急性百草枯中毒发病机制与治疗研究进展学士学位论文.pdf

急性百草枯中毒发病机制与治疗研究进展 安莹波 1 ,周育森 2 ,王汉斌 1 ( 1. 军事医学科学院附属医院 全军中毒救治中心, 北京 100071; 2. 军事医学科学院 微生物学与流行病学研究所,北京 100071) 中图分类号 :r 996 文献标识码:a 文章编号 :1008 - 1070( 2007) 04 - 0022 - 03 百草枯 ( p a r a q u a t , p q ) 又称对草快 、克芜踪 , 化学 名为 1, 1 - 二甲基 - 4, 4 - 联吡啶阳离子盐, 是目前使 用广泛的有机杂环类接触性脱叶剂及除草剂, 对人畜 具有较强毒性,虽然国内外对于死亡率报道不一,但总 的来说 ,急性中毒死亡率很高, 大约在 50% 80%以 上 1 。目前缺乏特效解毒剂, 以及有效降低毒物毒性 的治疗手段 。现就近年来国内外百草枯中毒的发病机 制和救治进展做一综述。 1 p q的理化性质 2 p q 纯品为白色结晶, 常用商品以二氯化物的 20% 水剂, 不挥发, 易溶于水 , 酸性条件下稳定 , 约在 30 能分解 。不论 p q进入机体的途径如何 , 很快分 布于大多数组织, 极易被肺细胞摄取, 浓度比血液高 10 90倍。 p q 通过能量依赖过程逐渐在肺内聚集, 与血浆蛋白结合很少, 且不经代谢 ,以原形排出体外, 大多由肾脏排泄 ,少量通过胆汁 。 2 p q中毒机制 在哺乳动物体内, p q首先导致肺损伤, 主要是通 过细支气管 ( c l a r a 细胞 ) 和肺泡上皮细胞主动转运在 肺内聚集。形态学上 ,肺损伤的早期表现为肺泡上皮 细胞受损; 接下来是增殖期, 表现为肺泡炎 、 肺水肿和 炎性细胞浸润。除了肺损伤外 ,还累及其他重要脏器, 但损伤程度较轻 ,通常情况下, 多由呼吸功能不全引起 死亡。百草枯中毒引起的肺病理改变与氧中毒相似, 大体分为 3个征象 : 大量口服者 24小时迅速出现肺水 肿和肺出血 , 1 2天未死者, 可出现急性呼吸窘迫综 合征( a r d s ) , 而后出现肺间质纤维化, 大多有呼吸衰 竭致死 ; 非大量吸收者常于 1 2周出现肺部症状, 出 现肺不张、 纤维化 ; 无明显肺浸润、肺不张或肺间质纤 维化, 肺功能逐渐加重 ,最终发展为呼吸衰竭。 目前百草枯中毒机制尚不完全清楚 ,在过去的几 十年里 ,多数研究者认为 p q是经过主动转运通过肺 泡上皮细胞和气管的 c la r a 细胞进入肺内 , 由还原型 辅酶 i i ( n a d p h ) 辅助的单电子还原为自由基 , 然后再 与分子氧形成阳离子及超氧阴离子 , 经超氧化物歧化 酶 ( s o d ) 形成过氧化氢 ,进一步形成毒性更高的羟自 由基,诱导脂质过氧化反应, 直接损害主要细胞成分; p q 还可快速激活磷酸戊糖途径, 呈剂量依赖性地抑制 肺内脂肪酸的合成; 此外 , p q 导致 n a d p h 大量消耗, 使肺内许多需要 n a d p h参与的生化反应无法进行 。 2. 1 有关百草枯中毒机制研究已明确氧化还原循环 反应的几个毒性产物的作用 3 2. 1. 1 超氧负离子 可导致更多的毒性活性氧簇形成, 比如过氧化氢和羟基。氧化应激反应是百草枯中毒的发 病机制中占有重要地位,这已在植物、 细菌和机体内外实 验中得到证实。更确切地说,研究发现含有高水平过氧 化物歧化酶的细菌或其他生化系统( 在体外肝和肾脏) 可 抵御 p q 中毒,因为过氧化物歧化酶可以消除超氧负离子 毒性,因此可以证明超氧负离子在 p q 中毒中具有重要的 作用。另外,暴露于高氧状态下,可以加重 p q 中毒也进 一步证明分子氧在介导中毒方面的作用。 2. 1. 2 细胞 n a d p h的氧化作用 导致重要的 n a d - p h 依赖的生化过程中断 。有研究表明细胞内百草枯的 氧化还原反应引起 n a d p h 氧化增强很可能是 p q 中毒 机制 ,证据表明服用百草枯降低大鼠肺内 n a d p h 含量, 肺内戊糖旁路酶类迅速增高 ,提示 n a d p h 需求升高 。 2. 1. 3 脂质过氧化反应 使细胞多不饱和脂肪酸氧 化变性 。脂质过氧化物 ,即多不饱和脂肪酸的氧化变 性产物是 p q中毒的可能机制 , 有关研究显示中毒动 物体内脂质过氧化物明显升高 ; 给动物喂养维生素 e 或缺硒饮食逐渐减少细胞内抗氧化剂的保护, 该受试 动物较对照组易于中毒 ; 组织或细胞内谷胱甘肽含量 较低时 ,更易 p q 中毒 ,因为还原型谷胱甘肽 ( g s h ) 可 能在拮抗百草枯的氧化作用发挥重要作用 。 