百草枯中毒患者脏器损害与血清细胞因子变化的研究

毒理学杂志2007年21卷（4）期

中图分类号：R99 文献标识码：A 文章编号：

百草枯中毒患者脏器损害与血清细胞因子变化的研究

张华^1，2， 菅向东¹， 郭广冉¹， 阮艳君¹， 崔凤玉¹， 阚宝甜¹， 张海艇³， 王凌²，等.

（1．山东大学齐鲁医院，山东 济南，250012；2. 山东省枣庄市立医院，山东 枣庄，277102；3．山东大学药学院，山东济南，250012）

[摘要] 目的 观察急性百草枯中毒患者脏器损害与血清细胞因子变化。方法 15例百草枯中毒患者于服毒后48小时采集静脉血10ml，分离血清，取部分血清立即作肝肾功能及有关生化检查，其余置 -70℃ 冻存，备测细胞因子。采集动脉血2ml行动脉血气检查。所有病人均行高分辨CT检查。对照组为15例健康查体志愿者。肝肾功能和动脉血气分析按照常规方法进行。血清PDF、IGF、TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10采用酶联免疫吸附法（ELISA）。结果 百草枯中毒患者血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、尿素氮（BUN）、肌酐（Cr）、总胆红素（TBIL）较对照组升高明显（P＜0.05 或P＜0.01）。患者动脉血氧分压（PO₂）、二氧化碳分压（PCO₂）下降明显，pH、碱剩余（BE）、碳酸氢盐（HCO^-₃）降低明显，与对照组比较差异显著（**P＜0.01)，患者血清细胞因子PDGF、IGF-1、TNF-α、IL-10等较对照组明显升高，差异具有显著性（*P＜0.05），而IL-1β、IL-6变化不明显。HRCT主要为肺部渗出性病变，表现为片絮状影、磨玻璃样影、肺叶实变等。结论：百草枯中毒可造成肺、肝、肾损害，在百草枯中毒发病机制中细胞因子的变化可能起到了重要作用。

[关键词] 百草枯；细胞因子；急性肺损伤；肺纤维化

Organic injury and changes of cytokines in paraquat poisoning patients

ZHANG Hua^1,2, JIAN Xiang-dong¹, GUO, Guangran¹, RUAN Yanjun¹, CUI Fengyu¹, KAN Bao-tian¹, ZHANG Haiting³

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基金项目：山东省科技厅计划项目（B200357）

作者简介：张华，硕士研究生，研究方向：风湿病和中毒急危重症。

通讯作者：菅向东，教授，内科学博士，硕士生导师。研究方向，中毒急危重症的临床和基础研究。E-mail:j6anxian@public.jn.sd.cn

（1. Qilu Hospital of Shandong University Jinan Shandong,250012: 2. Zaozhuang municipal hospital of Shandong Province, Zaozhuang Shandong, 277102; 3. Pharmacy college of Shandong University, Jinan Shandong,250012）

[Abstract] Objective To observer the manifestation，liver and renal function，arterial blood gas ，lung HRCT of paraquat poisoning patients, and we also determine the serum cytokines PDGF、IGF-1、TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10 of the patients. Methods 10ml venous blood was drawn from fifteen paraquat poisoning patients 48h later after taking poisoning for liver and renal function determination and cytokines detection. Arterial blood gas and lung HRCT were also been done at the same time. Fifteen

volunteers were invited as control. The determination of liver and renal function,

arterial blood gas according to routine methods and the detection of cytokines according to the instruction of kits by ELISA. Results Paraquat could induce respiratory system, digestive system and urinary system manifestation. The serum ALT, AST, TBIL, BUN, Cr were increased by paraquat（P＜0.05 or P＜0.01, compared with control). PO₂, PCO_2, pH,BE,HCO^-₃ were decreased by paraquat（P＜0.01, compared with control). Cytokines PDGF、IGF-1、TNF-α、IL-10 were increased by paraquat. Conclusion Paraquat could induce lung, kidney and liver injury and cytokines may play an important role on the pathogenesis of paraquat poisoning.

[Key words] Paraquat；Cytokine；Acute lung injury；Pulmonary fibrosis

二十世纪五十年代末，百草枯的除草作用首次被发现,1962年市场上开始出现百草枯产品。百草枯又名克芜踪，是速效触杀型除草剂，喷洒后能够很快发挥作用，接触土壤后迅速失活，在土壤中无残留，它在中国农村广泛使用，促进了农业生产力的提高^[1]。使用这种除草剂可减少耕种作业，有助于防止土壤被侵蚀，保持土壤湿度，促进无需消耗时间和能量的“免耕农业”或“直播农业”的开展，深受广大农民的喜爱^[2，3，4]。然而，百草枯对人体具有明显的毒害作用。据卫生部统计，我国主要疾病死因中，中毒和创伤列第5位。农药中毒是我国农民主要的中毒性疾病，百草枯虽然被列为中等毒性的毒物，可是由于它目前尚无有效的治疗方法^[5]，急性口服中毒的病死率在80%以上，少数存活病例也往往也留有严重的肺纤维化，其实际危害程度已超过了有机磷农药和毒鼠强等剧毒灭鼠剂。目前其发病机制尚不清楚。近年来，细胞因子在急性脏器损伤中的作用越来越为人们所重视，在动物实验中我们也观察到百草枯染毒大鼠细胞因子呈现规律性变化^[6，7]。本文重点从临床角度探讨百草枯中毒患者肺、肝脏、肾脏损伤及其细胞因子变化规律。

