氧自由基血清镁离子变化在支气管哮喘中的作用与机制研究
作者：庞宝森 王 辰 翁心植 张洪玉
单位：庞宝森 王 辰 翁心植 张洪玉 首都医科大学附属北京红十字朝阳医院呼吸疾病研究室，100020
关键词：氧自由基；镁离子；支气管哮喘
中国急救医学991207 [摘 要]目的 为了探讨哮喘患者体内氧自由基、镁离子与红细胞膜ATP酶的变化情况，以及它们与疾病发生程度和相关关系。方法 观察了40例哮喘发作期、30例缓解期者和健康对照组40例正常人，用生化方法测定了黄嘌呤氧化酶 (XOD)、红细胞膜ATP酶、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性变化，过氧化脂质(LPO)、丙二醛(MDA)和血清镁钾、钠离子变化情况。结果 ①哮喘发作组红细胞膜钙镁ATP酶、钠钾ATP酶活性明显低于正常对照组(P<0.01)。而钙镁ATP酶活性与LPO、MDA成高度负相关性，分别r=-0.5426、P<0.05，r=-0.6410、P<0.01。钠钾ATP酶活性与LPO、MDA也成显著负相关性，分别r=-0.4733、P<0.05，r=-0.4260、P<0.05。②哮喘发作组XOD、LPO、MDA均显著高于正常对照组，P<0.05和P<0.01。而SOD、CAT则显著低于正常对照组P<0.05。缓解组XOD比正常对照组也显著增高，但和发作期比较有显著下降P<0.05，SOD则有所提高但无统计学意义，CAT则比正常对照组显著降低，但比发作期有所提高，LPO与正常对照组比较有增高但无统计学意义，与发作期比较有显著降低P<0.05 。③哮喘发作组血清镁离子与红细胞膜钙镁ATP酶、钠钾ATP酶活性均呈显著正相关r＝0.3904、P<0.05，r＝0.3797、P<0.05。结论 哮喘患者体内存在氧化与抗氧化失衡现象，氧自由基的损伤血清镁离子降低、红细胞膜ATP酶活性降低，这些病理变化可能是哮喘发病的主要环节之一。
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[中图分类号]R 562.25 [文献标识码]A [文章编号]1002-1949(1999)12-0717-02
Study on the effect and mechanism of free radicals and Mg2+ in bronchial asthma
PANG Bao-sen, WANG Chen, WENG Xin-zhi, et al. Beijing Red Cross Chaoyang Hospital, Affiliate of Capital University of Medical Sciences, Beijing 100020, China
[Abstract]Objective To study the correlation between the change of free radical、Mg2+、adenosine triphosphatase and the degree of the disease in the patients of asthma .Methods 40 patients of asthma in the stage of attack、30 in remission stage and 40 healthy persons were observed .The activity of xanthine oxidase (XOD)、adenosine triphosphatase in the membrain of red blood cell superoxide dismutase (SOD)、catalase (CAT) and the amount of lipidperoxide (LPO), malonaldehyde (MDA) and Mg2+, K+, Na+ in the serum were measured by biochemical method.Results ① The activity of calcium pump adenosine triphosphatase in the group of attack were significantly lower than that of control group (P<0.01).While the activity of calcium pump adensine triposphatase were negatively correlated with LPO and MDA,r=-0.5426，P<0.05；r=-0.6410、P<0.01,respectively .The activity of sodium pump adenosine triphosphatase were also negatively correlated with LPO，MDA,with r=-0.4733，P<0.05，r=-0.4260，P<0.05 respectively .② XOD，LPO，MDA in the group of attack were significantly higher than that of control group ,P<0.05 and P<0.01.But SOD、CAT were remarkably lower than that of control group ,but it was higher than that of the group of attack LPO was higher with no statistical significance compared with control group ,but was remarkably lower than that of attack group ,P<0.05 .③ The amount of Mg2+in the serum was positively correlated with calcium pump adenosine trphosphatase and sodium adenoodsine triposphatase with r＝0.3904、P<0.05 and r＝0.3797、P<0.05.respectively.Conclusion Our study shows that there exist a phenomenon of disequilibrium between oxidqation and anti oxidation in the patients of asthma, the free radical, low level of Mg2+ in serum and the low activity of adenosine triphospatase in the membrain of red blood cell may be one of the key links in pathogenesis of asthma.
