[发明专利]组织监视器

说明书

哺乳动物的组织依赖于代谢能量(例如ATP和磷肌酸)的连续供应，以便进行各种生命活动(生物合成、离子输送等)。被大多数机体组织利用的主要能源是通过带有氧的血流输送的葡萄糖(图1A)。氧和葡萄糖从血管腔隙经细胞外间隙到达细胞。O₂分子作为位于线粒体的內膜中的呼吸链中的末稍电子接受器。在正常的O₂供应下，葡萄糖被分解为CO₂和H₂O的酶解过程可被分为两个主要步骤，即厌氧的步骤(不依赖于氧)，以及接着发生在线粒体中的需氧步骤(依赖于氧)。参看图1B。组织能量代谢中的能量的变化可能具有暂时的性质或具有永久的性质。因此，为了评价组织能量状态，需要以实时的方式连续地监视组织状态。

在脑电活动中任何的变化将引起在试图恢复正常离子分布时离子泵的活化。对脑的氧供应的减少(局部缺血)或增加(氧过多)将影响能量供需之间的平衡，并可导致病理状态。在由Chance和Williams所描述的先行工程中(Pioneering work)中(Chance B.and williams，G.R.，“Respiratory enzymes in oxidative pho-sphorylation.I-Kinetics ofoxygen vtilization”，J.biol.Chem.217，383-393，1995)对分离的线粒体根据氧、酶解物和ADP的可利用性定义了几种代谢状态，在此全部列出作为参考。“休息”状态，即状态4，呈现高氧和酶解物水平，其限制因素是ADP。活动状态，即状态3，可以通过在休息的线粒体中加入ADP被诱发。这将导致形成更多的ATP和使线粒体中的各种电子载体氧化。在状态3，该状态是一种活动状态，在此期间氧的消耗增加，大脑的血流将增加，以便补偿增加的氧的消耗(Mayevsky，A.andweiss，H.R.，Cerebral blood flow and Oxygen consumption in CarticalSpreading depression，J.CBF and Metabol.11：829-836(1991)，在此引为参考)。虽然在状态4，有99％的Nicotine Adenine Dinucleotide(NADH)将处于减少的形式，但在状态3，大约只有50％的NADH将被氧化。“休息”的大脑在体內或许处于状态3和状态4之间(Mayevsky，A.，Brain energy meta bolism of the conscious rat exposedto various physiological and pathological situation，Brain Res.113：327-338(1976)，在此引为参考)。

细胞腔隙的能量代谢和同一组织的微循环中的血流量之间有着直接的连系。在正常的组织中，任何的氧供量的变化(减少或增加)都将被血流量的变化所补偿(增加或减少)。按照这种机制，如果氧消耗不受影响，氧的供应将保持恒定。在当氧的消耗被离子泵活动或生物合成的活化而促进的情况下，血流量将被加大，以便补充更多的氧，见图1B。

血流量和血容量(即血管內部的速度和红细胞的浓度)的变化可以改变视在能量状态，见图1A。单独地通过微循环血流(MBF)量本身或单独地通过Nicotine Adenine dinucleotide(NADH)的线粒体氧化还原状态对血液供给的认识是一个受限制的值。由于对病理情况例如低氧、局部缺血或脑刺激(癫间或展布的抑压)的各种不清楚的了解，便不能提供可靠的信息。

对局部缺血对大脑的CBF的影响在蒙古的沙土鼠中进行过试验，通过单侧或双侧颈动脉动脉闭塞可以诱发局部的或完全的局部缺血(Mayevsky，A.Level of ischemia and brain functions in the Mongoliangerbic in vivo，Brain Res.，524：1-9(1990)，在此引为参考)。在28个沙土鼠的一组中进行了38次闭塞(单侧的或双侧的)。用激光多普勒流量计测量的局部缺血的程度和在NADH氧化还原状态中的线粒体內的改变进行了对照。在0至100％的范围內对两个参数进行了归一化，如图1D所示，结果表明，在血流减少(局部缺血增加)和NADH水平增加(R＝0.73，P＜0.001，N＝38)之间有着重要的关系。注意在数据中具有显著的分散性，这说明使用两种分离仪器的另一个缺点。