急性百草枯中毒肺損傷機制和臨床治療研究進展

雷亞莉,張新彧,劉 瑛

1.空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院急診科(西安710032)，2.陜西省軍區(qū)第八干部休養(yǎng)所門診部(西安710061)，3.解放軍第三二三醫(yī)院(西安710054)

主題詞 百草枯 中毒 肺纖維化 診斷 治療

百草枯(Paraquat,PQ)屬于二聯(lián)吡啶類除草劑，因其效能高，殘留量少，與土壤結(jié)合后迅速失活等，是我國當(dāng)前使用最廣泛的一類除草劑[1]，具有接觸毒性和一定內(nèi)吸性。PQ對人類和家畜都有很強的毒性，其可經(jīng)消化道、皮膚和呼吸道吸收，造成急性百草枯中毒(APP)的主要原因是自殺性口服和誤服，是目前在部分地區(qū)醫(yī)院急診科常見的死亡絕對數(shù)占第一位的農(nóng)藥中毒類型[2]。其起病兇險，病情變化迅速。在臨床治療中目前尚無確切有效的救治手段[3]，病死率高達50%～80%[4-6]。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)百草枯急性中毒后進入人體可使肺、腎、肝、腦等多器官出現(xiàn)損傷，但其中肺是主要的靶器官，在肺組織中的濃度最高，是血漿濃度的10～90倍，PQ全部通過肺臟多胺攝取系統(tǒng)主要經(jīng)由肺泡上皮細(xì)胞和氣管CIara細(xì)胞的主動轉(zhuǎn)運進入肺部，由于PQ具有較強的氧化能力，在肺內(nèi)通過對脂類、蛋白質(zhì)氧化產(chǎn)生大量自由基，導(dǎo)致細(xì)胞和組織損傷，這使得細(xì)胞不能有效地執(zhí)行正常的生化反應(yīng)，同時使肺臟發(fā)生炎癥反應(yīng)，早期以炎性細(xì)胞浸潤、上皮細(xì)胞變性凋亡[7-8]、肺泡出血和水腫、肺不張等急性肺損傷(ALI)癥狀為特征。晚期出現(xiàn)肺間質(zhì)纖維化，而進展性發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)，而絕大多數(shù)存活患者存在肺間質(zhì)纖維化且預(yù)后不良[9-11]。重癥患者多死于呼吸衰竭或多臟器功能衰竭。因而探討PQ中毒引起肺損傷發(fā)病機制及早期有效的治療方法對降低病死率和改善預(yù)后，是臨床亟待解決的問題。

1理化特性PQ純品為白色晶體，分子式為C12H14N2Cl2，相對分子質(zhì)量257.16。以陽離子鹽形式在水中有約700 g/(20℃)的溶解度，幾乎不溶于大多數(shù)有機溶劑，但可溶于水，微溶于低級醇，在酸性及中性溶液中穩(wěn)定，在堿性溶液中水解迅速并可被紫外線照射分解。對普通金屬有較強的腐蝕性，常用劑型為20%水溶液。因它和土壤接觸后快速分解，極少殘留，環(huán)境危害小，被農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛使用。

2代謝途徑PQ可經(jīng)皮膚、呼吸道及消化道不完全吸收，吸收后隨血液分布到全身和各組織器官中，以肺部含量最高，通常是血液的十至數(shù)十倍，可長時間停留在肺部，因其氧化特性使肺臟損傷嚴(yán)重。其次，可分布在腎臟、肝臟、甲狀腺、肌肉，甚至腦髓液中并產(chǎn)生不同程度的損傷[12]。很少在體內(nèi)降解，口服中毒者吸收和排泄速度都快，隨著時間推移，通常以原型伴隨著糞便和尿液排出，少量可以通過乳汁排出，超過90%的PQ主要經(jīng)通過腎臟幾乎在24 h內(nèi)排完[13]。

