发烟饼烟雾急性暴露对大鼠血清氧化应激的影响

郭海东 ，杨润芳 ，刘馨钰 ，刘军军 ，何 瑾，甘子琼，李宏霞，*

（1. 四川大学华西医院，四川 成都 610041；2. 应急管理部四川消防研究所，四川 成都610036；3.四川大学建筑与环境学院，四川成都 610041）

使用发烟装置进行演习导致中毒的事件屡有发生。据报道，解放军某部医院曾在1 d时间内收到成批发烟罐烟雾吸入损伤患者[1-2]。2012年乐山市某小学消防演练时室外燃放发烟罐致125名学生中毒，其中刺激反应48例，轻度中毒47例，中度中毒40例，病程1～30 d不等[3-4]。2005年11月沈阳市开展演习时于室内燃放发烟罐导致60人中毒，所幸发现及时，造成的后果不算太严重[5]。类似事故告诉我们，发烟材料烟雾的安全性值得关注。

发烟饼由于其容易获得、价格低廉，且燃烧时能够产生大量烟雾，常被用作影视拍摄时的道具和消防演习的烟源，模拟真实的场景。然而，尽管已在日常生活中得到大量使用，但其安全性尚未得到广泛的关注，有关其毒性损伤机制的研究亦未见报道。

氧化应激反应作为诸多疾病及伤害发生发展的重要因素之一，一直以来也是吸入性损伤研究的重点[6-9]。因此，本文将对发烟饼烟雾急性暴露后大鼠血液氧化应激指标的变化进行检测，探讨发烟饼烟雾急性暴露可能的毒性损伤机制，为类似事故的后续治疗提供理论支持和依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

成年SD大鼠40只，雌雄各半，体质量180～220 g，由成都达硕实验动物有限公司提供[生产许可证号：SCXK（川）2015-030]。动物饲养于应急管理部四川消防研究所动物房IVC屏障系统[实验动物使用许可证号：SCXK（川）2018-068]，室内温度（23±2）℃，相对湿度（60±10）%，12 h/12 h昼夜交替。大鼠随机分为5组，即空白对照组和烟染毒后1 h、6 h、24 h、7 d组，每组8只。

1.2 主要试剂与仪器设备

发烟饼为市售白色烟饼。还原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）检测试剂盒由上海茁彩生物科技有限公司提供；酶标仪（Multlskan-Mk3）由赛默飞世尔仪器有限公司生产；优普超纯水制造系统（UPH-Ⅱ-10T）由成都超纯科技有限公司生产；材料产烟与染毒装置（ZY6224）由东莞中诺质检仪器设备有限公司提供；转轮式切片机（徕卡-2016），由德国徕卡公司提供；全自动封闭式组织脱水机（TSJ-Ⅱ型）、病理组织漂烘仪（PHY-Ⅲ型），购自常州市中威电子仪器有限公司；包埋机（BMJ-Ⅲ型），由常州郊区中威电子仪器厂提供；数码三目摄像显微镜（BA400 Digital），由麦克奥迪实业集团有限公司提供；图像分析软件Image-Pro Plus 6.0，由美国Media Cybernetics公司提供。

1.3 实验方法

1.3.1 产烟及染毒 按《GB/T 20285-2006材料产烟毒性危险分级》设计的产烟装置进行产烟和染毒[10]。见图1。将发烟饼碾磨成粉状，称取10 g均匀铺于40 cm长的石英舟内，置于石英管。根据预实验结果，设置产烟浓度25 mg/m3，加热温度600℃，染毒时间10 min。启动设备后加热炉以10 mm/min的位移速率向前移动对发烟饼粉末进行加热，发烟饼粉末在高温下热解产烟，通过载气将热解烟气送入动物染毒箱，动物染毒箱留有排气口及时排出烟气，在稀释气的参与下通过自动控制系统控制染毒箱内烟气浓度为25 mg/m3，对大鼠进行全身暴露染毒。对于染毒后7 d组，在染毒后第1、3、5、7天分别称量1次体质量。

图1 产烟及染毒装置

1.3.2 氧化应激指标检测 分别在染毒结束后1 h、6 h、24 h、7 d进行观察，大鼠经麻醉后股动脉采血，3 000 r/min离心10 min，取上层血清按照试剂盒使用说明书步骤测定GSH、MDA、SOD含量。

1.3.3 组织病理学检查 动物分别在染毒结束后1 h、6 h、24 h、7 d进行解剖，取气管和肺行组织病理学检查。组织脏器保存于10%中性福尔马林固定液中固定1周，经全自动脱水机脱水、包埋、切片后，采用常规HE染色，用数码三目摄像系统对切片进行图像采集，每张切片先于40倍下观察全部组织，观察大体病变，选择要观察的区域采集100倍和400倍图片，观察具体病变。

1.4 统计分析

采用SPSS 23.0进行统计分析，结果用 xˉ±s表示，各指标比较采用单因素方差分析（One-way ANOVA），差异有统计学意义时，采用Dunnett-t检验对各剂量组与对照组进行两两比较，以α=0.05为检验水准。

2 结果

2.1 一般状况观察

动物染毒10 min后精神状态较差，肌肉无力，无法稳定站立，呼吸困难，鼻腔周围有分泌物，部分动物出现抽搐、腹式呼吸，并伴有哮鸣音。置于新鲜空气环境中状态好转。染毒后24 h和7 d组在观察期内仍有部分动物未完全恢复，表现为被毛不光滑、不喜动、体型消瘦、呼吸困难，部分仍有哮鸣音。

