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三氯乙烯中毒表现及其作用机制研究进展

发布时间:2016-06-16来源:《环境与职业医学 》2006年1期 作者:黄海燕 综述 庄志雄 点击:291次


  三氯乙烯(trichloroethylene , TCE )是一种易挥发的卤代烃类有机溶剂,可用做金属去脂剂、干洗剂、溶剂、萃取剂等,在五金、电子、玩具、印刷等行业应用广泛。职业性TCE 中毒国内外已有大量报道,临床较多表现为慢性神经系统损害,少数可致急性重度药疹样皮肤损害和肝功能损害。三氯乙烯对人体的急性损害以皮肤和肝损害最为突出,严重者可导致死亡。我国三氯乙烯中毒病例数量大,起病急,易误诊,后果严重,发病机制尚未完全清楚,危害极大,已成为职业危害的新问题。本文重点介绍近年来国内外TCE 毒作用相关研究的进展。

  1 TCE 的理化特性及体内代谢


  TCE 为不饱和卤代脂肪烃类化合物,脂溶性易挥发物质,无色、不易燃烧液体,有类似氯仿气味。职业接触TCE 的途径主要为吸入其蒸汽或经皮肤直接接触吸收。吸入的TCE 有50 %—60%储留在体内,进入血液循环后大部分在肝脏内被氧化成三氯乙酸、三氯乙醇和少量一氯乙酸,并经肾脏随尿排出;小部分以原形经肺泡自呼出气中排出,其排出量约占吸收量的19 %。有部分TCE 和三氯乙酸尚留在人体组织中,长时间吸收以脂肪、脑和肾上腺中的含量最高,肝、心脏中也有存在。其在体内主要经两种途径代谢[1]:① 细胞色素P450(CYP450 ) 氧化途径:经CYP450 途径代谢后的终产物主要为水合氯醛,后者可进一步被氧化成三氯乙酸(TCA ) ,或者被还原成三氯乙醇;另外,TCE 还可在此代谢途径中经过分子重排后,脱氯后生成少量的二氯乙酸(DCA )。经CYP450 途径氧化代谢生成的产物主要作用于肝脏和肺脏。② 谷胧甘肽(GSH )结合途径:TCE 在谷胧甘肽-S-转移酶(GST)的作用下与谷胧甘肽结合,形成S-(1 , 2-二氯乙烯)谷脱甘肽(DCVC ) ,后者被进一步代谢成S-(1 , 2-二氯乙烯)-L-半胱氨酸(DCVC )等中间产物。DCVC 在肾脏中经裂解酶作用后生成丙酮酸、氨和一种能与大分子物质结合的反应片段.后者可进一步损伤细胞上的巯基,或引起脂质过氧化。经谷脱甘肽结合途径生成的TCE 反应物,其作用的靶器官主要是肾脏。

  2 TCE中毒的临床表现


  2 . 1 皮肤损害

  接触TCE 后,皮肤形态比较特殊,根据皮疹的表现形式,临床大致可分为三种类型:① 全身性弥漫性暗红色肿胀伴层层鳞屑脱落色剥脱性皮炎;② 在红斑基础上出现巨形松弛性大疤性表皮坏死松解症,③ 在红斑基础上出现的紧张性水疱和大疱,并伴口、眼、会阴部黏膜损害的重症多形红斑,酷似药疹。有报道指出发热和面部水肿,特别是眶周水肿,以及在皮损剥脱的同时出现口周和肛周皲裂,是三氯乙烯所致剥脱性皮炎的常见特征。病患各型皮损的发生发展规律与各相应的病种相符,可伴发热,重者伴内脏损害[2]。对TCE 及其代谢产物过敏的个体一般在接触TCE 2~5 周起病,发热、头痛、头晕、畏寒等感冒症状为发病的开始,接着出现脸、四肢、颈、躯干等处皮肤红肿、疹痒,出现弥漫性红斑,1~4d 内皮疹、红斑遍及全身。根据皮疹的转归,病程大致分为:前期、皮疹期、剥脱期、恢复期,病程长短依个体差异及病情而定,多为l ~2 个月,也有长达半年以上者[3]。

