急性百草枯中毒肺损伤机制和临床治疗研究进展

雷亚莉,张新彧,刘 瑛

1.空军军医大学西京医院急诊科(西安710032)，2.陕西省军区第八干部休养所门诊部(西安710061)，3.解放军第三二三医院(西安710054)

主题词 百草枯 中毒 肺纤维化 诊断 治疗

百草枯(Paraquat,PQ)属于二联吡啶类除草剂，因其效能高，残留量少，与土壤结合后迅速失活等，是我国当前使用最广泛的一类除草剂[1]，具有接触毒性和一定内吸性。PQ对人类和家畜都有很强的毒性，其可经消化道、皮肤和呼吸道吸收，造成急性百草枯中毒(APP)的主要原因是自杀性口服和误服，是目前在部分地区医院急诊科常见的死亡绝对数占第一位的农药中毒类型[2]。其起病凶险，病情变化迅速。在临床治疗中目前尚无确切有效的救治手段[3]，病死率高达50%～80%[4-6]。研究结果发现百草枯急性中毒后进入人体可使肺、肾、肝、脑等多器官出现损伤，但其中肺是主要的靶器官，在肺组织中的浓度最高，是血浆浓度的10～90倍，PQ全部通过肺脏多胺摄取系统主要经由肺泡上皮细胞和气管CIara细胞的主动转运进入肺部，由于PQ具有较强的氧化能力，在肺内通过对脂类、蛋白质氧化产生大量自由基，导致细胞和组织损伤，这使得细胞不能有效地执行正常的生化反应，同时使肺脏发生炎症反应，早期以炎性细胞浸润、上皮细胞变性凋亡[7-8]、肺泡出血和水肿、肺不张等急性肺损伤(ALI)症状为特征。晚期出现肺间质纤维化，而进展性发展为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)，而绝大多数存活患者存在肺间质纤维化且预后不良[9-11]。重症患者多死于呼吸衰竭或多脏器功能衰竭。因而探讨PQ中毒引起肺损伤发病机制及早期有效的治疗方法对降低病死率和改善预后，是临床亟待解决的问题。

1理化特性PQ纯品为白色晶体，分子式为C12H14N2Cl2，相对分子质量257.16。以阳离子盐形式在水中有约700 g/(20℃)的溶解度，几乎不溶于大多数有机溶剂，但可溶于水，微溶于低级醇，在酸性及中性溶液中稳定，在碱性溶液中水解迅速并可被紫外线照射分解。对普通金属有较强的腐蚀性，常用剂型为20%水溶液。因它和土壤接触后快速分解，极少残留，环境危害小，被农业领域广泛使用。

2代谢途径PQ可经皮肤、呼吸道及消化道不完全吸收，吸收后随血液分布到全身和各组织器官中，以肺部含量最高，通常是血液的十至数十倍，可长时间停留在肺部，因其氧化特性使肺脏损伤严重。其次，可分布在肾脏、肝脏、甲状腺、肌肉，甚至脑髓液中并产生不同程度的损伤[12]。很少在体内降解，口服中毒者吸收和排泄速度都快，随着时间推移，通常以原型伴随着粪便和尿液排出，少量可以通过乳汁排出，超过90%的PQ主要经通过肾脏几乎在24 h内排完[13]。

3急性百草枯中毒的机制

3.1 氧化损伤 近年来，大多数学者认为PQ中毒主要与体内氧化还原反应,引起肺组织氧化损伤有关，是参与致肺损伤发生发展过程中的重要机制之一[14]。PQ一旦进入人体后，可以逆浓度梯度差的主动重吸收到肺部,并通过NADPH依赖反应形成氧化还原循环，首先导致各种有毒高活性氧自由基激增[15]。如PQ先被NADPH转化为PQ+，PQ+再与O2作用产生超氧阴离子(O2-)[16]，又自我再氧化转变成PQ2+。生成的O2-在SOD作用下可转化为过氧化氢(H2O2)而游离于细胞膜，在铁催化[17]的Fenton与Haber-Weiss反应下可迅速形成大量羟基自由基(OH-)，并且同时消耗内源性过氧氢化酶(CAT)，另外，一氧化氮(NO)又可作用于O2-而产生过氧亚硝酸盐(HOONO-)。因此，这些反应继续循环并引起组织的持续损伤：①细胞的正常氧化磷酸化被抑制，并且ATP的合成被阻断[18]。②使蛋白质交联、失活，DNA直接损伤，而启动基因转录[19]。③各种转录因子的激活，特别是能够诱导转录的核因子-κB(NF-κB)的活化，产生大量涉及肺损伤的细胞因子和炎性介质[20]。上述损伤相互作用，自由基的积累和氧原子的攫取对细胞膜不饱和脂肪酸链启动了脂质过氧化(LPO)的链式反应，产生的一系列脂质过氧化代谢物可对蛋白质起到修饰作用，并且导致其转录异常。从而诱导过度脂质过氧化反应，生成大量MDA[21]，造成细胞膜和线粒体等部位产生损伤，加重炎症反应。由于内源性抗氧化物(SOD、CAT、GSH-Px等)活性的降低和NADH等还原当量的耗尽，便会发生氧化应激，因而引发抗氧化防御能力失衡[22]。以上内容均表明，降低脂质过氧化物的含量，提高机体抗氧化能力可减轻肺组织损伤。表明氧化损伤在PQ致肺损伤过程中起到了非常重要的作用[23]。

