百草枯中毒发病机制的研究进展
百草枯(paraquat，PQ)，又名对草快，其20%的溶液又称克芜踪，是目前使用最广泛的除草剂之一，对人畜毒性最强。近年来百草枯中毒(paraquat poisoning，PQP)的病例屡见不鲜，由于其中毒致死鲢小无特效解毒剂、常规对症治疗效果极差，故死亡率居高下下。本研究就近年来PQP发病机制的研究进展作一综述。
1 PQ的毒理作用
1.1 物理性质
PQ属有机氮杂环类化合物，有效成分为1，l’二甲基一4，4’二联吡啶阳离子盐，纯品为白色晶体，无味，易溶于水，微溶于酒精，在酸性及中性溶液中稳定，遇碱水解。
1.2毒物动力学
可经皮肤、呼吸道、消化道吸收。口服吸收率为5%-15%，大部分经粪便排泄，吸收后30 min至4 h内达血浆浓度峰值，15-20 h血浆浓度缓慢下降。血浆蛋白结合率很低，在体内很少降解，以原形从肾脏排出。PQ在体内分布广泛，以肺组织中浓度较高，其浓度可为血液浓度的10-90倍。在肌组织中存留时间较长，平均半哀期84 h。
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1.3对人体的危害
PQ毒性较强，经口参考致死量约为3 g，其20%溶液儿童约4.5 ml，成人为10-20 ml。口服中毒时可引起消化道糜烂、出血，大剂量中毒常因多器官功能障碍综合征(MODS)而迅速死亡，小剂量中毒常引起迟发性肺纤维化，最终死于呼吸衰竭。据统计，PQP总病死率为20%-75%，口服病死率更高，达60.0%-87.8%，存活者中绝大多数存在肺间质纤维化，预后险恶。
2 PQP引发MODS的机制
2.1产生大量的氧自由基
2.1.1产生氧自由基的机制 进入组织的PQ先被还原型辅酶Ⅱ(NADPH)转化为PQ+，而NADPH则被氧化为辅酶Ⅱ(NADP+)。此后，PQ+再与氧作用产生超氧离子(O2+)，在超氧化物歧化酶(sOD)的作用下，O2转变为过氧化氢(H2O2)H2O2半衰期长，容易透过细胞膜，并且在由铁催化的Fenton型Haber-Weiss反应中，可迅速形成OH-，而OH-是较O2更强的氧化剂，可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作用产生OH-，在细胞内或细胞之间引起氧化性损伤。
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2.1.2氧自由基对机体的影响 通过产生自由基，间接使体内巯基化合物、SOD含量减少，影响机体的抗氧化作用，诱导脂质过氧化反应，使蛋白质交联、失活，通过氧化反应直接损害主要细胞成分，包括对DNA的直接损伤，最终导致一系列病理变化。
2.2胞内钙稳态失衡
2.2.1 产生钙超载的机制 与以下因素有关：(1)大量的氧自由基可引发细胞膜的脂质过氧化，使膜受损，通透性增高，钙通道开放，细胞外钙顺浓度梯度大量内流；(2)膜上NaK ATP酶失活，可使细胞内Na+升高，Na+-Ca2+交换增强；(3)线粒体膜流动性的降低可导致氧化磷酸化功能受损，ATP生成障碍，使胞膜及肌浆网膜钙泵功能障碍，不能排出和摄取细胞浆中过多的钙，致使胞浆中游离钙浓度增加； (4)Minakata的研究认为可能与ca2+-Mg2+失衡或Mg2+缺乏有关。
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2.2.2钙超载对机体的影响 可通过以下途径加重细胞损害：(1)抑制ATP的合成，加速ATP分解，使细胞能量缺乏；(2)可使黄嘌呤脱氢酶转变成黄嘌呤氧化酶，促进氧自由基和其他自由基生成；(3)改变细胞内蛋白质的功能，激活蛋白酶，破坏细胞膜及细胞骨架，使细胞膜的通透性升高，更多的钙离子大量内流；(4)细胞浆中过多的钙最终形成磷酸盐沉积于线粒体，使线粒体结构及功能破坏。曹钰等。实验发现，使用金属离子螫合剂依地酸钙钠可与钙离子螯合生成可溶的络合物，从而减轻细胞内钙超载，降低细胞膜的高通透性，减轻PQ损伤。
