百草枯中毒致急性肺損傷發病機制研究進展

鄭慧新 李春花 任成山

百草枯中毒致急性肺損傷發病機制研究進展

Pathogenetic process of acute lung injury caused by paraquat poisoning

鄭慧新1李春花2任成山2

中毒，毒性，百草枯； 急性肺損傷； 發病機制； 急性肺泡炎

百草枯(paraquat, PQ)是一種高效能的非選擇性接觸型除草劑(pesticides)，對人畜具有很強的毒性，誤服或自服可引起急性中毒，已成為目前農藥中毒致死事件的常見病因[1-2]。PQ成人致死量為20%水溶液5～15 ml(20～40 mg/kg)。近年來臨床上急性PQ中毒事件頻頻發生，由于目前急性PQ中毒后尚無特效解毒藥物，因此，預后極差[2-3]。文獻報道急性PQ中毒病死率>50%，一般在50%～70%，甚至更高[1-2，4]。誤服或自服是PQ中毒的主要途徑。PQ毒性累及全身多個臟器，肺是主要損傷的靶器官，可導致“百草枯肺”(paraquat lung)。早期表現為急性肺損傷(acute lung injury, ALI)，隨著病情的進展可發生急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)，后期則發生肺泡內和肺間質纖維化(pulmonary interstitial fibrosis)。嚴重者可導致多器官功能障礙綜合征(multiple organ dysfuction syndrome, MODS)[2]。現對近年來PQ中毒導致ALI在自由基、氧化應激、線粒體損傷，以及細胞凋亡等有關發病機制研究進展及臨床過程進行綜述[5]。

一、PQ中毒流行病學

在許多發展中國家，甚至發達國家，殺蟲劑已成為嚴重威脅公共健康的隱患。據估計，亞太地區每年大約有300 000例中毒死亡與之相關[5-6]。以斯里蘭卡(Sri Lanka)的年度統計為例，每100 000人口中就有3～400例因殺蟲劑而中毒[5-7]。許多國家報道的病例中，盡管大多數患者因有機磷酸酯類殺蟲劑中毒而住院，但PQ等除草劑因其較強的致命性成為該類死亡的頭號殺手[5，8]。據統計，1986年到1990年間，特立尼達(Trindad)和多巴哥(Tobago)共和國有63%的中毒死亡病例中是PQ中毒直接導致的。在南特立尼達，1996年到1997年間PQ中毒死亡高達76%；在薩摩亞(Samoa)，1979年到2000年間PQ中毒死亡為70%[9]。PQ中毒不僅限于發展中國家，從1945年到1989年間，英格蘭(England)和威爾士(Wales)有56%的殺蟲劑中毒死亡病例中與PQ中毒有關[10-11]。在美國(American)毒物監控中心的一份全國2008年度中毒數據報告中，PQ也被指證為最可能導致死亡的一種有毒化學藥劑[12]。在我國PQ中毒患者亦是非常多見，已成為繼有機磷農藥中毒之后第二位，但中毒后死亡絕對數第一位[2]。文獻檢索1999年至2013年5年間，中國大陸PQ中毒僅文獻報道達1882篇，平均每年報道PQ中毒文獻376篇，由此可見，PQ中毒在全球普遍存在，且PQ中毒后病死率較高，有報道急性PQ中毒病死率>50%，甚至有高達60%～80%[13]。因此，大多數歐洲國家，以及斯里蘭卡都將其PQ列為禁用農藥行列[14-15]。所以，了解PQ中毒流行病學，有利于預防PQ中毒。