3.2 细胞因子的作用 自由基造成氧化损伤的同时，产生大量的ROS，能够诱导NF-κB因子的激活。同时诱导产生的一些趋化因子，致使以多形核白细胞、肺泡巨噬细胞、肺泡上皮细胞等为代表的肺细胞激活进而释放多种细胞因子、炎症介质(TGF-β1、TNF-α、IL-6)[24]。NF-κB也是参与急性肺损伤和肺间质纤维化的重要因子，而TNF-α又是NF-κB 途径的激活剂。肺组织在氧化损伤时，一方面，网络系统通过“细胞因子级联效应”启动炎症反应，一旦启动开始，形成的炎症反应将难以控制。因“瀑布效应”在肺组织中可引起严重的炎性损伤；另一方面，活化的肺细胞又可通过复杂的信号通路快速合成和分泌致纤维化细胞因子，如TGF-β1、TNF-α、IL-6等，诱导成纤维细胞增殖和聚集，并在肺纤维化的形成和发展过程中起着极其重要的作用。上述过程使炎症反应持续放大，构成了巨大而复杂的细胞因子网络[25-26]。最终肺内炎症反应失控，引起细胞衰竭，使依赖核苷酸生化反应的肺表面活性物质无法产生[27]，加速PQ中毒的肺损伤。NF-κB主要存在胞浆中处于失活状态，与肺部炎症的发生、发展关系紧密，其是调控炎症反应的重要核转录因子[28]。TGF-β1可以诱导胶原合成和基质改变，在肺纤维化发生的细胞因子网络中占据着重要地位[29-30]。

3.3 细胞凋亡及基因异常表达 肺泡上皮细胞凋亡促使肺纤维化的快速发展。目前研究认为引起PQ致肺泡上皮细胞凋亡的重要因素是氧化应激以及抑癌基因P53的上调[31]。研究表明PQ造成细胞DNA链断裂和碱基改变等氧化损伤，诱导ROS大量的产生是主要因素[32]。另有研究显示PQ中毒后，PQ中毒后产生的大量氧自由基可导致内皮细胞的损伤，使细胞分化停滞在期G1期，引起细胞凋亡。

4中毒临床表现各种接触途经吸收引起的中毒症状类似，但农务喷洒过程中吸入中毒症状相对较轻，肺损伤的概率也较低。

4.1 局部刺激症状 ①皮肤污染可导致接触性皮炎甚至烧伤，其特征轻者为手皮肤干裂，重者为红斑、水疱、溃疡和坏死，指甲也可能被严重损坏或脱落。②眼部污染出现刺激性流泪、眼痛、结膜充血和角膜灼伤，如长期不愈可形成永久性角膜混浊。③鼻出血出现在呼吸道吸入者，有咽部刺激症状(打喷嚏和刺激性咳嗽)。④通过口服者，可造成口腔、食管、胃、小肠等黏膜的腐蚀和溃疡。