2.3炎性介质释放引发MODS
近年来已有学者关注急性中毒与全身炎症反应综合征(sIRS)及MODS的关系。PQ有强烈的刺激和腐蚀作用，可造成机体一系列应激反应，刺激神经、内分泌和免疫系统释放大量炎性介质。Venkatesan提出PQP早期，有大量炎性细胞和免疫细胞浸润，分泌多种递质。王伟华等。报道，急性百草枯中毒(APP)伴MODS患者血浆内皮素(ET)水平较正常对照组明显升高，并与反映APP缺氧程度的敏感指标PaO2呈显著负相关，与反映MODS损害程度的APACHEⅡ分值呈正相关，与代表心、肝、肾功能的CK-MB、cTnI、LDH、ALT、AST、BUN、SCr呈正相关，提示ET可能参与了APP后MODS的发病过程，并与其损伤程度密切相关。
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2.4影响能量合成和利用
PQ导致NADPH大量氧化消耗，使许多NADPH参与的生化反应无法进行，竞争性抑制干扰呼吸链电子传递，影响生物氧化磷酸化，使能量合成减少至停止，引起细胞衰竭。此外，有人发现重度PQP患者其氧耗量明显增加，而心脏收缩功能受抑制导致氧运指数明显降低，加重脏器功能损害。晚期肺纤维化导致机体严重缺氧，加重脏器损害。
3 PQP致晚期肺纤维化的机制
3.1 PQ体内代谢特点与肺纤维化密切相关
肺部具有胺类物质转运系统，PQ的结构与多胺相似，通过细胞膜对双胺和聚胺类物质的主动转运机制，可被肺泡l型细胞和Ⅱ型细胞主动摄取和蓄积，同时由于肺含氧丰富，促进其氧化性损害，故肺脏受损最突出且严重。PQ口服吸收后，主要蓄积在肺和肌肉中，排泄缓慢，因此毒性作用可持续存在，导致肺纤维化逐渐形成。
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3.2炎症反应在肺纤维化中的作用
早期发现，肺纤维化患者的支气管肺泡灌洗液内中性粒细胞和嗜酸性粒细胞增多，之后，发现这些细胞被激活，释放许多产物(如蛋白酶和氧化物)，损伤肺实质细胞，纤维母细胞迁移到损伤区域，并且被激活分泌胶原蛋白和其它基质蛋白，同时释放蛋白酶降解和重塑基质蛋白。一方面破坏I型胶原和肺泡壁，影响病变的可逆性，另一方面诱导成纤维细胞增生最终形成肺间质纤维化。Giulivi”提出PQP早期肺内有中性粒细胞的浸润、积聚，并释放大量氧化物，加重氧自由基的损伤作用，引起肺水肿、胸腔积液。
3.3基质金属蛋白酶在肺纤维化中的作用
Ruiz等研究发现，在PQP及高浓度氧环境下所致肺纤维化小鼠模型中，不同阶段基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases，MMPs)有着不同的变化，其中胶原酶和金属蛋白酶的组织抑制物(tissue inhibitors ofmetalloproteinases，TIMPs)之间的不平衡，过度的凝胶分解活性(gelatinolytic activity)和肺泡上皮凋亡(epithelialapoptosis)共同参与了肺纤维化的产生。研究表明，多种促纤维化因子如胰岛素样生长因子(1GFs)、转化生长因子-β(TGF-β)和肿瘤坏死因子-a(TNF-a)等是肺纤维化起动和发展的重要调节因子，MMPs可通过介导上述促纤维化因子的激活和释放而在肺纤维化病变的进程中发挥重要作用。