2.2 体质量变化

对染毒后7 d组大鼠，在染毒后第1、3、5、7天称量体质量分别为200.86、184.31、194.98、203.42 g发现大鼠体质量在染毒后第3天明显降低，之后缓慢增加，至第7天观察期结束后体质量恢复到染毒前水平。见图2。

图2 染毒后7 d组大鼠体质量变化情况

2.3 解剖观察

对各组大鼠呼吸系统进行解剖观察，发现染毒后24 h组和染毒后7 d组，肺组织明显肿大，气道未见明显异常。见图3。

2.4 呼吸系统组织病理学检查

呼吸系统组织病理学检查可见明显的损伤，其中染毒后1 h组，2例动物出现气管组织黏膜下水肿，2例动物出现气管纤毛倒伏、脱落、中性粒细胞浸润；染毒后6 h组，4例动物出现气管组织黏膜下水肿，2例动物出现气管纤毛倒伏、脱落、中性粒细胞浸润；染毒后24 h组，1例动物肺泡壁增厚，大片出血，间质性肺炎，3例动物纤毛倒伏、脱落，黏膜下水肿、炎性细胞浸润；染毒后7 d组，6例动物肺泡壁增厚，大片出血，间质性肺炎，4例动物气管内炎性细胞浸润，纤毛倒伏、脱落，黏膜下水肿、大量蛋白渗出。其余动物及空白对照组未见明显异常。见图4。

图3 肺组织大体观察

2.5 氧化应激指标变化情况

见表1，染毒后6 h、24 h、7 d组大鼠血清中GSH浓度分别为1.177、1.109、1.076 ng/mL，与空白对照组相比均明显降低（P＜0.05或P＜0.01）；染毒后7 d组大鼠血清中MDA浓度为1.008 nmol/mL，与空白对照组相比均明显升高（P＜0.01）；染毒后24 h和7 d组大鼠血清中SOD浓度分别为1.294、1.260 ng/mL，与空白对照组相比均显著降低（P＜0.05）；其余各组氧化应激指标变化差异不明显（P＞0.05）。

表1 染毒后大鼠氧化应激指标水平的变化s，n=8）

表1 染毒后大鼠氧化应激指标水平的变化s，n=8）

与空白对照组相比，*P＜0.05，**P＜0.01.

组别空白对照组染毒后1 h 6 h 24 h 7 d GSH浓度/（ng/mL）1.506±0.149 1.425±0.194 1.177±0.332*1.109±0.245**1.076±0.274**MDA 浓度/（nmol/mL）0.751±0.065 0.766±0.121 0.863±0.199 0.900±0.176 1.008±0.134**SOD浓度/（ng/mL）1.594±0.280 1.530±0.141 1.409±0.164 1.294±0.291*1.260±0.190*

3 讨论

烟雾吸入性损伤是火灾及类似事故常见的伤害之一，也是此类事故中人员伤亡的主要因素。目前认为，烟雾吸入性损伤主要由以下3个致伤因素导致[11]：①贫氧，环境中氧浓度降低或吸入窒息性气体如CO、HCN等可引起机体缺氧窒息；②热量，吸入燃烧产生的高温烟气会造成呼吸道黏膜、甚至肺实质损伤，常见的如喉头水肿、黏膜上皮脱落引起呼吸道阻塞；③毒性气体及颗粒物，这是导致烟雾吸入性损伤最主要的因素，这些物质会激发机体炎症反应，引起一系列的病理生理改变，从而造成机体伤害。其中，氧化应激和炎症反应起到了关键性的作用[12]。

在本实验中，笔者观察到动物在烟气暴露10 min后，出现明显的精神症状和刺激反应症状。为了进一步探讨此类伤害的发生发展过程，分别在染毒后1 h、6 h、24 h、7 d观察动物的症状，检测其血清中氧化应激指标的变化，并对气管和肺作组织病理学检查。结果显示，刺激反应会持续存在，呼吸系统损伤较重，表现为肺组织肉眼可见肿大，组织病理学检查可见气管和肺炎症反应明显，并严重影响动物的进食，造成体质量明显下降。染毒后不同时间点血清氧化应激水平检测提示染毒后6 h即可出现明显的氧化应激反应，表现为GSH水平降低，染毒后24 h，GSH和SOD同时降低，染毒后7 d，GSH、SOD明显降低，同时MDA显著升高。因此可以认为，氧化应激持续参与了发烟饼烟雾吸入损伤的发生发展过程，与有关烟雾吸入性损伤的文献报道一致[8，12-14]。

氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，体内氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤[6]。GSH、SOD作为体内重要的抗氧化剂和自由基清除剂，可与自由基、重金属等结合，把机体内有害的毒物转化为无害的物质，排泄出体外，反映了机体抗氧化能力的水平；MDA作为脂质过氧化最重要的产物之一，其含量变化直接反映了机体氧化损伤的程度，因此检测以上3个指标在一定程度上可以反映机体氧化和抗氧化水平的状态。本研究中，笔者发现，氧化应激最开始主要表现为机体抗氧化能力不足，GSH和SOD分别在染毒后6 h和24 h开始降低，随着时间的进展，氧化应激则表现为直接氧化反应增强，染毒后7 d组大鼠血清MDA浓度明显升高，机体氧化/抗氧化能力失衡，导致氧化损伤。因此，提示在此类烟雾吸入伤员的救治中，应持续关注氧化应激反应，同时可以给予抗氧化药物，以恢复机体的氧化/抗氧化平衡。

图4 呼吸系统组织病理学检查（HE染色）