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[Key words]Free radical; Mg2+; Bronchial asthma
近年来，国内外大量研究表明，体内有多种代谢途径可以产生氧自由基。目前，最受重视的是嘌呤氧化酶(XOD)系统。临床研究也显示哮喘患者体内活性氧及脂质过氧化物水平增高，并且与疾病的严重程度一致，而且由于氧自由基引起的脂质过氧化反应增强过程与维持细胞内外钠、钙离子转运的ATP酶活性有关。如果细胞膜ATP酶活性被抑制，则引起细胞内钙离子浓度升高，这样会引起血管和气管平滑肌收缩及其病理生理变化。为此，我们观察哮喘发作者红细胞膜ATP酶活性及其脂质过氧化反应的变化，以探讨两者在哮喘发病中的地位及可能存在的关系。
1 材料与方法
1.1 哮喘发作组(哮喘组) 40例，其中男22例，女18例，年龄34～55岁，平均44.6±10.8岁。
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1.2 哮喘缓解期组(缓解组) 30例，男16例，女14例，年龄33～49岁，平均41.9±7.5岁，支气管哮喘诊断均符合1984年中华医学会呼吸学会制定的诊断标准。
1.3 健康对照组 40例，男24例，女16例，年龄34～51岁，平均42.5±8.6岁。为经体检无心、肺、肝、肾等疾病的健康人。
1.4 各组均在早晨空腹静脉采血。红细胞ATP酶活性按沈茂星方法检验[上海医学检验杂志，1990，5：211]，红细胞超氧化物歧化酶(SOD)按邻苯三酚自氧化法检测，全血过氧化氢酶 (CAT) 按紫外分光比色法检测，红细胞丙二醛(MDA)按张云林方法检测，[中华老年杂志 1990，9：55]血浆过氧化脂质(LPO)按硫代巴比妥酸比色法检测。黄嘌呤氧化酶(XOD)按分光光度比色法检测。血清镁离子按终点比色法检测，血清 Na+、K+、Cl-离子使用 CX-5 型全自动性生化分析仪(贝克曼产品)检测。血气分析均采用桡动脉血，用丹麦ABL-500型血气分析仪检测。
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2 结果
2.1 哮喘发作组红细胞膜 Ca2+-Mg2+-ATP酶、Na+-K+-ATP酶活性明显低于正常对照组，P<0.01，有显著性差异。而 Ca2+-Mg2+-ATP酶活性与LPO、MDA 呈高度负相关性，分别r=-0.5426、P<0.05，r=-0.6410、P<0.01 。Na+-K+-ATP酶活性与LPO、MDA也呈显著负相关性，分别 r=-0.4733、P<0.05，r=-0.4260、P<0.05。
2.2 哮喘发作组 XOD、LPO、MDA均显著高于正常对照组 P<0.05 和 P<0.01，而SOD、CAT则显著低于正常对照组，P<0.05。缓解组XOD比正常对照组也显著增高，但和发作期比则有显著下降，P<0.05；SOD则有所提高，但无统计学意义；CAT则比正常对照组显著降低，但比发作期有所提高；LPO与正常对照组比较仍有增高，但无统计学意义，与发作期比较则显著降低，P<0.05。
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2.3 哮喘发作组血清 Mg2+与红细胞膜 Ca2+-Mg2+-ATP酶、Na+-K+-ATP酶活性均呈显著正相关性，r=-0,3904、P<0.05，r=-0.3797 P<0.01。
3 讨论
近年来研究认为，支气管哮喘的主要病理因素是慢性气道炎症。作为一种可以促进炎症进程的重要物质，氧自由基能够引起多价不饱和脂肪酸的脂质过氧化反应，生成具有较强活性的MDA，从而引起组织损伤，血管通透性增加及支气管收缩，这些均与哮喘有密切关系。有学者认为支气管哮喘的气道炎症、支气管痉挛、炎症介质的释放、粘液的分泌亢进，均和效应细胞内游离钙浓度增加密切相关。细胞膜ATP酶是维持细胞内外钠、钾、钙、镁离子平衡的主要调控转运系统。如果此酶活性被抑制则引起细胞内钙离子浓度增加，进而引起肺血管和气管平滑肌收缩等一系列病理生理变化。本研究结果表明，哮喘患者红细胞膜ATP酶活性显著降低，这样会引起细胞内钙离子增加，进一步引起肺血管、支气管痉挛等一系列病理变化，这可能是哮喘发病的主要环节之一。
