發煙餅煙霧急性暴露對大鼠血清氧化應激的影響

郭海東 ，楊潤芳 ，劉馨鈺 ，劉軍軍 ，何 瑾，甘子瓊，李宏霞，*

（1. 四川大學華西醫院，四川 成都 610041；2. 應急管理部四川消防研究所，四川 成都610036；3.四川大學建筑與環境學院，四川成都 610041）

使用發煙裝置進行演習導致中毒的事件屢有發生。據報道，解放軍某部醫院曾在1 d時間內收到成批發煙罐煙霧吸入損傷患者[1-2]。2012年樂山市某小學消防演練時室外燃放發煙罐致125名學生中毒，其中刺激反應48例，輕度中毒47例，中度中毒40例，病程1～30 d不等[3-4]。2005年11月沈陽市開展演習時于室內燃放發煙罐導致60人中毒，所幸發現及時，造成的后果不算太嚴重[5]。類似事故告訴我們，發煙材料煙霧的安全性值得關注。

發煙餅由于其容易獲得、價格低廉，且燃燒時能夠產生大量煙霧，常被用作影視拍攝時的道具和消防演習的煙源，模擬真實的場景。然而，盡管已在日常生活中得到大量使用，但其安全性尚未得到廣泛的關注，有關其毒性損傷機制的研究亦未見報道。

氧化應激反應作為諸多疾病及傷害發生發展的重要因素之一，一直以來也是吸入性損傷研究的重點[6-9]。因此，本文將對發煙餅煙霧急性暴露后大鼠血液氧化應激指標的變化進行檢測，探討發煙餅煙霧急性暴露可能的毒性損傷機制，為類似事故的后續治療提供理論支持和依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

成年SD大鼠40只，雌雄各半，體質量180～220 g，由成都達碩實驗動物有限公司提供[生產許可證號：SCXK（川）2015-030]。動物飼養于應急管理部四川消防研究所動物房IVC屏障系統[實驗動物使用許可證號：SCXK（川）2018-068]，室內溫度（23±2）℃，相對濕度（60±10）%，12 h/12 h晝夜交替。大鼠隨機分為5組，即空白對照組和煙染毒后1 h、6 h、24 h、7 d組，每組8只。

1.2 主要試劑與儀器設備

發煙餅為市售白色煙餅。還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）檢測試劑盒由上海茁彩生物科技有限公司提供；酶標儀（Multlskan-Mk3）由賽默飛世爾儀器有限公司生產；優普超純水制造系統（UPH-Ⅱ-10T）由成都超純科技有限公司生產；材料產煙與染毒裝置（ZY6224）由東莞中諾質檢儀器設備有限公司提供；轉輪式切片機（徠卡-2016），由德國徠卡公司提供；全自動封閉式組織脫水機（TSJ-Ⅱ型）、病理組織漂烘儀（PHY-Ⅲ型），購自常州市中威電子儀器有限公司；包埋機（BMJ-Ⅲ型），由常州郊區中威電子儀器廠提供；數碼三目攝像顯微鏡（BA400 Digital），由麥克奧迪實業集團有限公司提供；圖像分析軟件Image-Pro Plus 6.0，由美國Media Cybernetics公司提供。

1.3 實驗方法

1.3.1 產煙及染毒 按《GB/T 20285-2006材料產煙毒性危險分級》設計的產煙裝置進行產煙和染毒[10]。見圖1。將發煙餅碾磨成粉狀，稱取10 g均勻鋪于40 cm長的石英舟內，置于石英管。根據預實驗結果，設置產煙濃度25 mg/m3，加熱溫度600℃，染毒時間10 min。啟動設備后加熱爐以10 mm/min的位移速率向前移動對發煙餅粉末進行加熱，發煙餅粉末在高溫下熱解產煙，通過載氣將熱解煙氣送入動物染毒箱，動物染毒箱留有排氣口及時排出煙氣，在稀釋氣的參與下通過自動控制系統控制染毒箱內煙氣濃度為25 mg/m3，對大鼠進行全身暴露染毒。對于染毒后7 d組，在染毒后第1、3、5、7天分別稱量1次體質量。

