线粒体缺氧性损伤与法医学意义.doc

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1、线粒体缺氧性损伤与法医学意义摘要：线粒体是真核细胞中特殊的细胞器，主要功能是进行氧化磷酸化合成细胞活动所需的能量，机体所摄入的氧气绝大部分都在线粒体中被消耗。机械性窒息的精准诊断是法医病理学实践中的难点之一，法医病理学工作者一直致力于寻找一种可靠、敏感的标志物用于机械性窒息的确诊。线粒体对于缺氧环境极为敏感，其损伤标志物或可作为诊断机械性窒息的依据。本文旨在综述缺氧环境下线粒体损伤的研究进展，并探索将线粒体损伤标志物用于法医病理学实践的可能性。关键词：法医病理学；线粒体；创伤和损伤；缺氧；机械性窒息；综述机械性窒息是指机械性暴力作用

2、引起呼吸障碍所导致的窒息，其案发率仅次于机械性损伤，在我国暴力案件中排名第二[1]。目前机械性窒息的法医学鉴定主要依靠缢痕、勒痕和一些非特异性的尸体征象（颜面水肿、器官淤血等），面对现场遭到破坏的复杂案例往往因缺乏特异性标志物而难以完成精准鉴定。线粒体对于缺氧环境极为敏感，其损伤标志物或可作为诊断机械性窒息的依据，本文将阐述线粒体（mitochondrion）在缺氧环境中发生的特异性变化，并探讨其运用于法医学实践的可能性。1线粒体线粒体是真核细胞中一种独特的细胞器，具有多形性、易变性、运动性和适应性等特点。线粒体的主要功能是通过氧化

3、磷酸化合成腺苷三磷酸（adenosinetriphosphate，ATP），为细胞活动提供能量。正常成年人经氧化磷酸化产生的能量占其机体产生总能量的80%以上[2]。据报道，机体所摄入的氧气约90%在线粒体中被利用，其中2%经线粒体内膜电子传递系统（electrontransfersystem，ETS）产生氧自由基[3]，过量的氧自由基对细胞具有毒性作用[4]。缺氧时，ETS及氧化磷酸化途径发生障碍，ETS中酶活性受到抑制，ATP合成受阻，产生过量氧自由基，使得线粒体受到损伤，进而导致细胞受损[5-6]。近年来，越来越多的学者开始研

4、究机体缺氧情况下线粒体的损伤及其机制。6学海无涯2缺氧状态与机械性窒息缺氧是指组织氧供减少或不能充分利用氧导致组织代谢、功能和形态结构发生异常变化的过程，人体组织中正常氧分压水平约为3.2~8.8kPa（24~66mmHg），各组织对于缺氧的耐受性存在较大差异，神经细胞、心肌细胞等对缺氧较为敏感，而骨骼肌细胞、胃肠道平滑肌细胞及精细胞等对缺氧的耐受性较好。当组织含氧量低于正常水平时，机体即进入缺氧状态。根据不同的病理生理机制，缺氧可细分为低张性缺氧、血液性缺氧、循环性缺氧及组织性缺氧等[7]。机械性窒息是指机械性暴力引起呼吸障碍所导

5、致的窒息，根据暴力的作用方式，可分为缢死、勒死、扼死、压迫胸腹部所致窒息、捂死、闷死及梗死等多种形式。目前已有学者尝试通过检测死后血液pH值变化、血气分析[8]、血液离子浓度改变[9]、缺氧相关蛋白表达水平[10]、mRNA及miRNA标志物水平[11-12]等诸多方法以推断机械性窒息死亡。机械性窒息的本质是缺氧引起的中枢神经功能障碍、呼吸和循环功能衰竭[13]，且持续时间往往较短，一般在数分钟内即可致人死亡。而在急性缺氧情况下，大量氧自由基诱发的脂质氧化反应、Ca2+超载、氧化磷酸化受抑制等一系列变化，都可以造成线粒体的损伤，在形

6、态学上表现为线粒体肿胀、脊断裂溶解、外膜破裂和基质外溢等[14]。3线粒体损伤在缺氧中的研究进展6学海无涯3.1缺氧引起线粒体膜电位的降低。在缺氧环境下，机体线粒体膜电位的降低是受损的表现之一[15]，目前认为其机制主要与线粒体解偶联蛋白（uncouplingprotein，UCP）活性的上调和线粒体通透性转换孔（mitochondrialpermeabilitytransitionpore，mPTP）的开放相关。由氧化磷酸化解偶联引起的能量合成下降以及耗氧效率降低，被认为是线粒体受损的最主要特征[16]。UCP是线粒体载体蛋白家族

7、的一个亚族，定位于线粒体内膜，可将线粒体内膜外的H+转运至基质，降低线粒体的跨膜质子电动势[17]。MURRAY等[18]发现在慢性心衰模型的大鼠心肌细胞中UCP3的表达量增加了53%，而其磷氧比值（adenosinediphosphate-oxygenratio，ADP/O）相比于对照组则明显降低。研究[19]发现，白藜芦醇可以通过抑制脑缺血大鼠UCP2的表达达到提高线粒体ADP/O的作用，进而减轻缺氧缺血性损伤对脑组织的损害。以上研究表明，UCP的活性增强并引起线粒体膜电位的降低是缺氧环境下线粒体损伤的重要表现之一。mPTP开放

8、的增强是导致线粒体膜电位降低的另一个主要因素[20]。在缺氧环境下，细胞膜表面的Na+-K+-ATP酶难以正常工作，线粒体及内质网内Ca2+外流以及谷氨酸受体启动增加等因素都可以导致细胞基质内Ca2+数量上升，造成细胞基质内钙超载，可