  2 . 2 内脏损害

  TCE 所致皮损常伴有发热及单脏器或多脏器损害,按发生频率、损害严重程度排序,受累脏器以肝脏最为多见,次为肾脏、心脏、脑组织、肺脏、胃肠和血液系统。重症中毒多表现为多器官功能不全综合征(multiple organ dysfunction syndome , MODS )。继皮疹出现后,迅速出现消化系统症状:乏力,纳差,皮肤、巩膜黄疸,肝区叩痛明显,严重的出现低蛋白血症或肝性脑病。血清转氨酶、心肌酶可在短期内急剧升高,丙氨酸转移酶(ALT )、天冬氨酸转移酶(AST)升高可达正常的10 ~20 倍以上。张锦周报道大鼠TCE 染毒组,肝脏丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活力及ALT 、AST 活力均高于对照组(P < 0.01 ) ,同时,肝细胞出现脂肪变和坏死[4]。早期中毒以肝损害为主,以后随着机体全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome , SIRS)的发展和MODS 的出现,心、肺等重要脏器损害加重,各种相关酶谱升高更明显。若肝细胞坏死进一步加重,则ALT 和AST 反而降低。肾脏损害可在疾病早期出现,表现为颜面及下肢水肿.少尿和尿素氮、肌酐明显升高,严重者出现急性肾功能衰竭。心肌损害常晚于肝损害出现,病人可表现为心悸、气促.重者可出现急性肺水肿,咯大量粉红色泡沫痰,乳酸脱氢酶(LDH )、肌酸激酶(CK )升高常达正常的10 倍以上。肺部损伤主要与TCE 吸入直接损害有关,后期可由于并发感染或发生MODS 后肺部发生急性呼吸困难综合征(acute respiratory distress syndrome , ARDS )。部分病人急性期可出现消化道出血,如呕血、黑便等。

  2 . 3 神经系统损害

  TCE 的慢性损害靶器官主要为神经系统。宋汉林等[5]对107 例长期接触TCE 的工人调查发现,他们均出现了多系统症状和体征:主要是中枢神经系统症状,以神经衰弱最为常见,并有自主神经功能紊乱、间脑体温调节障碍,甚至累及颅神经。刘移民等[6]研究发现,长时间接触较低浓度TCE ,早期可对暴露者神经行为功能产生明显影响,主要表现在短时记忆力、注意力降低,手运动速度下降,手—眼运动协调性和稳定性差,并出现一定的消极情感状态等改变。

  2 . 4 其他

  此外,TCE 还有免疫毒性、致畸、诱变和致癌作用。TCE 接触者CD3+、CD4+细胞明显高于对照组,CD8+细胞明显低于对照组,CD4+/CD8+明显高于对照组[7]。动物实验也已证明TCE 可引起小鼠肝癌、肺癌,及大鼠肾癌[2]。TCE 及其代谢物三氯乙酸、氯乙酸、三氯乙醇、二氯乙烯半胱氨酸等的致畸实验研究发现,三氯乙酸有致孕大鼠胎仔心脏畸形作用,且在所测试的TCE 代谢物中只有三氯乙酸可能是特异的心脏致畸剂。三氯乙烯还与人类的自身免疫性疾病如系统性红斑狼疮和硬皮病的发病有关[1]。