二、PQ藥代動力學

PQ商品名一掃光、克蕪蹤等，化學名稱：1，1′-甲基-4，4′-聯吡啶陽離子鹽(1，1′-dimethyl-4,4′ dipyridinium cation)[5，13]。PQ屬于高毒性，主要中毒途徑是口服，其次是皮膚接觸吸入、植物殘留等。一旦攝入，PQ被身體迅速但不完全吸收，口服后胃腸道的吸收率5%～15%，毒性快速分布到肺、肝、腎和肌肉中，其分布濃度約為1.2～1.6 L/kg-1[5]。PQ與土壤接觸后失活，在堿性環境中迅速被水解[16]。空腹攝入約2小時血液濃度達高峰值，吸收場所主要在空腸，6～12小時后大部分已進入血液循環，12～24小時后血液濃度明顯下降，PQ與血漿蛋白結合很少，在腎小管中不被重吸收，以原形90%的PQ成分從尿液中排出，10%經腸道排出[5，17]。當腎功能受損時，PQ清除率可下降10～20倍。利用時間遞減觀測，能很好地檢測PQ血液濃度。通過動力學參數的非線性變化，跟蹤記錄各器官毒性損害，對靶器官毒性生物有效性和臟器功能損傷程度為準。損傷器官中以肺臟和腎臟含量最高，肝臟次之，且維持時間較久[5，18]。肺組織內PQ濃度可達血液中毒物含量的10～90倍，因此，肺臟是其主要損傷的靶器官[19]。PQ在肺內聚集主要與肺內聚胺類的物質主動攝取系統有關[20]。

三、PQ中毒肺損傷機制

2. 氧化應激和還原酶的氧化: 脂質過氧化(lipid peroxidation)自由基親電子從不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids, PUFA)中獲取氫氧原子從而引起氧化反應。動物和人類的體外研究已經證實PQ而誘導脂質過氧化反應[5]。廣泛的脂質過氧化反應會破壞細胞膜功能而且能觸發細胞凋亡(cellapoptosis, CAP)。有學者認為脂質過氧化反應是PQ中毒后一系列反應中最關鍵的最初病理生理進程，盡管這一進程的重要性還沒有被廣泛接受，而也有學者假設某些病變后會受到脂質過氧反應的影響。PQ的氧化還原反應中還原酶被迅速氧化，而這個過程已經被假定會對細胞代謝產生次生變化以及在應對氧化應激(oxidative stress)時削弱防御，以減少谷胱甘肽(glutathione)的產生。果糖二磷酸鈉(fructose dipllosphate sodium)會加重PQ的毒性，而這一結果正是通過抑制戊糖磷酸循環補充還原酶時產生的副作用。

3. 線粒體損傷、CAP、NF-κB活化：PQ已被證實可造成多種細胞的線粒體(mitochondria)損傷。線粒體中的復合物Ⅰ〔NADH泛醌氧化還原酶(ubiquinone oxidoreductase)〕似乎可以大量分解PQ。有研究表明，破壞線粒體一旦進入基質，在哺乳動物體內，被復合物Ⅰ分解的PQ就會形成過氧化物[27]。PQ誘發基于Ca2+及線粒體內膜滲透性增長，很可能是由于脂質過氧化，導致了膜去極化，解偶聯和基質腫脹。PQ產生的活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活化的核因子Kappa B(nuclear factor kappa B, NF-κB)而誘發細胞凋亡(apoptosis)。而同時又可以誘導細胞核固縮和DNA分裂[28-30]。過氧硝酸鹽(peroxynitrite)還能與蛋白、脂質和DNA發生反應，從而改變細胞酶和標記通路，最終導致體內平衡紊亂和細胞凋亡[31]。ROS能在潛伏形態下激活NF-κB[32]。在正常細胞中，NF-κB分一種抑菌蛋白(inhibitory protein)結合在一起的酪氨酸蛋白。由于NF-κB的誘導迅速磷酸化，一旦被激活，NF-κB就會易位到細胞核而與催化劑結合從而引起靶基因炎癥。結果NF-κB就會誘導炎癥因子和趨化因子的轉錄。同時又會導致血小板聚集(platelet aggregation)、纖維增生(fibrogenesis)以及聚合更多的炎癥細胞[33]。

