二氧化硫及其衍生物光谱特性及对血管张力作用的离子通道与信号转导机制

发布时间：2018-06-03 03:48

本文选题：二氧化硫 + 亚硫酸盐　；参考：《山西大学》2013年博士论文

【摘要】：二氧化硫是常见的大气污染物,以往研究表明二氧化硫不仅对呼吸系统有影响,而且对心血管系统及其它系统均有一定的毒害作用,因此它不仅是一种呼吸系统毒物而是一种全身性的毒物。现有资料表明,心脑血管疾病已经成为威胁人类健康的第一杀手。而以往的流行病学调查结果表明,二氧化硫及其衍生物与心血管系统的健康密切相关,二氧化硫暴露可以增加缺血性心脏疾病、心律失常等心血管疾病的患病风险和死亡率。因此,科研工作者越来越关注环境污染物二氧化硫与心脑血管疾病的关系。有关二氧化硫诱发心脑血管系统疾病的流行病学研究已经很多,但二氧化硫影响心脑血管疾病的作用机制却不够深入。继NO、CO、H2S被证明是气体信号分子之后,近年来有关研究不断表明二氧化硫可能是第四种气体信号分子。然而,有关二氧化硫及其衍生物的光谱特性研究及二氧化硫供体的研究却很少。为此,本研究运用紫外可见光光谱法和离体血管环技术等方法,重点研究了二氧化硫及其衍生物亚硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸氢钠(NaHSO3)、焦亚硫酸钠(Na2S2O5, SMB)的光谱特性及亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠对离体大鼠血管环舒张作用的离子通道和信号转导机制。通过这些研究,以探讨亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠作为二氧化硫供体进行生物学研究的可能,为二氧化硫作为气体信号分子的设想增添新的依据。本研究对二氧化硫溶于水和有机溶剂时的吸收光谱特征进行研究,同时也对二氧化硫衍生物亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和焦亚硫酸钠水溶液的吸收光谱特征进行研究,并探讨盐酸(HCl)对二氧化硫及其衍生物光谱性质的影响。研究结果表明：(1)二氧化硫在水、乙醇、甘油(含20%水)、正丁醇具有特征吸收峰,分别为276、277、276和278nm,表明二氧化硫在溶剂中的吸收峰主要取决于二氧化硫分子本身的物理化学性质。(2)二氧化硫在水中的吸收峰值远低于在有机溶剂中的吸收峰值,表明水对二氧化硫分子的光谱吸收具有一定的淬灭作用。(3)二氧化硫水溶液的特征吸收峰为276nm,焦亚硫酸钠和亚硫酸氢钠水溶液的特征吸收峰均为257nm,而亚硫酸钠水溶液在200～800nm范围内不具特征吸收峰,这表明二氧化硫衍生物的水溶液不存在二氧化硫或二氧化硫浓度很低。(4)盐酸、硫酸、硝酸、磷酸和醋酸均能增强二氧化硫水溶液的吸光强度,且呈浓度依赖关系：而氯化钾、氯化镁、氯化钠和氯化钙对二氧化硫水溶液的吸光强度有下降作用。结果表明,盐酸对二氧化硫溶于水中的吸光强度的增强作用是H+的作用而不是Cl-的作用。(5)焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸钠水溶液加入盐酸后,均在276nm出现特征性吸收峰,表明盐酸与二氧化硫衍生物进行化学反应生成二氧化硫。(6)二氧化硫水溶液对环境和生物(包括人体)的作用是二氧化硫或水合二氧化硫所引起；而亚硫酸氢钠和焦亚硫酸钠水溶液的作用是HSO3所引起,亚硫酸钠溶液的作用是S032-所引起,为了增强二氧化硫衍生物的作用,向其溶液中加入H+是一个简单适宜的途径。(7)应用二氧化硫及其衍生物在溶剂中具有特征性吸收峰这一特点,可以采用简便易行的光谱分析方法测定溶液中二氧化硫的浓度及其动态变化。(8)亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠溶液加入适当浓度的H+可以作为毒理学和生理学研究和实践的“二氧化硫供体”。本文同时对亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的舒张血管机制进行了比较研究,结果发现(1)亚硫酸氢钠可以引起离体大鼠血管环的舒张,且在100～4000μmol·L-1之间呈浓度依赖性。与亚硫酸氢钠的舒张效应不同,亚硫酸钠在200μmol·L-1之下对离体大鼠血管环未见明显影响,在500～1000μmol·L-1引起离体大鼠血管环收缩,在2000～4000μmol·L-1则可引起大鼠离体血管环舒张。(2)亚硫酸氢钠的EC5o为2326±78.56μmol·L-1加入盐酸后亚硫酸氢钠的ECso则为2078±88.57μmol·L-1,表明加入盐酸后可以显著增强亚硫酸氢钠对离体大鼠血管环的舒张效应。(3)在低浓度下,亚硫酸氢钠对离体大鼠血管环的舒张效应与内皮有关；而在高浓度下,亚硫酸氢钠的舒张效应与内皮无关。这提示我们,亚硫酸氢钠的舒张机制在低浓度和高浓度下是不同的。(4)L型钙离子通道阻断剂硝苯地平能够部分地抑带2000.4000μmol·L-1亚硫酸氢钠对离体大鼠血管环的舒张反应,而对400μmol·L-1亚硫酸氢钠引起的舒张反应无显著影响。