一氧化氮毒副作用的研究
作者：王 巍 胡盛寿 阮英茆 郭加强
单位：王 巍 胡盛寿 郭加强 中国医学科学院，中国协和医科大学，心血管病研究所，阜外心血管病医院，心外科，北京市，100037；阮英茆 病理科
关键词：一氧化氮；毒副作用
中国循环杂志990418 摘要：目的:以透射电镜观察吸入一氧化氮(NO)后肺血管内皮亚细胞结构的改变。
方法:伴有肺动脉高压的先天性心脏病病人,在接受手术治疗前,全麻状态下,吸入不同时间的NO。取其肺组织以透射电镜观察肺血管内皮亚细胞结构的改变。
结果:肺血管内皮有细胞内和间质可复性轻度水肿,与吸入NO时间不成正比。
结论:虽然NO有很多毒副作用,只要有合理的送气系统和严格的监测手段,在短时间的治疗中是无毒副作用的。
, http://www.100md.com
Toxicity of Inhaled Nitric Oxide
Wang Wei,Hu Shengshou,Ruan Yingmao，et al.
Department of Cardiac Surgery,Cardiovascular Institute and Fu Wai Hospital,CAMS and PUMC,Beijing(100037)
Abstract Objective:To observe the changes of subcellular organ in pulmonary vascular endothelium after inhalation of nitric oxide(NO).Using transmission electromicroscope.
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Methods:Before intracardiac operation，NO was given at different time periods to the generally anesthetized patients of congenital heart defect combined with pulmonary hypertension.After that,a piece of lung tissue was taken to examine the changes of subcellular organs in pulmonary vascular endothelium by transmission electromicroscope.
Results:Mild and reversible intracellular and interstitial edema of pulmonary vascular endothelium was observed,and its severity had no positive correlation with the time of NO inhaling.
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Conclusion:Providing an ideal gas deliver system and strict inspect system are used,no toxicity occurs during short term inhalation of NO.
Key words Nitric oxide;Toxicity
(Chinese Circulation Journal,1999,14:236.)
一氧化氮(NO)是工业废气,是空气污染的指标之一。其性质极不稳定,与氧气接触后迅速氧化为二氧化氮(NO2),进而又可转化为亚硝酸和硝酸,毒性很强[1,2]。自1987年Moncada等[3]证实NO是内皮依赖性舒张因子(EDRF)的气态形式以来,NO的生理和药理作用受到医学界的广泛关注,吸入低浓度NO已在各种肺动脉高压、成人呼吸窘迫综合征(ARDS)得到应用,并已证明吸入NO具有较强的选择性肺血管舒张功能[4]。随着NO应用范围的扩大,对其毒副作用应该有更加深入的了解。目前一般报道中,只着重于对NO2和高铁血红蛋白浓度的监测。在NO治疗过程中,随治疗时间的不同,肺血管内皮亚细胞结构的改变,鲜为报道。为此我们做了初步观察。
, 百拇医药
1 对象与方法
病例选择:我院1995年3月～1997年9月各类伴有肺动脉高压的先天性心脏病病人33例,其中男性19例,女性14例,平均年龄17.69±11.99岁。
主要仪器和气体:800 ppm(1 ppm=1/106)NO气体和纯氮气(北京氧气厂生产)。NARKOMED 2B麻醉机,YY-1型化学发光法氮氧化物浓度监测仪。透射电镜(JME-100型,日本)。
实验方法:病人在接受手术治疗前,全麻状态下,吸入40 ppm NO,按随机方法分为吸NO 20分钟组(n=8)、吸NO 30分钟组(n=8)、吸NO 40分钟组(n=8)和吸NO 90分钟组(n=9),以病人在吸入NO之前为自身对照。正中开胸后取右肺中叶肺组织,行常规肺组织活检,明确其肺血管病变程度,利用剩余肺组织行透射电镜检查,观察肺血管内皮亚细胞结构改变。
, 百拇医药
2 结果
亚细胞结构有细胞内肺间质轻度水肿表现。透射电镜检查结果见表1。在光镜下观察,除肺血管病理改变外,肺泡内无出血或渗出性改变。所有病人高铁血红蛋白浓度均未超过1 g/L(0.1～0.8 g/L),平均0.2 g/L。所有病人动脉血氧饱和度和动脉二氧化碳分压结果见表2。
表1 吸入一氧化氮前、后透射电镜观察肺血管内皮亚细胞结构变化 组别
例数
肺血管内皮
线粒体
细胞
内质网
肺泡Ⅰ型上皮细胞
