有关张毅教授部分学术研究摘要(一)
作者:刘国雄   
2012-09-18 10:39

张毅教授留英期间主要从事脊椎动物心脏生理、生化机能与药物作用关系的基础理论研究。围绕哺乳动物心脏的新陈代谢、心脏能量来源以及在缺氧条件下,药物对心脏新陈代谢的影响等进行了较系统的研究,发表研究论文5篇。他的这些研究成果曾被伊文思主编的《生理学新进展》,及美国药理学家索尔门(Sollmann T.)主编的《药理学指南》所引用。1950年初,英国剑桥大学生物化学系教授,还来信索取他所发表的“脊椎动物心脏乳酸的活性”一文的单印本,说明其研究成果在当时还是引起同行们的兴趣和关注的。以下是张毅教授有关心肌能量代谢等方面的研究。

1、肾上腺素对心肌糖原的影响。

正常大鼠(n=7)开胸后立即取下心脏,其糖原含量为517±96mg/100g心肌。对于新切下的离体大鼠心脏,缺氧(保养液中以氮替代氧)时,糖原和总的低碳水化合物只有少量减少,乳酸则相应少量增加。但对在体大鼠心脏,开胸4分钟使其缺氧时糖原大量分解,约丧失原含量的4/5,而低碳水化合物也减少了3/5,乳酸含量则比原含量增加了4/5。为了探讨是否有那些化学的或神经的因素会加速心肌糖原的分解,开胸后在紧靠膈肌上方切断主动脉和下腔静脉进行试验。结果发现,心糖原分解成低碳水化合物和乳酸的量比单纯的在体缺氧要小得多,因为心肌糖原含量不少于正常量的3/5。有趣的是:其分解代谢进入循环而丢失的担心可以排除,因为,糖原的丢失(即减少了)大约相当于乳酸的形成(即增加了),其数字分别为156mg/100g心肌和147mg/100g心肌。缺氧的离体心脏其糖原含量要比切断主动脉和下腔静脉者含量高得多,分别为498±44mg/100g心肌和361±72mg/100g心肌。二者的差异已在实验误差的限度之外,可能是由于前者的温度较低有关。这些实验结果清楚表明:切断主动脉和下腔静脉快速制止循环,使糖原分解过程变慢,由于此时心脏神经支配仍然完好,也不受循环外所带来的化学物质的影响。可见,葡萄糖分解加速是受化学因子的影响。夹住血管或切除肾上腺,排除其影响后,缺氧4分钟,糖原分解明显变慢,其含量可达原量的3/5。切除肾上腺的大鼠,缺氧后肌注肾上腺素,心糖原明显下降至原量的1/4。在没有缺氧的条件下,肾上腺素虽能引起心糖原的下降,但很快就恢复正常。根椐实验结果,作者认为肾上腺素在心肌糖原含量的调节中起着支配性的作用。

2、离体兔心耳的缺氧停搏。

本文旨在研究兔心缺氧停搏的原因。Clark等在对正常蛙心研究时指出,缺氧时,当乳酸蓄积使pH降低到足以抑制葡萄糖分解时,心脏就发生停搏。但Gottdenker等发现:离体兔心耳在乳酸充分蓄积之前心脏就已经停搏,因而认为,Clark 在两栖动物所得的结果不适用于哺乳动物。Weicker 报道离体兔心室缺氧停搏引起phosphagen (磷酸肌酸,又译磷酸原或磷肌氨酸)完全丧失,而Clark等用碘乙酸中毒的离体蛙心室,在缺氧停搏时其磷酸肌酸只丧失约 1/2,因而得出结论:碘乙酸中毒的蛙心机械收缩衰竭不能单纯归因于磷酸肌酸的耗竭。