(5)非特异性钾通道阻断剂TEA可部分地抑制400、2000及4000μmol·L-1亚硫酸氢钠对血管环的舒张反应；大电导钙激活的钾通道(BKca)阻断剂IbTx可部分地抑制400.2000μmol·L-1亚硫酸氢钠对血管环的舒张反应,而对4000μmol·L-1亚硫酸氢钠引起的舒张效应没有明显影响；小电导钙离子激活的钾通道(SKCa)抑制剂蜂毒明肽和电压依赖型的钾通道(Kv)阻断剂4-AP对亚硫酸氢钠的舒张效应没有影响。ATP敏感的钾通道(KATP)阻断剂格列本脲可部分地抑制4000μmol·L-1亚硫酸氢钠对离体大鼠血管环的舒张反应,而对400、2000μmol·L-1亚硫酸氢钠引起的舒张反应无显著影响。(6)一氧化氮合酶抑制剂(L-NNA)和sGC抑制剂(NS-2028)可部分地抑制低浓度亚硫酸氢钠导致的舒张效应,而对高浓度亚硫酸氢钠诱导的舒张效应无明显影响。(7)蛋白激酶C抑制剂十字孢碱、前列环素PGI2抑制剂吲哚美辛、p-肾上腺素受体抑制剂普萘洛尔对亚硫酸氢钠诱导的舒张效应没有明显影响。本文研究了焦亚硫酸钠对离体大鼠血管环的效应,结果发现焦亚硫酸钠可浓度依赖性的引起血管环的舒张。去除内皮后发现,在低浓度下(400μmol·L-1)焦亚硫酸钠不能引起血管环的舒张,而在高浓度下(500μmol·L-1可以导致血管环的舒张。这说明焦亚硫酸钠的舒张效应在低浓度下是内皮依赖性的或是内皮起主要作用,而在高浓度下焦亚硫酸钠的舒张效应与内皮无关或内皮不起主要作用。在低浓度下内皮依赖性的舒张最大约为20%,而在高浓度下非内皮依赖性的舒张则可达到90%以上。我们研究了L型钙离子通道对焦亚硫酸钠诱导的血管环舒张效应的影响。结果表明,硝苯地平能够部分地抑制1000μmol·L-1焦亚硫酸钠对离体大鼠血管环(内皮完整及去内皮)的舒张反应,而对50、200μmol·L-1焦亚硫酸钠引起的舒张反应无显著影响。这说明在高浓度焦亚硫酸钠诱导的舒张效应中,L型钙离子通道起了一定的作用。我们同时也研究了PGI2合成酶抑制剂吲哚美辛对焦亚硫酸钠诱导的舒张效应的影响。结果发现,吲哚美辛对焦亚硫酸钠诱导的舒张效应没有明显影响。为了解钾离子通道在焦亚硫酸钠诱导的舒张效应中所起的作用,我们用多种不同的钾离子通道阻断剂TEA、4-AP、IbTx、蜂毒明肽和格列本脲预先温育血管环20min、然后观察其对焦亚硫酸钠诱导的舒张效应的影响。结果发现：(1)高浓度及低浓度焦亚硫酸钠诱导的舒张效应均部分地被TEA所抑制。(2) IbTx可以部分地抑制J50、200μmol·L-1焦亚硫酸钠诱导的舒张效应,表明BKca离子通道在低浓度焦亚硫酸钠诱导的舒张效应中可能有一定的作用,而对高浓度焦亚硫酸钠诱导的舒张效应不起作用或作用很小。蜂毒明肽对焦亚硫酸钠诱导的舒张效应没有明显影响,表明焦亚硫酸钠的舒张效应与小电导该激活钾离子通道无关。(3)KATP通道阻断剂格列本脲可部分地抑制1000μmol·L-1焦亚硫酸钠对离体大鼠血管环(内皮完整及去内皮)的舒张反应,而对50、200μmol·L-1焦亚硫酸钠引起的舒张反应无显著影响。这表明KATp通道与高浓度焦亚硫酸钠诱导的舒张效应有关,而对低浓度焦亚硫酸钠诱导的舒张效应无关或作用很小。(4)4-AP对焦亚硫酸钠诱导的舒张效应没有明显影响,表明Kv通道在焦亚硫酸钠诱导的舒张作用中不起作用或作用很小。我们分别用sGC抑制剂NS-2028和NOS抑制剂L-NNA预先温育血管环。结果发现,NS-2028和L-NNA对血管环的基础张力没有影响。而对低浓度焦亚硫酸钠诱导的舒张效应有部分抑制作用。这表明低浓度的焦亚硫酸钠舒张效应与cGMP途径有关,而高浓度的焦亚硫酸钠舒张效应与cGMP途径无关。焦亚硫酸钠的舒张效应与PKC, PGI2, β-1肾上腺素受体途径无关。综合以上实验可得出如下结论：(1)二氧化硫及其衍生物的光谱特性是不同的,其中二氧化硫在水中的特征吸收峰为276nm,亚硫酸氢钠和焦亚硫酸钠水溶液的特征吸收峰均为257nm,亚硫酸钠水溶液在200～800nm之间未表现出特征吸收峰。(2)二氧化硫衍生物亚硫酸氢钠、亚硫酸钠和焦亚硫酸钠对离体大鼠血管环的舒张效应并不相同,其中亚硫酸钠表现为低浓度收缩,高浓度舒张；而亚硫酸氢钠和焦亚硫酸钠则均表现为舒张效应,且焦亚硫酸钠对离体大鼠血管环的舒张效应要大于亚硫‘酸氢钠。(3)亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠在低浓度下的舒张效应是内皮依赖性的,其舒张途径部分地与cGMP途径和BKO。离子通道有关；亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠在高浓度下的舒张效应与内皮无关,可能与KATP和L型Ca2+通道部分地有关。亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠的舒张效应与PKC, PGI2,p-肾上腺素受体途径无关。(4)在加入适当H+情况下,焦亚硫酸钠或亚硫酸氢钠可以用作二氧化硫供体进行毒理学等方面的研究。
[Abstract]:Sulfur dioxide is a kind of common atmospheric pollutant . Previous studies have shown that sulfur dioxide has a toxic effect on respiratory system , and it is not only a kind of respiratory system poison but also a systemic poison .

