抗氧化剂和自由基清除剂
出处：按学科分类—医药、卫生 中山大学出版社《脊髓损伤》第264页（8455字）
生理状态下，体内不断产生自由基，可由内源性抗氧化系统如超氧化物歧化酶(SOD)等有效清除，保持动态平衡，不会引起机体损伤。
当脊髓损伤时，脊髓组织的缺血缺氧引起病理性自由基反应，导致自由基增加，同时内源性抗氧化系统活力下降，使以上动态平衡遭到破坏，引起脊髓继发性损伤。
另外，由于微循环障碍及脂质过氧化产物的生成，使前列环素(PGI2)合成受到抑制，血栓素A2(TXA2)释放增加。脊髓损伤区PGI2抑制血小板聚集，具有血管扩张作用；而TXA2则促进血小板聚集，具有血管收缩作用。正常情况下二者处于动态平衡，脊髓损伤时此平衡破坏，导致血管痉挛或闭塞，引起继发性缺血缺氧，加重病理性自由基反应，使脊髓的缺血坏死不断加重，形成恶性循环。脊髓组织中的神经细胞、亚细胞结构及髓鞘中都具有生物膜结构，这些结构维持着脊髓代谢及功能的正常进行。自由基及脂质过氧化产物对生物膜中的不饱和脂肪酸具有极强的敏感性。易造成膜及脊髓的继发性损害、神经细胞变性坏死及出血水肿加剧等。脊髓损伤后5～30分钟后自由基即有明显升高。损伤后2小时测定，病理切片可见神经细胞大片坏死及严重的灰白质出血，从而提示脊髓损伤继发性病理改变的基础是由于自由基引起的脂质过氧化反应而导致的膜损伤。因此，减少和清除自由基是脊髓损伤早期治疗的重要环节之一。
丙二醛(MDA)为过氧化脂质的代谢产物，SOD为自由基清除剂。在清除自由基的同时本身被消耗，因此它们的含量均可反映体内自由基的变化情况。实验表明：血液中的MDA、SOD含量与脊髓组织中的含量呈平行变化，提示脊髓损伤后局部立即产生大量MDA，在引起继发性脊髓损伤和SOD下降的同时，又大量向血液中弥散，使血液中MDA升高，SOD下降。可以认为：血液中MDA和SOD变化基本上可以正确反映脊髓组织中MDA和SOD变化，从而为临床上判断脊髓损伤程度、治疗效果及预后提供实验室依据。
自由基的产生也缩短了损伤后脊髓的寿命。虽然有些证据证明了MP有抗氧化剂的作用，传统药物维生素E、维生素C、丹参等也均有抗氧化和清除自由基的作用，人们仍然重视以自由基为靶点的药物的研究。Tirilazad mesylate(TM，替拉扎特甲磺酸)(Freedox，U74006F)，是一种有抗氧化剂作用的非糖皮质激素类固醇，在临床前期和临床试验中被证实与MP相比，有在SCI后抗氧化和清除自由基的综合作用。研究证实Tirilazad的抗氧化作用通过多种机制，包括增加膜的稳定性，清除脂质过氧化物自由基，减少由于脂质过氧化反应所介导的花生四烯酸的释放，减少自由基的形成，清除自由基和维持内源性VitE的水平。目前Tirilazad正处于SCI(Aventis)的三期临床试验，同时几种其他的抗氧化剂和自由基清除剂，例如Caroxylated bucksterfullerenes(Roche)、CPR－4004(Clarion)、LY341122(Lilly)、OPC－14117(Otsuka)已处于临床早期的研发阶段。传统药物中也存在一些较好的抗氧化剂。新老药物分述如下：
一、维生素E
维生素E作为一种脂溶性抗氧化剂，几乎全部存在于生物膜上，是体内的天然抗氧化剂。在正常生理条件下，脂质过氧化反应不会引起组织损伤，原因是自由基产生的量很少。但当大量的自由基产生的时候，单纯依靠体内的维生素E显然不足以有效地清除。此时大剂量的外源性维生素E进入体内即能有效地清除自由基，从而对脂质过氧化物的形成起阻滞作用。维生素E的生理药理作用主要有以下3种：
