梭曼中毒动物脑损伤机制
作者：王玉霞 孙曼霁
单位：军事医学科学院毒物药物研究所 (北京 100850)
关键词：
卫生毒理学杂志990223 梭曼(Soman)是一强胆碱酯酶抑制剂，可导致ACh在动物体内大量积累，引发一系列的中毒症状，严重时可出现惊厥和死亡。中毒动物脑组织中可见广泛的神经损伤，以梨形皮质、杏仁核、海马和尾状核的损伤最重[1]。对于梭曼所致脑损伤机理的研究主要集中在三个方面。
一.急性脑缺氧假设
认为中毒动物的脑损伤是由于脑供氧不足所致[2，3]。梭曼中毒可损伤动物的呼吸系统，出现支气管收缩、过量的呼吸道分泌，甚至呼吸中枢失控，因此形成脑缺氧[4]。
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然而，测定出现惊厥症状时动物血液pO2、pCO2、葡萄糖水平及Na+、K+浓度均属正常[5]，中毒动物脑pO2也维持或高于正常水平[6]。安定可阻断梭曼中毒引起的惊厥和脑损伤，它却加强梭曼中毒所致的呼吸抑制，如缺氧是梭曼形成脑损伤的主要原因，安定则必然增强梭曼所致脑损伤[7]。
大鼠脑内微量注射梭曼可导致与全身给药类同的脑损伤[8]，而所用的剂量仅为全身给药LD50的1/10，不足以产生明显的呼吸系统症状。微量注射梭曼所产生的脑损伤不能归因于它对呼吸和心血管系统的作用。
尽管在梭曼中毒动物的急救中维持动物的呼吸是非常重要的一环，动物缺氧也不是产生脑损伤的首要原因。
二.神经性毒剂直接毒性作用
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认为梭曼的脑损伤作用是由于对神经细胞的直接毒性作用[9]。如果真如此，脑内微量注射梭曼产生的脑损伤程度应与注射部位相关，然而，损伤往往发生在距注射部位一定距离的典型区域，单侧注射时，对侧出现相类似的脑损伤[8]。而且在体外培养的皮质和海马神经元均未测出梭曼有直接的细胞毒性[10]。
此外，中毒后有明显的惊厥症状的动物才出现脑损伤，与惊厥的程度密切相关[2，3]，无惊厥症状的动物则没有脑损伤，尽管这些动物的中毒剂量甚至高于那些惊厥伴有脑损伤的动物的中毒剂量。因此，梭曼缺乏直接的毒性作用，它所致脑损伤是由于其它机制。
三.神经细胞过度兴奋
梭曼中毒所致脑损伤只存在于出现惊厥的动物，而且对于急性中毒的动物，如果能及时地终止惊厥症状，可以避免或减轻脑损伤[11]，因此，过度的持续性惊厥是梭曼所致神经病变的必要条件。
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长期以来，胆碱能激动剂和抗胆碱酯酶化合物对动物的兴奋性作用一直为人们所关注。杏仁核注射胆碱能激动剂氨甲酰胆碱和抗胆碱酯酶化合物新斯的明可产生持续性惊厥和脑损伤。同时注射M受体拮抗剂阿托品，可以完全阻断氨甲酰胆碱所致惊厥和脑损伤，也明显地减轻了新斯的明的毒性作用[12]。因此，M受体的过度兴奋是中枢或全身给予胆碱能化合物引发惊厥的原因。预防给予抗胆碱能化合物，可以阻断胆碱能化合物的毒性作用。然而，用于已出现持续性惊厥的动物急救，对于惊厥症状及脑损伤均无明显控制[13，14]。
梭曼所致惊厥起因于对胆碱酯酶的抑制，然而，中毒动物不同脑区的ChE抑制程度与脑损伤区域不一致[2]，却与兴奋性氨基酸所致脑损伤相一致，因而提出兴奋性氨基酸参与了梭曼所致脑损伤的假设。
测定梭曼中毒动物脑内兴奋性氨基酸的含量时发现，出现惊厥动物脑内伴随有明显的Clu含量的升高，无惊厥的动物则无此变化[15，16]。选用Glu受体的拮抗剂与酶保护剂及M受体阻断剂合用，无论用于中毒前的预防还是用于中毒后的急救，均可明显地终止动物的持续性惊厥，降低动物的死亡率，减轻梭曼中毒动物的脑损伤[17～20]。说明兴奋性氨基酸参与了梭曼中毒的毒性作用。我们的实验结果显示，Glu受体的阻断剂MK-801单药用于梭曼中毒的预防，无论是脑室注射还是腹腔注射，它不能阻断惊厥的出现，却可减轻动物的中毒症状，终止动物的持续性惊厥状态，降低动物的死亡率。中毒动物海马灌流液中Glu含量的升高可因预防注射阿托品所阻断[17]，说明中毒动物脑内Glu的含量升高基于梭曼对ChE的抑制所导致的ACh的积累。
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对于Glu的神经毒性作用，已进行了比较多的研究。Glu作用于体外培养的皮质[21，22]、海马神经细胞[10]，导致细胞死亡。此作用与NMDA受体激活，Ca2+内流激活NO合酶(NOS)有关。NOS的抑制剂可阻断Glu的细胞毒性。我们在体外培养的小鼠小脑神经细胞得出了相同的实验结果。并且测出梭曼中毒动物脑NOS的活性明显提高。NOS的抑制剂预防注射可明显的缩短动物出现惊厥的潜伏期，降低动物的死亡率。
