敌草快中毒病人脑损伤分子机制及其相关因素分析

张源达 谢而付 陈旭锋 王喆

收稿日期：2023-08-26；修回日期：2023-09-13。

基金项目：国家自然科学基金面上项目（82072159）。

作者简介：张源达，检验技师，主要从事检验项目与临床疾病的相关研究。

* 通信作者：王喆，副主任医师，主要从事危重症患者诊疗与发病机制的研究。E-mail： 13770911702@163.com。

摘 要：为研究敌草快（DQ）中毒病人的临床特点，评估中毒病人脑损伤的相关因素及其分子机制，本研究收集DQ中毒病人56例，按住院期间病人脑损伤情况分为脑损伤组14例和未损伤组42例，并比较两组病人的基线资料和实验室指标。利用logistic回归分析DQ中毒病人脑损伤的相关因素，利用受试者操作特征（ROC）曲线分析比较以上相关因素单独或联合时对DQ中毒病人脑损伤状态的预测价值。分组比较结果显示，脑损伤组病人的体质量指数（BMI）、DQ阳离子中毒剂量、接受机械通气、接受连续性肾脏替代治疗（CRRT）的比例显著高于未损伤组（P<0.05）。腦损伤组病人入院后S100钙结合蛋白B（S100B）、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（SCR）等血清生化指标，以及中毒后24 h的白细胞（WBC）计数、中性粒细胞计数、中性粒细胞与淋巴细胞比率（NLR）均显著高于未损伤组（P<0.05）。对分组比较中存在显著差异的变量按先单因素后多因素方式进行logistic回归分析，回归结果显示，中毒后24 h NLR对DQ中毒病人脑损伤状态有一定的独立预测价值。ROC曲线分析比较结果进一步表明，当中毒后24 h NLR联合BMI、DQ阳离子中毒剂量，或中毒后24 h NLR联合BMI、血液灌流前血液DQ质量浓度时，相比于单一指标可获得对DQ中毒病人脑损伤状态更高的预测价值。DQ中毒病人中毒后24 h NLR水平升高与脑损伤增加显著相关，可作为病人住院期间脑损伤发生的独立预测因子，当中毒后24 h NLR联合BMI及DQ阳离子中毒剂量、血液DQ质量浓度时可获得对脑损伤事件更高的预测价值。

关键词：敌草快；脑损伤；中毒剂量；中性粒细胞与淋巴细胞比率（NLR） ；预测

中图分类号：R446.1；R34                        文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2023.05.010

Analysis of Molecular Mechanism and Related Factors of Brain Injury in Diquat Poisoning Patients

ZHANG Yuandaa， XIE Erfua， CHEN Xufengb， WANG Zheb*

（The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University a. Department of Laboratory Medicine;

b. Department of Emergency Medicine， Nanjing 210029， China）

Abstract： In order to study the clinical characteristics of diquat poisoning patients and evaluate the related factors and molecular mechanism of brain injury in diquat poisoning patients， this study collected 56 patients with diquat poisoning and divided them into a brain injury group of 14 cases and a non-injury group of 42 cases based on their brain injury status during hospitalization， and compared the baseline data and laboratory indicators of patients between the two groups. The study analyzed the relevant factors of brain injury in diquat poisoning patients using logistic regression， and used receiver operating characteristic （ROC） curve analysis to compare the predictive value of the above related factors alone or in combination on the brain injury status of diquat poisoning patients. The grouping comparison results showed that body mass index （BMI）， diquat cation poisoning dose， the proportion of mechanical ventilation， and the proportion of continuous renal replacement therapy （CRRT） in the brain injury group were significantly higher than those in the non-injury group （P<0.05） . The serum biochemical indicators in the brain injury group such as S100 calcium binding protein B （S100B）， alanine aminotransferase （ALT）， aspartate aminotransferase （AST）， blood urea nitrogen （BUN）， serum creatinine （SCR） after admission and the white blood cell （WBC） count， neutrophil count， neutrophil to lymphocyte ratio （NLR） at 24 hours after poisoning were significantly higher than those in the uninjured group （P<0.05） . A method of univariate regression followed by multivariate regression analysis was taken to analyse the variables with significant differences in group comparison， and the results of regression showed that the 24-hour NLR after poisoning has certain independent predictive value for the brain injury status of patients with diquat poisoning. The comparison results of ROC curve analysis further indicated that when NLR at 24 hours after poisoning was combined with BMI and the diquat cation poisoning dosage， or NLR at 24 hours after poisoning was combined with BMI and the concentration of diquat in the blood before hemoperfusion， a higher predictive value can be obtained for the brain injury status of diquat poisoning patients. The increase of 24-hour NLR level after diquat poisoning is significantly correlated with the increase of brain injury， which can be used as an independent predictor of the occurrence of brain injury during hospitalization， and when 24-hour NLR is combined with BMI， diquat cation poisoning dose and blood diquat concentration， a higher predictive value of brain injury events can be obtained.

