急性百草枯中毒肺损伤机制及治疗进展
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【关键词】百草枯(Paraquat，PQ) 肺损伤 肺纤维化 治疗
中图分类号：R285.5文献标识码：B文章编号：1005-0515（2011）3-062-03
百草枯(Paraquat，PQ)，又名对草快、克芜踪，其化学名：1,1’-二甲基-4,4-联吡啶二氯化物，属有机杂环类触杀、灭生型高毒除草剂，口服致死量20mg/kg，且无特效解毒剂，目前临床治疗效果甚差，其中多脏器功能衰竭和肺纤维化是导致患者死亡的主要原因。积极探索PQ中毒后肺损伤机制，并寻求有效的治疗手段已成为救治PQ中毒的研究热点。本文就近年来PQ中毒肺损伤机制和治疗进展综述如下：
1 PQ中毒的肺损伤机制
口服是PQ中毒的主要途径，约0.5小时～4小时达血浆峰浓度。PQ在体内分布迅速而且广泛，由于其与多胺结构相似，故能被肺泡Ⅱ型细胞主动摄取，肺内浓度可高出血浆10～90倍[1]，故肺损害最为严重。其肺损伤机制尚未完全清楚，其学说主要集中于以下几个方面：
1.1 氧自由基损伤与钙稳态失衡
PQ 聚集在肺组织后，经NADPH辅助的单电子还原为自由基，再与氧反应形成联吡啶阳离子和超氧阴离子(O2-)，后者在超氧化物歧化酶(SOD)作用下形成过氧化氢(H2O2)，H2O2易透过细胞膜，在由铁催化的Haber-Weiss反应中，可迅速形成OH-，引起脂质过氧化等一系列链锁反应，生成更多的自由基，同时PQ+与H2O2，在铁存在的情况下也能产生OH-，使体内NADPH及其它还原当量耗尽，阻断机体的氧化-还原反应，直接损害肺泡上皮、血管内皮、线粒体、DNA等，导致一系列病理变化。
胞内钙稳态失衡与以下因素有关：(1)大量的氧自由基引发细胞膜的脂质过氧化，使细胞膜受损，钙通道开放，细胞外Ca2+顺浓度梯度大量内流；(2)细胞膜上Na+-K+-ATP酶失活，使细胞内Na+升高，Na+-Ca2+交换增强；(3)线粒体膜流动性降低导致氧化磷酸化受损，ATP生成障碍，使胞膜和肌浆网膜钙泵功能障碍，不能排出和摄取胞浆中过多的Ca2+。Ca2+超载加重细胞损害：(1)抑制ATP合成，加速ATP分解，使细胞能量缺乏；(2)使黄嘌呤脱氢酶转变成黄嘌呤氧化酶，促进氧自由基生成；(3)改变细胞内蛋白质的功能，激活蛋白酶，破坏细胞膜，使其通透性升高；(4)细胞浆中过多的Ca2+形成磷酸盐沉积于线粒体，使其结构及功能破坏。
1.2 免疫激活和炎性递质的作用
氧自由基和细胞内的Ca2+超载激活中性粒细胞和巨噬细胞，导致大量细胞因子、前炎性递质、趋化因子等多种生物活性因子的合成和释放，促使炎症及其肺纤维化的发生、发展。研究发现[2]，给大鼠腹腔内注射PQ后，检测肺组织和肺泡灌洗液中肿瘤坏死因子(TNF-α)、干扰素(IFN -γ)、单核细胞炎症因子-2 (M IP -2)均明显升高, 并且M IP- 2升高水平与中性粒细胞的浸润程度相符。内皮素(ET) 作为内皮细胞合成并释放的具有强大缩血管作用的细胞因子，能激活多形核白细胞(PMN)，使之释放活性氧、TNF、白介素(IL-1、IL-8)等炎性介质，通过这些细胞因子对微血管内皮细胞黏附分子的上调，启动炎症反应及中性粒细胞在肺间质的募集和浸润，增加血管漏出，引起肺损伤；同时这些细胞因子又可刺激ET的合成与释放，形成恶性循环，加重肺损伤。
Ruiz[3]等研究发现，在PQ中毒所致肺纤维化小鼠模型中，不同阶段基质金属蛋白酶(MMPs)有着不同的变化，MMP-9在炎症反应阶段增加，MMP-2在肺纤维化期显著上调，其中MMPs及其组织抑制物(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs)之间的失衡，过度的凝胶分解活性和肺泡上皮凋亡共同参与了肺纤维化的过程。Tung[4]等研究表明PQ通过激活血管紧张素信号传递系统促进纤维母细胞表达结缔组织生在因子和胶原，导致肺纤维化。Dinis-Oliveira[5]等发现在PQ作用下，机体核转录因子NF-ΚB被激活并与启动子的结合增强，启动应激反应蛋白合成，胶原合成增加。PQ在分子水平上对细胞的损伤表现为DNA的氧化损伤，即DNA碱基的改变和链的断裂，故有学者认为PQ中毒后细胞死亡的根本原因是DNA损伤和基因的异常表达。肺脏Caspase-3和Caspase-8在PQ介导下含量增加，细胞色素C释放及转录因子p53和AP-1的激活导致肺泡上皮细胞凋亡[6]。
