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第27章 应激(2)

(三)其他内分泌反应

应激可引起广泛的神经内分泌变动,简略地概括了除蓝斑-交感-肾上腺髓质轴和HPA 轴以外的其他内分泌变化。

二、应激的细胞体液反应

细胞对多种应激原,特别是非心理性应激原(non‐psycho‐mental stressor)可出现一系列细胞内信号转导和相关基因的激活,表达相关的、多半具保护作用的一些蛋白质,如急性期反应蛋白、热休克蛋白、某些酶或细胞因子等,成为机体在细胞、蛋白质、基因水平的应激反应表现。

(一)热休克蛋白(Heat Shock Protein,HSP)

HSP 指热应激(或其他应激)时细胞新合成或合成增加的一组蛋白质,它们主要在细胞内发挥功能,属非分泌型蛋白质。HSP 最初是从经受热应激(从25℃移到30℃,30min)的果蝇唾液腺中发现的,故取名HSP,以后发现许多对机体有害的应激因素也可诱导HSP 的生成,故又名应激蛋白。现已发现HSP 是一个大家族,而且大多数HSP 是细胞的结构蛋白,只是HSP 可受应激刺激而生成或生成增加。

1.HSP 的基本组成

HSP 是一族在进化上十分保守的蛋白质,这提示它对于维持细胞的生命十分重要,从原核细胞到真核细胞的各种生物体,其同类型HSP 的基因序列有高度的同源性。目前对HSP 的分类根据其分子量的大小分类。

2.HSP 的基本功能

HSP 在细胞内含量相当高,据估计细胞总蛋白的5%为HSP,其功能涉及细胞的结构维持、更新、修复、免疫等,但其基本功能为帮助蛋白质的正确折叠、移位、维持和降解,被人形象地称之为“分子伴娘”(molecular chaperone)。其基本结构为N 端的一个具ATP 酶活性的高度保守序列和C 端的一个相对可变的基质识别序列。后者倾向与蛋白质的疏水结构区相结合,而这些结构区在天然蛋白质中通常被折叠隐藏于内部而无法接近,也就是说,HSP 倾向于与尚未折叠或因有害因素破坏了其折叠结构的肽链结合,并依靠其N 端的ATP 酶活性,利用ATP 促成这些肽链的正确折叠(或再折叠)、移位、修复或降解。

一个新生蛋白质要形成正确的三维结构和正确定位,必须有精确的时空控制,目前认为该功能主要由各种“分子伴娘”,完成。结构性HSP 即是一类重要的“分子伴娘”,而诱生的HSP 主要与应激时受损蛋白质的修复或移除有关。多种应激原,如发热、炎症、感染等常会引起蛋白质结构的损伤,暴露出与HSP 的结合部位,正常时这些HSP 与热休克转录因子(heat shock tranion factor,HSF)相结合,HSP 与受损蛋白质的结合释放出游离的HSF,游离HSF 聚合成三聚体,后者则具有向核内移位并与热休克基因上游的启动序列相结合,从而启动HSP 的转录合成,使HSP 增多,增多的HSP 可在蛋白质水平起防御、保护作用。已有的证据表明HSP 可增强机体对多种应激原的耐受能力,如HSP 合成的增加可使机体对热、内毒素、病毒感染、心肌缺血等多种应激原的抵抗能力增强。

(二)急性期反应蛋白(acute phase protein,AP)

应激时由于感染、炎症或组织损伤等原因可使血浆中某些蛋白质浓度迅速升高,这种反应称为急性期反应,这些蛋白质被称为急性期反应蛋白,属分泌型蛋白质。

2.急性期反应蛋白的生物学功能

AP 的种类很多,其功能也相当广泛。但总体来看,它是一种启动迅速的机体防御机制。机体对感染、组织损伤的反应可大致分为两个时期:一为急性反应时相,AP 浓度的迅速升高为其特征之一;另一为迟缓相或免疫时相,其重要特征为免疫球蛋白的大量生成。两个时相的总和构成了机体对外界刺激的保护性系统。

(1)抑制蛋白酶 创伤、感染时体内蛋白分解酶增多,AP 中的蛋白酶抑制剂可避免蛋白酶对组织的过度损伤,如α1蛋白酶抑制剂、α1抗糜蛋白酶等。

(2)清除异物和坏死组织 以AP 中的C 反应蛋白的作用最明显。它可与细菌细胞壁结合,起抗体样调理作用;激活补体经典途径;促进吞噬细胞的功能;抑制血小板的磷脂酶,减少其炎症介质的释放等。在各种炎症、感染、组织损伤等疾病中都可见C 反应蛋白的迅速升高,且其升高程度常与炎症组织损伤的程度呈正相关,因此临床上常用C 反应蛋白作为炎症和疾病活动性的指标。

(3)抗感染、抗损伤 C 反应蛋白、补体成分的增多可加强机体的抗感染能力;凝血蛋白类的增加可增强机体的抗出血能力;铜蓝蛋白具抗氧化损伤的能力等。

(4)结合与运输功能 结合珠蛋白、铜蓝蛋白、血红素结合蛋白等可与相应的物质结合,避免过多的游离Cu2+、血红素等对机体的危害,并可调节它们的体内代谢过程和生理功能。

三、应激时机体的能量和物质代谢的变化

应激时,能量代谢明显加强;物质代谢总的特点是分解增加,合成减少。

(一)高代谢率(超高代谢)