圖1 產煙及染毒裝置

1.3.2 氧化應激指標檢測 分別在染毒結束后1 h、6 h、24 h、7 d進行觀察，大鼠經麻醉后股動脈采血，3 000 r/min離心10 min，取上層血清按照試劑盒使用說明書步驟測定GSH、MDA、SOD含量。

1.3.3 組織病理學檢查 動物分別在染毒結束后1 h、6 h、24 h、7 d進行解剖，取氣管和肺行組織病理學檢查。組織臟器保存于10%中性福爾馬林固定液中固定1周，經全自動脫水機脫水、包埋、切片后，采用常規HE染色，用數碼三目攝像系統對切片進行圖像采集，每張切片先于40倍下觀察全部組織，觀察大體病變，選擇要觀察的區域采集100倍和400倍圖片，觀察具體病變。

1.4 統計分析

采用SPSS 23.0進行統計分析，結果用 xˉ±s表示，各指標比較采用單因素方差分析（One-way ANOVA），差異有統計學意義時，采用Dunnett-t檢驗對各劑量組與對照組進行兩兩比較，以α=0.05為檢驗水準。

2 結果

2.1 一般狀況觀察

動物染毒10 min后精神狀態較差，肌肉無力，無法穩定站立，呼吸困難，鼻腔周圍有分泌物，部分動物出現抽搐、腹式呼吸，并伴有哮鳴音。置于新鮮空氣環境中狀態好轉。染毒后24 h和7 d組在觀察期內仍有部分動物未完全恢復，表現為被毛不光滑、不喜動、體型消瘦、呼吸困難，部分仍有哮鳴音。

2.2 體質量變化

對染毒后7 d組大鼠，在染毒后第1、3、5、7天稱量體質量分別為200.86、184.31、194.98、203.42 g發現大鼠體質量在染毒后第3天明顯降低，之后緩慢增加，至第7天觀察期結束后體質量恢復到染毒前水平。見圖2。

圖2 染毒后7 d組大鼠體質量變化情況

2.3 解剖觀察

對各組大鼠呼吸系統進行解剖觀察，發現染毒后24 h組和染毒后7 d組，肺組織明顯腫大，氣道未見明顯異常。見圖3。

2.4 呼吸系統組織病理學檢查

呼吸系統組織病理學檢查可見明顯的損傷，其中染毒后1 h組，2例動物出現氣管組織黏膜下水腫，2例動物出現氣管纖毛倒伏、脫落、中性粒細胞浸潤；染毒后6 h組，4例動物出現氣管組織黏膜下水腫，2例動物出現氣管纖毛倒伏、脫落、中性粒細胞浸潤；染毒后24 h組，1例動物肺泡壁增厚，大片出血，間質性肺炎，3例動物纖毛倒伏、脫落，黏膜下水腫、炎性細胞浸潤；染毒后7 d組，6例動物肺泡壁增厚，大片出血，間質性肺炎，4例動物氣管內炎性細胞浸潤，纖毛倒伏、脫落，黏膜下水腫、大量蛋白滲出。其余動物及空白對照組未見明顯異常。見圖4。

圖3 肺組織大體觀察

2.5 氧化應激指標變化情況

見表1，染毒后6 h、24 h、7 d組大鼠血清中GSH濃度分別為1.177、1.109、1.076 ng/mL，與空白對照組相比均明顯降低（P＜0.05或P＜0.01）；染毒后7 d組大鼠血清中MDA濃度為1.008 nmol/mL，與空白對照組相比均明顯升高（P＜0.01）；染毒后24 h和7 d組大鼠血清中SOD濃度分別為1.294、1.260 ng/mL，與空白對照組相比均顯著降低（P＜0.05）；其余各組氧化應激指標變化差異不明顯（P＞0.05）。

表1 染毒后大鼠氧化應激指標水平的變化s，n=8）

表1 染毒后大鼠氧化應激指標水平的變化s，n=8）

與空白對照組相比，*P＜0.05，**P＜0.01.