为了探讨心脏缺氧停搏原因这一有争议性的问题,作者以兔心耳为研究对象进行了一系列的观察。对灌注液的pH 值,灌注液中加与不加葡萄糖;对正常心耳中缺氧时糖原的丧失;碘乙酸中毒心耳的缺氧停搏;以及缺氧对磷酸肌酸含量的影响等进行了比较观察,证实: 1.在缺氧条件下,兔心耳的正常机械收缩活动只能维持几分钟,即使条件很有利于葡萄糖分解也是如此。由于心耳的收缩活动和磷酸肌酸指数(磷酸肌酸的-P/磷酸肌酸的-P+无机的-P)是共同下降的,所以猜测:为兔心耳收缩主要提供能量的是磷酸肌酸的分解而不是葡萄糖分解:2.在缺氧停搏时,兔心耳的糖原含量只减少了1/3而磷酸肌酸的含量减少了2/3;3.碘乙酸中毒,使葡萄糖分解受到抑制的条件下,兔心耳对缺氧反应所引起的变化基本上和蛙心对缺氧所引起的变化是一致的。作者认为缺氧时兔心和蛙心最突出的差别在于:蛙心在足量碱性缓冲液中,可以维持长时间的无氧活动,即使其磷酸肌酸含量已快速降至低水平,而兔心则不具备此种能力,在缺氧时,机械收缩活动与磷酸肌酸含量同时都下降。因此,可以认为对于缺氧蛙心其限制性因素是维持葡萄糖分解的能力;而对于兔心耳其限制性因素则表现为磷酸肌酸的丧失。但要阐明磷酸肌酸的确切作用仍是一个难题,兔心耳的停搏不能直接归因于磷酸肌酸的丢失,虽然其磷酸肌酸含量的降低与活动减弱之间的关系,比起蛙心来更为密切。

3、缺氧对兔心ATP含量的影响。

在骨骼肌收缩过程中,ATP提供能量的作用有两种见解:一种认为骨骼肌收缩时ATP首先分解,接着磷酸肌酸(phosphagen)才分解,后者提供能量和磷酸盐以供ATP的再合成;另一种认为磷酸肌酸的分解是主要过程,它为收缩提供能量保证,ATP的分解只是让已分解的磷酸肌酸起着恢复的作用。本研究旨在探讨ATP在心肌收缩中所起的作用。大鼠用乙醚麻醉,夹住气管以引起窒息缺氧。为免迷走神经对呼吸的干扰,事先切断迷走神经。窒息初期通过触诊,后期则开胸观察心搏变化。通常在窒息的头两分钟心搏有力,接着逐渐减弱,约5分后心脏大为扩张,收缩十分无力,常见心脏阻滞或心室纤颤。约9分钟后心室所有收缩消失,14分钟后心耳搏动消失。在窒息不同阶段,快速切除整个心耳或一部分左心室供糖原和磷酸化合物(磷酸肌酸、ATP、正磷酸盐、已二磷酸盐及已单磷酸盐等)的分析。

窒息的影响表明:在体心脏,窒息2分钟磷酸肌酸减少了2/3,ATP减少了1/6,糖原含量减少了1/3。缺氧5分钟,磷酸肌酸进一步减少有限,但ATP减少了2/3,而糖原更减少了5/6。更长时间窒息至停搏时,磷酸肌酸和糖原没有进一步减少,但ATP减少了3/4。试管试验表明:在心搏停止后,取心室切片置于洛氏液中,以氮气替代氧在36℃下孵育。30分钟后发现磷酸肌酸全部消失,而ATP也只留下痕量。缺氧时,心室磷酸肌酸、糖原、ATP三者减少的顺序如下:磷酸肌酸最先降至最低值,接下来是糖原,最后ATP才降到最低点。这些结果提示:磷酸肌酸是心肌收缩即时的能量来源,而糖原和ATP的分解是为已被分解的磷酸肌酸重新合成提供能量。