综上所述，PQP可引起MODS或进行性肺纤维化，是死亡的主要原因。目前国内治疗方面除早期洗胃、导泻、促进毒物排泄等，主要集中在血液净化、抗自由基药物、糖皮质激素及免疫抑制药物，但效果均不理想。故对百草枯中毒发病机制的积极探索、早期阻断其发病机制中主导因素将是治疗成功的关键。, http://www.100md.com(吴丽红)
1 PQ的毒理作用
1.1 物理性质
PQ属有机氮杂环类化合物，有效成分为1，l’二甲基一4，4’二联吡啶阳离子盐，纯品为白色晶体，无味，易溶于水，微溶于酒精，在酸性及中性溶液中稳定，遇碱水解。
1.2毒物动力学
可经皮肤、呼吸道、消化道吸收。口服吸收率为5%-15%，大部分经粪便排泄，吸收后30 min至4 h内达血浆浓度峰值，15-20 h血浆浓度缓慢下降。血浆蛋白结合率很低，在体内很少降解，以原形从肾脏排出。PQ在体内分布广泛，以肺组织中浓度较高，其浓度可为血液浓度的10-90倍。在肌组织中存留时间较长，平均半哀期84 h。
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1.3对人体的危害
PQ毒性较强，经口参考致死量约为3 g，其20%溶液儿童约4.5 ml，成人为10-20 ml。口服中毒时可引起消化道糜烂、出血，大剂量中毒常因多器官功能障碍综合征(MODS)而迅速死亡，小剂量中毒常引起迟发性肺纤维化，最终死于呼吸衰竭。据统计，PQP总病死率为20%-75%，口服病死率更高，达60.0%-87.8%，存活者中绝大多数存在肺间质纤维化，预后险恶。
2 PQP引发MODS的机制
2.1产生大量的氧自由基
2.1.1产生氧自由基的机制 进入组织的PQ先被还原型辅酶Ⅱ(NADPH)转化为PQ+，而NADPH则被氧化为辅酶Ⅱ(NADP+)。此后，PQ+再与氧作用产生超氧离子(O2+)，在超氧化物歧化酶(sOD)的作用下，O2转变为过氧化氢(H2O2)H2O2半衰期长，容易透过细胞膜，并且在由铁催化的Fenton型Haber-Weiss反应中，可迅速形成OH-，而OH-是较O2更强的氧化剂，可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作用产生OH-，在细胞内或细胞之间引起氧化性损伤。
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2.1.2氧自由基对机体的影响 通过产生自由基，间接使体内巯基化合物、SOD含量减少，影响机体的抗氧化作用，诱导脂质过氧化反应，使蛋白质交联、失活，通过氧化反应直接损害主要细胞成分，包括对DNA的直接损伤，最终导致一系列病理变化。
2.2胞内钙稳态失衡
2.2.1 产生钙超载的机制 与以下因素有关：(1)大量的氧自由基可引发细胞膜的脂质过氧化，使膜受损，通透性增高，钙通道开放，细胞外钙顺浓度梯度大量内流；(2)膜上NaK ATP酶失活，可使细胞内Na+升高，Na+-Ca2+交换增强；(3)线粒体膜流动性的降低可导致氧化磷酸化功能受损，ATP生成障碍，使胞膜及肌浆网膜钙泵功能障碍，不能排出和摄取细胞浆中过多的钙，致使胞浆中游离钙浓度增加； (4)Minakata的研究认为可能与ca2+-Mg2+失衡或Mg2+缺乏有关。
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2.2.2钙超载对机体的影响 可通过以下途径加重细胞损害：(1)抑制ATP的合成，加速ATP分解，使细胞能量缺乏；(2)可使黄嘌呤脱氢酶转变成黄嘌呤氧化酶，促进氧自由基和其他自由基生成；(3)改变细胞内蛋白质的功能，激活蛋白酶，破坏细胞膜及细胞骨架，使细胞膜的通透性升高，更多的钙离子大量内流；(4)细胞浆中过多的钙最终形成磷酸盐沉积于线粒体，使线粒体结构及功能破坏。曹钰等。实验发现，使用金属离子螫合剂依地酸钙钠可与钙离子螯合生成可溶的络合物，从而减轻细胞内钙超载，降低细胞膜的高通透性，减轻PQ损伤。