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肺泡Ⅱ型上皮细胞
肺泡胞质
间质纤维
母细胞
线粒体
内质网
线粒体
内质网
吸NO前
33
—
—
—
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—
—
—
—
—
吸NO后
吸NO20分钟组
8
轻度空泡化
—
—
—
轻度空泡化
—
, 百拇医药
—
轻度扩大
吸NO30分钟组
8
脊有溶解
轻度扩大
—
—
轻度空泡化
扩大
轻度疏松
—
吸NO40分钟组
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8
—
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—
—
轻度空泡化
扩大
疏松
线粒体空泡化
吸NO90分钟组
9
轻度空泡化
扩大
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—
—
—
—
—
注:NO:一氧化氮。-:为阴性表2 吸入4种气体时体循环压力和血气分析结果(n=33,mmHg,
±s)
体动脉收缩压
体动脉舒张压
体动脉平均压
动脉血氧分压
, 百拇医药
动脉二氧化碳分压
动脉血氧饱和度
21% O2
119.42±2.16
62.38±1.33
82.47±1.18
76.91±2.91
35.49±0.62
0.93±0.05
21% O2+NO
118.98±2.29
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61.75±1.45
83.36±1.27
130.62±10.59
37.11±0.78
0.96±0.04
100% O2
118.07±2.35
61.96±1.45
81.85±1.33
408.91±24.78
34.56±0.57
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1.00±0.01
90% O2+NO
115.45±2.74
61.85±1.45
81.84±1.29
388.73±21.90
33.47±0.86
1.00±0.01
注:O2:氧气 NO:一氧化氮。NO浓度为40 ppm。1 mmHg=0.133 kPa
3 讨论
, 百拇医药
NO是一种结构简单、极不稳定、有潜在毒性的可自由扩散入细胞膜的气态自由基,半衰期很短，仅3～5秒。根据氧化还原形式的不同,NO有3种形式:中性NO、亚硝酰基阳离子(NO+)和亚硝酰基阴离子(NO-)[5]。应用NO的毒副作用主要是高浓度NO的直接毒性和氧化产物NO2的间接毒性。
在气相和液相中,NO与氧自由基反应很快(常数K=10-9.m-2.s-1),形成过氧化亚硝基阴离子,这是一种可自由扩散的强氧化剂,可加速脂质过氧化而引起组织损伤[6];NO亦可与血红蛋白结合与电子转移链中的酶和乌头酸酶反应产生细胞毒性效应[3,5]。
氮氧化物较难溶于水,因而对眼和呼吸道粘膜刺激不大。氮氧化物进入湿度较高的细支气管及肺泡后,在肺内可潴留80%[7]。NO2与呼吸道内水分反应生成硝酸和亚硝酸,对肺组织有强烈的刺激及腐蚀作用,增加毛细血管及肺泡壁通透性,可引起肺水肿。硝酸和亚硝酸被吸收入血后形成硝酸盐和亚硝酸盐,可导致血管扩张、血压下降及高铁血红蛋白形成,引起组织缺氧、发绀、呼吸困难和中枢神经损害[6]。
, 百拇医药
从本文结果看,高铁血红蛋白浓度未超出正常范围,病人无发绀、血压下降等症状。无论从临床上还是病理上均无肺泡水肿的证据。从透射电镜结果看,虽然亚细胞结构有细胞内及肺间质轻度水肿表现,但都属于可复性,且与吸入NO时间不成正比。
依据以上结果,我们认为虽然NO具有很多毒副作用,只要有合理的送气系统和严格的监测手段,在短时间的治疗过程中是无毒副作用的,至少不表现出任何不良反应。至今尚无短时间吸入低浓度NO治疗中出现不良反应的报道。
正常人长期大量接触NO会有不良影响,美国NIOSH(National Institute for Occupational Safety and Health)制定的标准是8小时工作环境中NO浓度最高不得超过25 ppm,NO2不得超过5 ppm[8]。但有研究证实NO气体在低于美国NIOSH制定的浓度时就表现出毒副作用[9]。临床长期接受NO治疗的病人其毒副作用还需进一步研究[10]。
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总之,在吸入低浓度NO气体治疗过程中,合理的送气系统和监测系统对于减少毒副作用很重要,否则不但失去治疗意义还会导致机体损害。所谓合理的送气系统,即NO与O2接触时间尽可能最短,混合最均匀,呼出的气体要完全排出呼吸环路。目前临床上有两种方式:一种为NO在O2进入呼吸机前与之混合,另一种NO在呼吸机的吸气环路中与之混合[11]。前者气体混合均匀,但接触时间长,会增加NO2的生成。后者虽然缩短了NO与O2接触时间,减少了NO2的生成,但会或多或少地产生层流,导致肺内供氧不均匀。两种方法现都在临床实践中不断改进和完善。在NO应用的全过程中,应在近气管插管处持续监测呼吸环路中的O2浓度、NO浓度和NO2浓度,确保供氧以及NO和O2的最佳混合比例。
第一作者：王巍，男，37岁，副主任医师，博士
, 百拇医药
参考文献
1 Fustin AT.The chemistry of the higher oxides of nitrogen as related to the manufacture,storage and administration of nitrous oxide.Br J Anesth,1967,39:345—392.
