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高壓氧對細胞超微結構的影響

概述

人體構造的基本單位是細胞。細胞由細胞膜、細胞質和細胞核三部分構成。

細胞膜（質膜、生物膜）

        在電顯鏡下可見細胞膜分為三層，內、外層電子密度較高，中間層密度較低。每層約厚2.5nm。細胞膜是由脂質（類脂）、蛋白質和少量糖組成。細胞膜呈【液態鑲嵌模型】結構。

（一）  脂質：膜的最基本結構是由脂質組成（磷脂占70％、膽固醇占30％）的雙層支架。磷脂是極性分子，其分子的一端是由磷酸和堿基構成的親水性基團；另一端是由長鏈脂肪酸的烴鏈構成的疏水性基團。細胞膜磷脂分子排列成兩層。由於磷脂分子的親水基與水的親和力很強，所以其親水基都朝向外面；

圖6-13細胞膜分子結構

A1.、2細胞膜表面顆粒  3、面對胞漿的質膜4、面對細胞外的質膜  5、中間脂質層

B1.、脂質分子層  2、脂質分子疏水端  3、脂質分子親水端  4、蛋白分子 5、蛋白分子形成統一功能複合體（據Krstic）由於疏水基與水的相互排斥作用，使得疏水基都朝向裡面。兩層磷脂分子靠疏水基的親和力而相互結合（圖6-13）。形成脂質的雙層結構，成為細胞膜的骨架。由於磷脂分子可以在本層內移動，使得細胞膜具有流動性。學者們把細胞生物膜稱“液態”。膜脂質中不飽和脂肪酸含量越多，流動性越大。由雙層脂質所構成的膜，通透性極低。

（二）  蛋白質：細胞膜的蛋白質呈球形，鑲嵌在雙層脂質內或貫穿雙層脂質，稱『嵌入蛋白』。另一種蛋白嵌在雙層脂質內側面之間，稱『表面蛋白』。用冷凍蝕刻法把兩層脂膜撕開，露出脂膜的內表面。可看到表面蛋白（圖6-13B）。膜蛋白決定細胞膜的功能、膜蛋白具有物質交換、離子通透、受體、載體、物質的入胞、出胞、細胞收縮、變形等功能。

（三）  糖類：大多是由幾個或十幾個單糖分子構成的寡糖鏈與蛋白質結合成糖蛋白；與脂質結合成糖脂。糖鏈多裸露在膜的表面，用電顯鏡可以看到寡糖鏈，稱『細胞衣』。細胞衣與細胞的抗原性和識別功能有關（圖6－14）。

圖6－14細胞膜脂質、糖、蛋白質結構模式圖

細胞膜的功能維持細胞形狀，維持物質的通透，構成細胞屏障。膜上大量特異蛋白顆粒，決定抗原、受體、載體等性質，與免疫識別，資訊傳遞、細胞粘連，接觸抑制和細胞運動等功能有關。

細胞質

由基質、細胞器和包含物組成。

（一）  基質：是無定形的膠質。

（二）  細胞器：是細胞內有一定形態結構和功能的小器官。

1.  粒腺體：粒腺體為圓形或橢圓等形狀，具有雙層膜結構。外膜光滑，內膜向內折疊形成脊（圖6-15）。內膜和脊上有大量的酶。在粒腺體內進行著三核酸循環，氧化磷酸化、生物氧化等生化反應。所以，粒腺體是細胞產能的場所。粒腺體的壽命5一10天，在細胞內粒腺體要經常更新。在粒腺體衰老過程中，可以看到：①粒腺體固縮，體積變小，脊變形，基質濃縮；②粒腺體腫脹、脊變短，數量減少，基質變稀薄，出現空泡。退化的粒腺體可以被溶酶體消化或與內質網融或被吞入內質網，被消化。粒腺體的功能：①產生能量；②產生熱量；③複製蛋白質；④調節細胞內鈣離子。

在身體耗能增加時，粒腺體體積增大（肥大），數量增多。比如，妊娠子宮平滑肌細胞的粒腺體數量增多，體積肥大。高血壓性心臟病病人心肌細胞的粒腺體肥大。

病理情況下線粒體的損壞也表現為腫脹。常見的病因：①缺氧；②中毒；③代謝性疾病；④酸中毒；⑤電解質紊亂、水腫。病理性腫脹是可逆過程，但病因不消除，粒腺體會崩潰消失。此外，病理和某些非病理情況下（製作切片操作失誤）線粒體的膜、脊、基質會出現糖原、脂質、鹽類的沉積。

