楊黎黎綜述 李樹清審校

烏拉坦麻醉動物的病理生理學(xué)作用*

楊黎黎綜述 李樹清審校

烏拉坦(U rethane)又名氨基甲酸乙脂,分子式NH2COOCH2CH3,為無色結(jié)晶體或白色粉末。是一種具有悠久歷史的動物麻醉劑。烏拉坦最初被發(fā)現(xiàn)于西方酒類釀造發(fā)酵過程中,作為一種食品生產(chǎn)過程中的產(chǎn)物,經(jīng)提取后,廣泛使用于化工制造業(yè),人們可以在殺蟲劑、紡織品、化妝品中廣泛接觸到烏拉坦。上世紀(jì)50～60年代,發(fā)現(xiàn)長期飲用釀造酒人群,罹患肺腺瘤和肺腺癌的比例較不飲酒者高出許多倍,此后對烏拉坦的化學(xué)性質(zhì)及其作用的研究才開始受到重視。近年,烏拉坦的致癌作用受到廣泛的關(guān)注。

1 烏拉坦的麻醉機(jī)理和溶血作用

1.1 烏拉坦的麻醉機(jī)理

在烏拉坦的眾多用途中,最為常用的是麻醉。作為一種具有悠久歷史的動物麻醉藥,過去普遍認(rèn)為其麻醉速度快、過程平穩(wěn),對動物的呼吸循環(huán)無明顯影響而被廣泛應(yīng)用于急性動物實(shí)驗(yàn),尤其適用于家兔、大鼠等小動物。

研究表明,麻醉藥物的作用機(jī)制主要為非特異性作用,主要影響細(xì)胞膜功能,如一些高脂溶性全身麻醉藥品在體內(nèi)可引起膜膨脹,并使膜脂質(zhì)分子排列紊亂,流動度增加,干擾膜傳導(dǎo)沖動而產(chǎn)生全身麻醉[1];其次是通過改變多種受體和通道功能,抑制興奮性突觸傳遞或加強(qiáng)抑制性突觸傳遞[γ-氨基丁酸(GABA)受體是主要位點(diǎn)[2],鹽堿乙酰膽堿受體和N-甲基-D-天冬氨酸(NM DA)谷氨酸受體[3]對鈉通道也有調(diào)控作用[4]],從而降低細(xì)胞膜興奮性,達(dá)到麻醉目的。

近年來對烏拉坦的麻醉機(jī)制研究有了新進(jìn)展[5]。2002年,Hara等[6]研究烏拉坦對爪蟾卵母細(xì)胞的配體門控通道作用,提出烏拉坦可能的麻醉機(jī)制不是惰性的,而是劑量依賴性加強(qiáng)抑制性受體電流,包括GABA受體和甘氨酸受體,不僅加強(qiáng)乙酰膽堿(Ach)受體功能,并抑制興奮性受體NMDA和a-氨基羥甲基惡唑丙酸(AMPA),而烏拉坦(300 mmo l/L)自身對以上受體均不產(chǎn)生電流。與那些只對一種系統(tǒng)有選擇性的麻醉劑(如氯胺酮與NMDA受體,異丙酚與GABAA受體)相比,烏拉坦引起的變化幅度較小,離子通道作用譜較廣,因而認(rèn)為烏拉坦是一種對多通道產(chǎn)生作用的麻醉劑。2008年雷霆等[7]在對海馬CA1區(qū)神經(jīng)元電壓門控通道研究后發(fā)現(xiàn),烏拉坦在10mmo l/L濃度下,能提高神經(jīng)元的閾電位,降低興奮性,延長鈉通道失活后恢復(fù)時間,并降低動作電位幅度。這些結(jié)果說明烏拉坦對鈉電流和動作電位均有明顯抑制,也證明烏拉坦不但對配體門控通道有作用,也對電壓門控通道有明顯作用。