(1)膜稳定作用：维生素E作为一种自由基清除剂，主要是与超氧阴离子和过氧基团作用，通过在细胞膜上形成花生四烯酸－维生素E复合物而发挥膜稳定作用。据认为维生素E也是生物膜上独立的脂质成分，能提供生物膜结构及功能的稳定。其膜稳定的效果主要是通过下述两条分子机制完成的：①与脂质过氧基团反应，抑制单分子氧的形成；②调节膜脂质双分子层，与磷脂的不饱和脂肪酸通过范氏引力相互作用，在保护磷脂的双分子层膜上可用来作为碳氢化合物的溶酶，并且作为一种填充剂而稳定细胞膜。
(2)维生素E的抗氧化作用：自由基引起的过丢失及过氧化物的形成。维生素E可调节细胞对氧化损害的易感性，它通过改变微粒体酶的活性发挥抗氧化作用。维生素E可显着提高抗氧化酶尤其是SOD的活性，减轻脂质过氧化损害。
(3)维生素E对脂质代谢的影响：磷脂和甘油三酯在各种脂酶作用下释放出花生四烯酸，维生素E在不同呼应点上调节花生四烯酸生物合成的途径。维生素E通过阻止脂质过氧化物对前列腺素的合成的抑制而提高PGI的水平。作为一个脂溶性物质，维生素E主要集中在膜的疏水区域，它可以调节膜脂质的流动性，并与脂酸形成复合物。本研究表明短期大剂量口服维生素E对急性脊髓损伤大白鼠的功能恢复具有明显的促进作用。维生素E是一种脂溶性物质，通过血－脑屏障慢，其在中枢神经系统的浓度较低，因此应用维生素E应越早越好。
(4)维生素E治疗脊髓损伤的前景：尽管维生素E的抗氧化作用及膜稳定作用早已被人们发现，但其用于治疗脊髓损伤的历史并不长。Saunder最早将维生素E与硒联合应用于SCI，An－derson等单独用维生素E预防治疗猫SCI，结果发现治疗组比对照组神经功能恢复要好。维生素E在临床上发挥确实疗效的时间比较慢，这可能系口服维生素E不易吸收所致。因此，怎样快速提高血及脊髓组织中维生素E的含量是我们以后面临的课题。维生素E几乎无毒性，大剂量应用对人体一般无害，而不像皮质醇那样易产生明显的副作用，所以其在临床应用仍值得推广。尤其是改变给药途径，即静滴或大剂量局部注射疗效是否会更好，还需进一步研究。当然，脊髓损伤是一种严重创伤，药物治疗只是一种辅助疗法。在以手术解除压迫，整复固定损伤脊柱以保护脊髓的同时辅以维生素E及其他抗氧化剂等，才能综合发挥一定效果，起到事半功倍之效。
二、丹参
丹参注射液为中药提取制剂，其有效成分主要为水溶性的丹参素，副作用小，安全范围剂量大，但有效作用时间较短，宜静脉滴注或静脉推注给药。其主要药理作用为：①改善微循环，降低血液粘滞度。丹参可使TXA2显着下降，PGI2上升，结果使血小板聚集受到抑制，局部血管扩张，因而阻止脊髓的继发性缺血缺氧。②提高机体的耐缺氧能力。③影响血液动力学，参与对血液分配的调节。④近年来研究表明，丹参具有抗脂质过氧化及提高SOD活性作用，能够保护线粒体膜，改善腺苷酸代谢，使组织的能量代谢维持正常，从而达到保护组织不受自由基的继发性损伤作用。同时，丹参又是自由基清除剂，主要通过对超氧阴离子(O2－)的清除作用来阻止生物膜的脂质过氧化，从而起到保护生物膜的作用。丹参对羟自由基(·OH)也有清除作用。丹参并不能逆转已损伤的神经细胞，其主要作用是保护尚未受到损伤或已受损伤但尚未死亡的神经细胞免受进一步的继发性损伤，从而保护残存脊髓的功能。因此，临床上宜早期用药。从出血情况看，我们发现并无使用丹参后加重出血的表现，而这与梁声琼等报道的丹参制剂早期使用可加重脊髓出血不符，可能因为脊髓损伤后的大量出血是机械性损伤和脂质过氧化引起，与丹参的使用无关。丹参有明显降低血液及脊髓组织中MDA、升高SOD的作用，这与丹参能够清除自由基，抑制脂质过氧化反应的药理作用相符。丹参的抗脂质过氧化作用并不随着剂量的增加而增强。因此提示无需大剂量给药即可达到抗脂质过氧化的效果，这为临床合理用药提供了一定依据。至于给予更大剂量丹参或增加给药次数能否增强其抗脂质过氧化能力，尚待进一步研究。