圖6-15細胞超微結構模式圖。

2.  內質網：是由單層膜構成的囊、管、互相連通，構成網狀或片層狀。數量較多，分佈在基質內，成為細胞的支架。內質網可分為粗面和滑面兩種。

（1）    粗面內質網：內質網膜表面附著有核糖體，是合成蛋白質的場所（主要合成輸出蛋白質，如免疫球蛋白、分泌蛋白、溶酶體酶等）。（2）滑面內質網：表面無核糖體，主要合成類固醇激素，參與糖、脂肪代謝，滅活激素。橫紋肌細胞內有大量滑面內質網。因它參與鈣離子（Ca²⁺）調節，故與肌肉收縮有關，又被稱為『肌漿網』。

在中毒、病毒感染等病理情況下，內質網可以發生：①擴張和囊泡變，後者是內質網斷成很多大小不等的泡、囊；②核蛋白體顆粒脫落或排列紊亂；③內質網內出現沉積物。

3.  高爾基複合體高爾基複合體由扁平囊、大泡、小泡三種成分組成（圖6-16）。通常由3-10層扁平囊相互疊加在一起，並且相通。大泡是從高爾基複合體離斷下來的囊泡，位於高爾基複合體與細胞核之間。小泡是內質網長出的“芽”，離斷下來形成的。從內質網脫落下來的小泡，把從內質網帶來的蛋白質，送到高爾基複合體內進行加工。小泡又稱為『運輸泡』，位置在內質網與高爾基複合體之間。高爾基複合體的功能：①合成糖蛋白2、②形成溶酶體；③對來自內質網的蛋白質，進行加工包裝、加膜，然後分泌到細胞外，比如胰外分泌細胞的酶原顆粒，即在粗面內質網產生，高爾基複合體包裝，然後分泌到細胞外。

圖6-16細胞結構模式圖

4.   溶酶體：是由單層膜包裹的含酶小體。小的直徑約20-50nm，大的直徑約為0.25-0.5μm。溶酶體是高爾基複合體與粗面內質網共同產生的。溶酶體內含40餘種水解酶，可以水解蛋白質、脂肪、糖、核酸以及其他小分子物質。溶酶體可以消化被攝入細胞的細菌、異物等；也可以消化細胞本身受損或衰老的細胞器。在胞漿內各有細菌、異物、細胞殘骸等的吞噬體（參考“高壓氧對免疫功能的影響”）或胞飲小泡與溶酶體接觸後形成吞噬溶酶體，吞噬溶酶體內的細菌、異物、大分子物質被酶消化。細胞內的衰老物質可以被溶酶體吞入消化，消化的殘渣有些可通透溶酶體膜滲出，有些則作為殘渣遺留下來。由於溶酶體有膜，所以體內的酶不會消化細胞本身，細胞死亡後，溶酶體膜破壞，酶被釋放才會引起細胞自溶。

溶酶體參與很多疾病的發生：

（1）    溶酶體沉積病：是一組先天性溶酶體缺乏某些酶，以致原本可被這些酶消化的物質，不能被消化，而沉積下來，如缺乏α-糖苷酶引起的Ⅱ一型糖原沉積病。

（2）    溶酶體功能障礙：先天性缺乏某種酶，使溶酶體某項功能缺損所造成的疾病。如慢性肉芽腫病，先天缺乏還原型輔酶I、Ⅱ的氧化酶，以致溶酶體不能殺死被它吞噬的某些細菌。

（3）    溶酶體膜受損，酶釋放所引起的疾病：一些因素破壞了溶酶體膜的穩定性，使溶酶體酶釋放到胞漿內，造成細胞損害。常見的因素：

1）      二氧化矽（矽）進入肺組織：被巨噬細胞吞噬，所形成的吞噬體與溶酶體融合形成吞噬溶酶體（次級溶酶體），矽粒表面形成矽酸，可以破壞吞噬港酶體膜（矽酸與膜磷脂、蛋白質形成氫鍵）酶釋出造成巨噬細胞自溶，於是大量矽塵釋出，又立即被其它巨噬細胞吞噬，造成矽肺。

2）      痛風：組織內沉澱的尿酸，被中性顆粒球吞噬。尿酸可以與溶酶體膜形成氫鍵，使溶酶體破壞，最終導致大量中性顆粒球溶解，大量溶酶體酶進入組織，引起急性炎症反應。

3）      類風濕性關節炎：類風濕因子（一種巨球蛋白IgM與lgG的複合物）被巨噬細胞吞噬。IgM－IgG複合物可以破壞溶酶體膜，造成大量酶釋放，引起局部急性炎症反應。

