百草枯（paraquat，PQ）化学名为１，１＇－二甲基－４，４＇－联吡啶阳离子盐，是包括中国在内发展中国家广泛应用的一种速效、非选择性、接触性除草剂。急性百草枯中毒（acute paraquat poisoning，APP）目前无特效治疗方法，病死率高达５０％～７０％^〔１〕。既往研究显示APP的病理机制主要在于氧化应激性损伤，吸氧会增加 ＰＱ 毒性，故应避免对患者常规给氧。但早期急性肺损伤（ALI）／急性呼吸窘迫综合征（ARDS）及后期肺间质纤维化（PIF）导致的呼吸衰竭是APP患者死亡的主要原因。因此，APP是否需要氧疗、其时机及方式需要进一步探讨。
1  APP氧疗的争议
1．1   氧疗加重 APP导致的ALI
APP早期的病理生理机制主要在于氧化应激，并启动全身炎症反应，导致 ALI/ARDS。既往研究显示PQ聚集在肺组织后，通过还原型辅酶Ⅱ（NADPH）、细 胞色素P₄₅₀还原酶、黄嘌呤氧化酶（XOD）、线粒体电子转移酶，以及一氧化氮合成酶 （NOS）等还原为单阳离子自由基（PQ⁺），再与O₂相互作用生成联吡啶阳离子和超氧阴离子 （O₂^-）。此外，PQ还能够通过电压依赖离子通道1（VDAC-1），与外膜上的还原型辅酶Ⅰ（NADH）依赖百草枯还原酶作用，产生O₂^-[2]。O₂^-通过超氧化物歧化酶（SOD）催化形成H₂O₂，最后通过芬顿反应生成羟自由基（•OH）。同时，PQ还能直接或间接诱导NOS生成NO，并与O₂^-反应形成过氧亚硝酸离子（ONOO^-）^〔3-4〕。这样，大量活性氧簇（ROS）及活性氮簇（RNS）形成，通过脂质过氧化等一系列作用造成组织损伤，并且由于NADPH的大量消耗也导致相关生化反应受到影响。同时，PQ导致的氧化应激通过核因子-κB（NF-κB）、Toll样受体（TLRs）、丝裂素活化蛋白激酶（MAPKs）等信号通路促进炎症反应^〔５〕，加重ALI。
基于上述机制，前期的一些研究认为氧疗将会加重PQ毒性。最初的一些关于APP的动物实验发现高氧环境会加重ALI，增加病死率及缩短存活时间^〔６〕。Hoet等^〔７〕及Kim等^〔８〕亦从细胞水平上证明了此观点。前者发现随着环境氧浓度的增加，PQ对大鼠及人Ⅱ型肺泡上皮细胞的毒性增加。后者则将PQ染毒后的人类致癌肺泡基底上皮细胞系（A₅₄₉细胞）分别暴露于常氧及非致死性低氧环境（1％氧浓度）24h，结果显示后者能减轻PQ导致的氧化应激，包括减少ROS生成，降低丙二醛（MDA）含量，恢复SOD及谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，从而减轻细胞损伤。因此，目前的共识是在APP早期应避免常规给氧，并建议将PaO₂＜40mmHg或ARDS作为氧疗的指征^{〔１，９〕}。
1．2   氧疗可以减轻APP导致的ALI
虽然上述研究显示氧疗会加重PQ毒性，但最近也有研究显示适度氧疗能改善PQ导致的氧化应激并减轻ALI。曹杰等^〔10〕比较APP大鼠在常氧环境、30％和50％氧浓度环境下（造模1h后气道予以相应浓度氧疗，6h/d）ALI的严重程度，结果显示氧疗组各时间点（1、3、7、14、21d）SOD及过氧化氢酶（CAT），动脉血PaO₂上调，PacO₂、乳酸、肺组织湿/干（W/D）比值下调；苏木精-伊红染色显示30％氧浓度组肺淤血、水肿现象减弱程度最为明显。