呼吸困难:血氧水平如何调节空气摄入量

研究人员已经解开了颈动脉中小的、高度血管化的感觉细胞群“品尝血液”的难以捉摸的过程，正如1926年的一篇文章所说，这是调节血氧水平的第一步。

在4月21日的杂志上科学的信号，芝加哥大学的一个研究小组描述了颈动脉体细胞用于检测的精确机制氧气流向大脑的血液水平。这些细胞将味觉测试转化为信号，通过舌咽神经的一个分支颈动脉窦神经发送，以刺激或放松呼吸频率。

芝加哥大学综合生理学研究所氧气传感系统生物学中心主任、该研究的资深作者Nanduri Prabhakar博士说:“经过长时间的研究，几乎从90年前就开始了，我们能够确定长期寻求的氧气传感器。”“在这个过程中，我们还发现它有一个备用系统。”

主要的血氧传感器是血红素加氧酶-2。“这是关键分子，”Prabhakar说。“这是这一进程的关键组成部分。”

当血液氧合充足时，血红素加氧酶-2诱导气体信使一氧化碳的合成。一氧化碳会引发一连串的事件。它刺激环鸟苷单磷酸的产生，激活蛋白激酶G，然后蛋白激酶G将一个磷酸基加到酶上，胱硫氨酸-&Upsih;-裂解酶(CSE)，阻止硫化氢的产生，另一种气体信使。CSE失活阻止颈动脉体发出神经信号以增加空气摄入量。

“当氧含量下降时，血红素加氧酶-2没有活性，也不会产生一氧化碳，”普拉巴卡尔说。相反，颈动脉体通过胱胱硫氨酸裂解酶产生丰富的硫化氢，从而激活神经信号。这会增加呼吸、心率和血压。“硫化氢上升，”他说，“氧气水平下降。”

为了证实他们最初的发现，研究人员接下来检查了缺乏血红素加氧酶-2基因的小鼠。这让他们发现了一个平行的抑制系统。缺乏血红素加氧酶-2的小鼠不会产生一氧化碳，但显示出一种不同氧敏感酶的“意外补偿性增加”。这one-neuronal一氧化氮合成酶增加一氧化氮的产生。一氧化氮就像一氧化碳通过蛋白激酶G将磷酸基附着在CSE的特定位点上，从而抑制神经输出。

两种密切相关的机制的存在具有单一的目的强调颈动脉体氧传感的重要性。作者写道，这种氧气传感的替代系统为“重要的稳态过程提供了重要的故障安全冗余”。

虽然血液中充足的氧气会抑制神经信号，但由运动、肺部疾病、睡眠呼吸暂停或高海拔地区稀薄空气等压力引起的氧气短缺会触发警报，迅速将呼吸信号发送到中枢神经系统。

Prabhakar说，了解颈动脉体所使用的检测和信号机制“具有根本意义”。对缺氧反应不足会导致严重的后果，如在高海拔地区高血压和肺水肿。

也有越来越多的人认为，气体信使相互作用的故障可能导致其他疾病。

Prabhakar说:“人们越来越认识到，异常的气体信号会导致多种疾病，包括帕金森病。”血红素加氧酶-2，神经元一氧化氮合酶，胱氨酸-&Upsih;-裂解酶都在神经元和血管系统中表达。这些信使之间的不规则串扰可能有助于其他疾病的病理生理学。这一系统的显著过量或缺乏可能导致细胞、组织或整个有机体的死亡。”