4）      有些藥物能破壞溶酶體膜：如維生素A、鏈球菌溶血素、菲律賓黴素等。有些藥物可以穩定溶酶體膜，如皮質激素、金、秋水仙素、氯奎、阿司匹林等。

5.         微粒體：又稱過氧化氫酶體。系單層膜構成的小泡，內含催化生成過氧化氫和分解過氧化氫的酶（過氧化物酶和過氧化氫酶）。

6.         其他：還有微絲、微管、中心體、中間絲等。細胞質內還有些包含物如糖原、脂類、色素等。

細胞核

細胞核由核膜、基質（核漿）、染色質、核仁四部分組成。核通常為球形或橢圓形。幼稚的核體積較大，衰老細胞核漸變小。

（一）  核膜分內外兩層，外層與粗面內質網相連，外表面也有核糖體附著。核膜上有孔，叫『核孔』。

（二）  染色質是由DNA與蛋白質組成的絲狀結構。當細胞進入分裂期時，染色質網絲螺旋盤曲纏繞成為染色體，分裂後在子細胞內染色體解旋，再成染色質。

（三）  核仁為圓形、其大小、數量及在核內位置不定。電顯鏡下所見核仁無膜，很似鬆散的粗線團。核仁由RNA、 DNA和組蛋白構成。

（四）  核基質（核質，核漿）為膠狀物質。

一、高壓氧對正常細胞超微結構的影響

        有關高壓氧對正常細胞超微結構影響的研究報告很少。葉秀榮等（1999）採用家兔分別予以0.1Mpa（常壓）、0. 2、Mpa、0.4Mpa壓力下，吸純氧60分鐘，立即在艙內摘除眼球，取視網膜，置入2.5％戊二醛溶液內固定。常規做超薄切片，電顯鏡觀察視網膜細胞超微結構。結果，常壓吸純氧60分鐘的家兔，視網膜細胞超微結構（包括微粒體、內質網、高爾基複合體）無明顯改變。0.25Mpa下吸純氧60分鐘的家兔，視網膜細胞少部分粒腺體有髓樣變化和空泡樣變。粗面內質網擴張，數量增多。高爾基複合體發育良好。0.4Mpa 下吸純氧60分鐘，大鼠視網膜細胞大部粒腺體髓樣變性、囊樣變性．脊斷裂，少部分脊消失。高爾基複合體和粗面內質網改變極輕。有報導於0.3Mpa下，呼吸純氧60分鐘的動物，肺組織細胞粒腺體腫脹，扭曲、變形。

作者（1995）將純種大鼠18隻，分成6組，每組3隻。除對照組外，其餘5組15隻大鼠均進行高 壓氧處置。壓力0.2Mpa，升壓30分鐘，穩壓60分鐘，減壓30分鐘，穩壓期間吸純氧，每日1次，連續21天。 5組動物分別於高壓氧處置第1、3、7、14、21次出艙，立即處死一組大鼠，解剖取左側顳頂區腦組織，置入2.5％戊二醛溶液固定。常規製成超薄切片。電顯鏡下觀察大鼠大腦皮層神經元的超微結構（粒腺體、內質網、高爾基複合體結果，對照組和經高壓氧一次處置的大鼠，神經元超微結構無損傷。3天組大鼠神經元的粒腺體、內質網、高爾基複合體腫脹，粒腺體峪模糊不清，粗面內質網脫顆粒，核膜間隙增寬。7天組大鼠大腦皮層神經元除上述改變外，胞質凝集皺縮，出現空泡（空腔）。14天組大鼠大腦神經元內細胞器的生物膜結構明顯破壞。粒腺體、內質網、高爾基複合體明顯腫脹，胞質內出現空泡和脫顆粒。粗面內質網脫顆粒更明顯，部分核膜破損，不清（圖6－17、18、19、20）

二、高壓氧對細胞超微結構影響的特點

由於有關的研究報告很少。僅從少數幾篇報告中可以得到以下結論：

三、高壓氧對細胞超微結構損傷的機理

高壓氧對正常細胞超微結構損傷是自由基增多造成的。目前自由基理論已為廣大學者公認。在高濃度氧和高壓氧環境中，身體內自由基增多（參考“高壓氧對身體自由基的影響”）已為大量實驗證實。

高壓氧對細胞超微結構損傷的規律，與高壓氧下身體內自由基增多的規律相似：

目前國內外大多數學者均贊成自由基學說。高壓氧下身體自由基增多。氧自由基（O^2-）可以誘發細胞生物膜上脂質的不飽和脂肪酸進行脂質過氧化反應。自由基所激發的反應，是連鎖式的，反應一旦發生，將持續進行去，消耗生物膜上的不飽和脂肪酸，破壞了細胞生物膜的結構，同時產生大量的過氧化產物，會對身體造成損傷。此外，高壓氧透過自由基增多，影響了身體內很多酶的活性，干擾組織代謝造成身體組織，細胞的損壞，參考“高壓氧對身體自由基的影響”。

從幾篇研究報告可以看出，高壓氧對細胞超微結構的損傷，意義很大，是研究高壓氧對身體副作用的一個方法，應進行系統研究。

主要參考資料