氧化性傷害和血液透析之相關性

自由基是一個或多個不成對電子的分子、原子或離子。在氧化還原 反應中由於喪失或得到一個單一電子而形成，由於價殼軌域（orbital）電 子以成對存在較為穩定，因此大多數的自由基很不穩定，具有較高的反 應性，容易從供給電子的分子中奪取電子，而被拉出電子的分子則成為 另一個不安定的自由基。

自由基的來源主要是來自於發炎細胞（inflammatory cells），當吞噬 細胞（phagocytic cells）包括單核球-巨噬細胞（monocyte-macrophage）

及多形核白血球（polymorphonuclear, PMN）被激發而啟動吞噬作用，細 胞 膜 上 的 菸 鹼 醯 胺 腺 嘌 呤 雙 核 苷 磷 酸 氧 化 酶 （nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase, NAD(P)H oxidase）會進行下列反應：

NADPH + H⁺ + 2O₂ NADP⁺ + 2H⁺ + 2O₂^–․

於是製造並釋放出大量的超氧自由基及其衍生而來的ROS^(15-17)。ROS是指

「化學性質活潑的含氧原子或原子團」，其包含了超氧化物陰離子

（Superoxide anion O₂․^-）、過氧化氫（hydrogen peroxide, H₂O₂）、氫氧 自由基（hydroxyl radical, ․OH）及單一個氧分子（singlet oxygen, ¹O₂），

這些物質性質活潑，具有氧化其他物質，易造成細胞損傷。NAD(P)H存 在於各類細胞，主要的生理功能是將O₂分解成O₂^－。在發炎狀態時，會產

生呼吸爆發（respiratory burst）的現象，細胞膜上的NAD(P)H oxidase產 生的大量O₂^－可以用來殺死細菌，NAD(P)H oxidase被認為是ROS的最主

要來源^(3,18-20)。Galli等人⁽²¹⁾則指出血液透析病人體內的嗜中性白血球和吞

噬細胞膜上的NADPH oxidase被過度活化，產出過量的ROS而造成人體內 氧化壓力。

當人體內自由基增多，其體內的抗氧化防禦系統（antioxidant defense mechanism）亦會同時啟動，保護機制會抵抗氧自由基的傷害，體內的抗 氧化防禦系統包括過氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、過氧 化氫酶（catalase）、榖胱甘肽過氧化酶（glutathione peroxidase, GP_X）等

(22-25)，在正常情形下，人體內的氧化系統與抗氧化防禦系統可達到平衡

狀態，當超氧自由基及氫氧自由基等活性氧分子的產生超過體內抗氧化 防禦機制的負荷時，便會產生氧化性壓力（oxidative stress）^(7,24)，此時產 出來的自由基會造成連鎖性脂質過氧化、核酸及醣類的氧化、蛋白質及 酵素的變性，於是造成組織或器官的傷害，甚至疾病或癌症的產生^(20,26-28)。

二、 氧化性壓力及抗氧化的生化標記

體內氧化性壓力及抗氧化的生化指標和慢性腎臟疾病患者的血管粥 狀硬化有關，且可用來預測病患的罹病率及死亡率^(29,30)，但生物體內的自 由基或過氧化、抗氧化物質通常較不穩定、半生期短⁽²⁴⁾，且偵測的方法 昂貴較不具臨床價值。然而因為ROS在體內會與各種物質反應，例如：

與細胞膜磷脂質雙層反應產生醛類化合物；這些反應物較為穩定，可以 用簡單或便宜的方法偵測出來，故常被做為氧化壓力辨認的指標⁽³¹⁾。一 般 被 用 來 研 究 氧 化 壓 力 及 抗 氧 化 的 生 化 標 記 ， 包 括 丙 二 醛

（malondialdehyde, MDA ） 、 硫 巴 比 妥 酸 反 應 物 質 （ thiobarbituric acid-reactive substance, TBARS ） 、 骨 髓 過 氧 化 酶 （ myeloperoxidase, MPO）、蛋白質羰基（protein carbonyl, PC）、高度糖化終產物（advanced glycation end products, AGEs）、過氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、榖胱甘肽過氧化酶（glutathione peroxidase, GP_X）、還原態榖胱 甘肽（reduced glutathione, GSH）、氧化態榖胱甘肽（oxidized glutathione, GSSG）等。本研究是以MDA及GPx兩個當血液透析患者在透析前後之過 氧化及抗氧化之指標。