所以丹参具有清除自由基、抑制脂质过氧化作用，对防止脊髓损伤后的继发性损伤具有重要意义。丹参的抗脂质过氧化作用并不随剂量的增加而增强，因此无需大剂量给药，这为临床合理用药提供了一定依据。
三、Tirilazad Mesylate(TM)
近来，国外人工合成了一种非糖皮质激素的21－氨基类固醇，它对细胞膜脂质过氧化反应有强大抑制作用。
(一)化学性质
Tirilazad Mesylate(TM)，代号U－74006E，由美国普强公司合成，化学名称为21－〔4－(2，6－双－1－6吡啶烷－4－嘧啶)－1－哌嗪)－16a甲基孕烷－l，4，9(11)－三烯－3，20－二酮，单甲烷磺酸盐。它是脂溶性药物，制成针剂，静脉注射，能透过血－脑屏障；不具有传统类固醇药物的副作用，对肾上腺皮质激素分泌无反馈性抑制，也无抑制免疫作用。
(二)作用机理
TM是脂质过氧化反应的抑制剂，选择性作用于细胞膜双脂层。它通过下列途径发挥作用：①直接清除脂质过氧化基团，减少活性氧基团形成，发挥其直接抗氧化作用。②稳定细胞膜，增加膜粘性。Braughler等采用AtT－20小鼠垂体腺细胞做体外培养，在细胞缺氧条件下，发现TM能阻止花生四烯酸自培养细胞中释出，从而能限制脂质过氧化反应传递。③维生素E是体内最主要的内源性抗氧化剂。Hall等在实验中发现TM能有效地阻止细胞内维生素E失活，增强维生素E抗自由基功能，通过协同作用，抑制脂质过氧化，减少细胞坏死。④Kitt的研究发现TM能抑制中性粒细胞的移行，从而能抑制中性粒细胞侵润所造成的组织损害。
此外，通过AtT－20小鼠垂体腺细胞体外培养，发现其ACTH分泌功能不能被TM所抑制，而地塞米松则能明显抑制。说明TM没有糖皮质激素为受体介导的反应，故也无有关的副作用。
(三)实验应用
动物模型研究不仅验证TM在多种疾病，特别是缺血性、损伤性疾病中的治疗作用，而且通过TM的抑制脂质过氧化反应的特性，间接了解自由基损伤在许多疾病的病理生理中的意义。尤其在治疗颅脑脊髓损伤的研究方面，如闭合性颅脑外伤中，TM抑制脂质过氧化反应，促进神经功能恢复，改善预后。在小鼠脑震荡模型中，Hall发现：外伤后早期(5分钟内，小剂量0．3mg／kg，常规剂量3mg／kg和大剂量30mg／kg)静脉注射TM，都能够使创伤后1小时的神经功能得分较对照组增加；而大剂量组还能使创伤后1周生存率提高到78．6%，而对照组为27．3%。同时还发现甲基强的松龙也能改善神经功能，但没有TM有效。Dimlich在猫脑外伤模型研究中发现：TM能够减少脑外伤附近皮质内乳酸含量，因而间接证实TM能改善脑血流量。Farooque在大鼠脊髓压迫损伤模型中也发现：损伤后60分钟，给予单剂TM(iv·3mg／kg)，治疗组大鼠损伤后第1～9天的爬坡能力高于对照组。
(四)临床研究
TM在临床尚处试用阶段。在药物安全性方面，目前发现TM在人体中有着很好的耐受性和安全性，对血压、脉搏、体温等没有显着影响。对血浆可的松含量、肾上腺激素、单核细胞及淋巴细胞均无影响。显示TM无糖皮质激素、盐皮质激素及促性腺激素作用。
目前，在北美、欧州和亚州正在开展TM在蛛网膜下腔出血(SAH)、脊髓损伤中的应用研究。欧州一项多中心(Means ED等，1994)TM在SAH中应用研究表明，在总数1023例的随机分组治疗过程中，治疗组(TM 6mg／(kg·天)，使用8～10天)的患者总死亡率降低，近期和远期疗效都有改善。
