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研究表明血细胞需要一氧化氮来输送氧气

健康 89xy 2周前 (11-13) 16次浏览

红细胞如何将氧气从肺部输送到组织的新发现可能意味着是时候重写关于呼吸周期如何工作的教科书了。

研究表明血细胞需要一氧化氮来输送氧气

研究人员表示,呼吸循环是一个包含氧气、二氧化碳和一氧化氮的三气体系统。

在美国国家科学院院刊
中,俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学医学院的医学教授、心脏病学家乔纳森·斯塔姆勒(Jonathan Stamler)和他的同事描述了他们是如何进行一项研究的,该研究表明呼吸循环涉及三种气体,而不仅仅是两种气体。

目前的惯例将呼吸循环描述为利用血液输送两种气体——氧气和二氧化碳。红细胞从肺部吸收新鲜吸入的氧气,并将其携带到身体组织的细胞中,并将二氧化碳——代谢的废物——从肺部呼出。

但由于他们的发现,斯塔姆勒教授和同事们认为,呼吸周期还涉及第三种气体——一氧化氮,它控制着氧气从红细胞释放到需要氧气的组织中。

在他们的研究中,他们表明血红蛋白——红细胞中从肺中获取氧气的蛋白质——也需要携带一氧化氮进入血管,以打开并向组织提供氧气。

Stamler教授说,“在大多数情况下,流向组织的血液实际上比血红蛋白携带多少氧气更重要。所以呼吸循环实际上是一个三气体系统。”

他和他的同事说,他们的发现将改变我们对呼吸循环的理解,并可能拯救生命。

研究揭示了呼吸循环中血流控制的分子基础

一段时间以来,医生已经知道血液中输送的氧气量和输送到组织中的氧气量之间存在不平衡——但不是为什么。

斯塔姆勒教授说,他们的研究表明,他们已经发现了控制呼吸循环中血液流动的分子基础。该小组认为氮氧化物是氧气输送的关键——没有它,呼吸循环就无法运行。斯塔姆勒教授解释说:

“它存在于血红蛋白本身,血红蛋白能够将一氧化氮和氧气一起输送出去。”

在以前的工作中,该团队表明这个循环不仅仅是二氧化碳和氧气的交换。他们发现红细胞携带并释放一氧化氮,但其生物学基础尚不清楚。

在这项新的研究中,研究人员展示了一氧化氮如何在一个被称为“血流自动调节”的过程中控制组织内小血管的血流。

在他们的研究中,他们使用了被改造成缺乏在红色血管中携带一氧化氮能力的小鼠。

红细胞不能携带一氧化氮意味着没有氧气进入组织

他们发现老鼠不能氧化它们的肌肉组织——它们的血流自动调节在没有一氧化氮的情况下不起作用。即使他们的红细胞能够携带满负荷的氧气,他们也不能卸载它。

当研究人员在小鼠体内诱导轻微缺氧(缺氧)时,流向其器官的血液急剧下降,引发心脏病发作和心力衰竭。

在正常小鼠中,缺氧会导致血流量激增,因此更多的含氧血液到达组织和细胞。这在红细胞缺乏一氧化氮的小鼠身上没有发生。

斯塔姆勒教授解释说,老鼠的红细胞“从所有传统的角度来看,携带氧气并释放氧气,然后吸收二氧化碳是完全正常的,但这些动物不能氧化它们的组织。红细胞中缺乏一氧化氮,缺氧不能诱导血管舒张,而血管舒张是我们所知的维持生命所必需的。”

研究表明,当从血红蛋白的氨基酸结合位点释放一氧化氮的机制起作用时,血管扩张,允许富氧红细胞流入组织。

这些发现还提供了证据,表明血液流动不仅仅受血管控制,红细胞也参与其中。这一点以前没有得到重视,一些科学家假设导致心脏病发作和中风的血液流动不足与红细胞无关,而是与血管中发生的事情有关。作者认为这一观点需要修正,正如斯坦勒教授所解释的:

“在组织内,微小的血管和红细胞一起构成了控制血液流动的关键实体。红细胞功能障碍可能是心脏、肺和血液疾病的潜在诱因,如心脏病发作、心力衰竭、中风和肾脏缺血性损伤。”

对输血和国家血液供应的影响

这项研究对输血也有影响。最近的证据表明,缺乏一氧化氮的输血与心脏病发作、疾病和死亡的高风险有关。

斯塔姆勒教授说,在这些病例中报告的影响与他们在小鼠中观察到的相似——共同的因素是缺乏一氧化氮。

“光靠输血来增加血液的含氧量是不够的;如果一氧化氮机制遭到破坏,氧气就无法到达目的地。我们知道血库中的血液缺乏一氧化氮,所以输入血液可能会导致组织中的血管堵塞,使情况变得更糟,”他指出,并总结道:

“本质上,没有一氧化氮,血流就不能自动调节(增加)。就开发未来疗法而言,目标必须是恢复红细胞功能,并具备一氧化氮输送能力。至于国家的血液供应,血液要补充一氧化氮。”

这项研究的资金来自美国国立卫生研究院、国防高级研究项目局、凯斯西储大学医学院和大学医院凯斯医疗中心。

2013年,今日医学新闻
了解到另一项小型研究表明,血液的保质期接近3周,而不是6周。在血库中,输血的标准保质期是6周,但由约翰·霍普金斯大学医学院的一名专家领导的研究发现,3周后,红细胞不再具有足够的灵活性来挤压微小的血管,将氧气输送到最需要的地方。


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