注：還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADP)；還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)；谷胱甘肽(GSH)；氧化型谷胱甘肽(GSSG)；超氧化物歧化酶(SOD)；過氧化氫酶(CAT);谷胱甘肽還原酶(Gred);谷胱甘肽過氧化物酶(GPx);芬頓反應(FR);Haber-Weiss反應(HWR)；過氧化亞硝酸離子(ONOO-)；羥自由基(OH-)；超氧陰離子()。1-8:可用治療方案的潛在作用部位。1:活性炭和漂白土;2:透析;3、4、6和8:水楊酸酯;5和8:乙酰半胱氨酸;7(P-糖蛋白誘導):地塞米松;4:免疫抑制；free radicals:自由基；tissue damage:組織損傷;transcription of proinflammatory proteins:轉錄促炎蛋白

四、PQ中毒器官病理改變

PQ毒性對肺部損傷最為嚴重，常常導致急性肺泡炎(acute alveolitis)。進一步的病理改變可能有肺泡明顯萎陷、血管栓塞，以及血小板活化和多形核白細胞在血管內皮聚集[34]。PQ毒性在肺部通常導致受損細胞的凋亡[35-36]。PQ毒性在肺部進一步對肺泡上皮細胞損傷，在急性損傷期“Ⅰ”和“Ⅱ”型肺炎腫脹階段，肺部開始出現腫脹，形成空泡，線粒體和內質網(endoplasmic reticulum)遭到破壞。肺泡的脫落與肺水腫有關。緊接著是增生期，肺泡空間被單核細胞和促纖維母細胞填充，在數天到幾周的時間后形成不可逆轉的肺纖維化。受PQ毒性影響的腎臟則出現近曲小管空泡，肝臟則發生內質網脫顆粒和線粒體損傷，并引起肝細胞阻塞和損害，進而導致多臟器細胞壞死。上述病變可在數小時到幾天內觀察到[5]。

五、PQ中毒后臨床過程

PQ中毒的臨床表現由其攝入量有關，大量攝入濃縮液體類PQ(>50～100 ml of 20% ion w/v)則導致爆發性器官衰竭(fulminant organ failure)，如肺水腫、心臟、腎和肝功能衰竭，以及中樞神經系統(central nervous system, CNS)導致驚厥。PQ中毒患者一般先期出現缺氧、休克及代謝性酸中毒，然后在數小時至幾天內由于多器官衰竭而死亡[5]。

對于PQ少量攝入通常在2～6天發生肺和腎臟兩大器官損傷，在臨床上常稱為“中至重度”中毒，但病死率仍超過50%。這類中毒腎功能衰竭(renal failure)發展相當迅速，肌酐和/或半胱氨酸蛋白酶抑制劑-C的濃度可在第一天進行監測，同時也有利于預測將要出現的臨床情況[37]。隨著攝入PQ量的增加，而PQ毒性在肺部集中，則引起肺組織細胞損傷，其主要的后果是肺部氣體交換減少和發生呼吸功能障礙。肺損傷病變分為兩個階段：急性肺泡炎發生在1～3 d，然后繼發于肺纖維化；繼而患者在3～7 d內發生呼吸困難，并最終在5周后死于肺部纖維化，而引發嚴重的低氧血癥。肝毒性，如黃疸和轉氨酶升高，也是PQ中毒患者的常見臨床表現。然而，無論是腎臟和肝臟損傷都不是臨床常見的致死原因，存活下來的患者中，均未發現對這些器官的長期影響。

對于攝入PQ濃縮劑的中毒患者而言，食管和胃腸道毒性反應也是臨床普遍現象。口腔和舌頭〔百草枯舌(paraquat tongue)〕的黏膜病變開始出現在最初幾天，并可形成潰瘍性出血。因而，咽喉、食道和胃腸黏膜損傷后病變也很常見，有些患者甚至更險惡。這可能能會導致食管和胃腸道的穿孔，以及縱隔和/或縱隔氣腫。這是由于PQ直接腐蝕黏膜的影響死亡率而被臨床上低估。這是由于對PQ攝入過程具有能量依賴性和時間的相關性[5，38]。

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(本文編輯：黃紅稷)

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10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2014.05.023

1400037 重慶，第三軍醫大學新橋醫院門診部2400037 重慶，第三軍醫大學新橋醫院消化內科

李春花， Email: lch567@sohu.com 任成山， Email: xqcjld@163.com

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2014-09-23)