通信作者 22 ( 总 262) 中国医刊 2007年 第 42卷 第 4期 综述 2. 2 炎性细胞 已证实 p q 肺损伤所致的炎性反应 特征表现为肺内皮和上皮细胞膜受损 , 血管通透性增 加 ,膜脂质氧化物和多形核白细胞浸润 ( p m n ) , 并随 服毒量增大 , p m n 浸润加重 4 。除 p q 毒物本身化学 特点引起氧化应激反应, p q 中毒早期特征为炎性细胞 在肺泡表面聚集 ,并释放氧自由基, 在 p q 急性肺损伤 的发生有重要作用。 2. 3 细胞因子及趋化因子 m a s a fu m i 等 5 研究显示 非致死量 p q 中毒大鼠肺组织内 i l - 1m r n a 升高, 在 中毒后 16 24小时出现高峰 。 g r e g o r y 等 6 在给大鼠 腹腔内注射 25m g /k g 后, 发现肺组织和支气管肺泡灌 洗液( b a l f ) 中肿瘤坏死因子- ( t n f - ) 、干扰素 - ( i f n - ) 、 单核细胞炎症因子- 2( m i p - 2) 均较对照组明 显升高 ,这在染毒后第 1、2天最显著, m i p - 2升高水平 与中性粒细胞浸润程度相符, 肺内升高的炎性细胞 ( 尤其是中性粒细胞、单核巨噬细胞 ) 和细胞种类表明 白草枯在早期引起肺组织炎性反应, 众所周知 ,中性粒 细胞是引起组织损伤的主要因素,毒性氧自由基、 多种 细胞因子和趋化因子等相互作用使其在肺内浸润、聚 集 、 活化,并进一步释放蛋白水解酶和氧自由基等引起 肺组织损伤 。 3 p q中毒的治疗进展 目前百草枯中毒的治疗仍处于探索阶段, 主要包 括洗胃 、 导泻 、 血液灌流 、抗自由基药物、免疫抑制剂、 抗 p q 抗体等,但这些方法均不理想 ,并未得到满意的 治疗效果,病死率仍居高不下。 3. 1 减少毒物吸收、 促进排泄 由于目前无特效解毒 剂 ,在血液和组织中亦无可以结合毒物的螯合剂,所以 p q 中毒的治疗手段一直集中在毒物的代谢动力学方 面 ,希望通过减少它的吸收或增加排泄达到解毒目的。 由于百草枯对黏膜有较强的腐蚀性, 易致穿孔 ,而且有 人认为全胃肠道灌洗可能增加 p q 进一步吸收 , 所以 临床上应谨慎采取洗胃或全胃肠灌洗术。 3. 1. 1 吸附剂 包括硅藻泥 、 活性炭 、 白陶土、离子交 换树脂等,它们均有不同程度的缺点。在低 p h时, 硅 藻土可能将除草剂大量滤至胃液中, 加大毒物吸收 ; 活 性炭只有在高浓度盐溶液中才真正有效 ; 离子交换树 脂是最有效的吸附剂 ,但未被广泛用于解毒,其作用是 基于竞争性静电结合 。所以这些吸附剂在低 p h和 ( 或) 高浓度阳离子时效果不明显 。 wa l c a r i u s 等 7 应 用矿物质吸附剂沸石 z s m - 5,原因有二: 在酸性介质中 稳定; 孔隙大小与百草枯直径非常接近 。研究发现沸 石 z s m - 5可以快速吸附 p q使其从低浓度液体中清 除 ,即使存在于更高浓度阳离子和( 或) 盐溶液中亦有 效 ,用活化的人胃液, z s m- 5表现的结合力优于离子交 换树脂 ,并有长期且不可逆地滞留能力 ,在 p q 通过胃 肠道瞬间迅速结合毒物, 直至从体内清除。故可作为 口服 p q 急性中毒的基础治疗 。 3. 1. 2 血液透析与血液灌流 血液透析对于清除体 内 p q 作用有限 , 相比较而言 , 首选血液灌流。 h o n g 等 8 对 105名 p q 中毒患者进行体内 、体外灌流实验 以观察疗效 。在体外比较血透与血灌对 p q 的清除效 果 ,结果显示尽管血液透析在晚期 ( 用于肾功能衰竭 时 ) 疗效较好 , 但总的清除效果以血灌最好 。另外在 体内通过比较血灌前与血灌 2小时后 p q浓度 , 发现 幸存者体内 p q浓度下降水平明显高于死亡者 , 故得 出的结论为充分血液灌流对于急性 p q 中毒是必不可 少的治疗措施。血液灌流的最佳时机应是在中毒后 6 12 小时以内,并且碳罐要每 3小时更换 1次。 3. 2 药物治疗 一直以来 ,通过清除氧自由基 ( 维生 素 c 、e ,谷胱甘肽, 乙酰半胱氨酸等) 、抑制免疫反应 ( 环磷酰胺、激素 ) , 甚至肺移植等 9 方法 ,但疗效差。 近年来 ,国内外学者尝试应用一些药物,希望延长患者 的生存时间 ,而有些只是处于动物实验阶段。 3. 2. 1 抗氧化剂 大多数抗氧化剂不能改变 p q 毒 性 ,可能是不能穿过细胞膜或使 p q不能从细胞内迅 速清除 。