1.2 烏拉坦的溶血作用

有研究者反復(fù)觀察到烏拉坦麻醉動物的血清呈紅色,懷疑烏拉坦引發(fā)溶血現(xiàn)象,于是采用不同品種的大鼠和家兔,并通過不同給藥途徑來驗(yàn)證。他們分別經(jīng)大鼠尾靜脈、兔耳緣靜脈和腹腔給予烏拉坦,并用戊巴比妥鈉作對照,瑞氏染色觀察紅細(xì)胞形態(tài),或離心觀察血清顏色。結(jié)果顯示烏拉坦直接注射的以上動物都發(fā)生了溶血,而腹腔注射兔無此現(xiàn)象,說明烏拉坦溶血與動物種類無關(guān),而與給藥途徑有關(guān),且少量靜脈注射即產(chǎn)生溶血[8]。分析這種結(jié)果可能與烏拉坦中含有的某種毒性成分對紅細(xì)胞膜具有損傷作用,經(jīng)腹腔注射動物,這種毒性物質(zhì)可能被過濾而未能吸收入血,所以未見溶血現(xiàn)象。但其機(jī)制尚不確切[9]。

2 烏拉坦的致癌作用

2.1 癌瘤類型和表現(xiàn)

國外報道野生大鼠肺腺癌和肺腺瘤的發(fā)病率為3%左右,而給予烏拉坦投喂或注射處理過的大鼠,發(fā)病率可達(dá)到50%以上。目前利用烏拉坦制備鼠肺癌模型的方法已經(jīng)比較成熟,一般采用在食物中添加或注射烏拉坦 2～3周,18～27周可成模觀察。但劑量與癌癥發(fā)病率的關(guān)系尚不明確[10～12]。

研究表明,ras基因與烏拉坦的致癌作用有一定的關(guān)聯(lián)。原癌基因ras家族是一組編碼的異三聚體G-蛋白,ras基因的激活可導(dǎo)致P21蛋白過度表達(dá),促使細(xì)胞異常增殖[13、14],導(dǎo)致人類和其他動物罹患腫瘤[15～16]。2005年Ozaki[17]等人運(yùn)用轉(zhuǎn)基因大鼠進(jìn)行試驗(yàn),再次證明ras基因在烏拉坦致癌效應(yīng)中重要作用。其使用CB6F1大鼠(攜帶人 C-Has-ras gene原型的大鼠)給予500ppm烏拉坦加入水中喂養(yǎng)3周,26周后觀察大鼠肺腺癌的發(fā)病率為53%,肺腺瘤的發(fā)病率為100%,肝紫癜的發(fā)病率為6.7%,肝血管瘤的發(fā)病率為6.7%,新生幼鼠肺腺瘤的發(fā)病率也高達(dá)67%。由于CB6F1大鼠來源于BALB/C大鼠,于是使用同一種方法處理后,BALB/C大鼠肺腺瘤的發(fā)病率也高達(dá)93%。有學(xué)者對烏拉坦誘導(dǎo)的肺腫瘤模型動物進(jìn)行免疫組化檢查后發(fā)現(xiàn),鏡下腫瘤組織中血管數(shù)量增多,中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞增多。

2.2 致癌的可能機(jī)制

上世紀(jì)70年代,國外有關(guān)于烏拉坦可以通過N-羥基化作用導(dǎo)致人或動物罹患癌癥的報道。起初一些學(xué)者認(rèn)為烏拉坦進(jìn)入人體后,95%以上的攝入量是通過酯酶水解通路活化代謝的。1978年Dahl等人[18～19]又提出烏拉坦致癌的生物代謝的一種新途徑,認(rèn)為烏拉坦在人體內(nèi)被細(xì)胞色素P450氧化,成為氨基甲酸酯,后者與人體DNA相互作用生成亞乙烯基DNA(Etheno-Type DNA)復(fù)合物,導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。并且認(rèn)為這條途徑才是真正的主要代謝途徑。