  3 TCE 的中毒机制


  皮肤的急性损害主要为IV型迟发性变态反应,与病人个体过敏体质有关,而与病人吸入TCE 的量或环境毒物浓度无关,N—乙酰基转移酶(NAT2)的基因Kpnl 位点的变异可明显增加TCE 皮炎的危险性,具有NAT2慢代谢基因型的个体患皮炎危险性明显高于快代谢基因型个体[8]。而实质性脏器如肝脏、肾脏、心脏的损害则为TCE 的代谢产物的直接毒性作用。临床发现[9]急性重度TCE中毒致MODs 病例中,实质性脏器的损害总是与重型多形性皮肤损害伴随出现,而且死亡病例都是在临死前2~3 d 病情急剧变化,其机制有待进一步探讨。有研究表明TCE 通过干扰HSP90与内源性NO 合酶(eNOS)的作用,导致内皮功能障碍,使得eNOS 转化成NADPH 氧合酶,生成超氧阴离子代替NO损害血管内皮增生,从而诱发先天性心脏病[10] 。Collier JM 等利用cDNA 递减杂交法进行实验发现TCE 及其代谢物二氯乙烯( DCE)和TCA 能改变胎鼠心脏的基因表达,应激蛋白-HSP70 和内稳态蛋白-核糖体蛋白表达增加,细胞外基质成分(CPI-p137 和房肽素)及Ca2+应答蛋白-肌内质网Ca2+ - ATP 酶表达降低[11],从基因水平上进行了TCE 心脏毒性的探讨。长期接触TCE ,其作用的靶器官主要是神经系统,特别是脑干和自主神经,亦可累及颅神经。实验TCE 中毒动物脑的TCE 含量很高,脑的病变范围较普遍,可见到大脑皮质的神经细胞有轻度退行性变,白质髓鞘肿胀;脑的RNA 明显增加,GSH 减少.CYP450增加[12]。#p#分页标题#e#

  TCE 可通过激活CD4+细胞的活性增殖,引起TCE 接触者细胞功能亢进[7],不同淋巴细胞亚群的数量和功能异常,可导致机体免疫紊乱产生病理变化。TCE 可以引起NlH 小鼠足跖肿胀以及脾细胞增殖,提示其可能是一种可引起迟发性变态反应的抗原[13]。Griffin 等[3]用TCE 饮水给MRL+/+小鼠染毒,发现TCE 引起自身免疫反应与T 辅助细胞特异性活化有关,且长期接触TCE 可导致TCE 特异性免疫反应的发生;TCE 的免疫毒性与其代谢有关,抑制CYP2El代谢酶能阻止TCE 引起自身免疫的发生[14]。TCE 引起MRL+/+小鼠狼疮和自身免疫性肝炎的发生与CD4+细胞产生的干扰素(IFN-y)的活化有关,中止TCE 的代谢能抑制TCE 诱发的这种自身免疫。体内试验也证实TCE 的主要代谢物三氯乙醛(TCAH)和TCA 能介导这种免疫影响。与对照鼠相比,TCAH 和TCA 处理MRL+/+小鼠的CD4+细胞表现IFN-y及CD62LIO CD4+细胞增加,再次使用TCAH 和TCA 体外刺激该鼠,发现其CD4+细胞的凋亡的活化诱导的细胞死亡(AICD )受到明显抑制。可见TCE 可能通过活化CD4+细胞及减少CD4+细胞凋亡诱发自身免疫性疾病的发生[15]。TCE 或其代谢物二氯乙酰氯(DCAC)也可诱导和(或)加速MRL+/+小鼠自身免疫反应的发生,且DCAC 可能在TCE 致自身免疫反应过程中起主要作用[1]。

  TCE 能够引起细胞DNA 链断裂,并呈剂量—反应关系,而在外源性化学物质引起的细胞癌变过程中,DNA 损伤最先发生,当DNA 受损后如不能及时完全修复则可引起突变,启动致癌过程[16]。TCE 职业接触人群外周血双核淋巴细胞微核细胞率、常规淋巴细胞微核细胞率、姐妹染色单体互换率(SCE )以及彗星样细胞发生率均比对照组增高,其微核细胞率均随接触工龄或接触剂量的增加而上升,呈现剂量和时间—反应关系(P< 0.05 或P<0.01)。说明TCE 对职业接触人群具有遗传损伤作用,长期高浓度接触可导致染色体断裂和DNA 损伤[17]。TCE 导致的微核率增加可能与细胞分裂过程中纺锤体损伤有关,Adele Kim等利用人正常CYP2El表达细胞进行实验发现,TCE 可活化CYP2El并损害纺锤体或诱导其他形式畸变如D/L/B,而TCE 代谢物之一水合氯醛(CH)可中止微管延长,阻断线粒体沿纺锤体的正常移动[18]。