国内刘丽娜等 10报道,中药成分茶多酚能减 轻百草枯引起的肺泡毛细血管充血 、出血; 使血浆、 b a l f 中的丙二醛含量下降 ,谷胱甘肽过氧化物酶、超 氧化物歧化酶活力均升高 ; 可直接清除氧自由基,减轻 铁离子介导的脂质过氧化作用 。 v e n k a t e s a n 4 的研究表明, 姜黄素可明显降低百 草枯中毒鼠 b a l f 内的蛋白含量, 阻止中性粒细胞进 入肺内 ,稳定细胞膜, 减轻氧化物负荷 , 增强细胞内抗 氧化作用。理想的抗氧化剂应该可以针对超氧化物, 具有细胞内 、 外的保护作用 。 c h o 等 11 在评价低浓度吸入 n o 对 p q 中毒引起 肺损伤疗效研究中 ,发现 n o 可能是通过增加细胞内 谷胱甘肽浓度发挥抗氧化作用, 减轻脂质过氧化 , 及 23 ( 总 263) 中国医刊 2007年 第 42卷 第 4期综述 t g f - 1 生成 , 可使受试动 物 72 小时存活率 达到 100%, 但并不能消除炎性肺损伤 ,表现为血浆或肺泡 灌洗液中中性粒细胞 、 单核巨噬细胞 、 总蛋白含量及髓 过氧化物酶 ( m p o ) 活性无明显改变。 a r i y a m a j 等 12通过在体外 ( a 547细胞 ) 及 p q 中 毒小鼠体内实验 ,应用抗氧化镇静剂丙泊酚,发现其具 有保护作用 ,认为可以在 p q中毒后给予机械通气支 持同时应用丙泊酚, 可以提高治疗效果 。近来研究表 明应用脂质类抗氧化剂或低分子 s o d 可以加强抗氧 化效果 ,包括肺毒性, 可能与它们能够进入细胞内发挥 作用有关 3 。 3. 2. 2 免疫抑制剂 c h e n 等 13 报道,联合应用激素、 环磷酰胺成功治疗 1例急性重度 p q 中毒患者 。在早期 血液灌流后, 应用环磷酰胺 2天 ( 15m g /k g , 60分钟滴 完) ,并以甲泼尼龙冲击治疗( 1g , 60分钟滴完) 3天,第 4天开始改以地塞米松( 5m g /8h ) ,直到动脉血氧分压达 到 80m m h g 以上停用 ( 该病例应用了 33天) ,结果该病 人严重的低氧血症和肺纤维化程度明显改善。研究表 明,急性 p q 中毒时肺严重炎性反应在致死性低氧血症 起着重要作用, 已知甲强龙和地塞米松是强抗炎药物, 可以减轻 p q 中毒的炎性。反应, 同时甲强龙抑制中性 粒细胞所致过氧化物产生、 减少单核巨噬细胞释放某些 细胞因子,可进一步减轻肺损伤。 3. 2. 3 抗百草枯抗体 目前国外学者 14 尝试通过动 物模型应用抗百草枯抗体治疗 p q 中毒 ,如抗 p q - f a b 片段或其他阻断剂,可使 p q 从肺细胞解离, 其治疗价 值明显 。但发现应用 p q 特异性抗体虽然可以使 p q 与血浆分离 ,但不能阻止 p q 在组织聚集 ,如肺脏。体 内 、 体外实验均提示在肺内 p q 浓度无变化, 并不能抑 制肺摄取 p q 或使其释放 。 综上所述,截至目前,仍没有针对 p q 中毒有确切 疗效的治疗方法 。 l e e 等 15 通过对 602名急性 p q 中 毒患者进行统计 ,结果发现年龄轻 、 吸入中毒、服毒量 少 、 入院时酸中毒 、 肾 、 肝、胰腺功能受损程度较轻者预 后较好 。而一旦 p q 的损伤机制开始启动 , 根据目前 的各种治疗手段将很难奏效, 所以这对我们从事临床 和基础研究工作者是很大的挑战, 积极探索有效的治 疗方法 。 参考文献: 1 c h e n c m , l u a a c . l u n g t o x i c i t y o f p a r a q u a t i nt h e r a t j .j t o x i - c o l e n v i r o nh e a l t h a , 2000, 60( 7) 477-487. 2 黄韶清, 周玉淑, 刘仁树. 现代急性中毒诊断治疗学 m . 北京: 人民军医出版社, 2002. 309-311. 3 s u n t r e s z e .r o l e o f a n t i o x i d a n t s i np a r a q u a t t o x i c i t y j .t o x i c o l o - g y , 2002, 180( 1) 65-77. 4 v e n k a t e s a nn .p u l m o n a r y p r o t e c t i v e e f f e c t s o f c u r c u m i na g a i n s t p a - r a q u a t t o x i c i t y j .l i f e s c i , 2000, 66( 2) p l 21-8. 