急性百草枯中毒的诊断及治疗方法

2019-09-11 10:01 来源:微信公众号 - CCM_China 作者:重症医学公众号
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百草枯虽然严重危害着人类的健康,但仍是全球普遍应用的一种除草剂。我们的临床数据表明,主要的预后影响因素为尿液亚硫酸盐测试转阴所需的时间。摄入百草枯7天后,肺部高分辨率计算机断层扫描成像显示毛玻璃影分布小于肺总容积的20%时,患者的生存率为100%。急性肾损伤的发生率大概为50%。摄入毒物平均5天后血肌酐水平达到峰值,通常3周内可恢复至正常水平。在特定的时间范围内,我们得到,最高浓度百草枯的幸存者和最低浓度百草枯的非幸存者之间存在一定的联系。在设定的时间内,可以得到两条曲线,幸存者百草枯最高浓度曲线和致死者最低浓度曲线,所以可以认为在这两条浓度曲线范围内的中毒患者是可以治愈的。推荐以下治疗方法,可以保护肾功能:1)体外消除,清除毒物;2)静脉注射抗氧化剂;3)补液利尿;4)应用细胞毒药物。总之,此综述提供了急性百草枯中毒诊断程序及治疗方法的通用概述,而我们专注于临床经验。

关键字:百草枯;活性氧;抗氧化剂;血液灌流

摘要

尽管自2007年欧盟已对不符合健康标准的百草枯(1,1—二甲基—4,4-联吡啶二氯化合物;PQ)发出禁令,但其仍是世界范围内广泛应用的一种除草剂。PQ中毒是一种严重的公共卫生问题,据估计在一些亚洲国家每年有2000例因误服毒物中毒,相关的死亡率为60-70%。在发展中国家,PQ因其广泛应用、低中毒剂量和相对低的成本,PQ成为广泛使用的一种自杀药物。

在过去40年研究了几种改变PQ毒力的方法,但迄今为止都没有被证明是有效的。因此,PQ中毒的临床结果通常由接触毒物的程度来决定的。

在韩国故意服用农药是一种常见的自杀方式。在过去30年其农药中毒研究所经历了10000多例急性PQ中毒事件。

该文章我们阐述了针对急性PQ中毒患者的临床经验,并提出建议的诊断和治疗方法。

PQ中毒的机理

人体中毒的关键机制

几条途径被认为是人体PQ中毒的关键诱发因素。首先,肺脏是PQ中毒最易受累的器官(图1)。尽管PQ摄入后的最初几个小时,PQ血浆水平在下降,但肺内的PQ浓度在不断增高。许多科学家将这一现象归因于PQ对肺泡细胞具有高度的亲和力。肺泡细胞受损是由于PQ引起的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)依赖的单电子阳离子自由基(PQ+)减少,与分子氧自发的反应产生大量超氧自由基(O2-)和可逆的形式PQ++,而后者不断减少。因此PQ中毒往往死于呼吸衰竭。

其次,活性氧(ROS)可介导细胞信号转导,引起炎症反应。因此,最初病理表现以炎细胞浸润为特征(图2)。许多医生因此试图应用抗炎症反应药物来治疗急性PQ中毒患者。这一话题在接下来的段落进一步阐述。第三,PQ可引起线粒体损伤。最后,PQ引起铁蛋白释放自由形式的铁,加重活性氧的产生。


图1肺脏是急性百草枯中毒最易受累的器官。小鼠注射致命剂量的百草枯(25mg/kg)3天后死亡。光学显微镜下观察其肝脏、肺脏、肾脏。(A)肺实质细胞间隙增宽,胸膜下区域主要表现为炎细胞浸润(HE染色,×40)。(B)在高倍镜下观察,可见肺脏大量淋巴细胞浸润(HE染色,×400)。(C、D)肝脏及肾脏组织学变化不是很显著。(HE染色,×100)


图2  活性氧(ROS)在炎症反应中介导细胞信号转导。氧自由基可激活如PI3K、NF-κB、活化蛋白-1等蛋白复合物,控制DNA转录,参与如细胞生长、增殖、分化等细胞功能。

临床表现

急性百草枯中毒的临床特点

急性百草枯中毒(PQ)的临床特点是死亡率高,病程进展迅速,且肺和肾的损伤常见。急性中毒早期通常没有明显症状。大多数患者在最初几天内唯一的主诉是舌和口腔黏膜的疼痛及麻木。表1根据所报道的百草枯中毒的严重程度总结了其主要症状。

