清除自由基

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氧自由基与氧自由基清除剂依达拉奉

山东大学齐鲁医院麻醉科（250012）于金贵

一、氧自由基

（一）自由基的概念

自由基（free

radical，FR）是指外层轨道上有未配对电子的原

子、原子团、分子或离子的总称。因其含有未配对的电子，故化学性

质非常活泼，极易与其生成部位的其他物质发生反应，而这种反应的

最大特点是以连锁反应的形式进行。氧原子上有未配对电子的自由基

称为氧自由基。人体吸入的分子氧，在正常状态下绝大多数（98%）

都连接4个电子，它们最终与H+结合，代谢还原为H2O。但有极少

数氧（1~2%）在代谢过程中被夺去或接受一个电子而形成活性氧，

即氧自由基。

（二）氧自由基的生理作用

氧自由基在生理上是必需的物质，如合成ATP

和前列腺素、中性粒细胞杀灭细菌、酸性粒细胞杀灭寄生虫等过程都

必须有氧自由基参与。氧自由基在体内的生成与清除保持动态平衡，

且在体内存在时间甚短。由于其化学性极强，反应剧烈，过量产生会

对机体造成极大危害。

（三）氧自由基的种类及其作用

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1.超氧化物阴离子：氧自由基连锁反应的启动

者，使生物膜、激素和脂肪酸过氧化。

2.羟自由基（OH∙）：作用最强的自由基，

可破坏氨基酸、蛋白质、核酸和糖类。

3.过氧化氢（H2O2）：过渡型氧化剂，主要使

巯基氧化，可氧化不饱和脂肪酸。

4.单线态分子氧（1O2）：氧分子的激发状态，

亲电子性强，在光作用下可由O2直接产生，对细胞有杀伤作用。

5.

其他含氧的自由基如脂质过氧化物（ROOH）：头像图库

易于分解再产生自由基，腐化脂肪，破坏DNA，可与蛋白质交联使

之形成变性交聚物。

（四）机体抗氧化机制

机制一：直接提供电子，以确保氧自由基还原；

机制二：增强抗氧化酶的活性，以有效地消除或抵御氧自由基的破坏

作用如酶类抗氧化剂超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、

谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）；非酶类抗氧化剂如维生素E、维生

素C、辅酶Q、还原型谷胱甘肽（GSH）、葡萄糖、含硫氨基酸和不

饱和脂肪酸等。

SOD多存在于细胞的线粒体内，作用是将氧自

由基歧化，将其一半转变成H2O，另一半转变成O2，从而清除氧自

由基。CAT是血红蛋白酶类之一，作用是分解H2O2，并将其清除之。

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GSH主要作用也是分解H2O2，并使脂质过氧化物还保密工作条例 原为H2O和无

害的羟基化合物。

（五）麻醉与自由基的产生

麻醉中吸入高浓度氧可产生氧自由基而引起急

性肺损伤；麻醉药本身及代谢物可引起脂质过氧化反应；应激反应引

起自由基释放；术中缺血再灌注引起自由基释放。麻醉药的毒副反应

与自由基有关，氟烷、乙醚、氯仿、硫喷妥钠可卡因等刺激氧自由基

使肝脏微粒体线粒体脂质过氧化造成肝脏损害。体外循环(CPB)本身

引起氧自由基反应；心肌再灌注诱发自由基大量产生；CPB复灌后引

起的灌注心脏和肺部并发症成为死亡的重要原因。

（六）缺血/再灌注时氧自由基的生成

1.

黄嘌呤氧化酶（XO）源性氧自由基的生成增多：

缺血时ATP合成减少，钙泵活性降低，使细胞内Ca2+浓度升高，激

活Ca2+依赖性蛋白水解酶，后者催化黄嘌呤脱氢酶为XO。ATP依次

代谢为ADP、AMP、腺嘌呤核苷、次黄嘌呤核苷和次黄嘌呤。缺血

状态下，ATP合成减少，则其代谢产物增多。当恢复血流灌注时，

O2供应增加，次黄嘌呤在O2的存在下和在XO的作用下生成黄嘌呤、

超氧阴离子和H2O2；前者再在O2的存在下和在XO的作用下生成

尿酸、超氧阴离子和H2O2。所以在再灌注情况下，氧自由基大量产

生。XO系统引起的氧自由基产生是原发性的。

2.

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粒细胞源性自由基生成增多：中性粒细胞所摄取

氧的70%经细胞内的NADPH氧化酶和NADH氧化酶的作用形成氧

自由基，用以杀灭微生物及外来异物。缺血/再灌注时中性粒细胞被

激活并大量聚集，氧耗量显著增加，产生的氧自由基也显著增多。中

性粒细胞所引起的氧自由基增多是继发性的。

3.