综上所述，TM作为脂质过氧化反应特效抑制剂，在动物研究中证实其对中枢神经系统各种损伤有良好保护作用。尽管其作用机制尚未完全明了，临床研究正在起步，但有理由相信，TM将在不远的将来，会成为人类治疗中枢神经系统损害的有用武器。
四、三七总皂甙(PanaXNotoginseng，PNS)
三七总皂甙(PNS)是从中药三七的干燥根茎中提取的有效成分之一。近年研究表明，它具有较强清除自由基的作用，对缺血性脑损伤与脊髓创伤有较好的保护作用。深入系统地介绍中枢神经损伤后自由基反应机制及应用PNS在抗自由基损害方面的研究现状，有助于进一步研究与应用PNS救治脑脊髓损伤，增加中枢神经损伤药物治疗的科学认识。
研究证实，PNS对黄嘌呤氧化酶(XOD)氧化黄嘌呤产生的氧自由基具有清除作用，但其作用是直接清除氧自由基还是通过抑制XOD的活性而起作用未能明确。龚国清等用生物发光法测定PNS、人参总甙(GS)、绞股兰总甙(GP)等对氧自由基的清除作用，结果表明PNS、GS、GP均有不同程度的清除氧自由基的化学特性，其作用强度依次为PNS＞GP＞GS。持续喂养PNS3个月的成年大鼠，脑皮质运动区及心尖部组织中脂质过氧化物(LPO)及血清中的LPO含量明显低于对照组。持续喂养三七粉4周的大鼠，脑组织与血浆中的SOD活性增加，而肝、肺、心脏等组织内的LPO与SOD无显着变化。因此作者推测三七减少脑组织及血中的LPO的含量，可能是通过清除自由基，同时增强SOD活性来实现的。李麟仙等报道了PNS对沙土鼠脑缺血再灌注损伤的保护效应，结果发现PNS与SOD一样均能明显缩小大脑局部缺血时的梗塞范围，脑组织Na+、K+水含量显着降低，大鼠的存活率提高。简道林等应用家兔完全性脑缺血模型，机械通气，同时阻断双侧颈总动脉及椎动脉，缺血20min后，回输放出的血液再灌注3h，观察PNS对脑的复苏效应。结果显示，PNS明显降低脑静脉血与CSF中的磷酸肌酸激酶与乳酸脱氢酶的活性，降低脑静脉池中血栓素A2(TXA2)的含量，组织学观察大脑皮层损伤程度减轻，表明PNS对脑缺血性损伤的保护作用可能通过减少花生四稀酸降解产物的释放，从而减轻膜系统的损害以促进脑复苏。随后，许多研究者都观察到PNS对脑缺血性损伤具有保护作用，其途径之一是消除自由基造成的脑继发性损害。PNS不仅对缺血性脑损伤具有保护作用，而且对脊髓创伤同样具有保护效应。何风慈等采用落体致脊髓损伤的动物模型，观察PNS对大鼠脊髓损伤后组织脂质过氧化作用的影响，发现不同剂量(30mg／kg、90mg／kg、270mg／kg)的PNS均可减少损伤组织中的LPO。大剂量(270mg／kg)的PNS不但抑制了游离脂肪酸的释放，而且显着抑制XOD的活性，PNS对SOD活性无明显影响，表明PNS对脊髓损伤早期的保护作用主要是通过减少自由基的产生而实现。
中枢神经损伤后自由基病理与细胞内钙超载密切相关。研究表明，颅脑损伤后30min神经细胞内已出现显着的钙超载，同时，氧自由基增多，其高峰稍迟于钙超载的出现。三七总皂甙具有钙通道阻滞作用，能减少缺血性脑损伤脑组织总钙含量，减轻继发性脑水肿。三七总皂甙的钙通道阻滞作用与抗自由基病理作用可能是其脑保护作用相关而又不同的机制。