2 Frostell C,Fratacci MD,Wain JC,et al.Inhaled nitric oxide:a selective pulmonary vasodilator reversing hypoxic pulmonary vasoconstriction.Circulation,1991,83:2038—2047.
3 Moncada S,Palmer RMJ,Higgs EA.Nitric oxide:physiology,pathophysiology and pharmacology.Pharm Rev,1991,43:109—142.
, 百拇医药
4 Pearl RG.Inhaled nitric oxide:the past,the present,and the future.Anesthesiology,1993,78:413—416.
5 Kam PCA,Govender G.Nitric oxide:Basic science and clinical application.Anesthesia,1994,49:515—521.
6 山西医学院主编.劳动卫生与职业病学.第1版.北京:人民卫生出版社,1984.141.
7 上海第一医学院主编.环境卫生学.第1版.北京:人民卫生出版社,1984.133.
8 Centers for Disease Cotrol.Recommendations for occupational safety and health standard.MMWR,1988 (Suppl), 37:21.
, http://www.100md.com
9 Body SC,Hartigan PM,Shernan SK,et al.Nitric oxide:Delivery,Measurement,and Clinical Application.J Cardiothoracic & Vascular Anesthesia,1995,9:748—763.
10Gaston B,Drazen JM,Loscalzo J,et al.The biology of nitrogen oxides in the airways.Am J Respir Crit Care Med,1994,149:538—551.
11朱涛,萧明第,程卫平.吸入一氧化氮给气系统的应用.中国循环杂志,1996,11:354—357.
收稿:1999-02-01
修回:1999-05-27, 百拇医药
单位：王 巍 胡盛寿 郭加强 中国医学科学院，中国协和医科大学，心血管病研究所，阜外心血管病医院，心外科，北京市，100037；阮英茆 病理科
关键词：一氧化氮；毒副作用
中国循环杂志990418 摘要：目的:以透射电镜观察吸入一氧化氮(NO)后肺血管内皮亚细胞结构的改变。
方法:伴有肺动脉高压的先天性心脏病病人,在接受手术治疗前,全麻状态下,吸入不同时间的NO。取其肺组织以透射电镜观察肺血管内皮亚细胞结构的改变。
结果:肺血管内皮有细胞内和间质可复性轻度水肿,与吸入NO时间不成正比。
结论:虽然NO有很多毒副作用,只要有合理的送气系统和严格的监测手段,在短时间的治疗中是无毒副作用的。
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Toxicity of Inhaled Nitric Oxide
Wang Wei,Hu Shengshou,Ruan Yingmao，et al.
Department of Cardiac Surgery,Cardiovascular Institute and Fu Wai Hospital,CAMS and PUMC,Beijing(100037)
Abstract Objective:To observe the changes of subcellular organ in pulmonary vascular endothelium after inhalation of nitric oxide(NO).Using transmission electromicroscope.
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Methods:Before intracardiac operation，NO was given at different time periods to the generally anesthetized patients of congenital heart defect combined with pulmonary hypertension.After that,a piece of lung tissue was taken to examine the changes of subcellular organs in pulmonary vascular endothelium by transmission electromicroscope.
Results:Mild and reversible intracellular and interstitial edema of pulmonary vascular endothelium was observed,and its severity had no positive correlation with the time of NO inhaling.
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Conclusion:Providing an ideal gas deliver system and strict inspect system are used,no toxicity occurs during short term inhalation of NO.