MDA是氧自由基破壞細胞膜脂質，導致脂質過氧化作用的產物，是 體內含量最多的脂質過氧化物，過多的MDA通常可表示組織細胞的傷 害，為一重要之氧化性傷害指標，對血液透析病患而言，過去曾發表MDA 是最重要的氧化壓力指標⁽³²⁾，亦有其他研究證明MDA或許可以用來預測 動脈硬化或心肌梗塞的進展。Boaz等人（1999）⁽³³⁾在以色列進行橫斷性 之研究，隨意選取76位血液透析病患，其中44位有心血管疾病（CVD），

32位無任何心血管疾病，比較兩組患者血液中MDA的濃度，結果顯示有 CVD的透析病患無論透析前（2.8 nmol/mL）或透析後（2.3 nmol/mL），

血中MDA的濃度顯著性均高於未有CVD（2.3 nmol/mL和1.9 nmol/mL）（p

＜0.05）的透析病患，有CVD的病患其透析前MDA濃度和病患的透析年 資呈現正相關（r＝0.31, p＜0.002），而透析後MDA濃度也和CVD疾病呈 正相關（r＝0.45, p＜0.0005），如果將MDA值分成三等份，結果顯示透析 前濃度最高的MDA濃度其罹患CVD的勝算比（odds ratio, OR）是濃度最 低的2.71倍（95% CI為1.42～5.19），而透析後濃度最高的MDA濃度其罹 患CVD的OR是濃度最低的3.65倍（95% CI為1.60～8.32），此研究顯示氧 化性壓力之指標MDA可用來當作罹患CVD危險因子的指標。

而GPx多存於血液、肝臟、粒線體及細胞質內，具有保護細胞膜與修 補DNA損害等作用。GPx能將GSH轉化成GSSG，使過氧化氫轉變成水或 將氫過氧化物（ROOH）轉變成醇（ROH）。其反應式：

2GSH + ROOH GSSG + ROH + H₂O 2GSH + H₂O₂ GSSG + 2H₂O

此催化作用尚須要硒（selenium）元素做為輔因子。Morena（2005）指出 尿毒症患者體內的Se元素顯著低於健康族群，且血液透析治療會造成血 漿及紅血球中的GP_X產生失調，因此本研究以GP_X代表體內抗氧化能力的 指標。

三、血液透析病人氧化壓力升高的原因及相關文獻

血液透析仍是目前末期腎臟疾病（ESRD）病患最主要的治療方式，

雖然血液透析可以清除透析患者體內過多之毒素，但透析過程中，病患 的血液在體外透析膜不斷地循環，自然會接觸許多不屬於人體的外在物 質，這些物質包括透析器（dialyzer）內的空心纖維、血液迴路管（tubing）

的成分及其內之填裝物質或消毒後之殘餘物質等。長期接觸這些物質 後，可能會產生一些合併症及過氧化的反應。

近 年 來 雖 然 人 工 透 析 器 及 透 析 用 水 不 斷 的 改 良 ， 提 升 了 血 液 透 析 病 患 的 成 效，但 心 臟 血 管 疾 病 及 感 染 仍 是 血 液 透 析 病 患 主 要 的 死 因⁽²⁾。許多 研 究(7,13,34-36)皆 顯 示 血 液 透 析 病 患 約 有 半 數 死 於CVD，血 液 透 析 病 患 死 於CVD 則 明 顯 高 於 正 常 族 群(4-6,35-37)。 其 他 的 研 究

(10,24,34,38-40)亦 顯 示 血 液 透 析 治 療 會 增 加 末期腎臟疾病病 患 體 內 的 氧 化

壓 力，而有 很 多 證據顯示氧化壓力和CVD的發生有關，此可能就是透析 病患有較高的CVD罹病率與死亡率的主因。

人體血液接觸生物不相容性透析膜或受到細菌內毒素污染之透析液 後，均可能會活化吞噬細胞與顆粒性白血球，這些白血球會產生呼吸爆 發（burst）作用，釋出 ROS，並產生一些發炎反應及細胞激素（cytokine）

的增加(3,13,24,36,38,41)，因此使用生物不相容性的透析模是造成血液透析病患

氧化壓力的主要原因⁽²⁴⁾。有研究^(13,42)顯示病患在血液透析過程中，接觸 人工透析膜後的白血球比透析前的白血球有明顯的增加，且會造成補體 的活化，由此得知透析膜的生物不相容性似乎在造成ROS 的增加上扮演

