手機(jī)掃碼訪問本站
微信咨詢
乳酸是葡萄糖無氧酵解的最終產(chǎn)物。分子式為CH3CH0HC00H。當(dāng)組織嚴(yán)重缺氧時(shí)三羧酸循環(huán)中丙酮酸有氧氧化障礙，丙酮酸還原為乳酸作用增強(qiáng)，血中乳酸增加，乳酸/丙酮酸比值增高，有的乳酸高達(dá)25mmol/L，這種極值的出現(xiàn)標(biāo)志著細(xì)胞氧化過程的惡化。心肌組織含有豐富的乳酸脫氫酶(LDH)，對乳酸的親和力大，有利于催化乳酸氧化生成丙酮酸，故心肌能利用乳酸作為“燃料”。在急性心肌梗塞、心功能失代償、肺功能不全和休克時(shí)常見低氧血癥，同時(shí)伴有高乳酸血癥。全血乳酸測定常用分光光度法，參考值0.9～1.7mmol/L；血漿乳酸測定常用比色法，一般小于2.4mmol/L。乳酸存在L-乳酸和D-乳酸2種同分異構(gòu)體(90%以上為L-乳酸)，臨床測定的主要為L-乳酸，它是組織缺氧的敏感指標(biāo)。而D-乳酸不同于L-乳酸，其在來源、代謝、排泄與臨床意義上均具有獨(dú)特性。近年來，對于D-乳酸以上獨(dú)特性的研究與認(rèn)識(shí)不斷深入和提高。正常情況下，人體內(nèi)的D-乳酸源于丙酮醛代謝，血液中含量甚微，當(dāng)胃腸道細(xì)菌大量酵解、腸屏障功能發(fā)生障礙時(shí)，其含量可升達(dá)千倍，甚者導(dǎo)致D-乳酸酸中毒。既往研究認(rèn)為D-乳酸由D-羥基-酸-脫氫酶緩慢代謝，且主要通過腎臟排泄。但近來報(bào)道，D-乳酸的代謝能力相對較高，并推測D-乳酸脫氫酶的存在。血中D-乳酸水平的增高也備受關(guān)注，它可能是膿毒癥、創(chuàng)傷性休克、炎性腸病等一系列疾病的診斷指標(biāo)。
D-乳酸主要來源于以下3條途徑：(1)丙酮醛途徑：正常血清乳酸水平為1～2mmol/L。L-乳酸為主要成分，其源于丙酮酸的無氧酵解；D-乳酸僅為L-乳酸的1%～5%，其源于丙酮醛代謝。生理狀態(tài)下丙酮醛含量極低，由碳水化合物、脂肪與蛋白質(zhì)代謝而來，經(jīng)乙二醛酶Ⅰ與Ⅱ催化轉(zhuǎn)化為D-乳酸，如圖1所示。(2)胃腸道酵解：D-乳酸可由胃腸道多種細(xì)菌酵解產(chǎn)生。正常情況下此途徑生成的D-乳酸對機(jī)體不會(huì)造成酸堿失衡的威脅，因?yàn)槟c道內(nèi)存在其他細(xì)菌可將其轉(zhuǎn)化為乙酸鹽和短鏈脂肪酸。但腸屏障功能障礙時(shí)，該途徑往往是D-乳酸酸血癥或酸中毒的主要來源。(3)外源性的攝入：這包括一系列的發(fā)酵食品如腌菜、酸奶酪以及藥物制劑等。最近發(fā)現(xiàn)，高含量的丙二醇(藥物制劑或加工食品的一種溶劑)攝入可導(dǎo)致血中D-乳酸的增加，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重代謝性酸中毒。
乳酸2種同分異構(gòu)體的代謝產(chǎn)物均為丙酮酸。經(jīng)L-乳酸脫氫酶催化，L-乳酸在肝臟中快速代謝。然而哺乳動(dòng)物體內(nèi)缺乏D-乳酸脫氫酶，D-乳酸代謝由D-α-羥基-酸-脫氫酶替代，速度緩慢。該酶是一種線粒體酶，僅在極狹小的pH范圍內(nèi)具備活性。據(jù)此推測，正常人體內(nèi)D-乳酸含量很低，不足以激活相關(guān)酶類使之被分解代謝。但是，近來研究推定人類和哺乳動(dòng)物的線粒體內(nèi)存在D-乳酸脫氫酶。牛和鼠組織在體外具備大量利用D-乳酸的能力。在人體，腸外輸注3.0mmol/kg量的D-乳酸則導(dǎo)致丙酮酸、丙氨酸、3-羥基丁酸鹽和乙酰乙酸的蓄積。D-乳酸有補(bǔ)給作用，其從胞質(zhì)進(jìn)入線粒體膜的轉(zhuǎn)運(yùn)導(dǎo)致線粒體中草酰乙酸鹽與蘋果酸鹽向胞質(zhì)的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)。這一轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，D-乳酸被位于線粒體內(nèi)膜上的疑似D-乳酸脫氫酶氧化。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)D-乳酸經(jīng)線粒體穿梭時(shí)存在3種新的轉(zhuǎn)運(yùn)體，即D-乳酸/H+共向轉(zhuǎn)運(yùn)體、D-乳酸/酮酸和D-乳酸/蘋果酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體。關(guān)于哺乳動(dòng)物D-乳酸的代謝和排泄物文獻(xiàn)記載中頗有爭議。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為D-乳酸在哺乳動(dòng)物體內(nèi)不能代謝或緩慢代謝。這主要基于20世紀(jì)20年代晚期CORI等的實(shí)驗(yàn)，其表明D-乳酸代謝不充分，攝入的D-乳酸30%～40%經(jīng)尿液排泄。