3急性百草枯中毒的機制

3.1 氧化損傷 近年來，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為PQ中毒主要與體內(nèi)氧化還原反應(yīng),引起肺組織氧化損傷有關(guān)，是參與致肺損傷發(fā)生發(fā)展過程中的重要機制之一[14]。PQ一旦進入人體后，可以逆濃度梯度差的主動重吸收到肺部,并通過NADPH依賴反應(yīng)形成氧化還原循環(huán)，首先導(dǎo)致各種有毒高活性氧自由基激增[15]。如PQ先被NADPH轉(zhuǎn)化為PQ+，PQ+再與O2作用產(chǎn)生超氧陰離子(O2-)[16]，又自我再氧化轉(zhuǎn)變成PQ2+。生成的O2-在SOD作用下可轉(zhuǎn)化為過氧化氫(H2O2)而游離于細(xì)胞膜，在鐵催化[17]的Fenton與Haber-Weiss反應(yīng)下可迅速形成大量羥基自由基(OH-)，并且同時消耗內(nèi)源性過氧氫化酶(CAT)，另外，一氧化氮(NO)又可作用于O2-而產(chǎn)生過氧亞硝酸鹽(HOONO-)。因此，這些反應(yīng)繼續(xù)循環(huán)并引起組織的持續(xù)損傷：①細(xì)胞的正常氧化磷酸化被抑制，并且ATP的合成被阻斷[18]。②使蛋白質(zhì)交聯(lián)、失活，DNA直接損傷，而啟動基因轉(zhuǎn)錄[19]。③各種轉(zhuǎn)錄因子的激活，特別是能夠誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的核因子-κB(NF-κB)的活化，產(chǎn)生大量涉及肺損傷的細(xì)胞因子和炎性介質(zhì)[20]。上述損傷相互作用，自由基的積累和氧原子的攫取對細(xì)胞膜不飽和脂肪酸鏈啟動了脂質(zhì)過氧化(LPO)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生的一系列脂質(zhì)過氧化代謝物可對蛋白質(zhì)起到修飾作用，并且導(dǎo)致其轉(zhuǎn)錄異常。從而誘導(dǎo)過度脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，生成大量MDA[21]，造成細(xì)胞膜和線粒體等部位產(chǎn)生損傷，加重炎癥反應(yīng)。由于內(nèi)源性抗氧化物(SOD、CAT、GSH-Px等)活性的降低和NADH等還原當(dāng)量的耗盡，便會發(fā)生氧化應(yīng)激，因而引發(fā)抗氧化防御能力失衡[22]。以上內(nèi)容均表明，降低脂質(zhì)過氧化物的含量，提高機體抗氧化能力可減輕肺組織損傷。表明氧化損傷在PQ致肺損傷過程中起到了非常重要的作用[23]。

3.2 細(xì)胞因子的作用 自由基造成氧化損傷的同時，產(chǎn)生大量的ROS，能夠誘導(dǎo)NF-κB因子的激活。同時誘導(dǎo)產(chǎn)生的一些趨化因子，致使以多形核白細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞等為代表的肺細(xì)胞激活進而釋放多種細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)(TGF-β1、TNF-α、IL-6)[24]。NF-κB也是參與急性肺損傷和肺間質(zhì)纖維化的重要因子，而TNF-α又是NF-κB 途徑的激活劑。肺組織在氧化損傷時，一方面，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過“細(xì)胞因子級聯(lián)效應(yīng)”啟動炎癥反應(yīng)，一旦啟動開始，形成的炎癥反應(yīng)將難以控制。因“瀑布效應(yīng)”在肺組織中可引起嚴(yán)重的炎性損傷；另一方面，活化的肺細(xì)胞又可通過復(fù)雜的信號通路快速合成和分泌致纖維化細(xì)胞因子，如TGF-β1、TNF-α、IL-6等，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖和聚集，并在肺纖維化的形成和發(fā)展過程中起著極其重要的作用。上述過程使炎癥反應(yīng)持續(xù)放大，構(gòu)成了巨大而復(fù)雜的細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)[25-26]。最終肺內(nèi)炎癥反應(yīng)失控，引起細(xì)胞衰竭，使依賴核苷酸生化反應(yīng)的肺表面活性物質(zhì)無法產(chǎn)生[27]，加速PQ中毒的肺損傷。NF-κB主要存在胞漿中處于失活狀態(tài)，與肺部炎癥的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系緊密，其是調(diào)控炎癥反應(yīng)的重要核轉(zhuǎn)錄因子[28]。TGF-β1可以誘導(dǎo)膠原合成和基質(zhì)改變，在肺纖維化發(fā)生的細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)著重要地位[29-30]。