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LPO是生物膜中的多价不饱和脂肪酸受氧自由基损伤后生成的脂质过氧化物能直接反映组织损伤情况。LPO可以造成组织细胞损伤和血管通透性增加，使钙离子转运异常，进一步引起细胞内钙超负荷，后者又可使脂质过氧化损伤加重。由于酶蛋白脂质微环境发生变化，导致ATP酶活性降低。本研究表明，红细胞膜ATP酶活性与LPO、MDA的变化存在显著负相关性，提示哮喘患者红细胞膜ATP酶活性降低与脂质过氧化反应密切相关，并且体内存在氧化与抗氧化系统失衡现象，总的抗氧化能力低下。本研究还表明，哮喘患者发作期红细胞膜ATP酶活性与血清镁浓度降低有一致性和良好的正相关性，这一点表明支气管哮喘发作期患者可能存在细胞膜的完整性和离子通道受损现象，从而扰乱了离子经细胞膜的运输，引起体内 Na+、K+、Ca2+、Mg2+离子的失衡。虽然有关哮喘发作期红细胞膜ATP酶、血清镁离子浓度降低的机理尚不十分清楚，有待进一步研究，但氧自由基损伤、血清镁离子降低可能是引起红细胞膜ATP酶活性降低的重要因素之一，这些病理变化可能是哮喘发病的主要环节之一。目前，在我国哮喘患者有数百万之多，寻找一种有效的防治哮喘的方法是利国利民的大事。近期英国、以色列分别报道了长期口服抗氧化剂，Vitmin E 和C能预防哮喘的发作，有效率高达45%。因此，在临床防治哮喘发病中合理应用抗氧化剂和细胞膜ATP酶的激活剂也是必要的措施之一。
参考文献
[1]庞宝森，苏海茜，翁心植，等.支气管哮喘患者红细胞膜ATP酶活性与脂质过氧化的关系[J].中华内科杂志，1995，34：833.
[2]冯华松，南柏松，赵连支.扩张型心肌病与红细胞钠、钾、钙、镁离子及ATP酶关系的研究[J].中华医学杂志，1992，72：547.
收稿：1999-09-20, http://www.100md.com
单位：庞宝森 王 辰 翁心植 张洪玉 首都医科大学附属北京红十字朝阳医院呼吸疾病研究室，100020
关键词：氧自由基；镁离子；支气管哮喘
中国急救医学991207 [摘 要]目的 为了探讨哮喘患者体内氧自由基、镁离子与红细胞膜ATP酶的变化情况，以及它们与疾病发生程度和相关关系。方法 观察了40例哮喘发作期、30例缓解期者和健康对照组40例正常人，用生化方法测定了黄嘌呤氧化酶 (XOD)、红细胞膜ATP酶、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性变化，过氧化脂质(LPO)、丙二醛(MDA)和血清镁钾、钠离子变化情况。结果 ①哮喘发作组红细胞膜钙镁ATP酶、钠钾ATP酶活性明显低于正常对照组(P<0.01)。而钙镁ATP酶活性与LPO、MDA成高度负相关性，分别r=-0.5426、P<0.05，r=-0.6410、P<0.01。钠钾ATP酶活性与LPO、MDA也成显著负相关性，分别r=-0.4733、P<0.05，r=-0.4260、P<0.05。②哮喘发作组XOD、LPO、MDA均显著高于正常对照组，P<0.05和P<0.01。而SOD、CAT则显著低于正常对照组P<0.05。缓解组XOD比正常对照组也显著增高，但和发作期比较有显著下降P<0.05，SOD则有所提高但无统计学意义，CAT则比正常对照组显著降低，但比发作期有所提高，LPO与正常对照组比较有增高但无统计学意义，与发作期比较有显著降低P<0.05 。③哮喘发作组血清镁离子与红细胞膜钙镁ATP酶、钠钾ATP酶活性均呈显著正相关r＝0.3904、P<0.05，r＝0.3797、P<0.05。结论 哮喘患者体内存在氧化与抗氧化失衡现象，氧自由基的损伤血清镁离子降低、红细胞膜ATP酶活性降低，这些病理变化可能是哮喘发病的主要环节之一。
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[中图分类号]R 562.25 [文献标识码]A [文章编号]1002-1949(1999)12-0717-02
Study on the effect and mechanism of free radicals and Mg2+ in bronchial asthma
PANG Bao-sen, WANG Chen, WENG Xin-zhi, et al. Beijing Red Cross Chaoyang Hospital, Affiliate of Capital University of Medical Sciences, Beijing 100020, China
[Abstract]Objective To study the correlation between the change of free radical、Mg2+、adenosine triphosphatase and the degree of the disease in the patients of asthma .Methods 40 patients of asthma in the stage of attack、30 in remission stage and 40 healthy persons were observed .The activity of xanthine oxidase (XOD)、adenosine triphosphatase in the membrain of