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低氧對內分泌之影響

低氧對內分泌之影響

生理暨藥理科  王錫五副教授

 

對於脊椎及無脊椎動物而言,維持體內氧氣濃度恆定極為重要。在無脊椎動物,氧氣可直接擴散於體內以使細胞得到充足的氧氣。但在脊椎動物則複雜得多,為了適應漸增的體型,生物體發展出一套運送氧氣的系統,包括 肺、橫膈膜(方便氣體進出),紅血球(運輸工具),心臟(幫浦)及血管(通道)。最初學者以為只有動脈及神經上皮細胞為感應氧氣濃度之特殊化的感應受體細胞;但現在已知人體內的每一個有核細胞在急性或慢性的缺氧狀況下均可感應並做出適當的反應。

低氧是指組織內氧氣含量低於正常值,造成組織內缺氧的現象。一般而言,急性缺氧主要導致細胞內蛋白質的磷酸化,而慢性缺氧則造成基因表現的改變。體內氧氣的恆定對於細胞的存活是極為重要的因子。故缺氧為許多疾病的重要因素,如 細胞死亡、癌症、心衰竭、慢性心肺疾病。缺氧所導致的基因調控機制則因細胞而異,一般而言,缺氧導致腎臟分泌紅血球生成素(erythropoietinEPO造成低氧引發因子(hypoxia-inducible factorHIF)的生成,活化基因,促使特定蛋白質的形成,以適應氧氣減少的狀況。

目前組織低氧現象依原因可分為四類,即:(1)貧血性低氧(anemic hypoxia):與紅血球數目不足,一氧化碳中毒或是血紅素不足有關;(2)缺血性低氧(ischemic hypoxia):在組織內的血流量減少所引起;(3)組織毒性缺氧(histotoxic hypoxia):通常因毒物進入體內所引起,氰化物會導致體內組織無法利用正常血流所輸送的氧氣;(4)缺氧性缺氧(hypoxic hypoxia):因動脈內氧分壓降低所引起。

當個體處於缺氧狀況下,最先受到影響的是神經系統,患者初則心智失常,頭痛,昏昏欲睡,判斷力不如常人,繼則昏迷,死亡等。個體器官系統為求適應缺氧所引起的壓力;可能有下列反應:增加呼吸速率及深度以增加血中氧氣濃度;擴張血管及血管增生(angiogenesis),提高組織的血液供應; 減少腦下腺甲促素細胞(thyrotroph)及甲狀腺細胞以降低新陳代謝速率;增加腎上腺皮促素adrenocorticotropic hormoneACTH分泌或直接刺激類固醇合成急性調節蛋白質steroidogenic acute regulatory protein StAR)的表現,促進糖皮素glucocorticoid)的分泌,以提高心血管的反應及減少胰島素的敏感性;促使腎臟釋放紅血球生成素(erythropoietin,EPO),刺激紅血球數量增加,以提高攜氧量;減少醛固酮aldosterone)的生成,血液紅血球數目及血紅素濃度增加等。

本實驗室研究發現,小鼠睪丸細胞株在低氧狀況下(1~24小時)會增加睪固酮testosterone,一種雄性素)的分泌;若將大鼠置於低氧箱,每日8小時,共4日,血中睪固酮也呈現上升趨勢;將大鼠睪丸細胞分離後,其睪固酮分泌量亦呈現促進的現象,而此種低氧促進細胞分泌睪固酮的部分原因是低氧會經由鈣離子通道的開啟以增強類固醇和成酵素的活性及血管內皮生長因子(VEGF)的合成;同時,低氧也會經由活化類固醇合成酵素而促進大鼠腎上腺皮質固醇的分泌。

 

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