組別空白對照組染毒后1 h 6 h 24 h 7 d GSH濃度/（ng/mL）1.506±0.149 1.425±0.194 1.177±0.332*1.109±0.245**1.076±0.274**MDA 濃度/（nmol/mL）0.751±0.065 0.766±0.121 0.863±0.199 0.900±0.176 1.008±0.134**SOD濃度/（ng/mL）1.594±0.280 1.530±0.141 1.409±0.164 1.294±0.291*1.260±0.190*

3 討論

煙霧吸入性損傷是火災及類似事故常見的傷害之一，也是此類事故中人員傷亡的主要因素。目前認為，煙霧吸入性損傷主要由以下3個致傷因素導致[11]：①貧氧，環境中氧濃度降低或吸入窒息性氣體如CO、HCN等可引起機體缺氧窒息；②熱量，吸入燃燒產生的高溫煙氣會造成呼吸道黏膜、甚至肺實質損傷，常見的如喉頭水腫、黏膜上皮脫落引起呼吸道阻塞；③毒性氣體及顆粒物，這是導致煙霧吸入性損傷最主要的因素，這些物質會激發機體炎癥反應，引起一系列的病理生理改變，從而造成機體傷害。其中，氧化應激和炎癥反應起到了關鍵性的作用[12]。

在本實驗中，筆者觀察到動物在煙氣暴露10 min后，出現明顯的精神癥狀和刺激反應癥狀。為了進一步探討此類傷害的發生發展過程，分別在染毒后1 h、6 h、24 h、7 d觀察動物的癥狀，檢測其血清中氧化應激指標的變化，并對氣管和肺作組織病理學檢查。結果顯示，刺激反應會持續存在，呼吸系統損傷較重，表現為肺組織肉眼可見腫大，組織病理學檢查可見氣管和肺炎癥反應明顯，并嚴重影響動物的進食，造成體質量明顯下降。染毒后不同時間點血清氧化應激水平檢測提示染毒后6 h即可出現明顯的氧化應激反應，表現為GSH水平降低，染毒后24 h，GSH和SOD同時降低，染毒后7 d，GSH、SOD明顯降低，同時MDA顯著升高。因此可以認為，氧化應激持續參與了發煙餅煙霧吸入損傷的發生發展過程，與有關煙霧吸入性損傷的文獻報道一致[8，12-14]。

氧化應激是指機體在遭受各種有害刺激時，體內氧化系統和抗氧化系統失衡，從而導致組織損傷[6]。GSH、SOD作為體內重要的抗氧化劑和自由基清除劑，可與自由基、重金屬等結合，把機體內有害的毒物轉化為無害的物質，排泄出體外，反映了機體抗氧化能力的水平；MDA作為脂質過氧化最重要的產物之一，其含量變化直接反映了機體氧化損傷的程度，因此檢測以上3個指標在一定程度上可以反映機體氧化和抗氧化水平的狀態。本研究中，筆者發現，氧化應激最開始主要表現為機體抗氧化能力不足，GSH和SOD分別在染毒后6 h和24 h開始降低，隨著時間的進展，氧化應激則表現為直接氧化反應增強，染毒后7 d組大鼠血清MDA濃度明顯升高，機體氧化/抗氧化能力失衡，導致氧化損傷。因此，提示在此類煙霧吸入傷員的救治中，應持續關注氧化應激反應，同時可以給予抗氧化藥物，以恢復機體的氧化/抗氧化平衡。

圖4 呼吸系統組織病理學檢查（HE染色）