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1、脑缺氧损害与脑保护脑缺氧损害与脑保护脑组织能量代谢的特点脑组织能量代谢的特点 人脑重量占体重的人脑重量占体重的2-3%，但是安静状态下供血，但是安静状态下供血量占了心输出量的量占了心输出量的20%。脑的能量需要特别大，。脑的能量需要特别大，脑组织血液供应特别丰富。脑组织血液供应特别丰富。血液完全阻断血液完全阻断6秒，神经细胞代谢受损。秒，神经细胞代谢受损。10-15秒，意识丧失，秒，意识丧失，2分钟脑电活动停止。持续分钟脑电活动停止。持续5分分钟以上，脑细胞发生不可逆的损害。钟以上，脑细胞发生不可逆的损害。脑组织中能量物质的储存量很低。不仅能量脑组织中能量物质的储存量很低。不仅能量合成的原料物
2、质储存量极少，可以被直接利合成的原料物质储存量极少，可以被直接利用的能量物质也很少。用的能量物质也很少。脑组织的这些特点决定了脑在正常的生理活动中，必须保脑组织的这些特点决定了脑在正常的生理活动中，必须保证能量物质的持续供应和能量合成的持续进行。证能量物质的持续供应和能量合成的持续进行。脑组织生理活动所依赖的能量脑组织生理活动所依赖的能量 脑组织是以脑组织是以ATPATP的形式提供能量。虽然其它物的形式提供能量。虽然其它物质也含有高能磷酸键，如磷酸肌酸。但这些高能质也含有高能磷酸键，如磷酸肌酸。但这些高能物质在脑内不能被直接利用，只是作为能量的暂物质在脑内不能被直接利用，只是作为能量的暂时储存
3、形式时储存形式 。在应急时，才被调动供能。在应急时，才被调动供能。当脑组织内当脑组织内ATPATP消耗过多，导致消耗过多，导致ATPATP含量大幅度减少含量大幅度减少或因为其他原因出现能量耗竭时，或因为其他原因出现能量耗竭时，ADPADP生成增多时，生成增多时，磷酸肌酸再将高能磷酸键转给磷酸肌酸再将高能磷酸键转给ADPADP而重新生成而重新生成ATPATP，供脑组织利用，由此磷酸肌酸可以作为应急措施，供脑组织利用，由此磷酸肌酸可以作为应急措施，补充补充ATPATP的供应不足。的供应不足。ATPATP合成以后，可以与肌苷（合成以后，可以与肌苷（creatinine,Crcreatinine,Cr
4、）反应，将高能磷酸键转给肌苷而使之形成磷酸肌反应，将高能磷酸键转给肌苷而使之形成磷酸肌酸（酸（phosphocreatine,PCrphosphocreatine,PCr）。）。磷酸肌酸作为能量的另一形式储存于组织之中。磷酸肌酸作为能量的另一形式储存于组织之中。但是，磷酸肌酸中的高能磷酸键不能直接被组织但是，磷酸肌酸中的高能磷酸键不能直接被组织利用。利用。脑组织的能量储备量非常低，几乎没有可以较长时脑组织的能量储备量非常低，几乎没有可以较长时间维持正常生理活动的能量储备，包括间维持正常生理活动的能量储备，包括ATPATP和和PCrPCr。能量合成代谢所需的物质能量合成代谢所需的物质葡萄糖的储备
5、也很少，葡萄糖的储备也很少，维持脑正常能量代谢只能依靠从循环血液中获得的维持脑正常能量代谢只能依靠从循环血液中获得的原料如葡萄和氧等。原料如葡萄和氧等。因此，在短时间的脑血液供应不足或中断时，就会因此，在短时间的脑血液供应不足或中断时，就会影响脑的正常生理活动，导致脑功能障碍；较长时间影响脑的正常生理活动，导致脑功能障碍；较长时间血液供给障碍，将导致神经细胞的损伤和死亡。血液供给障碍，将导致神经细胞的损伤和死亡。脑能量代谢的基本过程脑能量代谢的基本过程脑能量代谢合成的主要原料是血液中提供的葡脑能量代谢合成的主要原料是血液中提供的葡萄糖。葡萄糖在酶作用下代谢为丙酮酸，进入三羧萄糖。葡萄糖在酶作用
6、下代谢为丙酮酸，进入三羧酸循环进行氧化，生成酸循环进行氧化，生成NADHNADH，然后进入线粒体呼吸，然后进入线粒体呼吸链。最后产生氧、链。最后产生氧、ATPATP、水。、水。有氧代谢有氧代谢 三羧酸循环产生的三羧酸循环产生的NADHNADH，在脑能量代谢过程中是线，在脑能量代谢过程中是线粒体进行氧化磷酸化能量合成的基础。由酶复合酶粒体进行氧化磷酸化能量合成的基础。由酶复合酶I I再将电子传递给辅酶再将电子传递给辅酶Q(CoQ)Q(CoQ)；经过；经过CoQCoQ循环，循环，CoQCoQ将将电子传递给酶复体体电子传递给酶复体体IIIIII（细胞色素（细胞色素C C还原酶），再还原酶），再传给酶