Key words Nitric oxide;Toxicity
(Chinese Circulation Journal,1999,14:236.)
一氧化氮(NO)是工业废气,是空气污染的指标之一。其性质极不稳定,与氧气接触后迅速氧化为二氧化氮(NO2),进而又可转化为亚硝酸和硝酸,毒性很强[1,2]。自1987年Moncada等[3]证实NO是内皮依赖性舒张因子(EDRF)的气态形式以来,NO的生理和药理作用受到医学界的广泛关注,吸入低浓度NO已在各种肺动脉高压、成人呼吸窘迫综合征(ARDS)得到应用,并已证明吸入NO具有较强的选择性肺血管舒张功能[4]。随着NO应用范围的扩大,对其毒副作用应该有更加深入的了解。目前一般报道中,只着重于对NO2和高铁血红蛋白浓度的监测。在NO治疗过程中,随治疗时间的不同,肺血管内皮亚细胞结构的改变,鲜为报道。为此我们做了初步观察。
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1 对象与方法
病例选择:我院1995年3月～1997年9月各类伴有肺动脉高压的先天性心脏病病人33例,其中男性19例,女性14例,平均年龄17.69±11.99岁。
主要仪器和气体:800 ppm(1 ppm=1/106)NO气体和纯氮气(北京氧气厂生产)。NARKOMED 2B麻醉机,YY-1型化学发光法氮氧化物浓度监测仪。透射电镜(JME-100型,日本)。
实验方法:病人在接受手术治疗前,全麻状态下,吸入40 ppm NO,按随机方法分为吸NO 20分钟组(n=8)、吸NO 30分钟组(n=8)、吸NO 40分钟组(n=8)和吸NO 90分钟组(n=9),以病人在吸入NO之前为自身对照。正中开胸后取右肺中叶肺组织,行常规肺组织活检,明确其肺血管病变程度,利用剩余肺组织行透射电镜检查,观察肺血管内皮亚细胞结构改变。
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2 结果
亚细胞结构有细胞内肺间质轻度水肿表现。透射电镜检查结果见表1。在光镜下观察,除肺血管病理改变外,肺泡内无出血或渗出性改变。所有病人高铁血红蛋白浓度均未超过1 g/L(0.1～0.8 g/L),平均0.2 g/L。所有病人动脉血氧饱和度和动脉二氧化碳分压结果见表2。
表1 吸入一氧化氮前、后透射电镜观察肺血管内皮亚细胞结构变化 组别
例数
肺血管内皮
线粒体
细胞
内质网
肺泡Ⅰ型上皮细胞
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肺泡Ⅱ型上皮细胞
肺泡胞质
间质纤维
母细胞
线粒体
内质网
线粒体
内质网
吸NO前
33
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吸NO后
吸NO20分钟组
8
轻度空泡化
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轻度扩大
吸NO30分钟组
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脊有溶解
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轻度空泡化
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注:NO:一氧化氮。-:为阴性表2 吸入4种气体时体循环压力和血气分析结果(n=33,mmHg,
±s)体动脉收缩压
体动脉舒张压
体动脉平均压
动脉血氧分压
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动脉二氧化碳分压
动脉血氧饱和度
21% O2
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62.38±1.33
82.47±1.18
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35.49±0.62
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21% O2+NO
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61.75±1.45
83.36±1.27
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37.11±0.78
0.96±0.04
100% O2
118.07±2.35
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408.91±24.78
34.56±0.57
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90% O2+NO
115.45±2.74
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81.84±1.29
388.73±21.90
33.47±0.86
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注:O2:氧气 NO:一氧化氮。NO浓度为40 ppm。1 mmHg=0.133 kPa
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NO是一种结构简单、极不稳定、有潜在毒性的可自由扩散入细胞膜的气态自由基,半衰期很短，仅3～5秒。根据氧化还原形式的不同,NO有3种形式:中性NO、亚硝酰基阳离子(NO+)和亚硝酰基阴离子(NO-)[5]。应用NO的毒副作用主要是高浓度NO的直接毒性和氧化产物NO2的间接毒性。