20世紀(jì)80、90年代的研究與早期的這一實(shí)驗(yàn)相悖，學(xué)者們應(yīng)用D-乳酸或14C標(biāo)記的D-乳酸，證明D-乳酸確實(shí)是易于代謝的。納入10個(gè)受試者，輸注1.0～1.3mmol/(kg·h)的D/L-乳酸，90%的D-乳酸被代謝，10%經(jīng)尿排泄。DEVRESE等認(rèn)為健康人口服6.4mmol/kg劑量的D-乳酸，其血漿半衰期為21min；若當(dāng)劑量增加1倍，其半衰期增至40min，極可能反映了D-乳酸代謝已呈現(xiàn)飽和。且對比早前實(shí)驗(yàn)，僅有2%的D-乳酸在輸注24h后經(jīng)尿排泄。在鼠體，注入14C標(biāo)記的D-乳酸，3.7%經(jīng)腎排泄，而85%以14CO2的形式排出。這一實(shí)驗(yàn)的給藥劑量(300μmolD-乳酸鈉鹽/kg體重)較Cori實(shí)驗(yàn)(19mmol/kg體重)要低，且為口服和腹腔注射給藥，并非管飼法。鑒于給藥劑量與途徑的不同，兩者比較尚有困難。盡管如此，一項(xiàng)后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，以13.4mmol/kg的劑量采取同樣的方式給藥，僅有0.9%以原型經(jīng)腎排泄，2.4%代謝后經(jīng)腎排泄，30%～45%為14CO2，54%～68%的14C未能回收，可能代謝成丙酮酸或乙酰輔酶A，或者未能吸收而隨糞便排出，或被腸道內(nèi)細(xì)菌分解。
1. D-乳酸在農(nóng)藥、醫(yī)藥等合成領(lǐng)域的應(yīng)用
D-乳酸是多種手性物質(zhì)的合成前體，廣泛用于醫(yī)藥、農(nóng)藥和化工等領(lǐng)域的手性合成，也可以用于氨基酸的不對稱合成。近年來芳氧丙酸類除草劑在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，這類除草劑是國際上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一大類旋光性除草劑，此類除草劑中有一個(gè)手性碳原子，其中D(-)型的藥性比L(+)型高出6～12倍，合成這類除草劑最重要的原料是R-(+)-2-氯丙酸，以D-乳酸為原料可以制備光學(xué)活性的R-(+)-2-氯丙酸，即D-乳酸是制備這類除草劑的光學(xué)活性前體。乳酸甲酯是一種重要的羥基酯類化合物，既可作為手性物質(zhì)的前體，同時(shí)也是一種優(yōu)秀的工業(yè)溶劑，具有熔點(diǎn)高、蒸發(fā)速度慢、可與水及多種極性溶劑均勻混合的優(yōu)點(diǎn)。以高光學(xué)純度的D-乳酸（光學(xué)純度97%以上）和甲醇酯化形成的D-乳酸甲酯可以用來合成R-1，2-丙二醇、R-2-羥基羧酸酯以及多取代脯氨酸等多種手性化合物，可合成重要的醫(yī)藥中間體。
2. D-乳酸在聚乳酸領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著新型生物材料的普及推廣，L-乳酸、D-乳酸在新材料的應(yīng)用方面有了很大的發(fā)展。例如以乳酸為原料來制造聚乳酸類（PLA）生物降解塑料。聚乳酸以其良好的生物可降解性及其它優(yōu)良的使用特性（如透明性、熱塑性、產(chǎn)物安全性等）而被認(rèn)為是理想的取代傳統(tǒng)塑料的生物材料之一。根據(jù)聚合原料的差異，聚乳酸有聚L-乳酸（PLLA）、聚D-乳酸（PDLA）及聚D，L-乳酸（PDLLA）之分。由于PLLA的降解產(chǎn)物L(fēng)-乳酸能被人體完全代謝，而且容易制備，所以一般生產(chǎn)的聚乳酸即指PLLA，但PLLA有很大缺陷，如耐熱性較低、力學(xué)強(qiáng)度低、韌性差等[11]。從20世紀(jì)80年代起，日本的一些科學(xué)家和公司開始為提高聚乳酸的性能進(jìn)行一系列的研究。