5 t o m i t a m, o k u y a m a t , h i d a k a k .c h a n g e s i nm r n a s o f i n d u c i b l e n i t r i co x i d es y n t h a s e a n d i n t e r l e u k i n - 1 b e t ai n t h el i v e r , k i d n e y a n d l u n g t i s s u e s o f r a t s a c u t e l y e x p o s e d t o p a r a q u a t j .l e g m e d( t o k y - o ) , 1999, 1( 3) 127-134. 6 g r e g o r ysw h i t e h e a d , k e i t hag r a s m a n , e d g a r ck i m m e l .l u n g f u n c t i o n a n d a i r w a yi n f l a m m a t i o ni nr a t s f o l l o w i n ge x p o s u r et oc o m - b u s t i o np r o d u c t s o f c a r b o n - g r a p h i t e /e p o x yc o m p o s i t e m a t e r i a l :c o m - p a r i s o nt o a r o d e n t m o d e l o f a c u t e l u n g i n j u r y j . t o x i c o l o g y , 2003, 183( 1 - 3) 175-197. 7 w a l c a r i u s a , m o u c h o t t er .e f f i c i e n t i nv i t r op a r a q u a t r e m o v a l v i a i r r e v e r s i b l e i m m o b i l i z a t i o ni n t oz e o l i t ep a r t i c l e s j . a r c he n v i r o n c o n t a mt o x i c o l , 2004, 46( 1) 135-140. 8 h o n gs y , y a n gj o , l e e e y , e t a l .e f f e c t o f h a e m o p e r f u s i o no n p l a s m ap a r a q u a t c o n c e n t r a t i o ni n v i t r o a n di nv i v o j .t o x i c o l i n d h e a l t h , 2003, 19( 1) 17-23. 9 w a l d e r b , b r u n d l e r m a , s p i l i o p o u l o s a , e t a l .s u c c e s s f u l s i n g l e - l u n g t r a n s p l a n t a t i o na f t e r p a r a q u a t i n t o x i c a t i o n j .t r a n s p l a n t a t i o n , 1997, 64( 5) 789-791. 10 刘丽娜, 赵金垣, 陈莉, 等. 茶多酚对急性百草枯中毒大鼠治疗作 用的实验研究 j . 中华劳动卫生职业病杂志, 2000, 18( 3) 158 - 160. 11 c h o j h , y a n g d k , k i ml , e t a l . i n h a l e dn i t r i c o x i d e i m p r o v e s t h e s u r v i v a l o f t h e p a r a q u a t - i n j u r e dr a t s j .v a s c u l p h a r m a c o l , 2005, 42( 4) 171-178. 12 a r i y a m a j , s h i m a d a h , a o n o m, e t a l . p r o p o