重要的角色。有研究⁽⁴³⁾指出血液透析治療後大約在第一個小時後就會有 ROS 增加的情形，顯示血液透析治療本身就是一項促進發炎的危險因 子。Mircescu（2006）⁽²⁴⁾曾對慢性腎臟疾病及血液透析病患研究血漿中脂 質過氧化產物TBARS 的濃度，結果顯示血液透析病患血漿中 TBARS 濃 度高於慢性腎臟疾病病患，血漿中 TBARS 濃度在血液透析治療過程前 40 分鐘有顯著性的增加，且可維持整個 4 小時的療程。

其他的研究^(3,35,44)也顯示末期腎臟疾病患者的氧化壓力增加和血液透 析治療中ROS的製造和抗氧化防禦機制之間失衡有關，另一研究⁽⁴⁵⁾指出 血液透析治療會增加病患血漿中MDA濃度，且血漿中MDA濃度和透析次 數呈正相關（r=0.43, p＜0.02），而紅血球細胞膜表面的SOD活性與GSH 還原酶活性均有降低的情形^(3,25,34)。Yavuz（2004）等人⁽⁴⁶⁾在土耳其一血 液透析中心的研究，隨機選取40位住同一地理區域的血液透析病患，平 均年齡51.6歲，平均透析年資是41個月，每週透析三次，每次四～五小時，

平均尿素動力模式值（KT/V）是1.25，研究前全都使用hemophan材質（H 材質）的人工透析膜，再隨機分配成兩組，有20位病患改使用polysulfone 材質（PS材質）的人工透析膜透析，另收集20位住同一區域健康者當作 對照組，平均年齡50.5歲，結果呈現血液透析病患血清中MDA的濃度

（4.4±0.3 μmol/L）顯著高於對照組（2.6±0.4 μmol/L）（p＜0.001），在 全血中的GPx活性（4.7±0.8 U/mL）則顯著的低於對照組（8.8±1.9 U/mL）

（p＜0.001），透析後MDA的濃度（H材質：4.9± 0.4 μmol/L）（PS材質：

5.2±0.5 μmol/L）較透析前（H材質：4.4±0.3 μmol/L）（PS材質：4.3±0.3 μmol/L）（p＜0.0001）為高，透析後GPx的活性（H材質：3.6±1.0 U/mL）

（PS材質：1.8±0.6 U/mL）較透析前（H材質：4.7±0.8 U/mL）（PS材質：

4.4±1.1 U/mL）（p＜0.001）為低，而微量元素硒（Se）濃度PS材質透析 後亦有下降的情形（PS材質：12.0±3.5 μg/dL及10.7±3.2 μg/dL）（p＜

0.001），此研究說明了血液透析治療會造成洗腎患者體內ROS的增加，

或促使抗氧化酵素及微量元素的流失，且使用不同材質的人工透析膜也 可能會產生不同的濃度變化，我認為此原因可能更換不同材質的透析膜 本身也會刺激嗜中性白血球活化，造成ROS的製造增加有關，或許作者 可以等待人體適應特定透析膜一段時間後，再進行抽血檢驗氧化性傷害 或抗氧化能力，以減少其他干擾因子所造成的推論上偏差。也有相關研 究⁽²⁵⁾指出造成血液透析病患抗氧化酵素（GP_X）及硒元素減少的原因，除 了使用不同通透性的透析膜造成流失外，也和鐵劑注射及飲食上的限制 有關。

國內Wu（2005）等人⁽⁴⁷⁾也曾對使用不同透析膜透析會造成不同的氧 化性傷害做探討，利用cross-controlled的研究設計，選取一透析中心其中 8位長期血液透析病患，年齡範圍為40～80歲，透析年資介於7～33個月，

研究前全部患者均使用polysulphone的人工透析膜透析超過六個月，之後

再分別使用 regenerated cellulose（RC）和polysulphone（PS）的人工透析 膜透析約一週，經過一星期後在透析前及透析後15、120、240分鐘分別 抽血，比較血液中白血球數目及氧化壓力指標plasma myeloperoxidase

（MPO）、TBARS、8-hydroxy-2’-deoxyguanosine（ 8-OHdG） 、抗 氧化指標GP_X及SOD等活性的變化，研究結果顯示使用PS或RC透析膜透 析四小時後，血液中白血球的數目均有顯著性的增高情形，氧化指標MPO

（MPO）、TBARS、8-hydroxy-2’-deoxyguanosine（ 8-OHdG） 、抗 氧化指標GP_X及SOD等活性的變化，研究結果顯示使用PS或RC透析膜透 析四小時後，血液中白血球的數目均有顯著性的增高情形，氧化指標MPO