2.3炎性介质释放引发MODS
近年来已有学者关注急性中毒与全身炎症反应综合征(sIRS)及MODS的关系。PQ有强烈的刺激和腐蚀作用，可造成机体一系列应激反应，刺激神经、内分泌和免疫系统释放大量炎性介质。Venkatesan提出PQP早期，有大量炎性细胞和免疫细胞浸润，分泌多种递质。王伟华等。报道，急性百草枯中毒(APP)伴MODS患者血浆内皮素(ET)水平较正常对照组明显升高，并与反映APP缺氧程度的敏感指标PaO2呈显著负相关，与反映MODS损害程度的APACHEⅡ分值呈正相关，与代表心、肝、肾功能的CK-MB、cTnI、LDH、ALT、AST、BUN、SCr呈正相关，提示ET可能参与了APP后MODS的发病过程，并与其损伤程度密切相关。
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2.4影响能量合成和利用
PQ导致NADPH大量氧化消耗，使许多NADPH参与的生化反应无法进行，竞争性抑制干扰呼吸链电子传递，影响生物氧化磷酸化，使能量合成减少至停止，引起细胞衰竭。此外，有人发现重度PQP患者其氧耗量明显增加，而心脏收缩功能受抑制导致氧运指数明显降低，加重脏器功能损害。晚期肺纤维化导致机体严重缺氧，加重脏器损害。
3 PQP致晚期肺纤维化的机制
3.1 PQ体内代谢特点与肺纤维化密切相关
肺部具有胺类物质转运系统，PQ的结构与多胺相似，通过细胞膜对双胺和聚胺类物质的主动转运机制，可被肺泡l型细胞和Ⅱ型细胞主动摄取和蓄积，同时由于肺含氧丰富，促进其氧化性损害，故肺脏受损最突出且严重。PQ口服吸收后，主要蓄积在肺和肌肉中，排泄缓慢，因此毒性作用可持续存在，导致肺纤维化逐渐形成。
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3.2炎症反应在肺纤维化中的作用
早期发现，肺纤维化患者的支气管肺泡灌洗液内中性粒细胞和嗜酸性粒细胞增多，之后，发现这些细胞被激活，释放许多产物(如蛋白酶和氧化物)，损伤肺实质细胞，纤维母细胞迁移到损伤区域，并且被激活分泌胶原蛋白和其它基质蛋白，同时释放蛋白酶降解和重塑基质蛋白。一方面破坏I型胶原和肺泡壁，影响病变的可逆性，另一方面诱导成纤维细胞增生最终形成肺间质纤维化。Giulivi”提出PQP早期肺内有中性粒细胞的浸润、积聚，并释放大量氧化物，加重氧自由基的损伤作用，引起肺水肿、胸腔积液。
3.3基质金属蛋白酶在肺纤维化中的作用
Ruiz等研究发现，在PQP及高浓度氧环境下所致肺纤维化小鼠模型中，不同阶段基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases，MMPs)有着不同的变化，其中胶原酶和金属蛋白酶的组织抑制物(tissue inhibitors ofmetalloproteinases，TIMPs)之间的不平衡，过度的凝胶分解活性(gelatinolytic activity)和肺泡上皮凋亡(epithelialapoptosis)共同参与了肺纤维化的产生。研究表明，多种促纤维化因子如胰岛素样生长因子(1GFs)、转化生长因子-β(TGF-β)和肿瘤坏死因子-a(TNF-a)等是肺纤维化起动和发展的重要调节因子，MMPs可通过介导上述促纤维化因子的激活和释放而在肺纤维化病变的进程中发挥重要作用。
综上所述，PQP可引起MODS或进行性肺纤维化，是死亡的主要原因。目前国内治疗方面除早期洗胃、导泻、促进毒物排泄等，主要集中在血液净化、抗自由基药物、糖皮质激素及免疫抑制药物，但效果均不理想。故对百草枯中毒发病机制的积极探索、早期阻断其发病机制中主导因素将是治疗成功的关键。, http://www.100md.com(吴丽红)