4.2 全身中毒征象 全身中毒的症状与多系统器官有关。除了肺水肿和出血迅速发作外，大部分全身性损伤为逐渐发展，在疾病过程中肺、肾、肝和心脏约1～3 d内可能发生坏死，伴有发热。①肺损伤更为突出，组织病理学改变与氧中毒相似。轻者胸痛、胸闷、咳嗽、咳痰、气急。重者呼吸窘迫、低氧血症、紫绀、严重进行性呼吸困难、肺水肿，直至呼吸衰竭而死亡。一般来说，临床上有三种体征，但也有一些没有肺损伤的病例。大量口服摄入，肺水肿和肺出血在24 h内迅速发生,死于多脏器衰竭。通常不是大量口服者，肺脏症状多发生在1～2周内，可引起肺不张，肺部浸润，胸膜渗出和肺功能损害，随后，也逐渐发生肺纤维化。无明显肺不张和胸膜渗出的变化是缓慢发展的肺间质浸润或肺纤维化，随着疾病的进展，肺功能的损害加剧，并最终发展成呼吸衰竭而死亡。②消化系统早期有口咽部及食管的灼伤、并有恶心呕吐、腹痛、腹泻及便血等表现，食管黏膜表层剥脱症极少出现，转氨酶升高及黄疸的出现，提示肝功能已损害甚至肝坏死。③尿频及尿痛可见于膀胱刺激症状，出现蛋白尿及血肌酐、尿素氮升高和尿量变化，2～3 d后甚至发生急性肾功能衰竭。④严重的循环系统改变可引起中毒性心肌损害，主要表现胸闷、心悸、血压下降、心电图S-T节段和T波改变、心律失常等，甚至心包内出血，重症者在病情无预兆的情况下突发心跳骤停而死亡。⑤神经系统多见于严重中毒患者，脑为靶器官，包括头痛、头晕、精神障碍、嗜睡及昏迷、幻觉、手震颤、抽搐、面神经麻痹、脑积水及出血等症状。⑥血液系统中骨髓为非靶器官，早期即可出现白细胞及中性粒细胞增高，贫血、血小板减少和高铁血红蛋白血症为个别病例，甚至可出现急性造血功能停滞。

5诊断主要根据有明确的PQ接触史(皮肤、呼吸道或口服接触)以及肺损伤和多系统损害的临床表现来诊断，所有肺损害明显的患者预后均差。临床肺功能和胸片异常，不具有特异性诊断标准。如有必要，毒理学鉴定是必须的(胃液、血液、尿液和残留毒物中百草枯的检测)足以确定诊断。中毒程度分级目前尚无国家标准，参考分级指标为。①轻度中毒：PQ摄入量<10 mg/kg，除胃肠道刺激症状外，没有其他明显的器官损害，肺功能指标可暂时性减低，伴有急性轻度中毒性肾损伤。②中、重度中毒：PQ摄入量在10～40 mg/kg，在轻度中毒基础上，除胃肠道症状外伴有多系统损害：急性化学性肺炎；急性中度中毒性肾损伤；急性轻度中毒性肝损伤；多数于2～3周内死亡。③暴发中毒：PQ摄人量>40 mg/kg，在中度中毒基础上，伴有重度口咽糜烂，严重的消化道症状和多器官功能衰竭：急性化学性肺水肿或胸腔积液；纵隔气肿、气胸或皮下气肿；急性呼吸窘迫综合征或弥漫性肺纤维化；急性重度中毒性肾损伤和中度或重度中毒性肝损伤；多器官功能障碍综合征；在数小时至数日内死亡。

6治疗

6.1 基础治疗加速毒物排出 通过迅速催吐、洗胃、导泻来防止和减少PQ的过度吸收，通常应用 5% 硫酸镁、甘露醇、活性炭、蒙脱石持续口服导泻，以进一步去除肠道中的PQ[33]。近年来，研究发现经蒙脱石吸附溶液中PQ的能力明显优于白陶土和活性炭处理，表明蒙脱石对PQ的吸附能力较强，可能起到较好的PQ中毒治疗作用，这也是目前惟一公认有疗效的处理方法[34-35]。皮肤接触PQ中毒的人应脱掉污染的衣服，并用碱性溶液彻底清洗。由于PQ对皮肤黏膜有腐蚀作用，我们洗胃时应注意操作轻柔，避免胃肠道发生穿孔；若患者不适合洗胃，可诱发患者催吐，摄入人体的PQ主要以肠内吸收为主，因此导泻是非常重要的环节。