综上所述，梭曼抑制ChE导致ACh的积累，是其中毒机制中首要的一环，中毒动物死亡的原因涉及对动物CNS和PNS多方面的作用，与动物的惊厥和脑损伤密切相关，ACh积累是引发惊厥的原因，然而，梭曼和ACh本身对神经细胞无直接的毒性作用，Glu参与了梭曼的持续性惊厥，其细胞毒性与NO信使相关。兴奋性氨基酸受体的过度激活，很可能是中毒动物出现脑损伤的直接原因。选择合适的兴奋性氨基酸受体阻断剂用于中毒动物的预防和急救，对减轻动物的惊厥症状和脑损伤程度是很有意义的工作。
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参考文献
1.Mcleod C G,Fundam Appl Toxicol,1985,5:S10～S16.
2.Lemercier G,Carpentier P,Sentenac-Roumanou H,et al.Acta Neuropathol,1983,61:123～129.
3.Mcleod C G,Singer A W and Harrington D G.Neurotoxicology,1984,5:53～58.
4.Koelle G B,Fund Appl Toxicol,1981,1:129～134.
5.Clement J G and Lee M J.Toxicol Appl Pharmacol,1980,55:203～204.
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6.Lynch T J,Stratton C S and Glenn J F.Soc Neurosci Abstr,1985,11:1262.
7.Honchar M P,Olney J W and Sherman W R.Science,1983,220:323～325.
8.McDonough J H Jr,Mcleod C G Jr and Nipwoda M T.Brain Res,1987,435:123～137.
9.Petras J M.Fund Appl Toxicol,1981,1:242.
10.Deshpande S S,Smith C D and Filbert M G.Arch Toxicol,1995,69:384～390.
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11.McDonough J H Jr,Dochterman L W,Smith C D,et al.Neurotoxicology,1995,16:123～132.
12.Olney J W,DeGubareff T and Labruyere J.Nature (London), 1983,301:520～522.
13.Jope R S,Morrisett R A and Snead O C.Exp Neurol,1986,91:471～480.
14.Turski W A,Cavalheiro E A,Schwarz M,et al.Behav Brain Res,1983,9:315～335.
15.Wade J V,Samson F E,Nelson S R,et al.J Neurochem,1987,49:645～650.
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16.Lallement G,Carpentier P,Collet A,et al.Brain Res,1991,563:234～240.
17.Lallement G,Denoyer M,Collet A,et al.Neuroscience Letters,1992,139:104～107.
18.Lallement G,Delamanche I S,Permot-Marino I,et al.Brain Res,1993,618:227～237.
19.Sparenborg S,Brennecke L H,Jaax N K,et al.Neuropharmacology,1993,31:357～368.
20.Mclean M J,Gupta R C,Dettbarn W-D,et al.Toxicol Appl Pharmacol,1992,112:95～103.
21.Dawson V L,Dawson T M,London E D,et al.PNAS USA,1991,88:6368～6371.