2 治疗进展
目前，PQ中毒的治疗仍处于探索阶段，任何单一方法或药物都难以改善预后，故必须强调早期、综合、规律、全程治疗，近年来国内外学者提出或尝试的主要方法和药物如下：
2.1 促进PQ排泄
2.1.1 清除尚未被吸收的毒物
经口摄入者，社区自救法可催吐及就地取清洁粘土调成混悬液灌服，钝化百草枯的毒性。入院后尽早洗胃、吸附及导泻。PQ在碱性环境中不稳定，故洗胃液最好用肥皂水或2%碳酸氢钠溶液。洗胃后立即给予蒙脱石散18g，20%甘露醇250ml及25%硫酸镁40ml混合后口服，每6小时1次，连续3至4天。对降低患者死亡率有一定作用[7]。
2.1.2 清除血中毒物
强制性利尿：PQ主要以原形经肾小球滤过和肾小管排泄，故在充分补液的基础上，早期强制性利尿在理论上是有效的。Kang等[8]观察发现，在肌酐清除率正常的情况下，利尿能有效清除PQ，且比血液灌流更有效。我们的经验是在无明显肾功能受损情况下，特别是中毒3天内，成人每日补液量不少于2.5～3.0L，在此基础上，给予呋塞米利尿，有一定作用。
血液净化：包括血液灌流(HP)，血液透析(HD)及持续静脉滤过(CVVH)。HP和HD对血中PQ有肯定的清除作用。研究证明[9]，HP对PQ的清除作用是HD的5～7倍。Koo等[10]对80例PQ中毒患者随机分为单纯HP组和HP-CVVH组, 治疗后发现，HP和CVVH对清除体内PQ有一定效果, 但不能降低病死率，HP组死亡的原因是多器官衰竭，而HP- CVVH组为后期的呼吸衰竭。若患者血中PQ浓度超过3mg/L，无论服毒多长时间，何时进行HP及HD，也无论是单次或重复进行，均不能改变患者的预后。适时的HP和HD将减轻PQ对靶器官的损害，关于应用时机、方法及选择对象，有待更多临床研究加以完善。
2.2 抗脂质过氧化
多年来人们一直探索用抗氧化剂减轻PQ的毒性，Steve Ting-Yuan Yeh[11]等研究N-乙酰半胱氨酸(NAC)对PQ中毒后炎症和氧化应激所致肺损伤的影响，发现NAC能抑制血清中丙二醛(MDA)和超氧负离子的产生，同时增加谷胱甘肽的浓度，NAC治疗组肺组织损伤程度明显减轻，间质炎症细胞浸润减少。添加NAC的肺泡上皮细胞培养液中诱导性一氧化氮合酶和亚硝酸盐生成均低于单纯肺泡上皮细胞培养液组。Shi[12]等观察异丙酚对大鼠PQ中毒的干预效果。结果显示：异丙酚明显抑制体内MDA及肺泡灌洗液中细胞计数升高，可减轻大鼠中毒表现及肺病理改变。
2.3 减少炎细胞浸润和促进炎症缓解
免疫抑制剂可以对抗非特异性炎症，抑制肺损伤和肺纤维化。研究发现环磷酰胺和甲泼尼龙冲击疗法能抑制炎症，减少粒细胞和巨噬细胞诱导的活性氧簇生成，有效抑制呼吸衰竭和降低中重度PQ中毒病人死亡率。环磷酰胺具有广泛的免疫调制作用，抑制几乎所有的细胞和体液免疫，缓解炎症的反应强度。Ja-Liang Lin等[13]研究发现，早期联合应用甲泼尼龙(1g/天连续3天)和环磷酰胺(15mg/kg・天，连续2天)，随后20mg/天地塞米松直至重度百草枯中毒病例血氧分压大于80mmHg；如果血氧分压低于60mmHg，继续采用甲泼尼龙联合环磷酰胺冲击疗法。结果发现：常规治疗组(85.7%)的死亡率高于新方法治疗组(31.3%)。表明抗炎治疗新策略明显降低重度PQ中毒病例的死亡率。PQ中毒早期炎症和后期纤维化与急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征的病理过程大致相似。关于激素和环磷酰胺在PQ中毒的应用适应症及方法，目前临床还在完善阶段。