中到重度中毒患者由于肺损伤的进展(影像学表现为实变),在摄入百草枯后3-4天内可出现呼吸困难,呼吸频率增快(呼吸急促),嗜睡及昏迷。

表1.急性百草枯中的的症状及体征(根据中毒的严重程度)

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*呃逆通常发生于摄入量>100ml时且存在更多不详症状;+昏迷患者通常在几天内死亡。

急性百草枯中毒患者急性肾损伤的临床特征

继发于百草枯中毒的急性肾损伤(AKI)的发病率约为50%((23-26)。超过50%的AKI患者可见非少尿性肾功能衰竭,尤其是早期输注过大量液体的患者。摄入百草枯后约5天,平均血肌酐水平可达峰值,且通常在3周内恢复正常。尽管目前还没有百草枯中毒后永久性肾功能丧失的报道,但肾功能衰竭患者的死亡风险会明显升高。

百草枯中毒的预后指标

Lee等(27)根据急诊室统计的百草枯中毒病人血和尿标本的初始数据确定了下列影响预后的重要因素:年龄,百草枯摄入量,血浆百草枯浓度,白细胞计数,血尿素氮,血清肌酐,尿酸,天门冬氨酸氨基转移酶,丙氨酸氨基转移酶,以及淀粉酶等都是影响预后的重要因素。

诊   断

体液中百草枯的测定及其意义

体液(如血清,血浆,尿液)中百草枯的检测是必要的,且(检测出百草枯)足以确定诊断。百草枯水平可通过摄入百草枯后符合其毒物代谢动力学的时间滞后来解释。根据分布动力学,百草枯毒理动力学分布最好的描述方式是3室模型:1)血浆;2)吸收及清除迅速的房室,如肾;以及3)吸收缓慢,约4-5小时后达到最大值的房室,如肺。血浆百草枯水平达峰较早,通常在摄入后1小时内即可达到峰值,随后由于迅速再分布到循环及其他房室,其水平可出现快速的大幅下降。在这个过程中,摄入后不同时间间隔的每一个轻微的变化都将使血浆浓度呈现出显著的变化。

百草枯尿液浓度的判读

Seok等人描述尿液中连二亚硫酸盐检测的诊断潜力,作为血浆百草枯水平的指示剂,可以确定百草枯中毒的严重程度。连二亚硫酸盐检测的原理是百草枯吸光度的变化是由于与连二亚硫酸盐反应产生蓝色造成的。这个化学反应在碱性环境中反应增强。因此,连二亚硫酸盐检测的第一步是添加连二亚硫酸盐到盛有新鲜尿液的无色容器中,随后应用弱碱剂(例如小苏打)碱化尿液。用高效液相色谱法测到百草枯的最低浓度是0.01ug/ml,而连二亚硫酸盐检测百草枯的最低浓度大约是1 ug/ml。尽管它的灵敏度比较低,但是由于方便以及可重复性,连二亚硫酸盐检测是一种床旁筛选百草枯中毒有用的工具。

在急诊室,百草枯中毒患者一到马上就放置Folty尿管,并且完全放空膀胱。这种尿样代表是几个小时前产生的尿。第一个尿样的连二亚硫酸盐检测结果代表前几个小时血液中百草枯的平均浓度。第二个尿样收集自第一个尿样之后。第二个尿样的连二亚硫酸盐检测结果代表当前血液百草枯浓度。第一个尿样的百草枯浓度高于第二个可以解释为从患者入院前最初的血清百草枯浓度到现在是逐步降低的。

在第二次连二亚硫酸盐尿液检测后每3-4小时一次,连续的进行连二亚硫酸盐尿液检测,直到结果阴性。到达结果阴性的时间是一个预测死亡率和重要器官衰竭的可靠的指标。当连二亚硫酸盐尿液检测阴转的时间临界值是34.5小时时,死亡率敏感度及特异度分别是71.4%、75%。当阴转时间大于34.5小时时,急性肾损伤及呼吸衰竭的发生率分别是100%和85%。

通过影像评价百草枯导致的肺损伤

简单的胸部X线片对评估百草枯导致的肺损伤的敏感性和特异性较低。我们推荐应用肺的高分辨CT(HTCT)来评估百草枯摄入7天后的肺部影像学变化。我们发现HRCT是充分评估急性百草枯肺损伤程度的最佳方式(图3)。

肺部最初的病理表现是肺泡炎症,也就是肺泡炎,在高分辨CT影像上呈现为磨玻璃样变(GGO)。GGO好发于胸膜下。当其面积达到肺总面积的50%时通常是致命的,然而在百草枯摄入7天后,所有存活的病人肺HRCT上GGO的面积小于20%。