严重应激时,儿茶酚胺、糖皮质激素分泌增加,机体脂肪动员明显增强,外周肌肉组织分解旺盛,使代谢率显着升高。正常成人安静状态下每天约需能量8368kJ(2000kcal)。大面积烧伤的患者,每天可高达20920kJ(5000kcal),相当于重体力劳动时的代谢率。重度应激时,机体可很快出现消瘦、衰弱和抵抗力下降,并难以用单纯的营养来逆转。对于这些患者,除了充分的营养支持外,适当调整机体的应激反应,使用某些促进合成代谢的生长因子被证明是有益的。

(二)糖、脂肪和蛋白质代谢的变化

应激时,物质代谢的特点与应激时能量代谢的升高相匹配,保证了机体应付紧急情况时有足够的能量可以得到提供。但是,应激持续时间过长,体内消耗过多,可致体重减轻、贫血、创面愈合迟缓和全身性抵抗力降低。

1.糖代谢

应激时,一方面胰岛素相对不足、外周胰岛素依赖组织对胰岛素的敏感性降低,减少了对葡萄糖的利用(胰岛素耐受);另一方面,儿茶酚胺、胰高血糖素、生长激素和肾上腺糖皮质激素等促进糖原分解和糖异生,结果出现血糖升高,甚至出现糖尿,被称为应激性高血糖或应激性糖尿。

2.脂肪代谢

应激时,脂解激素(肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素和生长激素)增多,脂肪的动员和分解加强,血中游离脂肪酸和酮体不同程度地增加,同时组织对脂肪酸的利用也增加。严重创伤后,机体所消耗的能量有75%~95%来自脂肪的氧化。

3.蛋白质代谢

应激时,肾上腺皮质激素分泌增加,胰岛素分泌减少,使蛋白质分解加强,同时蛋白质破坏增多,合成减弱。尿氮排出量增加,出现负氮平衡。

第三节 应激性损害与应激性疾病

应激反应作为一种全身综合性反应,对机体各系统器官的功能产生广泛的影响。在不良应激状态下,机体可发生多系统和多器官的病理性损伤,甚至直接导致或间接诱发多种应激性疾病。流行病学调查和实验室研究结果表明,应激在心脑血管疾病、神经精神疾病、自身免疫性疾病、消化道溃疡、肿瘤及内分泌疾病的病因学机制中具有重要地位,甚至有报道,75%~90%的人类主要疾病与应激机制的激活有关。目前人们把与应激性损伤相关的疾病称为“应激性疾病”(stress related disease),但对于该类疾病尚无明确的概念和界限。现代社会激烈地竞争和快速的生活节奏使人类承受着越来越强烈的应激负荷。随着多种烈性传染病的逐步控制,随着人类生活方式和质量的改变,人类疾病谱的结构正在发生重要变化,应激损伤和应激性疾病受到更加广泛地关注。

一、神经系统的损伤与疾病

中枢神经系统是应激信号感知、整合和应激反应调控中心。与应激密切相关的下丘脑和脑干区神经细胞在应激状态下的兴奋性加强,神经传导速度加快、神经递质分泌增加,有利于活化交感-肾上腺髓质系统和HPA 轴及相应靶器官,提高机体对紧急情况的应对能力。不良应激往往导致神经系统的兴奋过度,使中枢系统内相关神经细胞产生一种类似“功能耗竭”样的退化,导致功能紊乱或功能障碍。过度应激时蓝斑区去甲肾上腺素能神经元活性的持续升高,使其投射区下丘脑、海马、杏仁体等的去甲肾上腺素反应性增强。而下丘脑室旁核与大脑边缘系统的海马、海马旁回、扣带回、嗅脑等具有丰富的交互联系,因此产生了广泛的情绪反应,表现为不适当的焦虑、自卑、恐惧、抑郁、愤怒和狂躁等。过度强烈和持久的情绪反应,可进一步导致如神经官能症、躁狂症、抑郁症等多种形式的精神疾患和心理障碍。值得注意的是,这种神经性损伤更经常地导致亚临床性精神紊乱,使患者反应能力下降,认知功能障碍,社会行为异常,犯罪冲动泛化,影响劳动能力并增加社会的不安定因素。

应激所致中枢神经系统的异常改变,通过HPA 轴和交感神经系统对机体产生更广泛影响,引起多种靶细胞内分泌样细胞因子的表达增强和分泌增加,反馈作用于中枢系统。

如,TNF 促进下丘脑CRH 的分泌,继而使肾上腺皮质产生ACTH 样促GC 分泌作用;IL‐1直接作用于中枢神经系统使体温升高,代谢增加,食欲降低,还可促进CRH、GH、TSH 的释放,而抑制催乳素、LH 的分泌:IL‐2可促进CRH、ACTH 和内啡肽的释放等。因此,对中枢神经系统造成了更广泛的影响乃至损伤。引起包括内分泌失调、代谢紊乱、睡眠障碍、疲劳综合征等一系列中枢神经功能障碍性疾病。另有证据表明,应激反应强度和应激负荷的长期积累可能和年龄依赖性的神经系统退化性疾病,如阿尔茨海默症、帕金森病的发生有关,其机制可能在于应激所致高水平GC 对中枢相关神经元的直接损伤。

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