在气相和液相中,NO与氧自由基反应很快(常数K=10-9.m-2.s-1),形成过氧化亚硝基阴离子,这是一种可自由扩散的强氧化剂,可加速脂质过氧化而引起组织损伤[6];NO亦可与血红蛋白结合与电子转移链中的酶和乌头酸酶反应产生细胞毒性效应[3,5]。
氮氧化物较难溶于水,因而对眼和呼吸道粘膜刺激不大。氮氧化物进入湿度较高的细支气管及肺泡后,在肺内可潴留80%[7]。NO2与呼吸道内水分反应生成硝酸和亚硝酸,对肺组织有强烈的刺激及腐蚀作用,增加毛细血管及肺泡壁通透性,可引起肺水肿。硝酸和亚硝酸被吸收入血后形成硝酸盐和亚硝酸盐,可导致血管扩张、血压下降及高铁血红蛋白形成,引起组织缺氧、发绀、呼吸困难和中枢神经损害[6]。
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从本文结果看,高铁血红蛋白浓度未超出正常范围,病人无发绀、血压下降等症状。无论从临床上还是病理上均无肺泡水肿的证据。从透射电镜结果看,虽然亚细胞结构有细胞内及肺间质轻度水肿表现,但都属于可复性,且与吸入NO时间不成正比。
依据以上结果,我们认为虽然NO具有很多毒副作用,只要有合理的送气系统和严格的监测手段,在短时间的治疗过程中是无毒副作用的,至少不表现出任何不良反应。至今尚无短时间吸入低浓度NO治疗中出现不良反应的报道。
正常人长期大量接触NO会有不良影响,美国NIOSH(National Institute for Occupational Safety and Health)制定的标准是8小时工作环境中NO浓度最高不得超过25 ppm,NO2不得超过5 ppm[8]。但有研究证实NO气体在低于美国NIOSH制定的浓度时就表现出毒副作用[9]。临床长期接受NO治疗的病人其毒副作用还需进一步研究[10]。
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总之,在吸入低浓度NO气体治疗过程中,合理的送气系统和监测系统对于减少毒副作用很重要,否则不但失去治疗意义还会导致机体损害。所谓合理的送气系统,即NO与O2接触时间尽可能最短,混合最均匀,呼出的气体要完全排出呼吸环路。目前临床上有两种方式:一种为NO在O2进入呼吸机前与之混合,另一种NO在呼吸机的吸气环路中与之混合[11]。前者气体混合均匀,但接触时间长,会增加NO2的生成。后者虽然缩短了NO与O2接触时间,减少了NO2的生成,但会或多或少地产生层流,导致肺内供氧不均匀。两种方法现都在临床实践中不断改进和完善。在NO应用的全过程中,应在近气管插管处持续监测呼吸环路中的O2浓度、NO浓度和NO2浓度,确保供氧以及NO和O2的最佳混合比例。
第一作者：王巍，男，37岁，副主任医师，博士
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参考文献
1 Fustin AT.The chemistry of the higher oxides of nitrogen as related to the manufacture,storage and administration of nitrous oxide.Br J Anesth,1967,39:345—392.
2 Frostell C,Fratacci MD,Wain JC,et al.Inhaled nitric oxide:a selective pulmonary vasodilator reversing hypoxic pulmonary vasoconstriction.Circulation,1991,83:2038—2047.
3 Moncada S,Palmer RMJ,Higgs EA.Nitric oxide:physiology,pathophysiology and pharmacology.Pharm Rev,1991,43:109—142.
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4 Pearl RG.Inhaled nitric oxide:the past,the present,and the future.Anesthesiology,1993,78:413—416.
5 Kam PCA,Govender G.Nitric oxide:Basic science and clinical application.Anesthesia,1994,49:515—521.
6 山西医学院主编.劳动卫生与职业病学.第1版.北京:人民卫生出版社,1984.141.
7 上海第一医学院主编.环境卫生学.第1版.北京:人民卫生出版社,1984.133.
8 Centers for Disease Cotrol.Recommendations for occupational safety and health standard.MMWR,1988 (Suppl), 37:21.
, http://www.100md.com
9 Body SC,Hartigan PM,Shernan SK,et al.Nitric oxide:Delivery,Measurement,and Clinical Application.J Cardiothoracic & Vascular Anesthesia,1995,9:748—763.
10Gaston B,Drazen JM,Loscalzo J,et al.The biology of nitrogen oxides in the airways.Am J Respir Crit Care Med,1994,149:538—551.
11朱涛,萧明第,程卫平.吸入一氧化氮给气系统的应用.中国循环杂志,1996,11:354—357.
收稿:1999-02-01
修回:1999-05-27, 百拇医药