当病人迟疑的小口多次口服大量未经稀释的百草枯(>20%百草枯100ml),出现是食管破裂和纵隔气肿的几率很高,常常导致致命的后果。GGO病变在2-3周后进展为纤维化,纤维化是一种进展性的过程,这种过程通常在一个月内停止。


图3相继的肺HRCT扫描。一个43岁的女性故意服用百草枯自杀。在服用的3小时内被送入医院。血清百草枯浓度为2.63ug/ml。注意到的是肺损害的面积没有在相继的HRCT上扩展。肺纤维的过程在一个月时终止。

用动脉血气分析(aBGA)评估百草枯的肺损伤

PaCO2降低伴呼吸急促提示缺氧的进展。随着百草枯引起肺损伤不断进展,PaO2逐渐降低。众所周知,若PaO2<60mmHg,死亡率将显著上升。肺损伤后期肺纤维化进展,在百草枯导致肺损伤后行肺功能检查提示限制性通气障碍,但是残余肺的弥散量仍保持完整。

治   疗

急性百草枯中毒的治疗策略

任何一种新的治疗方案的指南的制定都源自设计和控制良好的临床实验。然而,鉴于百草枯中毒的高死亡率(80%-90%)和伦理问题,在百草枯中毒患者中进行一个良好控制的临床试验是相当困难的。基于我们的临床经验和以前的报导,我们建议把以下内容作为有效治疗策略的基本内容。

1)可治疗的亚群是那些可以通过强化治疗而中止肺损伤进展的病人2)尽早开始治疗是最重要的因素和3)肾脏保护是早期治疗的基石。

可治疗的急性PQ中毒病例的识别

Proudfoot等曾报道在口服PQ后4、6、10、16和24小时,血浆PQ水平分别为2.0、0.6、0.3、0.16和0.1 µg/mL的病人最可能存活。但是,即使有这些预后性指标,在临床具体实践中仍然很难确定病人是否能够存活,因为有些病人尽管血浆中的PQ水平很低仍然未能存活。

在早期的报道中,当把375 例病例的血浆百草枯浓度随着服毒后时间间隔的变化做曲线时,存活的病例中最高的血浆PQ浓度分别为3.44μg/mL,2小时, 而后逐步的降低到2.64μg/mL,3小时, 1.75μg/mL,4 小时, 1.31μg/mL,5 小时, 1.2μg/mL,8 小时, and 0.16μg/mL,24 小时。在未存活者中,最低的PQ浓度是0.92μg/mL,2 小时, 而后降低到 0.54μg/mL,4 小时, 0.12μg/mL,5小时, 0.02μg/mL ,12小时,和0.01μg/mL,24 小时 (图4)。据此我们可以得到分别为连接存活者中最高的PQ血浆浓度和未存活者中最低的PQ血浆浓度的两条连线。病人血浆PQ/时间点如果落在了这两条连线之间(图2中的灰区),则预示着(病人)需要强化治疗。这些病人就是所谓的“可治疗的病人”

体外清除

最好的PQ体外清除的方式是血液灌流(HP)。HP的血浆PQ水平降低率高于血液透析(HD)。

HP清除血清PQ的效率取决于血液灌流器的功能,血流量和血浆(PQ)水平。依据Hong等人的报导,3小时末HP的PQ清除率为67%-83%。这在所有的受试者身上显示了HP的高效率。鉴于几乎不变的清除率和固定的血流量,决定HP的PQ清除效率的主要因素似乎是血浆PQ水平。在清除的PQ总量和血浆PQ水平之间存在的线性关系提示在血浆PQ水平达到高峰的同时开始HP治疗,应该是最有效的从体内清除PQ的方式。

    PQ中毒后AKI的高发生率挑战肾脏对PQ的清除。在肾功能正常的状态下,肾脏通HP相比,能够清除更多的PQ,且肾脏清除PQ的效率非常高。但是,一旦肾功能下降,肾脏清除PQ的能力也随之下降。因此,肾脏和HP清除血清中PQ的能力取决于很多因素。肾脏清除PQ的能力很强,但是很容易被肾损伤所影响。通常在中毒的早期即可观察到肾功能的损伤,尤其是PQ水平较高时。因此,肾脏保护在PQ中毒的早期治疗中至关重要。