线粒体好友克隆怎么弄 源性自由基生成增多：线粒体代谢的氧约

有1∼2%转变为超氧阴离子。在正常生理条件下，这些超氧阴

离子可被MnSOD所破坏。缺血缺氧时，Ca2+进入线粒体，使MnSOD

合成减少、活性降低；同时过氧化氢酶和过氧化物酶活性减弱；不断

增多的超氧阴离子和过氧化物进一步反应生成活性更强的羟自由基。

羟自由基可损伤DNA。同时，缺氧时Ca2+进入线粒体增多，使线粒

体功能受损，细胞色素氧化酶系统功能失调，进入细胞内的氧经单电

子还原而形成的氧自由基增加。

4.

儿茶酚胺源性自由基生成增多：缺氧条件下，交

感–肾上腺髓质系统分泌大量儿茶酚胺。儿茶酚胺一方面具有重要的

代偿作用；另一方面，过多的儿茶酚胺特别是它的氧化产物，往往又

成为对机体的有害因素。实验证明，儿茶酚胺的氧化能产生具有细胞

毒性的氧自由基。

5.

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抗氧化系统能力减弱：在缺血/再灌注损伤时，

体内抗氧化酶类及抗氧化剂合成减少、活性减弱；同时被增加的氧自

由基大量消耗，使自由基的清除不足，最终造成自由基增多。

（七）自由基在缺血/再灌注损伤中的作用

1.

脂质过氧化增强损伤生物膜：再灌注时大量形成

的自由基、尤其是羟自由基可引发生物膜中多价不饱和脂肪酸的皲

裂，形成脂性自由基和脂质过氧化物，改变膜的结构，降低膜的流动

性，使膜受体、膜蛋白酶、离子通道和膜转运功能障碍，从而导致膜

的通透性增加，酶活性降低等。

2.

引起细胞内Ca2+超载：自由基引起的细胞膜脂

质过氧化增强使膜的液态性和流动性降低、通透性增强，细胞外Ca2+

内流增加；Na+泵活性降低使细胞内Na+浓度增加，Na+–Ca2+交换

增强，使胞内Ca2+浓度升高。线粒体膜的液态性及流动性也降低，

导致线粒体功能障碍，ATP生成减少，钙泵活性减弱，细胞浆中过多

的Ca2+不能泵出而导致细胞浆内Ca2+超载。

（八）减轻自由基危害的措施

1.低分子自由基清除剂：维生素E、维生素A、

维生素C（抗坏血酸）和谷胱甘肽等。

2.含巯基化合物：具有清除OH的作用。6-巯

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基嘌呤甘氨酸（MPG）。

3.别嘌呤醇：清除OH(抑制黄嘌呤氧化酶参

与的黄嘌呤和次黄嘌呤氧化酶参与的黄嘌呤和次黄嘌呤氧化代谢，减

少自由基产生)。

4.含巯基的ACEI：有抑制O2形成的作用。

5.酶性自由基清除剂：CAT、过氧化物酶、SOD

等。

6.甘露醇、潘生丁、布洛芬和氟碳乳剂：具有

清除自由基的作用。

7.中草药：也有抗氧化作用，如山莨菪碱、丹

参、人参、生麦散、小檗碱、黄芪、何首乌、枸杞和紫苏等。

（九）麻醉药的抗氧自由基作用

1.

吸入性麻醉药的抗氧自由基作用：大量实验研究

和临床研究证明氟烷、安氟醚、异氟醚、七氟醚对缺血再灌注心肌的

氧自由基有拮抗作用（SOD

活性较高；MDA生成量下降），对心脏功能有保

护作用。

2.

静脉麻醉药的抗氧自由基作用：异丙酚对缺血再

灌注心肌有保护作用，其主要机制之一是抗氧化作用。异丙酚的化学

结构中含有酚羟基，一个分子的异丙酚可以捕捉两个氧自由基，

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干扰了脂质过氧化的夺氢过程，形成的酚基进一

步与脂质过氧化基反应形成一个更稳定的无活性产物，从而中断脂质

过氧化过程。

二、新型氧自由基清除剂——依达拉奉

（Edaravone）

（一）依达拉奉化学结构

化学名：3-甲基-1苯基-2-吡唑啉-5-酮，

3-Methyl-1-phenyl-2-pyrazolin-5-one，分子式C10H10N2O，分子量

174.20。

（二）依达拉奉在日本的临床研究历史

1987年12月~1988年11月进行Ⅰ期临床试验；

1988年12月~1991年8月(全国12个验证中心)进行Ⅱ期前期临床试

验；1991年10月~1993年3月(全国93个验证中心)进行Ⅱ期后期临

床试验(双盲剂量研究试验)；1993年12月~1996年3月(全国108个

验证中心)进行Ⅲ期安慰剂对照的双盲临床试验；2001年6月上市使

用。

（三）依达拉奉的作用机制

依达拉奉分子进入体内后变成依达拉奉阴离子，

其能够提供一个电子给氧自由基使后者变成不带活性的分子，从而降

低或消除氧自由基的危害。依达拉奉阴离子给出电子后其本身也变成

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自由基，但其活性很弱，对机体无危害。因此依达拉奉是通过提供电

子给氧自由基并灭活其活性而抑制膜脂质过氧化连锁反应，减轻羟自

由基引起的细胞毒性作用，抑制氧自由基介导的蛋白质、核酸不可逆

的破坏作用。

（四）依达拉奉的清除自由基作用——生物学指

标研究

多项研究证明依达拉奉具有清除氧自由基的作

用，如依达拉奉(50mM)

较VE(2mM)明显抑制卵磷脂过氧化物PC-OOH

的产量，两者合用的抑制效果更强（NakamachiT,etal.

