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.空軍軍醫大學西京醫院急診科(西安710032)，2.陜西省軍區第八干部休養所門診部(西安710061)，3.解放軍第三二三醫院(西安710054)

主題詞 百草枯 中毒 肺纖維化 診斷 治療

百草枯(Paraquat,PQ)屬于二聯吡啶類除草劑，因其效能高，殘留量少，與土壤結合后迅速失活等，是我國當前使用最廣泛的一類除草劑[1]，具有接觸毒性和一定內吸性。PQ對人類和家畜都有很強的毒性，其可經消化道、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，是目前在部分地區醫院急診科常見的死亡絕對數占第一位的農藥中毒類型[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]。研究結果發現百草枯急性中毒后進入人體可使肺、腎、肝、腦等多器官出現損傷，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主要經由肺泡上皮細胞和氣管CIara細胞的主動轉運進入肺部，由于PQ具有較強的氧化能力，在肺內通過對脂類、蛋白質氧化產生大量自由基，導致細胞和組織損傷，這使得細胞不能有效地執行正常的生化反應，同時使肺臟發生炎癥反應，早期以炎性細胞浸潤、上皮細胞變性凋亡[7-8]、肺泡出血和水腫、肺不張等急性肺損傷(ALI)癥狀為特征。晚期出現肺間質纖維化，而進展性發展為急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)，而絕大多數存活患者存在肺間質纖維化且預后不良[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中毒引起肺損傷發病機制及早期有效的治療方法對降低病死率和改善預后，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，環境危害小，被農業領域廣泛使用。

2代謝途徑PQ可經皮膚、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十倍，可長時間停留在肺部，因其氧化特性使肺臟損傷嚴重。其次，可分布在腎臟、肝臟、甲狀腺、肌肉，甚至腦髓液中并產生不同程度的損傷[12]。很少在體內降解，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主要經通過腎臟幾乎在24 h內排完[13]。

3急性百草枯中毒的機制

3.1 氧化損傷 近年來，大多數學者認為PQ中毒主要與體內氧化還原反應,引起肺組織氧化損傷有關，是參與致肺損傷發生發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依賴反應形成氧化還原循環，首先導致各種有毒高活性氧自由基激增[15]。如PQ先被NADPH轉化為PQ+，PQ+再與O2作用產生超氧陰離子(O2-)[16]，又自我再氧化轉變成PQ2+。生成的O2-在SOD作用下可轉化為過氧化氫(H2O2)而游離于細胞膜，在鐵催化[17]的Fenton與Haber-Weiss反應下可迅速形成大量羥基自由基(OH-)，并且同時消耗內源性過氧氫化酶(CAT)，另外，一氧化氮(NO)又可作用于O2-而產生過氧亞硝酸鹽(HOONO-)。因此，這些反應繼續循環并引起組織的持續損傷：①細胞的正常氧化磷酸化被抑制，并且ATP的合成被阻斷[18]。②使蛋白質交聯、失活，DNA直接損傷，而啟動基因轉錄[19]。③各種轉錄因子的激活，特別是能夠誘導轉錄的核因子-κB(NF-κB)的活化，產生大量涉及肺損傷的細胞因子和炎性介質[20]。上述損傷相互作用，自由基的積累和氧原子的攫取對細胞膜不飽和脂肪酸鏈啟動了脂質過氧化(LPO)的鏈式反應，產生的一系列脂質過氧化代謝物可對蛋白質起到修飾作用，并且導致其轉錄異常。從而誘導過度脂質過氧化反應，生成大量MDA[21]，造成細胞膜和線粒體等部位產生損傷，加重炎癥反應。由于內源性抗氧化物(SOD、CAT、GSH-Px等)活性的降低和NADH等還原當量的耗盡，便會發生氧化應激，因而引發抗氧化防御能力失衡[22]。以上內容均表明，降低脂質過氧化物的含量，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 細胞因子的作用 自由基造成氧化損傷的同時，產生大量的ROS，能夠誘導NF-κB因子的激活。同時誘導產生的一些趨化因子，致使以多形核白細胞、肺泡巨噬細胞、肺泡上皮細胞等為代表的肺細胞激活進而釋放多種細胞因子、炎癥介質(TGF-β1、TNF-α、IL-6)[24]。NF-κB也是參與急性肺損傷和肺間質纖維化的重要因子，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，網絡系統通過“細胞因子級聯效應”啟動炎癥反應，一旦啟動開始，形成的炎癥反應將難以控制。因“瀑布效應”在肺組織中可引起嚴重的炎性損傷；另一方面，活化的肺細胞又可通過復雜的信號通路快速合成和分泌致纖維化細胞因子，如TGF-β1、TNF-α、IL-6等，誘導成纖維細胞增殖和聚集，并在肺纖維化的形成和發展過程中起著極其重要的作用。上述過程使炎癥反應持續放大，構成了巨大而復雜的細胞因子網絡[25-26]。最終肺內炎癥反應失控，引起細胞衰竭，使依賴核苷酸生化反應的肺表面活性物質無法產生[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，與肺部炎癥的發生、發展關系緊密，其是調控炎癥反應的重要核轉錄因子[28]。TGF-β1可以誘導膠原合成和基質改變，在肺纖維化發生的細胞因子網絡中占據著重要地位[29-30]。