6.2 药物治疗 PQ中毒目前仍无一种特效的解毒药，PQ特异性抗体仍处于实验阶段。目前，用于临床治疗的药物有以下几类。①竞争性拮抗性药剂：普萘洛尔(心得安)、阿奇霉素等,可与结合在肺内的PQ争夺受体，减少体内PQ 吸收使其释放出来，然后被肾脏清除；阿托伐他汀可减轻肺纤维化，其机制与TGF-β有关[36]；吡非尼酮通过下调TGF-β1与TNF-α能减轻肺纤维化[37]。②糖皮质激素：能抑制炎症介质和细胞因子的形成和释放，有效拮抗自由基的损伤，产生非特异性免疫抑制作用，消除肺水肿，抑制肺纤维化，保护机体各器官功能，有效减少发生 MODS。大剂量甲泼尼龙或地塞米松是治疗PQ中毒的主要治疗药物[38]，可降低PQ诱导的细胞毒性，但治疗效果尚未达成共识。③细胞毒性药物：能将细胞膜与细胞中的特殊受体结合并发挥强大的抗感染和免疫抑制能力。环磷酰胺主要在抑制PQ中毒肺的炎性细胞浸润方面起重要作用，意在防止肺纤组织维化，疗效尚需进一步研究观察[39]。④铁螯合剂：去铁饿可抑制PQ在肺内形成氧自由基，来降低氧化应激反应，目前还没有证实铁螯合剂治疗APP中毒的确切效果。⑤抗氧化剂：超氧化物歧化酶、维生素C、维生素E、还原型谷胱甘肽和乙酰半胱氨酸等被认为是治疗PQ中毒的有效抗氧化剂，理论上可清除ROS，减轻肺损伤，但临床治疗效果不明显[40]。⑥骨髓间充质干细胞：通过抑制TNF水平，减少成纤维细胞的迁移和活化，抑制胶原蛋白的产生，抑制炎症介质的释放，保护肺组织结构，可以更有效地抑制肺纤维化和肺实变[41]。⑦阻断肾素-血管紧张素-醛固酮系统：螺内酯、卡托普利和氯沙坦均能降低PQ中毒大鼠的肺纤维化程度，可能是通过阻断不同受体抑制重组人结缔组织生长因子蛋白的表达，抑制血管紧张素转换酶，降低体内羟脯氨酸含量，从而改善肺纤维化程度。但这些药物都是动物实验，临床实践中缺乏循证医学证据[42]。⑧中医药治疗：临床实践证明，中药在PQ中毒治疗中具有独特的疗效[43]。冬虫夏草、血必净、丹参、银杏叶注射液等中药制剂，对急性百草枯中毒合理使用有助于病情的恢复，疗效均处于探索阶段[44]。

6.3 其他治疗 ①血液灌流：可以迅速清除毒物的作用基本达成共识，是清除血液中PQ最好最有效措施之一。其通过物理吸附去除血液中PQ是拯救患者的首选，临床研究表明，血液灌流的最佳时间是在中毒后4 h内，早期、重复、增强血液灌注的效果优于普通血液灌流，对预防肾功能不全有良好疗效，进而改善患者预后[45]。血液净化疗法可以延长百草枯中毒患者的生存时间，但对病死率的影响仍存在争议。②对于患者肾脏功能的维护是PQ中毒早期治疗的基石，补液利尿，促进毒物排泄。③对症和支持治疗，特别应注意处理好脏器毒效应损伤，给予相应的保护维持其生理功能。④应尽量避免氧气治疗，早期高浓度吸氧会加重脏器损伤，效果弊大于利，否则可加速患者死亡，因为氧疗有增加氧自由基形成的作用。⑤抗凝治疗：PQ中毒可伴有肺微循环障碍，血浆D-二聚体升高。因此，积极的抗凝治疗可以帮助改善病情。⑥肺移植手术为PQ中毒患者的治愈带来了希望，肺移植可以从根本上逆转PQ中毒的肺纤维化。但是，关于肺移植治疗PQ中毒的报道很少，而且供体的有效成本和高技术要求难以推广；人们认为早期移植的失败率很高，原因可能是体内残留的百草枯会损伤供体肺并再次诱发肺纤维化，因此提倡后期移植治疗。

7结语综上所述，PQ中毒目前仍没有特效的治疗方法，一旦PQ对机体的损害启动，所有的治疗方法均难以改善患者预后，因此，PQ中毒应强调早期、全方位治疗。所以，需要我们在综合其内源性抗氧化发病机制的基础上，对治疗不断地探讨、进一步深化对PQ毒理机制的认识，寻求新的有效治疗药物，从而挽救更多患者生命。