible,but not the constitutive,nitric oxide synthase in vascular endot helial cells.Proc Natl Acad Sci USA,1990,87:10043-10046
〔９〕Stephen J L,James R W,Wilkinson G M,et al.Differential in vitroregula tion by glucocorticoids of monocyte-derived cytokine generationin gl ucocorticoid resistant bronchial asthma.Am Rev Respir Dis,1993,147:690-696
〔１０〕Jorens P J,Van Overeld F J,Bult H,et al.L-Arginine dependent production of nitrigen oxide by rat pulmonary macro phages.EurJ Pharmacol,1991,200:205-210
〔１１〕蒋志彬，刘励军，王英，等．一氧化氮吸入对感染性休克并发急性呼吸窘迫综合征 患者氧合功能的作用及血流动力学的安全性研究．中国危重病急救医学，2000，12(9)：549-551
〔１２〕谢平初，陆家齐，孙大铭，等．猪内毒素休克外周与内脏微循环灌注的动态变化． 中国危重病急救医学，1999，11(12)：718-720
〔13〕Anthony F M,Benjamin G,Dieter K,et al.Expired nitric oxide levels duri ng treatment of acute asthma.Am J Respir Dis Crit Care Med,1995,152:800-805
〔１４〕Dupuy P M,Shore S A,Drazen J M,et al.Bronchodilator actionof inhal ed nitric oxide in guinea pigs.J Chin Invest,1992,90:421-425
〔１５〕Foubert L,Fleming B,Latimer R,et al.Safety guideline for use of nitr ic oxide.Lancet,1992,339:1615-1616