  TCE 致肝癌作用被认为是通过其代谢物TCA 和DCA 引起的,TCA 和DCA 均具有过氧化物酶体增生剂(PP )的特性,PP 通过活化PPARα受体使细胞增殖诱发肿瘤[19]。Klaung等利用野生型鼠和PPARa受体敲除鼠进行实验,发现TCE 活化PPARα受体增加野生型鼠的脏器重量及脂质代谢酶的量,而PPARa受体敲除鼠这种作用部分或全部消失[20],TCE 的这种作用与PP 相似。这说明TCE 是在肝脏等器官内引起过氧化物酶体增生,引起细胞过度增殖,进而引起癌症。Ashley R 等实验发现:TCA 和DCA 可使CYP4a 表达增加,而TCA还能增加酰基辅酶A 氧化酶表达,这些改变均需PPARa 受体参与,进一步证实PPARα受体在TCE 诱发肝癌中起作用[21]。Bull等报道小鼠TCE 慢性毒性实验能引起肝脏肿瘤,大鼠未见[22],可能与过氧化物酶体增生活化存在种系和性别差异有关。

  大量研究表明长期接触TCE 可引起实验动物和人的肾癌。TCE 对人肾小管的细胞毒性和代谢主要与CSH 结合途径有关.而CYP450氧化途径在此过程中很少有直接的作用。在肾近端小管细胞内,TCE与GSH在GST的催化下生成DCVG, DCVG 进一步代谢生成DCVC可能对人肾近端小管有遗传毒性作用[1]。Hiltrud brauch 等比较TCE 暴露肾癌病人和非暴露肾癌病人发现,TCE 暴露后肾癌发生年龄明显提前,且VHL(Von Hippel-Lindau syndrome)肿瘤抑制基因突变率增加,表现为454C > T P81S 及多位点突变[23]。推测TCE 可能通过损害VHL 基因诱导肾癌的发生。TCE 还可具有使C-jun、C-myc原癌基因启动子区域的甲基化水平降低,增加这两种基因mRNA 转录的作用,这些也与其致癌作用相关[1]。

  4 TCE 面临的问题


  国际癌症研究署(IARC )[24]在1995 年对TCE 致癌性分类做了修改,将其以前“人类非致癌”改为“人类可能致癌’”。国家为保护接触者身体健康,有效地防治TCE 中毒,制定了职业性急性TCE 中毒诊断标准。近年来,TCE 职业中毒时有发生,国内外因职业接触TCE 而引起中毒的报道很多,如不及时采取适当措施,势必危害更多工人的健康,对社会和经济造成重大损失。然而,针对TCE 中毒尚无特效解毒剂,治疗主要以对症及支持疗法为主,使得针对性开展对TCE 中毒高危人群早期诊断及中毒机制的研究已经成为迫切的医疗任务。目前,TCE 的生物检测指标仅限于接触指标,有必要寻找一个或一组特异性或相对特异的生物效应指标。上述国内外TCE 的毒作用机制研究仍停留在基因水平,蛋白质是基因功能的执行者,对蛋白质结构、定位和对蛋白质与蛋白质之间相互作用的研究将为阐明生命现象的本质提供直接的基础,仅仅从基因的角度进行研究尚不能解决基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰等问题。几乎所有的生理病理过程,以及药物和环境因子作用都依赖于蛋白质,并引起蛋白质组变化。任何一种疾病在其表现出任何可察觉的病症之前,肯定已经有某些蛋白质发生了变化,因此,寻找各种疾病的关键蛋白和标志蛋白,对于疾病的诊断、病理研究和药物的筛选具有重要的意义。利用找到的早期标志蛋白,将可实现更加及时、准确的诊断,从而可最大限度地减少病人的痛苦,降低费用.挽救生命,甚至在早期就抑制疾病的形成[25];而且随着后基因组时代的到来,蛋白质组学研究已有很好的技术平台。从蛋白水平上研究TCE 的中毒机制,具有非常重要的实际和理论意义,并且已经成为可能。




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(收稿日期:2005-8-5)
(校对:吴德才)


基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(973 ) ( 2002CB512904), 广东省自然科学基金资助项目(34970 ) ,深圳市科技计划项目
作者简介:黄海燕(1978 —),女,硕士,研究方向;卫生毒理学
作者单位;深圳市疾病预防控制中心,广东深圳518020 


 
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