7、复合体传给酶复合体IVIV（细胞色素（细胞色素C C氧化酶），最后传递给氧化酶），最后传递给氧而形成终产物氧而形成终产物水。水。电子传递过程中，电子的电势不断降低，电子所具电子传递过程中，电子的电势不断降低，电子所具有的能量不断释放出来，将基质内的质子，泵出到有的能量不断释放出来，将基质内的质子，泵出到线粒体内膜外，从而在线粒体内膜两侧产生一电化线粒体内膜外，从而在线粒体内膜两侧产生一电化学梯度学梯度 。再由线粒体内膜外的。再由线粒体内膜外的ATPATP合成酶上的合成酶上的F0F0亚亚基上的质子通道流回到基质内，质子回流所释放的基上的质子通道流回到基质内，质子回流所释放的势能又被用来促使势能又
8、被用来促使ADPADP磷酸化磷酸化-形成形成ATPATP。基质内的基质内的ATPATP随后与胞浆随后与胞浆ADPADP交换，进入到细胞浆内，交换，进入到细胞浆内，为细胞提供能量。而为细胞提供能量。而ADPADP通过线粒体内膜进入线粒通过线粒体内膜进入线粒体基质又为体基质又为ATPATP的合成提供了原料，保证了能量合的合成提供了原料，保证了能量合成过程的连续进行。成过程的连续进行。脑内能量代谢依赖葡萄糖和氧。脑内能量代谢依赖葡萄糖和氧。COCO2 2和和O O2 2分压对脑血流量的影响分压对脑血流量的影响 血液血液COCO2 2分压升高时，脑血管舒张，血流量增加。分压升高时，脑血管舒张，血流量增
9、加。COCO2 2过多时，通过使细胞外液过多时，通过使细胞外液H H+浓度升高而使脑血管舒浓度升高而使脑血管舒张。张。过度通气时，过度通气时，COCO2 2呼出过多，动脉血呼出过多，动脉血COCO2 2分压过低，脑分压过低，脑血流量减少，可引起头晕等症状。血液血流量减少，可引起头晕等症状。血液O O2 2分压降低分压降低时，也能使脑血管舒张。时，也能使脑血管舒张。神经对脑血管活动的调节作用不很明显神经对脑血管活动的调节作用不很明显 脑的代谢对脑血流的影响脑的代谢对脑血流的影响 脑的各部分的血流量与该部分脑组织的代谢活动程脑的各部分的血流量与该部分脑组织的代谢活动程度有关。度有关。同一时间内脑的
10、各部分血流量是不同的。当脑的某同一时间内脑的各部分血流量是不同的。当脑的某一部分活动加强时，该部分的血流量就增多一部分活动加强时，该部分的血流量就增多 代谢活动加强代谢活动加强 引起的局部脑血流量增加的机引起的局部脑血流量增加的机制，可能是通过代谢产物如制，可能是通过代谢产物如H H+、K K+、腺苷，、腺苷，以及氧分压降低，引起脑血管舒张的。以及氧分压降低，引起脑血管舒张的。脑血管的自身调节脑血管的自身调节 脑血流量取决于脑的动、静脉的压力差和脑血管的脑血流量取决于脑的动、静脉的压力差和脑血管的血流阻力。在正常情况下，颈内静脉压接近于右心血流阻力。在正常情况下，颈内静脉压接近于右心房压且变化
11、不大，故影响血流量的主要因素是颈动房压且变化不大，故影响血流量的主要因素是颈动脉压。脉压。正常情况下脑循环的灌注压为正常情况下脑循环的灌注压为10.6-13.3kPa(80-10.6-13.3kPa(80-100mmHg100mmHg）。平均动脉压降低或颅内压升高都可以使）。平均动脉压降低或颅内压升高都可以使脑的灌注压降低。脑的灌注压降低。当平均动脉压在当平均动脉压在8.0-18.6kPa(60-140mmHg)8.0-18.6kPa(60-140mmHg)范围内变范围内变化时，脑血管可通过自身调节的机制使脑血流量保持化时，脑血管可通过自身调节的机制使脑血流量保持恒定。平均动脉压降低到恒定。平