3.3 細(xì)胞凋亡及基因異常表達 肺泡上皮細(xì)胞凋亡促使肺纖維化的快速發(fā)展。目前研究認(rèn)為引起PQ致肺泡上皮細(xì)胞凋亡的重要因素是氧化應(yīng)激以及抑癌基因P53的上調(diào)[31]。研究表明PQ造成細(xì)胞DNA鏈斷裂和堿基改變等氧化損傷，誘導(dǎo)ROS大量的產(chǎn)生是主要因素[32]。另有研究顯示PQ中毒后，PQ中毒后產(chǎn)生的大量氧自由基可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，使細(xì)胞分化停滯在期G1期，引起細(xì)胞凋亡。

4中毒臨床表現(xiàn)各種接觸途經(jīng)吸收引起的中毒癥狀類似，但農(nóng)務(wù)噴灑過程中吸入中毒癥狀相對較輕，肺損傷的概率也較低。

4.1 局部刺激癥狀 ①皮膚污染可導(dǎo)致接觸性皮炎甚至燒傷，其特征輕者為手皮膚干裂，重者為紅斑、水皰、潰瘍和壞死，指甲也可能被嚴(yán)重?fù)p壞或脫落。②眼部污染出現(xiàn)刺激性流淚、眼痛、結(jié)膜充血和角膜灼傷，如長期不愈可形成永久性角膜混濁。③鼻出血出現(xiàn)在呼吸道吸入者，有咽部刺激癥狀(打噴嚏和刺激性咳嗽)。④通過口服者，可造成口腔、食管、胃、小腸等黏膜的腐蝕和潰瘍。

4.2 全身中毒征象 全身中毒的癥狀與多系統(tǒng)器官有關(guān)。除了肺水腫和出血迅速發(fā)作外，大部分全身性損傷為逐漸發(fā)展，在疾病過程中肺、腎、肝和心臟約1～3 d內(nèi)可能發(fā)生壞死，伴有發(fā)熱。①肺損傷更為突出，組織病理學(xué)改變與氧中毒相似。輕者胸痛、胸悶、咳嗽、咳痰、氣急。重者呼吸窘迫、低氧血癥、紫紺、嚴(yán)重進行性呼吸困難、肺水腫，直至呼吸衰竭而死亡。一般來說，臨床上有三種體征，但也有一些沒有肺損傷的病例。大量口服攝入，肺水腫和肺出血在24 h內(nèi)迅速發(fā)生,死于多臟器衰竭。通常不是大量口服者，肺臟癥狀多發(fā)生在1～2周內(nèi)，可引起肺不張，肺部浸潤，胸膜滲出和肺功能損害，隨后，也逐漸發(fā)生肺纖維化。無明顯肺不張和胸膜滲出的變化是緩慢發(fā)展的肺間質(zhì)浸潤或肺纖維化，隨著疾病的進展，肺功能的損害加劇，并最終發(fā)展成呼吸衰竭而死亡。②消化系統(tǒng)早期有口咽部及食管的灼傷、并有惡心嘔吐、腹痛、腹瀉及便血等表現(xiàn)，食管黏膜表層剝脫癥極少出現(xiàn)，轉(zhuǎn)氨酶升高及黃疸的出現(xiàn)，提示肝功能已損害甚至肝壞死。③尿頻及尿痛可見于膀胱刺激癥狀，出現(xiàn)蛋白尿及血肌酐、尿素氮升高和尿量變化，2～3 d后甚至發(fā)生急性腎功能衰竭。④嚴(yán)重的循環(huán)系統(tǒng)改變可引起中毒性心肌損害，主要表現(xiàn)胸悶、心悸、血壓下降、心電圖S-T節(jié)段和T波改變、心律失常等，甚至心包內(nèi)出血，重癥者在病情無預(yù)兆的情況下突發(fā)心跳驟停而死亡。⑤神經(jīng)系統(tǒng)多見于嚴(yán)重中毒患者，腦為靶器官，包括頭痛、頭暈、精神障礙、嗜睡及昏迷、幻覺、手震顫、抽搐、面神經(jīng)麻痹、腦積水及出血等癥狀。⑥血液系統(tǒng)中骨髓為非靶器官，早期即可出現(xiàn)白細(xì)胞及中性粒細(xì)胞增高，貧血、血小板減少和高鐵血紅蛋白血癥為個別病例，甚至可出現(xiàn)急性造血功能停滯。