FoliaPharmacolJpn

2002;119:301-308）；能够明显减少大鼠损伤性脑

组织中MDA的含量（日本圣玛丽大学医学院神经外科系）；抑制失

血性休克家兔MDA的升高，维持SOD的活性；抑制大鼠前脑缺血

再灌注中2,3-DHBA(二羟基苯甲酸)和脑梗塞大鼠缺血区OH∙

浓度的升高幅度。

（五）依达拉奉的清除自由基作用——细胞水平

研究

依达拉奉抑制15-HPETE对细胞造成的损伤：在

牛大动脉的血管内皮细胞的培养液中，加入花生四烯酸过氧化物

15-HPETE可引起细胞的氧化损害；依达拉奉对细胞损害存在浓度依

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赖性的抑制作用（Nakamura

S,harmacolJpn

2002;119:301-308）。依达拉奉对大鼠缺血再灌注

3天后海马区所产生的迟发性神经细胞死亡具有剂量依赖性抑制作

用。

(六)依达拉奉的清除自由基作用——器官组织

水平研究

依达拉奉3mg/kg能够明显减少大鼠脑梗塞面

积，减轻脑损伤大鼠的脑水肿程度(日本圣玛丽大学医学院神经外科

系)；与组织型纤溶酶原激活剂（r-tPA）联合应用治疗大鼠脑梗死的

疗效更佳。

（七）依达拉奉的清除自由基作用——在体动物

研究

对行心脏直视手术杂种犬，在即将解除主动脉阻

断前，从主动脉根部立即给予依达拉奉1mg/kg，然后施行再灌注。

再灌注60min后心输出量（CO）、左室舒张压（LVP）明显较对照组

增加，氧自由基LPO含量和太阳系大小 心肌含水量明显减少。依达拉奉用于肾

移植犬，两周后肾功能指标血肌酐和尿素氮水平明显低于对照组

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（Tahara

M,lantation2005;80:213-221）。

（八）依达拉奉的清除自由基作用——临床研究

将116例脑出血患者随机分为治疗组和对照组。

治疗组在常规治疗的基础上，给予依达拉奉30mg静脉滴注，Bid，

共19d。于第19d治疗组病人神经功能缺损评分（9.66.3分）明显

低于对照组（14.47.6分）；治疗显效率和有效率（分别为48.3％、

86.2％）显著高于对照组（分别为20.1％、62.1％）（李大臣,

等.宁夏医学杂志,

2005;27:9）。对重症高血压脑出血微创术后患者

给予依达拉奉注射液30mg，Bid，共14d。近期治疗优良率(68.1％)

和远期治愈及良好患者比率(76.9％)明显高于鼠女 对照组(分别为40.3％、

45.5％)

(P＜0.05);治疗组的近期死亡率(6.7％)明显低于

对照组(20％)(P＜0.01);而治疗组无明显不良反应（贾巍,

等.中华神经医学杂志,2005;4:8）。

急性心肌梗死患者（40例）使用依达拉奉后左

心室射血分数(LVEF)恢复幅度较对照组大，肌酸激酶同功酶(CK-MB)

升高幅度减小，再灌注后心律失常发生率(3%)明显降低（对照组为

20%)（Tsujita

K,dio2004;94;481-

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484）。风湿性心脏病行瓣膜置换术患者转流前接

受依达拉奉（20例），术后血浆SOD活性较对照组为高，MDA、LDH、

CK-MB、cTnI水平为低，升主动脉开放后心脏自动复跳率较对照组

明显为高，术后24h多巴胺平均最大剂量少于对照组（李军,等.

中国体外循环杂志,2005;3:3）

（九）依达拉奉的药代学特点和围术期的使用方

法

依达拉奉清除半衰期2h左右，体内无蓄积，容

易穿透血脑屏障进入脑组织（脑脊液与血浆中药物浓度比为60%），

发挥脑保护作用。

常规使用方法：手术后，30mg，Bid，7-10d。对

心脏手术患者，将依达拉奉3060mg溶于100ml生理盐水中，在即将

阻断西游记读后感结尾 血管前静滴(30min内)，以后30mg，Bid，连用7~10天。

依达拉奉禁用于重度肾功能衰竭患者和既往对

本品有过敏史者。

综上所述，氧自由基在器官缺血/再灌注损伤中

起到了重要作用，清除氧自由基是减轻器官缺血/再灌注损伤的重要

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措施。大量研究和临床应用证明氧自由基清除剂依达拉奉能够有效地

抑制氧自由基的活性并减轻其对器官组织的损害程度，依达拉奉在围

术期器官保护方面将具有广阔的应用前景。