12、均动脉压降低到8.0kPa(60mmHg)8.0kPa(60mmHg)以下时，脑以下时，脑血流量就会显著减少，从而引起脑的功能障碍。血流量就会显著减少，从而引起脑的功能障碍。脑循环的特点脑循环的特点 脑位于颅腔内。颅腔是骨性组织，其容积是相对固脑位于颅腔内。颅腔是骨性组织，其容积是相对固定的。颅腔内为脑、脑血管和脑脊液所充满，三者定的。颅腔内为脑、脑血管和脑脊液所充满，三者的容积的总和也是相对固定的。由于脑组织是不可的容积的总和也是相对固定的。由于脑组织是不可压缩的，故脑血管舒缩程度受到相当的限制，血流压缩的，故脑血管舒缩程度受到相当的限制，血流量的变化较小。量的变化较小。血-脑屏障 脑的毛细
13、血管壁内皮细胞相互间接触紧密，并有一定脑的毛细血管壁内皮细胞相互间接触紧密，并有一定的重叠，管壁上没有小孔。的重叠，管壁上没有小孔。毛细血管和神经元之间并不直接接触，而由神经胶质毛细血管和神经元之间并不直接接触，而由神经胶质细胞隔开。这一结构特征对于物质在血液和脑组织之细胞隔开。这一结构特征对于物质在血液和脑组织之间的扩散起着屏障的作用，也称之为血间的扩散起着屏障的作用，也称之为血-脑屏障。脑屏障。脑底动脉分布图脑底动脉分布图脑能量代谢与相关疾病 脑能量代谢与脑组织和神经系统疾病的关系可以表脑能量代谢与脑组织和神经系统疾病的关系可以表现为两个方面现为两个方面 一方面是脑组织病变对能量代谢的影响
14、，一方面是脑组织病变对能量代谢的影响，另一方面是能量代谢的异常变化对神经系统功能的另一方面是能量代谢的异常变化对神经系统功能的影响。影响。脑组织病变，如脑外伤、脑缺氧等可以导致线粒体脑组织病变，如脑外伤、脑缺氧等可以导致线粒体的损伤和功能的变化，形成能量代谢障碍。的损伤和功能的变化，形成能量代谢障碍。多种神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏痴呆（多种神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏痴呆（ADAD）、）、帕金森病（帕金森病（PDPD）等与线粒体能量代谢功能变化密切）等与线粒体能量代谢功能变化密切相关。特别是脑的衰老过程与脑线粒体能量代谢异相关。特别是脑的衰老过程与脑线粒体能量代谢异常有密切关系。常有密切
15、关系。脑能量代谢是一组十分复杂的生物化学反脑能量代谢是一组十分复杂的生物化学反应过程。虽然整个过程的最终目的是合成供应过程。虽然整个过程的最终目的是合成供脑正常生理活动脑正常生理活动 需要的能量物质，但这一复需要的能量物质，但这一复杂过程中的每一个环节都与脑功能有联系。杂过程中的每一个环节都与脑功能有联系。脑缺血性疾病脑缺血性疾病 脑缺血性疾病对能量代谢的影响脑缺血性疾病对能量代谢的影响脑缺血性疾病通常所指的是脑血流减少造成的脑部脑缺血性疾病通常所指的是脑血流减少造成的脑部供血不足，包括全脑供血不足和脑局部供血不足。供血不足，包括全脑供血不足和脑局部供血不足。脑缺血性疾病对脑组织损伤的直接作用
16、就是造成脑脑缺血性疾病对脑组织损伤的直接作用就是造成脑能量合成物质（如氧、葡萄糖等）的供应缺乏。脑能量合成物质（如氧、葡萄糖等）的供应缺乏。脑能量供应的减少，促使脑细胞功能降低，而产生或能量供应的减少，促使脑细胞功能降低，而产生或加重这些疾病的症状。由于能量合成供应不足造成加重这些疾病的症状。由于能量合成供应不足造成的神经细胞功能障碍，包括线粒体能量合成功能的的神经细胞功能障碍，包括线粒体能量合成功能的改变，进一步促进了缺血性疾病发展。改变，进一步促进了缺血性疾病发展。在脑内高能磷酸物质的迅速耗竭时，当神经细胞去在脑内高能磷酸物质的迅速耗竭时，当神经细胞去极化时，引起谷氨酸释放，并选择性对易损神经元极化时，引起谷氨酸释放，并选择性对易损神经元（selectively vulnerable neurons,SVNsselectively vulnerable neurons,SVNs）电压）电压依赖性钙通道和谷氨酸调节钙通道的开放。依赖性钙通道和谷氨酸调节钙通道的开放。细胞内游离钙浓度大幅度增高，进而激活了某些蛋细胞内游离钙浓度大幅度增高，进而激活了某些蛋白酶、白酶、calcineuri