脊髓损伤后继发性病理损害机制复杂。自由基病理仅是其中的一个部分，且与其他机制，如钙损伤、兴奋性氨基酸毒性作用、微循环障碍等相互关联，互为因果。而PNS对中枢神经损伤保护作用的许多研究亦提示，它不仅具有清除自由基的作用，而且也有钙通道阻断作用，改善微循环作用及提高能量代谢作用等。究竟哪一机制是PNS的主要作用，尚缺乏系统研究报道。单从PNS抗自由基损害这一环节着手，虽不能完全解释PNS对CNS损伤的保护作用机制，但至少可说明PNS在中枢神损伤后复杂的病理损害机制链中具有肯定的阻断作用。归纳总结PNS抗自由基损害的机制有如下几个方面：①直接清除氧自由基；②通过提高SOD的活性而清除氧自由基；③降低XOD的活性减少氧自由基生成；④提高机体耐缺氧能力，保护线粒体的功能，减少氧自由基的产生；⑤保护膜系统，提高溶酶体膜的稳定性，阻滞花生四烯酸的降解，从而阻断膜脂质降解的级联反应。
脊髓损伤后，由于缺血、水肿等致伤因素可使自由基的产生增加，清除功能下降而致自由基堆积。脊髓组织含有丰富的不饱和脂肪酸，故易受自由基的损害。而中药PNS不仅具有清除自由基的作用，而且也有钙通道阻断作用，所以用来防治脊髓损伤具有广阔的前景。
五、其他
(1)维生素C作为非酶自由基清除剂，具有广谱的抗氧化作用。它与谷胱甘肽是中枢神经系统含量最多的小分子抗氧化剂，同NAD(或NADP)、细胞色素C、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽超氧化物酶、过氧化氢酶、维生素E(VitE)共同构成体内氧化还原体系，参与多种氧化还原反应，能迅速直接清除细胞内、外的超氧阴离子(
)、羟自由基(·OH)和过氧化氢(H2O2)等多种自由基。Lonnrot等观察5例健康志愿者口服VitC后(前2周500mg／d，后2周4000mg／d)血浆和脑脊液中含量显着增加，并明显影响脑脊液中超氧自由基清除参数，呈浓度依赖的关系，提示VitC是正常情况下脑脊液自由基的主要清除者。但有铁离子存在时，低浓度VitC能作为氧化剂刺激脑脂质超氧化。VitC兼有抗炎及抗氧化作用，其分子量较小能直接进入细胞内，直接或间接清除氧自由基，阻断脂质过氧化反应，VitC还能通过恢复VitE的活性发挥抗氧化作用。KatohD等(1996)用不能自身合成VitC的基因突变型ODS大鼠研究证实，压迫性SCI前1周，食物中补充足量VitC的一组较另一组给缺乏VitC食物的大鼠SCI后伤髓出血更少，运动功能也恢复更好，而且SCI后局部伤髓VitC、VitE含量下降，而认为VitC、VitE分别通过清除SCI后产生的水溶性、脂溶性自由基保护伤脊髓。
(2)EPC－K1为近来合成的VitC与VitE衍生物，全称为2－［3，4－二氢－2，5，7，8－四甲基－2－(4，8，12－三甲基十三烷基)－ZH－1苯并吡喃－6－磷酸酯］钾盐(EPC－K1)，能独立清除水溶性及脂溶性自由基。Fujimoto(2000)发现25g重物置大鼠T12胸髓形成SCI后，反映脂质过氧化反应水平的终产物硫巴比妥酸盐水平伤后1h上升，4h达高峰，而EPC－K1，能抑制这种升高，阻止SCI后脂质过氧化反应及清除自由基(水溶性+脂溶性)，保护伤髓。
(3)褪黑激素(melatonin)由松果体分泌。KaptanogluE(2000)等研究指出，大鼠SCI后立刻给melatonin 100mg／kg(blous，ip)能抑制脂质过氧化，减少自由基生成保护伤脊髓，且效果似乎比MP(30mg／kg)好，提示其可用于临床。
(4)慢心律(mexiletine)也具有抗氧化作用。实验证实，SCI后给大鼠慢心律50mg／kg(blous，ip)可减少其继发脂质过氧化物形成，改善伤髓超微结构。
这些药物可能会在取得临床疗效上遇到困难，因为对于上述病理过程的干预的机会将会由于病人由发病到到达急诊室中所耽误的时间而丧失，或由于其他更敏捷的治疗而被干预。