图4:可治疗的急性PQ中毒病例的识别。375例急性PQ中毒病例中生存者和死亡者中的最高和最低PQ水平。这些数据可以被分成死亡带(在死亡者的较高的线之上),灰带(介于两条线之间,无法确认最终结果)和安全带(低于低线,无死亡者)

百草枯在血液灌流中的清除能力受限于血流动力参数的设定。成人使用颈静脉置管时,可将参数设为200-300mL/min。要时刻牢记百草枯两个主要问题:每公斤体重1.0-1.5L大的百草枯分布容积以及在中毒机制中活性氧极快的损伤进程,因此,清除百草枯必须使用尽可能高的血液流速,早期血液灌流是挽救百草枯中毒患者必需的治疗方法,尤其是对于那些早期出现肾功能衰竭或者高百草枯血浆浓度的患者。令人遗憾的是,血液灌流的清除能力相比肾脏本身的清除能力和百草枯大的分布容积更略一筹,所以血液灌流的临床效果要低于理论预期。

抗氧化剂治疗的背景

迄今为止既没有针对百草枯的真正的药用拮抗剂,也没有螯合剂。而百草枯通过氧化应激机制引起中毒效应,故其创新治疗体现在抗氧化剂的应用上。

Bus等观察到谷胱甘肽的消耗增加了百草枯的毒性作用。Hagen等和Brown等研究发现补充谷胱甘肽可以保护Ⅱ型肺泡细胞以对抗百草枯中毒。而且,有证据表明动物实验中,谷胱甘肽过氧化物酶在保护敲除该酶转移酶的转基因大鼠对抗百草枯中毒中扮演重要角色。此外,有证据表明,尽管谷胱甘肽过氧化物酶可提供一些对百草枯中毒的保护作用,但该酶敲除的转基因大鼠仍能大大增加其毒力,因此谷胱甘肽过氧化物酶对保护百草枯中毒动物起着关键性作用。

谷胱甘肽可等价减少过氧化氢转化为水,同时被氧化为其二硫化物(氧化型谷胱甘肽)。绝大部分氧化型谷胱甘肽在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)辅因子的作用下通过谷胱甘肽还原酶减少还原为谷胱甘肽。

N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)是谷胱甘肽的前体。Hoffer等使用N-乙酰-L-半胱氨酸培养肺泡Ⅱ型细胞,结果表明谷胱甘肽含量增加,并且能够对抗百草枯介导的细胞毒作用。

抗氧化剂的最佳剂量

急性PQ中毒后立即产生大量的活性氧,因此抗氧化剂应该静脉注射用药。乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽是常用的抗氧化剂,即使是大剂量使用也是安全的。在体外,乙酰半胱氨酸抑制活性氧化存在剂量依赖性,10uM的乙酰半胱氨酸可以抑制大约有50%PQ产生的活性氧。由于缺乏药代动力学数据,最佳剂量未知,但是根据我们的经验50-70mg/kg的乙酰半胱氨酸可以安全地静脉注射。

据报道称,抑制50%活性氧需要半胱氨酸浓度是10uM,蛋氨酸浓度是50uM。基于代谢动力学分析与假设半胱氨酸和蛋氨酸是谷胱甘肽的代谢产物,当谷胱甘肽应用50mg/kg时,预期的半胱氨酸和蛋氨酸浓度估计分别为>20uM,50uM。

急性百草枯中毒时抗氧化剂的局限

由过氧化物歧化酶,过氧化氢酶,和谷胱甘肽过氧化物酶提供的酶促抗氧化防御是主要的细胞机制,但是到目前为止没有办法提高这些酶的活性,PQ中毒导致活性氧产生,不是在细胞外,而是在细胞内,尽管我们可以在循环中观察到自由基;羟基是最初形成在细胞内环境,但从细胞内通过细胞膜和扩散到细胞外。因此,抗氧化剂可以通过细胞膜进入细胞内是理想的。不幸的是大部分的抗氧化剂如蛋白巯基,抗坏血酸,和维生素E等,对细胞膜的通透性较低。在肺部被供给大量电子和氧,这个过程(被称之为氧化还原循环)是持续的。抗氧化剂发挥他们抗氧化作用,以1:1的化学剂量与自由基形成复合物。因此从理论上讲,不应该停止应用最佳剂量的抗氧化剂,直到氧化还原中断。无论如何,在患者床旁确定最佳剂量的抗氧化剂是不可能的,并且一直应用高剂量的抗氧化剂多日而不停用是困难的。