22.Dawson V L,Dawson T M,Bartley D A,et al.J Neurosci,1993,13:2651～2661.
(修回日期 1998年7月)
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单位：军事医学科学院毒物药物研究所 (北京 100850)
关键词：
卫生毒理学杂志990223 梭曼(Soman)是一强胆碱酯酶抑制剂，可导致ACh在动物体内大量积累，引发一系列的中毒症状，严重时可出现惊厥和死亡。中毒动物脑组织中可见广泛的神经损伤，以梨形皮质、杏仁核、海马和尾状核的损伤最重[1]。对于梭曼所致脑损伤机理的研究主要集中在三个方面。
一.急性脑缺氧假设
认为中毒动物的脑损伤是由于脑供氧不足所致[2，3]。梭曼中毒可损伤动物的呼吸系统，出现支气管收缩、过量的呼吸道分泌，甚至呼吸中枢失控，因此形成脑缺氧[4]。
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然而，测定出现惊厥症状时动物血液pO2、pCO2、葡萄糖水平及Na+、K+浓度均属正常[5]，中毒动物脑pO2也维持或高于正常水平[6]。安定可阻断梭曼中毒引起的惊厥和脑损伤，它却加强梭曼中毒所致的呼吸抑制，如缺氧是梭曼形成脑损伤的主要原因，安定则必然增强梭曼所致脑损伤[7]。
大鼠脑内微量注射梭曼可导致与全身给药类同的脑损伤[8]，而所用的剂量仅为全身给药LD50的1/10，不足以产生明显的呼吸系统症状。微量注射梭曼所产生的脑损伤不能归因于它对呼吸和心血管系统的作用。
尽管在梭曼中毒动物的急救中维持动物的呼吸是非常重要的一环，动物缺氧也不是产生脑损伤的首要原因。
二.神经性毒剂直接毒性作用
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认为梭曼的脑损伤作用是由于对神经细胞的直接毒性作用[9]。如果真如此，脑内微量注射梭曼产生的脑损伤程度应与注射部位相关，然而，损伤往往发生在距注射部位一定距离的典型区域，单侧注射时，对侧出现相类似的脑损伤[8]。而且在体外培养的皮质和海马神经元均未测出梭曼有直接的细胞毒性[10]。
此外，中毒后有明显的惊厥症状的动物才出现脑损伤，与惊厥的程度密切相关[2，3]，无惊厥症状的动物则没有脑损伤，尽管这些动物的中毒剂量甚至高于那些惊厥伴有脑损伤的动物的中毒剂量。因此，梭曼缺乏直接的毒性作用，它所致脑损伤是由于其它机制。
三.神经细胞过度兴奋
梭曼中毒所致脑损伤只存在于出现惊厥的动物，而且对于急性中毒的动物，如果能及时地终止惊厥症状，可以避免或减轻脑损伤[11]，因此，过度的持续性惊厥是梭曼所致神经病变的必要条件。
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长期以来，胆碱能激动剂和抗胆碱酯酶化合物对动物的兴奋性作用一直为人们所关注。杏仁核注射胆碱能激动剂氨甲酰胆碱和抗胆碱酯酶化合物新斯的明可产生持续性惊厥和脑损伤。同时注射M受体拮抗剂阿托品，可以完全阻断氨甲酰胆碱所致惊厥和脑损伤，也明显地减轻了新斯的明的毒性作用[12]。因此，M受体的过度兴奋是中枢或全身给予胆碱能化合物引发惊厥的原因。预防给予抗胆碱能化合物，可以阻断胆碱能化合物的毒性作用。然而，用于已出现持续性惊厥的动物急救，对于惊厥症状及脑损伤均无明显控制[13，14]。
梭曼所致惊厥起因于对胆碱酯酶的抑制，然而，中毒动物不同脑区的ChE抑制程度与脑损伤区域不一致[2]，却与兴奋性氨基酸所致脑损伤相一致，因而提出兴奋性氨基酸参与了梭曼所致脑损伤的假设。
测定梭曼中毒动物脑内兴奋性氨基酸的含量时发现，出现惊厥动物脑内伴随有明显的Clu含量的升高，无惊厥的动物则无此变化[15，16]。选用Glu受体的拮抗剂与酶保护剂及M受体阻断剂合用，无论用于中毒前的预防还是用于中毒后的急救，均可明显地终止动物的持续性惊厥，降低动物的死亡率，减轻梭曼中毒动物的脑损伤[17～20]。说明兴奋性氨基酸参与了梭曼中毒的毒性作用。我们的实验结果显示，Glu受体的阻断剂MK-801单药用于梭曼中毒的预防，无论是脑室注射还是腹腔注射，它不能阻断惊厥的出现，却可减轻动物的中毒症状，终止动物的持续性惊厥状态，降低动物的死亡率。中毒动物海马灌流液中Glu含量的升高可因预防注射阿托品所阻断[17]，说明中毒动物脑内Glu的含量升高基于梭曼对ChE的抑制所导致的ACh的积累。
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对于Glu的神经毒性作用，已进行了比较多的研究。Glu作用于体外培养的皮质[21，22]、海马神经细胞[10]，导致细胞死亡。此作用与NMDA受体激活，Ca2+内流激活NO合酶(NOS)有关。NOS的抑制剂可阻断Glu的细胞毒性。我们在体外培养的小鼠小脑神经细胞得出了相同的实验结果。并且测出梭曼中毒动物脑NOS的活性明显提高。NOS的抑制剂预防注射可明显的缩短动物出现惊厥的潜伏期，降低动物的死亡率。