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

4中毒臨床表現各種接觸途經吸收引起的中毒癥狀類似，但農務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，指甲也可能被嚴重損壞或脫落。②眼部污染出現刺激性流淚、眼痛、結膜充血和角膜灼傷，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器官有關。除了肺水腫和出血迅速發作外，大部分全身性損傷為逐漸發展，在疾病過程中肺、腎、肝和心臟約1～3 d內可能發生壞死，伴有發熱。①肺損傷更為突出，組織病理學改變與氧中毒相似。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內迅速發生,死于多臟器衰竭。通常不是大量口服者，肺臟癥狀多發生在1～2周內，可引起肺不張，肺部浸潤，胸膜滲出和肺功能損害，隨后，也逐漸發生肺纖維化。無明顯肺不張和胸膜滲出的變化是緩慢發展的肺間質浸潤或肺纖維化，隨著疾病的進展，肺功能的損害加劇，并最終發展成呼吸衰竭而死亡。②消化系統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，食管黏膜表層剝脫癥極少出現，轉氨酶升高及黃疸的出現，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，出現蛋白尿及血肌酐、尿素氮升高和尿量變化，2～3 d后甚至發生急性腎功能衰竭。④嚴重的循環系統改變可引起中毒性心肌損害，主要表現胸悶、心悸、血壓下降、心電圖S-T節段和T波改變、心律失常等，甚至心包內出血，重癥者在病情無預兆的情況下突發心跳驟停而死亡。⑤神經系統多見于嚴重中毒患者，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、面神經麻痹、腦積水及出血等癥狀。⑥血液系統中骨髓為非靶器官，早期即可出現白細胞及中性粒細胞增高，貧血、血小板減少和高鐵血紅蛋白血癥為個別病例，甚至可出現急性造血功能停滯。

5診斷主要根據有明確的PQ接觸史(皮膚、呼吸道或口服接觸)以及肺損傷和多系統損害的臨床表現來診斷，所有肺損害明顯的患者預后均差。臨床肺功能和胸片異常，不具有特異性診斷標準。如有必要，毒理學鑒定是必須的(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準，參考分級指標為。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，在輕度中毒基礎上，除胃腸道癥狀外伴有多系統損害：急性化學性肺炎；急性中度中毒性腎損傷；急性輕度中毒性肝損傷；多數于2～3周內死亡。③暴發中毒：PQ攝人量>40 mg/kg，在中度中毒基礎上，伴有重度口咽糜爛，嚴重的消化道癥狀和多器官功能衰竭：急性化學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；在數小時至數日內死亡。

6治療

6.1 基礎治療加速毒物排出 通過迅速催吐、洗胃、導瀉來防止和減少PQ的過度吸收，通常應用 5% 硫酸鎂、甘露醇、活性炭、蒙脫石持續口服導瀉，以進一步去除腸道中的PQ[33]。近年來，研究發現經蒙脫石吸附溶液中PQ的能力明顯優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有療效的處理方法[34-35]。皮膚接觸PQ中毒的人應脫掉污染的衣服，并用堿性溶液徹底清洗。由于PQ對皮膚黏膜有腐蝕作用，我們洗胃時應注意操作輕柔，避免胃腸道發生穿孔；若患者不適合洗胃，可誘發患者催吐，攝入人體的PQ主要以腸內吸收為主，因此導瀉是非常重要的環節。

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,可與結合在肺內的PQ爭奪受體，減少體內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[36]；吡非尼酮通過下調TGF-β1與TNF-α能減輕肺纖維化[37]。②糖皮質激素：能抑制炎癥介質和細胞因子的形成和釋放，有效拮抗自由基的損傷，產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誘導的細胞毒性，但治療效果尚未達成共識。③細胞毒性藥物：能將細胞膜與細胞中的特殊受體結合并發揮強大的抗感染和免疫抑制能力。環磷酰胺主要在抑制PQ中毒肺的炎性細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在肺內形成氧自由基，來降低氧化應激反應，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骨髓間充質干細胞：通過抑制TNF水平，減少成纖維細胞的遷移和活化，抑制膠原蛋白的產生，抑制炎癥介質的釋放，保護肺組織結構，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：螺內酯、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締組織生長因子蛋白的表達，抑制血管緊張素轉換酶，降低體內羥脯氨酸含量，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學證據[42]。⑧中醫藥治療：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，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，早期、重復、增強血液灌注的效果優于普通血液灌流，對預防腎功能不全有良好療效，進而改善患者預后[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，特別應注意處理好臟器毒效應損傷，給予相應的保護維持其生理功能。④應盡量避免氧氣治療，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PQ中毒的肺纖維化。但是，關于肺移植治療PQ中毒的報道很少，而且供體的有效成本和高技術要求難以推廣；人們認為早期移植的失敗率很高，原因可能是體內殘留的百草枯會損傷供體肺并再次誘發肺纖維化，因此提倡后期移植治療。

7結語綜上所述，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后，因此，PQ中毒應強調早期、全方位治療。所以，需要我們在綜合其內源性抗氧化發病機制的基礎上，對治療不斷地探討、進一步深化對PQ毒理機制的認識，尋求新的有效治療藥物，從而挽救更多患者生命。