图5 被百草枯处理的Swiss 3T3细胞株里活性氧的产生呈现剂量依赖性。在用20-500uM百草枯孵化细胞40分钟后,应用2,7二氯荧光黄作为探针标记细胞内产生的活性氧,应用激光扫描共焦显微镜放大400倍的图像。

表2 细胞的抗氧化策略

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应用细胞毒药物治疗百草枯中毒的理论根据是,百草枯诱导的肺部炎症细胞浸润。在最初的3-4天,推荐短期应用环磷酰胺。这是因为,在最初的几天中,中毒的基本病理变化即形成,延期使用这些药物可能并发机会性感染。然而,直到现在,环磷酰胺在百草枯中毒的治疗方面疗效并不一致;一些报道显示阳性的结果,而其他人的报道显示出阴性的结果。我们相信,给予环磷酰胺在抑制百草枯中毒肺的炎性细胞浸润方面,或多或少是有效的。然而,要达到这种效果,在百草枯中毒后至少2-3小时内尽早给予环磷酰胺。这一点是重要的,因为一旦细胞浸润形成,环磷酰胺就不能取得有效的结果。(来自我们的动物实验,数据尚未公布)。现实中,在摄入百草枯后,大多数患者要好几小时才能到达医院,导致环磷酰胺的临床效果受到限制。细胞毒性药物的使用背景

类固醇激素治疗的背景

强的松,一种合成的糖皮质激素,作为一种免疫抑制剂是特别有效的药物,被用于治疗某些炎症性疾病。它也成了治疗急性百草枯中毒患者的一种药物。除了其全面的抗炎作用之外,最近我们的体外实验表明,甲基强的松龙通过外排转运蛋白(P-糖蛋白的表达)的诱导,减弱百草枯诱导的细胞毒性。然而,与环磷酰胺相似,类固醇激素在百草枯中毒治疗效果方面,目前尚未达成共识。

铁螯合剂的治疗

铁螯合剂治疗是有用的,依靠铁过度积聚,期望来降低氧化应激反应,其机制源于 Fenton反应和Haber-Weiss反应。

螯合剂最主要的用途是治疗经由输血导致的铁超负荷。然而,再加上组织铁定量的研究进展,螯合剂的个体化用法,有着巨大的前景,且随后降低致残率和死亡率。在这种的背景下,合适的铁螯合剂在急性百草枯中毒患者中将是一项有效的治疗方法。然而,目前还没有随机对照研究,来证实铁螯合剂治疗对急性百草枯中毒的效果。

预   后

推荐的治疗方法和临床结果

如上所述,百草枯中毒的治疗基于3个主要原则:有些患者是可以治愈的;早期开始治疗是必要的;肾保护是早期治疗的基石。我们推荐以下的治疗方法:体外清除(血液净化),静脉抗氧化剂的给予(N-乙酰半胱氨酸,谷胱甘肽),利尿剂,以及短期的细胞毒药物治疗(激素冲击治疗,环磷酰胺)。

我们通过应用这种治疗模式,发现如下临床效果。生存率取决于摄取量:小于10毫升,生存率几乎100%;10-20毫升,生存率80% - 90%;20-40毫升,生存率50% - 60%;40-50毫升,生存率小于10% ;大于60毫升,生存率小于1%。根据百草枯摄取量的不同,死亡的原因也存在差异。“猝死”组的患者(第一个24小时内死亡)摄取量大于100毫升,心脏骤停是最常见的死亡原因。“快速进展”组的患者(7天内死亡)摄入量为50-100毫升,最常见的死亡原因是呼吸衰竭,伴或不伴急性肾功能衰竭。最后,“缓慢进展”组的患者(2-4周内死亡)摄取量为15-40 ml,死亡原因均为呼吸衰竭。

百草枯摄入后的患者,如果他或她生存期超过3个月,生命体征稳定,且肺功能稳定,被定义为“存活者”。满3个月的百草枯中毒患者,继发与百草枯相关的问题,是极为罕见的。

结  论

总之,百草枯中毒的治疗尚未规范。迄今为止,大多数研究都是在体外或动物模型中普遍进行。然而,基于我们丰富的临床经验,我们认为在百草枯中毒中,有一组病例是可以治疗的。进一步的研究需要集中精力提高处理效率,以及扩大可治疗病例组间的范围。

声  明

作者宣称不存在利益冲突,作者自己对文章的内容和写作负责。

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Hyo-wook Gil,Jung-Rak Hong, Si-Hyong Jang, and Sae-Yong Hong

J Korean Med Sci 2014; 29: 1441-1449

编辑: 黄建琴

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