4、碘乙酸盐及氟化物对兔心耳的作用。

碘乙酸盐(iodoacetate)和 氟化物 (fluoride) 都是一种特异性有毒物质,它们能抑制肌肉葡萄糖分解过程所必须的某些酶,常作为研究肌肉能量代谢的工具药。低浓度的碘乙酸盐几乎能完全抑制变位酶(mutases)的活性,而这些酶是参予葡萄分解的氧化–还原过程所必不可缺的,包括:磷酸丙糖(triosephosphate)转变为甘油磷酸盐(glycerophosphate)和磷酸甘油酸(phosphoglyceric acid);甘油磷酸盐被丙酮酸盐(puruvate)氧化;磷酸丙糖被丙酮酸盐氧化。由于磷酸丙糖除了转变为甘油磷酸盐和磷酸甘油酸之外,不会变为乳酸,所以碘乙酸盐能在磷酸丙糖这个阶段制止葡萄糖分解。氟化物不影响磷酸丙糖转变为磷酸甘油酸和甘油磷酸盐,但能抑制磷酸甘油酸转变为磷酸丙酮酸(phosphopyrivic acid)。

作者分别就碘乙酸盐对兔心耳在有氧及无氧条件下的活动进行了观察;以及碘乙酸对兔心耳碳水化合物及其产物;对脂肪酸以及对氨基酸的影响进行了观察,并得出结论:碘乙酸能抑制有氧或无氧条件下的心耳搏动。在有氧条件下,被碘乙酸抑制的心耳搏动可以被乳酸、丙酮酸、磷酸甘油、及丙酸盐所复跳,而以下物质则不能使其复跳:葡萄糖、甘油磷酸酯、己酸盐、丁酸盐、戊酸盐、苹果酸盐、琥珀酸盐、延胡索酸盐、甘氨酸、丙氨酸及谷氨酸。氟化物对蛙心及兔耳的有氧搏动没有影响,而对它们在无氧条件下的心搏活动则有抑制作用。碘乙酸盐能抑ATP形成甘油磷酸酯及磷酸甘油酸;而氟化物能阻止磷酸甘油酯转变为磷酸丙酮酸。实验结果表明:蛙心及兔心耳都能够氧化磷酸甘油酸;而蛙心能够氧化ATP,但兔心耳氧化ATP的能力很弱。

5、部分缺氧条件下,离体哺乳动物心脏的代谢。

用犬的实验结果表明:在缺氧逐渐加重的过程中,心脏可以继续利用葡萄糖和乳酸。当氧张力降到15~30mmHg时,心衰会突然出现。有证据表明在缺氧最后阶段会生成乳酸。血中葡萄糖浓度增加会延长心脏的存活时间;而乳酸的存在不会实质上影响心脏存活时间。中等浓度的葡萄糖和乳酸能阻止糖原耗竭;单独的高浓度乳酸也能阻止糖原耗竭;但是,低浓度乳酸和正常浓度葡萄糖可能出现糖原稍为分解。心肌能够固定碘乙酸,因为在心脏–氧气发生器制备中,把碘乙酸注入循环血中时并不能抑制糖原分解;但是,如果把碘乙酸注入到其后不通过心脏循环的血中,葡萄糖分解就会受到抑制。在有氧条件下,浓度高达1:10,000的碘乙酸对葡萄糖和乳酸的利用没有很明显的影响。在无氧条件下,心脏的存活时间因碘乙酸的存在而缩短;乳酸的存在似乎能延长心脏的存活时间,而葡萄糖的存在则倾向于缩短存活时间。但是,在无氧条件下,葡萄糖能阻止糖原的耗竭。碘乙酸中毒,加上缺氧的心脏,还能继续利用葡萄糖和乳酸,如果血中的葡萄糖和乳酸的浓度很低则能利用糖原。

(刘国雄教授根据相关文献整理)

参考文献:

1. Chang I: Quart J. EXP. Physiol 26(3):285,1937《英国生理学季刊》

2. Chang I: Quart J. EXP. Physiol 27(2):113,1937

3. Chang I: Quart J. EXP. Physiol 28(1):1,1937

4. Chang I: Quart J. EXP. Physiol 28(2):137,1938

5. Bogue JY et al.: Quart J. EXP. Physiol 27(4):319,1938

最后更新于:2012-09-18 10:43