5診斷主要根據(jù)有明確的PQ接觸史(皮膚、呼吸道或口服接觸)以及肺損傷和多系統(tǒng)損害的臨床表現(xiàn)來診斷，所有肺損害明顯的患者預(yù)后均差。臨床肺功能和胸片異常，不具有特異性診斷標(biāo)準(zhǔn)。如有必要，毒理學(xué)鑒定是必須的(胃液、血液、尿液和殘留毒物中百草枯的檢測)足以確定診斷。中毒程度分級目前尚無國家標(biāo)準(zhǔn)，參考分級指標(biāo)為。①輕度中毒：PQ攝入量<10 mg/kg，除胃腸道刺激癥狀外，沒有其他明顯的器官損害，肺功能指標(biāo)可暫時性減低，伴有急性輕度中毒性腎損傷。②中、重度中毒：PQ攝入量在10～40 mg/kg，在輕度中毒基礎(chǔ)上，除胃腸道癥狀外伴有多系統(tǒng)損害：急性化學(xué)性肺炎；急性中度中毒性腎損傷；急性輕度中毒性肝損傷；多數(shù)于2～3周內(nèi)死亡。③暴發(fā)中毒：PQ攝人量>40 mg/kg，在中度中毒基礎(chǔ)上，伴有重度口咽糜爛，嚴(yán)重的消化道癥狀和多器官功能衰竭：急性化學(xué)性肺水腫或胸腔積液；縱隔氣腫、氣胸或皮下氣腫；急性呼吸窘迫綜合征或彌漫性肺纖維化；急性重度中毒性腎損傷和中度或重度中毒性肝損傷；多器官功能障礙綜合征；在數(shù)小時至數(shù)日內(nèi)死亡。

6治療

6.1 基礎(chǔ)治療加速毒物排出 通過迅速催吐、洗胃、導(dǎo)瀉來防止和減少PQ的過度吸收，通常應(yīng)用 5% 硫酸鎂、甘露醇、活性炭、蒙脫石持續(xù)口服導(dǎo)瀉，以進一步去除腸道中的PQ[33]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)蒙脫石吸附溶液中PQ的能力明顯優(yōu)于白陶土和活性炭處理，表明蒙脫石對PQ的吸附能力較強，可能起到較好的PQ中毒治療作用，這也是目前惟一公認(rèn)有療效的處理方法[34-35]。皮膚接觸PQ中毒的人應(yīng)脫掉污染的衣服，并用堿性溶液徹底清洗。由于PQ對皮膚黏膜有腐蝕作用，我們洗胃時應(yīng)注意操作輕柔，避免胃腸道發(fā)生穿孔；若患者不適合洗胃，可誘發(fā)患者催吐，攝入人體的PQ主要以腸內(nèi)吸收為主，因此導(dǎo)瀉是非常重要的環(huán)節(jié)。