1材料与方法

1.1 病例选择 15例百草枯中毒患者，男5人，女19人。年龄最小16岁，最大56岁，服药量为40-200ml不等，分别于服药后48小时采集静脉血10ml，分离血清，取部分血清立即作肝肾功能及有关生化检查，其余置 -70℃ 冻存，备测细胞因子。采集动脉血2ml行动脉血气检查。所有病人均行HRCT检查。以上检查均征得患者同意并签署知情同意书。对照组为15例健康查体志愿者，其性别、年龄及其他情况与病例组比差异无显著性。中毒病人中毒前和对照组人员均无其他基础疾病。

1.2 主要试剂及药品 血小板衍生生长因子（PDGF）、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）白细胞介素-10（IL-10）试剂盒，美国R﹠D公司进口分装，上海森雄科技实业有限公司提供；其他如全自动生化分析仪和血气分析仪等。

1.3 观察指标 观察急性百草枯中毒患者的主要临床表现，肝肾功能和动脉血气分析按照常规方法进行。血清PDF、IGF-1、TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10采用酶联免疫吸附法（ELISA），按说明书规程操作。

1.4. 统计学处理：数据以, 表示；用SPSS 13．0软件进行分析，t检验。

2．结果

2．1 百草枯中毒患者主要临床表现 如表1所示，百草枯中毒患者以呼吸系统、消化系统和泌尿症状为主。

表1 百草枯中毒患者主要临床表现

临床表 现	咽痛	口腔灼 伤	恶心	呕吐	腹痛	腹部压痛	消化道出血	消化道穿孔	黄疸	胸闷	胸痛
例数	15	15	15	6	5	15	15	1	5	4	6
百分比（%）	100	100	100	40	33．3	100	100	6．67	33．3	26．7	40
临床表 现	憋气	呼吸困难	发热	少尿或无尿	蛋白尿	血尿	休克	MODS	头痛	昏迷	DIC
例数	6	12	1	8	12	14	4	14	5	1	1
百分比（%）	40	80	6．67	53．3	80	93，3	26．7	93．3	33．3	6．67	6．67

表2. 百草枯中毒患者肝肾功能、动脉血气和细胞因子变化（ ）

组别

n

ALT (U/L)

AST (U/L)

GGT (U/L)

BUN (mmol/L)

Cr (μmol/L)

TBIL (μmol/L)

TP (g/L)

A/G

对照组

15

24.93± 11.63

21.40± 10.70

29.5± 16.27

4.84± 1.29

84.93±20.32

10.53± 5.08

72.60± 6.92

1.92± 0.36

病例组

15

85.66± 29.04**

63.4± 23.40**

36.86± 18.82

12.17± 3.22**

127.53± 33.97**

32.29± 17.07**

67.66± 8.84

1.88± 0.50

组别

n

PaO2(mmHg)

PCO2(mmHg)

pH

BE

HCO-3（mmlo/L）

对照组

15

97.53± 1.45

40.26±3.30

7.39± 0.03

1.58± 0.50

24.60± 1.63

病例组

15

76.93± 10.01**

32.20±6.55**

7.34±0.05**

-4.32 ±1.91**

16.86 ±2.69**

组别

n

PDGF（μg/L）

IGF- 1（μg/L）

TNF-α（μg/L）

IL-1β（μg/L）

IL-6（μg/L）

IL-10（μg/L）

对照组

15

178.82±53.01

111.22±32.90

42.12±15.75

18.72±3.65

81.02±19.49

26.55±5.15

病例组

15

332.52±193.76*

170.16±85.16*

61.53±25.43*

19.36±4.35

78.68±24.53

39.49±21.64*

t 检验，*P＜0.05，**P＜0.01，与对照组比较。

2．2 百草枯中毒患者肝肾功能变化 如表2所示，百草枯中毒患者血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、总胆红素（TBIL）、尿素氮（BUN）、肌酐（Cr）较对照组升高明显（*P＜0.05，**P＜0.01），提示百草枯中毒可造成明显的肝肾损害。

2．3 百草枯中毒患者动脉血气分析变化 如表2所示，百草枯中毒患者动脉血氧分压(PO₂)、二氧化碳分压(PCO₂)下降明显，pH、碱剩余（BE）、碳酸氢盐（HCO^-₃）降低明显，以上指标与对照组比较差异显著（**P＜0.01)，提示百草枯中毒可造成低氧血症、过度换气、代谢性酸中毒等。

2．4 百草枯中毒患者血清细胞因子变化 如表2所示，患者血清细胞因子PDGF、IGF-1、TNF-α、IL-10等较对照组明显升高，差异具有显著性（*P＜0.05），而IL-1β、IL-6变化不明显。