Akcilar等^〔１１〕将APP大鼠在造模3d后予以2个绝对大气压的纯氧治疗5d（1h/d），结果发现高压氧疗组诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、氧化应激指数（OSI）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、转化生长因子-β₁ （TGF-β₁）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）mRNA，以及肺组织学损伤评分均显著低于常氧环境APP组。这2项研究显示氧疗可能会改善APP的氧化应激及组织缺氧，从而减轻ALI。
而实际上在临床中，在APP早期，过度限制氧疗有悖于ALI/ARDS的治疗原则^〔６〕。在后期因PIF出现顽固性低氧血症时，氧疗能够延长患者生存时间，使其能够有机会进行后继治疗-肺移植。因此，对于APP氧疗的时机、方式需要进一步探讨。
2  APP氧疗时机的探讨
2.1  APP的氧代谢机制
PQ诱导氧化应激导致大量氧的消耗^〔12〕。同时，APP导致全身性炎症反应^〔５〕，机体呈高代谢状态，进一步增加氧需及氧耗。Yamamoto等^〔１３〕通过PQ浓度（mg/L）× 中毒时间（h）计算得出百草枯中毒严重指数（SIPP），并据此将患者分成不同中毒严重程度组发现：轻度中毒（SIPP＜10mg•h•L^-1）多能存活；中－重 度中毒 （10mg•h•L^-1≤SIPP≤50mg•h•L^-1）可 能因PIF死亡；爆发型中毒（50mg•h•L^-1＜SIPP）将迅速死于多器官功能衰竭。其通过肺动脉漂浮导管及血气分析计算APP患者血流动力学参数，结果发现轻度中毒组氧耗指数（VO₂I）基本维持于正常范围内，中-重度中毒组VO₂I持续高于轻度中毒组，而爆发型中毒组VO₂I在就诊6h时亦显著升高。
同时，APP时氧供存在逐渐下降的趋势。Yamamoto等^〔１３〕的研究显示中-重度中毒组心指数（CI）在经过一段时间（就诊24～48h）的升高后出现下降，左心室做功指数（LVSWI）在就诊72h后显著下降，提示随着中毒的进展逐渐出现心脏抑制。同时，由于ALI的逐渐加重及限制氧疗，导致氧供亦受到影响。其结果是虽然中-重度中毒组氧供指数（DO₂I）持续高于正常范围，但有逐渐降低的趋势。而爆发型中毒组由于心脏功能严重受损、循环衰竭导致氧供的下降更为突出，表现在就诊初期LVSWI即显著下降，CI在经过短暂的升高后亦急剧下降，导致DO₂I出现相应变化。
此外，随着APP程度的加重，微循环功能障碍及线粒体损伤也更加突出。APP时全身血管阻力指数（SVRI）与SIPP呈负相关^〔１３〕。而APP导致全身性炎症反应，凝血因子活化，抗凝及纤溶抑制，导致微循环血栓形成及功能障碍^{〔１４－１５〕}。线粒体损伤在APP时亦较为突出。我们前期的研究也发现PQ能通过脂质过氧化损伤线粒体膜并导致细胞内钙超载，促进ALI^〔１６〕。近期的研究显示PQ产生的自由基能导致线粒体功能损伤，降低细胞跨膜电位及ATP生成。同时，线粒体损伤亦会不断刺激氧化应激，最终导致细胞凋亡^〔17〕。Jang等^〔18〕的研究显示PQ通过降低线粒体膜电位导致细胞凋亡，并且呈剂量依赖性。此外，PQ还可能损伤线粒体 DNA，影响与之相关的呼吸链多肽编码，从而干扰呼吸链功能^〔19〕。高浓度的PQ还能干扰线粒体内膜电子链传递抑制其代谢功能^〔20〕。线粒体损伤将导致氧的利用及能量合成障碍，器官功能受损，这也是APP时心脏抑制的重要原因^〔13〕。