1987年第一次報(bào)道了PLLA/PDLA形成的立體聚合物相對于單體的聚合物有不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。隨后對PLLA/PDLA共混體系做了一系列的研究，包括共混體比例、分子量、共混條件等，研究顯示PLLA和PDLA以1∶1比例形成的共混PLLA/PDLA復(fù)合物因?yàn)镻LLA和PDLA鏈間強(qiáng)烈的相互作用，其熔點(diǎn)（Tm）可以達(dá)到220～230℃，比純的PLLA或PDLA（170～180℃）高出約50℃。研究發(fā)現(xiàn)，PLLA/PDLA的比例為50/50時(shí)形成的PLA擁有最強(qiáng)的抗水解能力，因?yàn)檫@時(shí)氫鍵以及偶極-偶極之間的作用力最強(qiáng)。熔點(diǎn)的提高使聚乳酸可以使用在對耐熱性有更高要求的領(lǐng)域，例如在紡織業(yè)，高熔點(diǎn)聚乳酸可以制造出能被熨燙的纖維。在共混PLLA/PDLA聚合物中，通過改變PDLA的添加量可以制備不同結(jié)晶性能的材料并且可以調(diào)控最終材料的降解速度。研究顯示，PDLA作為單體與PLLA為基礎(chǔ)的復(fù)合聚合物（PLLA-co-bisA）形成的立體聚合物有更好的結(jié)晶性能，包括更快的結(jié)晶速度以及能形成更穩(wěn)定的晶體。而研究則發(fā)現(xiàn)以立體聚合PLA與聚乙烯醇形成的多孔滲水薄膜在堿性條件下可顯著降低被水解速度。此外，對含有不同D-型異構(gòu)體濃度的聚乳酸制成的纖維所做的研究表明聚乳酸中D/L異構(gòu)體比例的不同不僅影響了纖維的形態(tài)和結(jié)晶度，對纖維的著色也有很大的影響
1. 化學(xué)拆分
傳統(tǒng)的化學(xué)合成法包括乙醛氫氰酸法、丙酸氯化水解法和丙烯-N2O4法等方法，化學(xué)法制備的乳酸全部為消旋體乳酸?；瘜W(xué)拆分通過選擇一種合適的手性試劑與外消旋體作用，把一對對映體變成兩個(gè)非對映體再進(jìn)行拆分。例如以D，L-乳酸為原料，加入等物質(zhì)的量的天然生物堿試劑如嗎啡堿等進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過分級結(jié)晶等步驟進(jìn)行分離。但是化學(xué)拆分法的缺點(diǎn)是拆分劑太貴，成本高，分離困難，還存在較大的毒性和環(huán)境污染問題。
2. 微生物酶法
拆分脂肪酶具有高度的化學(xué)、區(qū)域和立體選擇性，可催化酯類化合物分解、合成和酯交換。利用脂肪酶和混旋的乳酸酯反應(yīng)（D，L-lacticacidester），脂肪酶可選擇性水解L-乳酸酯鍵而不水解D-乳酸酯鍵，用有機(jī)溶劑萃取未水解的D-乳酸酯，隨后再用化學(xué)水解方法水解D-乳酸酯鍵得到D-乳酸。此外來源于節(jié)桿菌屬、假單孢菌屬、芽孢桿菌屬和棒狀桿菌屬等的微生物都擁有能立體選擇性水解混旋乳酰胺（D，L-lactamide）的水解酶類，采用固定化細(xì)胞的方法在極性溶劑中可以選擇性水解D-乳酰胺得到D-乳酸。
3. 微生物發(fā)酵法
微生物發(fā)酵法是目前制備乳酸的最主要方法之一。發(fā)酵法根據(jù)菌種不同可得到L-乳酸、D-乳酸和D，L-乳酸消旋體，目前對L-乳酸的研究已相當(dāng)深入，其生產(chǎn)工藝和分離制備技術(shù)也非常成熟，D-乳酸的理化性質(zhì)與L-乳酸極其相似，在生產(chǎn)工藝上可以借鑒L-乳酸成熟的路線，因而生產(chǎn)D-乳酸的關(guān)鍵在于高純度D-乳酸高產(chǎn)菌種的選育。4.3.1D-乳酸生產(chǎn)菌種產(chǎn)光學(xué)純D-乳酸的乳酸細(xì)菌主要分布在乳桿菌屬（Lactobacillus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、芽孢乳桿菌屬（Sporolactobacillus）和明串珠菌屬（Leuconostoc）4個(gè)屬。目前國內(nèi)外研究較多的D-乳酸生產(chǎn)菌主要集中在乳桿菌屬和芽孢乳桿菌屬。這兩類菌都是同型發(fā)酵菌，以葡萄糖為碳源，通過糖酵解途徑生成丙酮酸，然后丙酮酸經(jīng)D-乳酸脫氫酶作用生成D-乳酸。乳桿菌屬和芽孢乳桿菌屬的菌種都是專性或兼性厭氧菌，發(fā)酵耗能少，產(chǎn)量高，適合大規(guī)?；l(fā)酵生產(chǎn)D-乳酸。
[1] 心臟病學(xué)詞典
[2] 乳酸的生化特性及其臨床研究進(jìn)展
[3] D-乳酸制備研究進(jìn)展