2．5 百草枯中毒患者肺部HRCT变化 主要为肺部渗出性病变，表现为片状絮状影、磨玻璃样影、肺叶实变等。

3．讨 论

1966 年, 英国Bullivant 首先描述2 例百草枯意外中毒死亡事件，随后世界各地相继报道百草枯中毒病例。百草枯人口服致死量约为 5～10ml 20%的原液。口服中毒后除引起消化道糜烂、出血外，还能损害多个重要脏器，尤其肺中浓度较高，可导致呼吸困难、急性肺水肿、进行性肺纤维化等临床表现，预后不良^[8，9]。Yamashita M 对存活的百草枯中毒患者进行随访发现, 即使是轻微的肺损伤, 仍可引起百草枯中毒患者在较长时间内的限制性肺功能损伤，最终导致不可逆的肺间质纤维化，而一旦出现肺间质纤维化，病人预后极差^[10]。

本品可经消化道和呼吸道吸收，不易经完整的皮肤吸收，易经受损的皮肤吸收。百草枯大鼠经口LD₅₀为100 mg/kg，小鼠经口LD₅₀ 为120 mg/kg，兔经皮LD₅₀ 236 mg/kg。百草枯吸收后随血液分布至肺、肾脏、肝脏及甲状腺等器官，但以肺内含量最高，含量可大于血中含量的十至数十倍，且存留时间较久。百草枯在体内很少降解，常以原形随粪、尿排出，少量经乳汁排出。体内细胞有复杂的酶和其他防御机制来防护氧化还原反应中产生的"活性氧"的毒性，当存在高浓度百草枯时，细胞的防御机制破坏，"活性氧"的毒性导致细胞死亡及组织损伤。还有人认为百草枯分子可直接对细胞起毒作用^{[11，12，13]}。

近年来，肺纤维化机制研究取得了许多非常重要的进展，特别是细胞因子在这一复杂过程中所起的作用引人注目^[14]。从而提出了肺细胞及细胞因子网络的概念。产生细胞因子的细胞有肺巨噬细胞(MΦ) 、肺泡Ⅱ型细胞、中性粒细胞、上皮细胞和毛细血管内皮细胞等。血小板衍生生长因子（ＰＤＧＦ）是刺激细胞生长的主要致分裂原，对成纤维细胞有趋化作用，是参与纤维化进展的细胞因子。胰岛素样生长因子-1（ＩＧＦ-1）是一组小分子肽类物质，它们在机体各器官内普遍存在，是调节机体胚胎器官生长发育的重要因子之一。近几年发现，在肺纤维化形成过程中肺内的ＩＧＦ-1含量增高，因而认为ＩＧＦ-1肺纤维化的发生发展关系密切^[15]。肿瘤坏死因子TNF-α、白介素( IL) - 1β 为肺损伤时MΦ来源的细胞因子，这些细胞生长因子一方面使炎症细胞浸润，MΦ分化和成熟，另一方面促进细胞因子和炎症递质的进一步分泌和表达，形成复杂的细胞因子网络,引起肺泡炎和肺损伤。ＴＮＦ-α是一种多肽，主要由激活的肺泡巨噬细胞产生和分泌，是一种具有广泛生物活性的细胞因子，与肺纤维化和间质性炎症有关。IL-6 是肺纤维化中主要的炎症细胞因子之一，它可以调节免疫反应、急性期反应和血细胞生成，并在宿主防御机制中起关键作用，由多种细胞产生，包括T 细胞、B 细胞、单核细胞、成纤维细胞及内皮细胞等，其主要功能诱导B 细胞生长、分化并产生免疫球蛋白，形成免疫复合物，造成肺损伤。IL-10 可减轻炎症反应，减少胶原的产生，有助于控制炎症，维持机体的稳态，是损伤的一种代偿反应^{[16，17，18，19]}。

本次研究发现，急性百草枯中毒后48h，可出现呼吸系统、消化系统、泌尿系统相应的症状和体征。肝肾损伤表现ALT、AST、TBIL、BUN、Cr升高。动脉血气分析结果主要表现为低氧血症、低碳酸血症和代谢性酸中毒，说明百草枯中毒患者早期即可出现过度换气和酸碱平衡失调。肺部HRCT检查表现渗出性病变。细胞因子PDGF、IGF-1、TNF-α、IL-10明显升高，而IL-1β、IL-6与对照组比变化不明显，说明细胞因子PDGF、IGF-1、TNF-α、IL-10系百草枯中毒所致的损伤早期敏感指标。我们在以往的动物实验研究中发现，IL-1β、IL-6在百草枯中毒动物模型中也升高[7]，与患者的变化不一致，造成这种结果的原因可能是由于人体中毒是一个极其复杂的病理生理过程，与单纯的动物实验不同，它受毒物摄入量、救治时间与方式、患者本人情况等多种因素的影响，因此，每个中毒患者的表现均具有明显的个体性。

本研究提示，在百草枯中毒发病过程中，某些细胞因子可能发挥重要作用。

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