近來,人們普遍認(rèn)為腫瘤的發(fā)生與原癌基因被激活和抑癌基因的被抑制有很大的關(guān)系,而在烏拉坦致癌的機(jī)制的研究中,除以上提到的對原癌基因ras家族的研究外,抑癌基因P53也發(fā)揮一定的作用。人P53為一個由393個氨基酸組成的核蛋白,結(jié)構(gòu)上可分為NH+端的反式激活域,中間的DNA結(jié)合域及COO-端的四聚體聚合域及調(diào)節(jié)域[20]。正常條件下,P53活性很低,當(dāng)機(jī)體遇到各種引起DNA損傷后P53被激活,活化的P53為具有活性的轉(zhuǎn)錄因子,其通過結(jié)合到下游靶基因基因調(diào)控區(qū)一特異的DNA序列上調(diào)控該基因的表達(dá)。這些靶基因包括調(diào)控細(xì)胞周期、凋亡、分化、DNA修復(fù)、血管再生、氧化應(yīng)激、化學(xué)趨化、免疫監(jiān)控等方面的基因[21]。當(dāng)細(xì)胞受到毒性損傷時,P53則聚積阻止細(xì)胞增殖,啟動并參與DNA修復(fù),若修復(fù)失敗則通過細(xì)胞內(nèi)外兩條途徑啟動細(xì)胞凋亡機(jī)制使細(xì)胞凋亡,阻止該損傷下傳給子代細(xì)胞而保持基因組的穩(wěn)定性[22]。因此,其被譽(yù)為基因組的守護(hù)神或分子警察I。目前認(rèn)為:P53活性的調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄后水平[17]。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)3種轉(zhuǎn)錄后修飾,即磷酸化、乙?；头核鼗?。磷酸化被認(rèn)為通過破壞P53與其負(fù)性調(diào)節(jié)蛋白M DM 2之間的相互作用而使P53穩(wěn)定。乙?；头核鼗赑53調(diào)控中的作用仍在研究中。這些調(diào)控環(huán)節(jié)中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都無法激活P53,也無法完成應(yīng)答,從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[20]。有研究者使用一種雜合體大鼠,在敲除ras基因的同時植入P53基因,進(jìn)行烏拉坦致癌作用的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該種大鼠肺腫瘤的發(fā)生比例比單獨(dú)敲除ras基因的大鼠和單獨(dú)植入 P53基因大鼠的發(fā)病率均有明顯降低[23]。目前大多數(shù)專家的認(rèn)為烏拉坦為一種基因致癌物質(zhì)[24]。近來,有人將研究方向聚焦于乙醇對烏拉坦水解代謝所具有的抑制效應(yīng),以尋求新的腫瘤防治方法。

3 烏拉坦導(dǎo)致的高血糖及可能的機(jī)制

3.1 烏拉坦導(dǎo)致的高血糖反應(yīng)

研究表明[25～26],將烏拉坦腹腔注射(750mg/Kg)和皮下注射(750mg/Kg)兩種途徑注入大鼠體內(nèi),于給藥前、給藥后20、50、80、140和 200m in采血測定血糖水平。結(jié)果對照組大鼠在整個實(shí)驗(yàn)過程中,血糖值無顯著變化,給予烏拉坦后50min血糖水平顯著升高,140min達(dá)峰值,與對照組相比升高了211%,200m in時仍升高了186%。說明烏拉坦可顯著升高實(shí)驗(yàn)動物的血糖水平。

3.2 烏拉坦導(dǎo)致動物高血糖的可能機(jī)制

有報道,烏拉坦導(dǎo)致家兔和大鼠高血糖反應(yīng)可能與兒茶酚胺釋放增加有關(guān)[27～28],因?yàn)橛袑?shí)驗(yàn)表明[26],這種誘發(fā)高血糖作用可被育亨賓、利血平、腎上腺摘除術(shù)所阻斷。其機(jī)制可能為:腎上腺素增強(qiáng)磷酸化酶活性,加速糖原分解,使血糖水平升高;外源性腎上腺素尚可激動胰島β細(xì)胞的α受體,抑制胰島素分泌[27]。在四氧嘧啶誘發(fā)高血糖大鼠,皮下注射胰島素(4.5IU/kg)后,血糖顯著降低,但是,聯(lián)合使用烏拉坦時,降血糖作用喪失。即烏拉坦有顯著對抗外源性胰島素的降血糖作用[25]。其可能的機(jī)制是烏拉坦破壞胰島β細(xì)胞,使胰島素合成及分泌功能喪失,,因而血糖水平顯著升高。最近有報道[26],麻醉劑量下,不同的給藥途徑即腹腔注射和靜脈注射后,腹腔注射烏拉坦所致的血糖水平升高明顯強(qiáng)于同等劑量靜脈注射烏拉坦的升高血糖作用,提示烏拉坦腹腔給藥時亦可能通過局部刺激作用加劇動物的高血糖反應(yīng)。