由此可见，APP时呈氧高代谢状态，机体通过增加心输出量提高氧供以满足氧需的增加，由于尚未出现氧合障碍，因此氧摄取率（O₂ER）无显著变化。中-重度中毒患者随着PQ逐渐清除，氧耗可能会逐渐减少。但由于心脏功能受到抑制，加之逐渐出现低氧血症，导致氧供的变化并不与氧耗平行，O₂ER在中毒早期呈逐渐增加，表明存在氧供需失衡的趋势。这在爆发型中毒时尤为突出，O₂ER的升高不能满足氧需，VO₂I亦急剧下降^〔13〕。同时，由于微循环功能障碍及线粒体损伤，细胞本身氧利用亦受到影响，其直接表现之一便是乳酸生成增加，其可作为评估APP严重程度的指标之一^〔21-24〕。
2．2  APP氧疗时机
在APP早期，PQ直接诱导的氧化应激较为突出。根据APP的氧代谢特点，是否予以氧疗在很大程度上取决于其中毒严重程度：轻度中毒无需吸氧，中-重度中毒应根据氧供需平衡进行考虑，爆发型中毒早期进行氧疗及循环支持可能会延长患者的生存时间。同时，临床上通过补液、利尿促进PQ通过肾脏排泄，加之血液净化治疗也可改变或部分改变PQ的毒代动力学特点^〔25〕。此时，PQ直接诱导的氧化应激可能已不是主要问题，低氧血症、器官功能障碍逐渐突出，这更加是可以考虑予以氧疗的时机。Selman等^〔26〕将大鼠注射非致死剂量PQ（5mg/kg）后于不同时间间隔置入常压74％氧浓度环境直至死亡或10d，结果发现中毒后24～48h高浓度氧增强PQ毒性，其中12～24h最为严重，但中毒48h后高浓度氧气并不会导致ALI及死亡。Akclar等^〔11〕的研究亦是在APP 3d后再予以高压氧治疗。然而，上述研究仅为动物实验，也并未进行血液净化等治疗，不能反映临床实际。曹春水等^〔27〕对23例APP导致急性呼吸功能不全（呼吸频率＞25次/min，非吸氧条件下PaO₂＜60mmHg）的患者进行无创正压通气，通过与常规治疗及吸氧组比较显示其不会加重自由基损伤，并且PaO₂与肌酐、天门冬氨酸氨基转移酶，肌酸激酶及肌酸激酶同工酶具有负相关性。但该研究显示患者总体病死率差异无统计学意义，并且未对基线中毒严重程度进行客观评估。
在APP后期，体内PQ得到进一步清除，同时PIF导致的低氧血症是致死的主要原因，目前临床上氧疗多在此时开始。宋建明等^〔２８〕对12例APP致呼吸衰竭患者行机械通气，其中7例指氧饱和度低于94％的患者接受口鼻面罩无创正压通气，5例经无创通气（吸气压＞20cmH₂O，呼气压＞8cmH₂O）氧饱和度低于90％的患者接受有创机械通气。结果3例早期机械通气（48h内出现包括呼吸衰竭在内的多器官功能不全）患者死亡2例，其余9例患者在10～14d出现呼吸衰竭后予以机械通气均存活。但该病例报道未进行对照，也未客观地评估患者就诊时的中毒严重程度。
3  APP氧疗方式的进展
3．1   肺保护性通气策略治疗