6.2 藥物治療 PQ中毒目前仍無一種特效的解毒藥，PQ特異性抗體仍處于實驗階段。目前，用于臨床治療的藥物有以下幾類。①競爭性拮抗性藥劑：普萘洛爾(心得安)、阿奇霉素等,可與結(jié)合在肺內(nèi)的PQ爭奪受體，減少體內(nèi)PQ 吸收使其釋放出來，然后被腎臟清除；阿托伐他汀可減輕肺纖維化，其機制與TGF-β有關(guān)[36]；吡非尼酮通過下調(diào)TGF-β1與TNF-α能減輕肺纖維化[37]。②糖皮質(zhì)激素：能抑制炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子的形成和釋放，有效拮抗自由基的損傷，產(chǎn)生非特異性免疫抑制作用，消除肺水腫，抑制肺纖維化，保護機體各器官功能，有效減少發(fā)生 MODS。大劑量甲潑尼龍或地塞米松是治療PQ中毒的主要治療藥物[38]，可降低PQ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，但治療效果尚未達成共識。③細(xì)胞毒性藥物：能將細(xì)胞膜與細(xì)胞中的特殊受體結(jié)合并發(fā)揮強大的抗感染和免疫抑制能力。環(huán)磷酰胺主要在抑制PQ中毒肺的炎性細(xì)胞浸潤方面起重要作用，意在防止肺纖組織維化，療效尚需進一步研究觀察[39]。④鐵螯合劑：去鐵餓可抑制PQ在肺內(nèi)形成氧自由基，來降低氧化應(yīng)激反應(yīng)，目前還沒有證實鐵螯合劑治療APP中毒的確切效果。⑤抗氧化劑：超氧化物歧化酶、維生素C、維生素E、還原型谷胱甘肽和乙酰半胱氨酸等被認(rèn)為是治療PQ中毒的有效抗氧化劑，理論上可清除ROS，減輕肺損傷，但臨床治療效果不明顯[40]。⑥骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞：通過抑制TNF水平，減少成纖維細(xì)胞的遷移和活化，抑制膠原蛋白的產(chǎn)生，抑制炎癥介質(zhì)的釋放，保護肺組織結(jié)構(gòu)，可以更有效地抑制肺纖維化和肺實變[41]。⑦阻斷腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)：螺內(nèi)酯、卡托普利和氯沙坦均能降低PQ中毒大鼠的肺纖維化程度，可能是通過阻斷不同受體抑制重組人結(jié)締組織生長因子蛋白的表達，抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶，降低體內(nèi)羥脯氨酸含量，從而改善肺纖維化程度。但這些藥物都是動物實驗，臨床實踐中缺乏循證醫(yī)學(xué)證據(jù)[42]。⑧中醫(yī)藥治療：臨床實踐證明，中藥在PQ中毒治療中具有獨特的療效[43]。冬蟲夏草、血必凈、丹參、銀杏葉注射液等中藥制劑，對急性百草枯中毒合理使用有助于病情的恢復(fù)，療效均處于探索階段[44]。

6.3 其他治療 ①血液灌流：可以迅速清除毒物的作用基本達成共識，是清除血液中PQ最好最有效措施之一。其通過物理吸附去除血液中PQ是拯救患者的首選，臨床研究表明，血液灌流的最佳時間是在中毒后4 h內(nèi)，早期、重復(fù)、增強血液灌注的效果優(yōu)于普通血液灌流，對預(yù)防腎功能不全有良好療效，進而改善患者預(yù)后[45]。血液凈化療法可以延長百草枯中毒患者的生存時間，但對病死率的影響仍存在爭議。②對于患者腎臟功能的維護是PQ中毒早期治療的基石，補液利尿，促進毒物排泄。③對癥和支持治療，特別應(yīng)注意處理好臟器毒效應(yīng)損傷，給予相應(yīng)的保護維持其生理功能。④應(yīng)盡量避免氧氣治療，早期高濃度吸氧會加重臟器損傷，效果弊大于利，否則可加速患者死亡，因為氧療有增加氧自由基形成的作用。⑤抗凝治療：PQ中毒可伴有肺微循環(huán)障礙，血漿D-二聚體升高。因此，積極的抗凝治療可以幫助改善病情。⑥肺移植手術(shù)為PQ中毒患者的治愈帶來了希望，肺移植可以從根本上逆轉(zhuǎn)PQ中毒的肺纖維化。但是，關(guān)于肺移植治療PQ中毒的報道很少，而且供體的有效成本和高技術(shù)要求難以推廣；人們認(rèn)為早期移植的失敗率很高，原因可能是體內(nèi)殘留的百草枯會損傷供體肺并再次誘發(fā)肺纖維化，因此提倡后期移植治療。

7結(jié)語綜上所述，PQ中毒目前仍沒有特效的治療方法，一旦PQ對機體的損害啟動，所有的治療方法均難以改善患者預(yù)后，因此，PQ中毒應(yīng)強調(diào)早期、全方位治療。所以，需要我們在綜合其內(nèi)源性抗氧化發(fā)病機制的基礎(chǔ)上，對治療不斷地探討、進一步深化對PQ毒理機制的認(rèn)識，尋求新的有效治療藥物，從而挽救更多患者生命。