4 烏拉坦對心血管系統(tǒng)的作用

4.1 對血液流變性的影響

血液流變學(xué)是研究有關(guān)血液的變形性與流動性的科學(xué),包括宏觀血液流變學(xué)和微觀血液流變學(xué)。前者包括血液粘度、血漿粘度、血沉、血液及管壁應(yīng)力分布;后者包括紅細(xì)胞聚集性、紅細(xì)胞變形性、血小板聚集性、血小板粘附性等血液粘度受溫度、紅細(xì)胞比容(HCT)以及紅細(xì)胞聚集性、變形性等,其中HCT是影響血液粘度最重要的因素,各種切變率下,血液粘度都隨HCT增大而增大。研究證實(shí)[8],靜脈注入烏拉坦后紅細(xì)胞破壞,HCT減小,全血粘度下降,即烏拉坦的溶血作用可明顯影響全血粘度的改變。

4.2 對心血管的影響

有研究者利用對比研究方法,比較α-2氯醛糖、烏拉坦和戊巴比妥鈉對大鼠血壓的抑制作用。采用事先插好動、靜脈導(dǎo)管的自由活動大鼠,在靜脈注射這3種麻醉藥前后分別通過靜脈注入去氧腎上腺素測定壓力反射敏感性。結(jié)果顯示大鼠血壓急劇降低,但很快恢復(fù)至基礎(chǔ)值,降壓時間為25±10s;表明烏拉坦對血壓只有一過性降低作用,而對心率無顯著影響[7]。對血壓和心率的影響與劑量、給藥途徑和種屬均有關(guān),如腹腔注射烏拉坦(114g/Kg)對大鼠的血壓和心率均無影響,而肌肉注射烏拉坦(116g/Kg)可降低血壓。能阻斷自主神經(jīng)系統(tǒng)的藥物如阿托品、六烴季銨、普萘洛爾及酚妥拉明均能顯著影響烏拉坦麻醉動物的血壓、心率、心肌收縮力。表明在烏拉坦麻醉狀態(tài)下,交感神經(jīng)系統(tǒng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)對于維持心血管活動仍起張力性作用。因此多數(shù)學(xué)者認(rèn)為烏拉坦較其它麻醉藥對各種心血管反射有更好的保護(hù)作用[15]。但是,此作用可能掩蓋心血管藥物對心肌的基礎(chǔ)藥理反應(yīng),而不利于科學(xué)判斷研究結(jié)果。

5 結(jié)語

目前,烏拉坦由于價廉易得,在動物實(shí)驗(yàn)麻醉方面的作用仍然十分廣泛。烏拉坦在動物麻醉后還可引起一些其它的作用,如在內(nèi)毒素休克模型中可使實(shí)驗(yàn)大鼠血壓升高,改善骨骼肌微循環(huán),減低大鼠死亡率。還有在常規(guī)劑量下即可使腦溫維持在28～30℃,可以保護(hù)大腦的神經(jīng)元[30]等。這些研究結(jié)果表明,對烏拉坦麻醉后動物各項(xiàng)生理指標(biāo)影響的觀察,有利于在動物實(shí)驗(yàn)前科學(xué)的選擇麻醉劑,有利于規(guī)避不利影響因素對實(shí)驗(yàn)的干擾,增加實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。隨著對烏拉坦的病理生理學(xué)作用機(jī)制研究的逐漸深入,科學(xué)選用麻醉劑的效果或意義將在未來提高教學(xué)科研成果水平的實(shí)踐中得到充分的展現(xiàn)。

本文第一作者簡介:

楊黎黎(1981～ ),女,漢族,碩士研究生

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