red blood cell superoxide dismutase (SOD)、catalase (CAT) and the amount of lipidperoxide (LPO), malonaldehyde (MDA) and Mg2+, K+, Na+ in the serum were measured by biochemical method.Results ① The activity of calcium pump adenosine triphosphatase in the group of attack were significantly lower than that of control group (P<0.01).While the activity of calcium pump adensine triposphatase were negatively correlated with LPO and MDA,r=-0.5426，P<0.05；r=-0.6410、P<0.01,respectively .The activity of sodium pump adenosine triphosphatase were also negatively correlated with LPO，MDA,with r=-0.4733，P<0.05，r=-0.4260，P<0.05 respectively .② XOD，LPO，MDA in the group of attack were significantly higher than that of control group ,P<0.05 and P<0.01.But SOD、CAT were remarkably lower than that of control group ,but it was higher than that of the group of attack LPO was higher with no statistical significance compared with control group ,but was remarkably lower than that of attack group ,P<0.05 .③ The amount of Mg2+in the serum was positively correlated with calcium pump adenosine trphosphatase and sodium adenoodsine triposphatase with r＝0.3904、P<0.05 and r＝0.3797、P<0.05.respectively.Conclusion Our study shows that there exist a phenomenon of disequilibrium between oxidqation and anti oxidation in the patients of asthma, the free radical, low level of Mg2+ in serum and the low activity of adenosine triphospatase in the membrain of red blood cell may be one of the key links in pathogenesis of asthma.
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[Key words]Free radical; Mg2+; Bronchial asthma
近年来，国内外大量研究表明，体内有多种代谢途径可以产生氧自由基。目前，最受重视的是嘌呤氧化酶(XOD)系统。临床研究也显示哮喘患者体内活性氧及脂质过氧化物水平增高，并且与疾病的严重程度一致，而且由于氧自由基引起的脂质过氧化反应增强过程与维持细胞内外钠、钙离子转运的ATP酶活性有关。如果细胞膜ATP酶活性被抑制，则引起细胞内钙离子浓度升高，这样会引起血管和气管平滑肌收缩及其病理生理变化。为此，我们观察哮喘发作者红细胞膜ATP酶活性及其脂质过氧化反应的变化，以探讨两者在哮喘发病中的地位及可能存在的关系。
1 材料与方法
1.1 哮喘发作组(哮喘组) 40例，其中男22例，女18例，年龄34～55岁，平均44.6±10.8岁。
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1.2 哮喘缓解期组(缓解组) 30例，男16例，女14例，年龄33～49岁，平均41.9±7.5岁，支气管哮喘诊断均符合1984年中华医学会呼吸学会制定的诊断标准。