综上所述，梭曼抑制ChE导致ACh的积累，是其中毒机制中首要的一环，中毒动物死亡的原因涉及对动物CNS和PNS多方面的作用，与动物的惊厥和脑损伤密切相关，ACh积累是引发惊厥的原因，然而，梭曼和ACh本身对神经细胞无直接的毒性作用，Glu参与了梭曼的持续性惊厥，其细胞毒性与NO信使相关。兴奋性氨基酸受体的过度激活，很可能是中毒动物出现脑损伤的直接原因。选择合适的兴奋性氨基酸受体阻断剂用于中毒动物的预防和急救，对减轻动物的惊厥症状和脑损伤程度是很有意义的工作。
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参考文献
1.Mcleod C G,Fundam Appl Toxicol,1985,5:S10～S16.
2.Lemercier G,Carpentier P,Sentenac-Roumanou H,et al.Acta Neuropathol,1983,61:123～129.
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4.Koelle G B,Fund Appl Toxicol,1981,1:129～134.
5.Clement J G and Lee M J.Toxicol Appl Pharmacol,1980,55:203～204.
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6.Lynch T J,Stratton C S and Glenn J F.Soc Neurosci Abstr,1985,11:1262.
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8.McDonough J H Jr,Mcleod C G Jr and Nipwoda M T.Brain Res,1987,435:123～137.
9.Petras J M.Fund Appl Toxicol,1981,1:242.
10.Deshpande S S,Smith C D and Filbert M G.Arch Toxicol,1995,69:384～390.
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11.McDonough J H Jr,Dochterman L W,Smith C D,et al.Neurotoxicology,1995,16:123～132.
12.Olney J W,DeGubareff T and Labruyere J.Nature (London), 1983,301:520～522.
13.Jope R S,Morrisett R A and Snead O C.Exp Neurol,1986,91:471～480.
14.Turski W A,Cavalheiro E A,Schwarz M,et al.Behav Brain Res,1983,9:315～335.
15.Wade J V,Samson F E,Nelson S R,et al.J Neurochem,1987,49:645～650.
, 百拇医药
16.Lallement G,Carpentier P,Collet A,et al.Brain Res,1991,563:234～240.
17.Lallement G,Denoyer M,Collet A,et al.Neuroscience Letters,1992,139:104～107.
18.Lallement G,Delamanche I S,Permot-Marino I,et al.Brain Res,1993,618:227～237.
19.Sparenborg S,Brennecke L H,Jaax N K,et al.Neuropharmacology,1993,31:357～368.
20.Mclean M J,Gupta R C,Dettbarn W-D,et al.Toxicol Appl Pharmacol,1992,112:95～103.
21.Dawson V L,Dawson T M,London E D,et al.PNAS USA,1991,88:6368～6371.
22.Dawson V L,Dawson T M,Bartley D A,et al.J Neurosci,1993,13:2651～2661.
(修回日期 1998年7月)
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