APP导致的ALI肺保护性通气策略（LPVS）已成为临床治疗 ALI/ARDS的共识^〔29〕。高渝峰等^〔30〕通过比较LPVS与传统机械通气对APP导致ALI的作用。结果显示2组PaO₂差异无统计学意义；LPVS组的吸气峰压（PIP）、呼气末正压（PEEP）低于对照组，而PaCO₂、氧合指数（OI）高于对照组；LPVS组呼吸机相关肺损伤（VALI）发生率较低，胸片进展延缓例数高于对照组；但2组患者病死率差异无统计学意义。Lan等〔^３１〕通过腹腔内注射PQ建立小猪ALI/ARDS模型，并分别予以不同潮气量（VT）的 机械通气（PEEP均为10 cmH₂O），结果显示6h后低VT组（6ml/kg），pH值下降最明显，而OI、PaO₂、PaCO₂增加；2h后各组血管外肺水指数（ELWI）升高，然后低VT组下降；低VT组气道峰压及平台压逐渐下降，其余2组增加。肺组织病理学显示低VT组ALI最 轻，大VT组（15ml/kg）最重。该研究显示低VT联合PEEP减轻PQ诱导ALI并改善氧合。梁静涛等^〔３２〕对8例APP患者早期予以俯卧位机械通气，结果显示相比仰卧位通气能够改善肺功能残气量（FRC），提高PaO₂及OI，且对血液动力学无明显影响。以上研究显示LPVS对于APP导致的ALI的治疗作用，并延长患者生存时间，但对于最终预后的影响仍缺乏高质量的临床研究。
３．２   体外膜肺氧合联合肺移植治疗APP导致的PIF
从某种程度上说，APP导致的PIF是临床治疗上面临最困难的问题，许多经过积极治疗的APP患者（除外爆发型中毒）最终死于PIF导致的顽固性低氧血症，肺移植似乎已成为这些患者生存的最后出路。1968年Matthew等^〔33〕便首次报道通过肺移植治疗PQ导致的呼吸衰竭，但患者在手术2周后死亡，其原因可能在于体内残余PQ再次导致肺部病变。因此，肺移植需要在充分清除体内组织中PQ的基础上进行。同时，等待移植供体也是必须要考虑的问题^〔34〕。在低氧血症已经难以通过机械通气进行纠正的情况下，体外膜肺氧合（ECMO）成为连接呼吸衰竭与肺移植之间的桥梁。1985年Saunders等^〔35〕报道1例PIF及呼吸衰竭的APP患者，在机械通气不能维持氧合的情况下行ECMO，在先期移植的右肺因体内残余PQ破坏的情况下，持续ECMO 19d直到通过血液灌流清除PQ，然后再进行左肺移植。但遗憾的是患者在术后出现严重的中毒性肌病，并于左肺移植后71d死于脑血管意外。直到1997年Walder等^〔36〕报道了第1例肺移植成功治疗APP患者的案例，其是在APP 44d后进行的单肺移植，但移植前仅需通过机械通气改善氧合。2013年Bertram等^〔34〕报道的案例虽在等待移植供体期间死于感染导致的多器官功能衰竭，但显示完全清除体内组织中PQ是可以达到的，ECMO能够改善APP导致终末期PIF的氧合，为肺移植争取时间。2015年北京朝阳医院报道第1例通过ECMO联合肺移植成功治疗APP患者的案例^〔37〕，24岁青年女性，口服约50mlPQ后送至医院治疗，中毒后迅速出现PIF及严重呼吸衰竭，中毒第34天气管插管及机械通气，第44天行ECMO，第56天行双肺移植，第66天脱机拔管，第80天出院，随访1年预后良好。
４ 结 语
APP早期是否需要氧疗与中毒严重程度有关，当出现氧供需失衡时应考虑进行氧疗，但在如何寻找PQ毒性与缺氧之间的平衡点需要进一步的探讨。经过积极的临床治疗体内PQ能够得到更快地清除，此时组织缺氧及相应器官功能障碍的问题逐渐突出，此时应是较为稳妥的氧疗介入时机。LPVS能改善APP导致ALI/ARDS的氧合状态及延长生存时间，当出现PIF及顽固性低氧血症后，ECMO能为等待肺移植（彻底清除PQ及等待供体）创造时间。
参考文献(略))