2.4 促进肺泡表面活性物质合成
在氧化应激状态下，肺泡表面活性物质的氧化修饰，使肺泡表面张力发生改变，加速肺损伤。研究发现表面活性物质的氧化修饰使肺功能损，5%肺泡表面活性蛋白-A(SP-A)能逆转氧化应激所致肺损害[14]。Ma [15]等观察氨溴索对PQ中毒肺损伤的影响，研究发现：氨溴索能明显增加SP-A的合成和分泌，降低肺泡表面的张力，促进肺泡气-液界面的表面活性膜的形成，减轻PQ中毒所致的急性肺损伤。但具体机制需进一步研究。
2.5 抑制肺纤维化
细胞外基质(ECM)合成和降解失衡是引起细胞基质积聚，导致肺纤维化的重要病理因素，MMPs及其TIMPs是调节细胞基质降解的重要酶体系。佟飞[16]等观察大鼠肺组织病理变化和肺组织中MMP-2、MMP-9及其TIMP-1表达变化，发现PQ中毒大鼠肺纤维化与MMPs/TIMP比例的失衡有关。MMP抑制剂可能是治疗PQ中毒的新途径之一。
2.6 其它疗法
2.6.1 抗胆碱类药物的应用
研究发现山莨菪碱可明显抑制MDA含量和酸性磷酸酶(ACP)、β-葡萄糖醛酸甘酶(β-G)活性的升高，减轻PQ引起的肺损伤。随着盐酸戊乙奎醚的开发应用以及在其它肺损伤模型中的广泛研究，发现抗胆碱药物能抑制中性粒细胞聚集和炎症介质的产生，保护SOD、抑制氧自由基和MDA的生成，减少肺泡表面活性物质的失活，稳定细胞膜和溶酶体膜。盐酸戊乙奎醚作为新型抗胆碱药，对PQ中毒急性肺损伤的保护作用有望成为新的治疗研究方向。
2.6.2 乙酰水杨酸的应用
Dinis-Oliveira等通过腹膜注射PQ(25mg/kg)，建立Wistar鼠中毒模型，治疗组在注射PQ 2小时后腹膜注射水杨酸钠(NaSAL)(200mg/kg)，对照组不予此治疗，发现对照组 6 天之内均死亡，而治疗组在30天后100%存活。表明NaSAL可以与PQ螯合成电子转移复合物，有效抑制肺组织NF-κB等前炎症因子，清除氧自由基，抑制髓过氧化物酶和血小板的聚集，从而有效减轻肺组织的损伤，防止肺组织细胞的凋亡[17-19]。近来，Dinis-Oliveira等研究赖氨酸乙酰水杨酸对PQ中毒的保护作用，证实赖氨酸乙酰水杨酸具有与水杨酸钠相似的特性，而且治疗作用有明显的剂量依赖性，可作为有效的解毒剂应用于PQ中毒的临床治疗。
2.6.3 乌司他丁的应用
有研究[20]发现PQ中毒后在常规治疗的基础上加用乌司他丁治疗，TNF、弹性蛋白酶、SOD、MDA、MMP-9均有明显改善。
2.6.4 中医中药的应用
血必净注射液。李晓岚等发现血必净注射液可以减少血小板的黏附和聚集，抑制纤维母细胞合成胶原，降低毛细血管的通透性，促进炎症吸收，抑制炎性肉芽肿的形成，同时还可抑制IL-1β、PDGF及IGF-1的过度表达，减少肺部炎症反应，提高SOD活力，降低PQ中毒的病死率。
阿魏酸钠(SF)。SF是当归、川芎提取物的钠盐，实验表明SF从受体水平上拮抗ET效应，并能降低血浆及肺组织ET水平，其苯烯结构能拮抗ET引起的血管收缩，并能增加NO合成，降低肺动脉压，提示SF作用效果显著。实验显示，SF作用后TNF-α含量亦明显降低，表明SF对TNF-α有显著的抑制作用。
另外，茶多酚因其结构中含酚羟基，具有直接清除活性氧自由基的作用，并可螯合金属铁离子，减轻Fe2+介导的脂质过氧化，能降低肺泡灌洗液中的MDA含量下降，提高谷胱甘肽过氧化物酶活性，减轻PQ引起的肺泡壁毛细血管充血。丹参及川芎嗪注射液能活血化瘀，改善微循环，对PQ中毒亦有一定的治疗作用。
3 结语
活性氧的产生是PQ引起肺损伤的主要机制，其中Ⅱ型肺泡上皮细胞通过聚胺途径对PQ的主动摄取是关键环节，大量炎性因子分泌，血管内皮损伤，肺泡炎、肺水肿及肺纤维化导致的呼吸功能衰竭是患者死亡主要原因。因此，减少肺对PQ的摄取，加速PQ的排泄和灭活是当前迫切需要研究的课题。鉴于目前无特效治疗方法，故强调早期、综合、规律、全程治疗，更有待于新的特效药物的研究开发。
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