1.3 健康对照组 40例，男24例，女16例，年龄34～51岁，平均42.5±8.6岁。为经体检无心、肺、肝、肾等疾病的健康人。
1.4 各组均在早晨空腹静脉采血。红细胞ATP酶活性按沈茂星方法检验[上海医学检验杂志，1990，5：211]，红细胞超氧化物歧化酶(SOD)按邻苯三酚自氧化法检测，全血过氧化氢酶 (CAT) 按紫外分光比色法检测，红细胞丙二醛(MDA)按张云林方法检测，[中华老年杂志 1990，9：55]血浆过氧化脂质(LPO)按硫代巴比妥酸比色法检测。黄嘌呤氧化酶(XOD)按分光光度比色法检测。血清镁离子按终点比色法检测，血清 Na+、K+、Cl-离子使用 CX-5 型全自动性生化分析仪(贝克曼产品)检测。血气分析均采用桡动脉血，用丹麦ABL-500型血气分析仪检测。
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2 结果
2.1 哮喘发作组红细胞膜 Ca2+-Mg2+-ATP酶、Na+-K+-ATP酶活性明显低于正常对照组，P<0.01，有显著性差异。而 Ca2+-Mg2+-ATP酶活性与LPO、MDA 呈高度负相关性，分别r=-0.5426、P<0.05，r=-0.6410、P<0.01 。Na+-K+-ATP酶活性与LPO、MDA也呈显著负相关性，分别 r=-0.4733、P<0.05，r=-0.4260、P<0.05。
2.2 哮喘发作组 XOD、LPO、MDA均显著高于正常对照组 P<0.05 和 P<0.01，而SOD、CAT则显著低于正常对照组，P<0.05。缓解组XOD比正常对照组也显著增高，但和发作期比则有显著下降，P<0.05；SOD则有所提高，但无统计学意义；CAT则比正常对照组显著降低，但比发作期有所提高；LPO与正常对照组比较仍有增高，但无统计学意义，与发作期比较则显著降低，P<0.05。
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2.3 哮喘发作组血清 Mg2+与红细胞膜 Ca2+-Mg2+-ATP酶、Na+-K+-ATP酶活性均呈显著正相关性，r=-0,3904、P<0.05，r=-0.3797 P<0.01。
3 讨论
近年来研究认为，支气管哮喘的主要病理因素是慢性气道炎症。作为一种可以促进炎症进程的重要物质，氧自由基能够引起多价不饱和脂肪酸的脂质过氧化反应，生成具有较强活性的MDA，从而引起组织损伤，血管通透性增加及支气管收缩，这些均与哮喘有密切关系。有学者认为支气管哮喘的气道炎症、支气管痉挛、炎症介质的释放、粘液的分泌亢进，均和效应细胞内游离钙浓度增加密切相关。细胞膜ATP酶是维持细胞内外钠、钾、钙、镁离子平衡的主要调控转运系统。如果此酶活性被抑制则引起细胞内钙离子浓度增加，进而引起肺血管和气管平滑肌收缩等一系列病理生理变化。本研究结果表明，哮喘患者红细胞膜ATP酶活性显著降低，这样会引起细胞内钙离子增加，进一步引起肺血管、支气管痉挛等一系列病理变化，这可能是哮喘发病的主要环节之一。
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LPO是生物膜中的多价不饱和脂肪酸受氧自由基损伤后生成的脂质过氧化物能直接反映组织损伤情况。LPO可以造成组织细胞损伤和血管通透性增加，使钙离子转运异常，进一步引起细胞内钙超负荷，后者又可使脂质过氧化损伤加重。由于酶蛋白脂质微环境发生变化，导致ATP酶活性降低。本研究表明，红细胞膜ATP酶活性与LPO、MDA的变化存在显著负相关性，提示哮喘患者红细胞膜ATP酶活性降低与脂质过氧化反应密切相关，并且体内存在氧化与抗氧化系统失衡现象，总的抗氧化能力低下。本研究还表明，哮喘患者发作期红细胞膜ATP酶活性与血清镁浓度降低有一致性和良好的正相关性，这一点表明支气管哮喘发作期患者可能存在细胞膜的完整性和离子通道受损现象，从而扰乱了离子经细胞膜的运输，引起体内 Na+、K+、Ca2+、Mg2+离子的失衡。虽然有关哮喘发作期红细胞膜ATP酶、血清镁离子浓度降低的机理尚不十分清楚，有待进一步研究，但氧自由基损伤、血清镁离子降低可能是引起红细胞膜ATP酶活性降低的重要因素之一，这些病理变化可能是哮喘发病的主要环节之一。目前，在我国哮喘患者有数百万之多，寻找一种有效的防治哮喘的方法是利国利民的大事。近期英国、以色列分别报道了长期口服抗氧化剂，Vitmin E 和C能预防哮喘的发作，有效率高达45%。因此，在临床防治哮喘发病中合理应用抗氧化剂和细胞膜ATP酶的激活剂也是必要的措施之一。
参考文献
[1]庞宝森，苏海茜，翁心植，等.支气管哮喘患者红细胞膜ATP酶活性与脂质过氧化的关系[J].中华内科杂志，1995，34：833.
[2]冯华松，南柏松，赵连支.扩张型心肌病与红细胞钠、钾、钙、镁离子及ATP酶关系的研究[J].中华医学杂志，1992，72：547.
收稿：1999-09-20, http://www.100md.com