The absorption peak of SO _ 2 in water was 276 , 277 , 276 and 278 nm . The results showed that the absorption peak of sulfur dioxide in water was 276 , 277 , 276 and 278 nm .
The effect of sodium bisulfite and sodium pyrosulfite solution is caused by HSO3 . The effect of sodium sulfite solution is S032 . In order to enhance the action of sulfur dioxide derivatives , it is a simple and suitable way to add H + to the solution .

The vasodilatation mechanism of sodium sulfite and sodium bisulfite was studied . The results showed that ( 1 ) sodium bisulfite could induce the relaxation of the blood vessel ring of isolated rat , and the relaxation effect of sodium bisulfite was 2078 卤 88.57 渭mol 路 L - 1 . The EC5o of sodium bisulfite was 2326 卤 78.56 渭mol 路 L - 1 .
( 5 ) The non - specific potassium channel blocker TEA partially inhibited the vasodilatation of 400 , 2000 and 4000 渭mol 路 L -1 sodium bisulfite to the blood vessel rings .
Calcium - activated potassium channel ( BK ca ) could partially inhibit the relaxing response of 400 . 2000 渭mol 路 L -1 sodium bisulfite to the blood vessel ring , and the relaxation effect induced by 4000 渭mol 路 L -1 sodium bisulfite was not significantly affected .
( 6 ) Nitric oxide synthase inhibitor ( L - NNA ) and sGC inhibitor ( NS - 2028 ) can partially inhibit the relaxing effect of 4000 渭mol 路 L -1 sodium bisulfite on the relaxation of sodium bisulfite .

The effects of sodium pyrosulfite on relaxation of endothelium - dependent and endothelium - dependent vasodilators induced by sodium pyrosulfite were investigated . The results showed that : ( 1 ) The relaxation effect induced by sodium pyrosulfite induced by sodium pyrosulfite was not significant .

The results are as follows : ( 1 ) The spectral characteristics of sulfur dioxide and its derivatives are different , wherein the absorption peak of sulfur dioxide in water is 276 nm , the absorption peak of sodium sulfite and sodium pyrosulfite is 257 nm , and the aqueous solution of sodium sulfite does not show characteristic absorption peak between 200 and 800 nm .
( 3 ) The relaxing effect of sodium bisulfite or sodium pyrosulfite in low concentration is endothelium - dependent . The relaxation effect of sodium bisulfite or sodium pyrosulfite in high concentration is independent of endothelium , which may be related to KATP and L - type Ca2 + channels . ( 4 ) The effect of sodium bisulfite or sodium pyrosulfite is not related to PKC , PGI2 , p - adrenergic receptor pathway .
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R114;X511

【参考文献】