神经外科麻醉基础之一：脑代谢

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　　脑代谢包括能量的产生和利用；合成代谢是合成细胞内的分子和成份，而分解代谢是分解细胞内的分子和成份。对于能量的形成来说，主要的分解过程是葡萄糖降解，最终以三磷酸腺苷（adenosine triphosphate, ATP）的形式形成高能磷酸键。其它的分解代谢过程包括降解结构蛋白、酶蛋白、脂质及碳水化合物。这些过程对于替代损伤和无功能的分子是必要的。这些分子通过合成代谢参加再合成过程，更新细胞内物质并维持正常的细胞功能。维持细胞功能的同时需要维持离子稳态，对于神经元来说需要大量的能量。

　　脑内产生能量的主要物质是葡萄糖。葡萄糖不能自由通过血脑屏障，需要葡萄糖载体携带转运穿过血脑屏障。这种载体不需要耗能，只将葡萄糖从高浓度向低浓度顺浓度梯度转运。正常情况下，由于血糖的调节作用，脑内葡萄糖是充足的，但如果血糖水平下降，葡萄糖就会从脑内移出。所以，正常的血糖水平对于维持大脑的正常活动很关键。在胰岛素休克、或者导致血糖下降的其它情况下，由于脑内葡萄糖水平下降，引起能量供应不足，最终导致意识丧失。当葡萄糖和氧充足的情况下，葡萄糖经过糖酵解途径（图1）代谢生成丙酮酸。这一生化过程将二磷酸腺苷（adenosine diphosphate, ADP）和无机磷酸生成ATP，同时将NAD（nicotinamideadenine dinucleotide, NAD)转化成NADH（nicotinamideadenine dinucleotide phosphate, NADH)。然后丙酮酸进入三羧酸循环，将NAD转化成NADH, 从而产生能量。线粒体利用氧将NADH转化回NAD，同时ADP 和无机磷酸合成ATP，这个过程叫做氧化磷酸化，每转化一个NADH，产生3个ATP ，每个葡萄糖分子代谢最多产生38个ATP。由于这一通路大部分能量用于提供其它物质代谢的需要，比如氨基酸的合成，以及其它合成通路的消耗，所以正常情况下，每个葡萄糖分子产生30-35个ATP 。

　　这个通路需要氧的参与，如果线粒体中缺乏氧，就不能产生ATP，也不能将NADH转化成NAD。葡萄糖的代谢也需要NAD作为辅因子；如果NAD缺乏，将会阻断葡萄糖的代谢。所以，在无氧的情况下，糖酵解过程通过改良的“无氧糖酵解”途径完成，这一过程中丙酮酸转化成乳酸，重新生成NAD。这个过程产生氢离子，如果细胞内pH下降，就会加重神经元损伤。无氧糖酵解过程除了pH降低以外，每个葡萄糖分子代谢只产生2个ATP。所以，无氧糖酵解所产生的ATP根本不能满足大脑对能量的需要，而且，缺血可以导致葡萄糖供应中断，甚至无氧糖酵解也被阻断。

　　当神经元的氧供下降时，降低或者减慢ATP 水平下降的机制包括，（1）利用储存的磷酸肌苷（一种高能磷酸盐），可以将能量释放出来维持ATP的水平，（2）无氧糖酵解产生低水平的ATP，（3）迅速停止自发电生理活动。

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