Key words： diquat; brain injury; poisoning dose; neutrophil to lymphocyte ratio; prediction

（Acta Laser Biology Sinica， 2023， 32（5）： 473-480）

敌草快（diquat，DQ）是一种联吡啶类非选择性、触杀性除草剂，其化学结构与百草枯（paraquat，PQ）相似。因PQ的毒性较高，且体内半衰期更长［1］，其地位已逐渐被DQ取代。DQ进入人体后通过氧化还原循环产生活性氧（reactive oxygen species，ROS），过量的ROS可造成体内生物大分子损伤，并级联体内炎症反应，破坏信号通路，最终导致组织损伤［2-3］。DQ中毒可造成多脏器损害，但主要靶器官与PQ不同。PQ中毒早期即可有急性肺损伤表现，后期可发展为肺组织纤维化，而肺损伤是PQ中毒病人死亡的主要原因［4］。相比之下，DQ中毒则以肾脏［5］和消化道的损害最为常见，此外肝、肺、心、脑也可受累及。目前对DQ中毒脏器损伤的研究主要集中于消化道、肺、肝、肾，而对脑损伤的研究则较少，仅有神经退行性病变的相关文献报道［6-7］。DQ被组织吸收后，由于其分子亲水的特点可迅速以水相形式在体内分布，而脑、脊髓等组织因生理性膜屏障的存在阻碍了毒物的快速进入，当DQ中毒导致体内氧化还原产物ROS过量达一定程度时，可导致磷脂膜通透性增加和细胞膜破裂［8］，DQ穿越血脑屏障进入脑组织，进而引发组织细胞损伤。目前对DQ中毒病人脑损伤机制的阐释不完全明确，关于其是否受其他脏器功能障碍累及的影响，抑或脑细胞损伤直接导致，尚有待进一步研究［9］。有文献指出，过量的ROS可作用于中性粒细胞，通过延缓中性粒细胞凋亡并介导其释放促炎因子如巨噬细胞炎症蛋白-2（macrophage inflammatory protein-2，MIP-2）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）引发炎性浸润［10］，而氧化应激引起的炎症反应是导致神经系统损害的重要因素之一［11-12］。作为临床上最常用的反映应激状态和炎症反应的指标之一，除了发挥宿主防御的作用外，相关研究发现，中性粒细胞还可参与急性炎症诱导的器官系统功能障碍，如在急性肺损伤中，中性粒细胞释放ROS的能力似乎促进了细胞和组织损伤［13］。而目前尚无确切证据表明，中性粒细胞及其相关参数与DQ中毒病人的脑损伤状态存在显著关联。

本研究通过评估DQ中毒病人中性粒细胞相关参数在内的临床和实验室指标与脑损伤状态之间的关联，为临床进一步认识DQ中毒病人脑损伤的分子机制提供依据。

1 材料与方法

1.1 DQ中毒病人

2019－2022年我院急诊科共接诊DQ中毒病人56例。纳入标准：急性DQ中毒病人，诊断标准参见《急性敌草快中毒诊断与治疗专家共识》［14］。排除标准：有其他毒物混合者；非口服中毒途径者；慢性疾病终末期病人；合并急性或慢性炎症、严重感染或血液病的病人。

1.2 方法

1.2.1 分組

56例病人按住院期间是否出现脑损伤分为脑损伤组和未损伤组。脑损伤判定标准如下：出现中枢神经系统症状如昏迷、烦躁不安、意识障碍等和（或）小脑、桥脑、基底节区对称性病变，特别是桥脑髓鞘中央溶解等特征性影像学表现，磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）示小脑、桥脑、基底节区对称性T1WI低信号、T2WI高信号改变［15］。

1.2.2 标本收集

全血样本使用EDTA-K2抗凝管采集2 mL静脉血，血清样本使用分离胶促凝管，血浆样本使用肝素抗凝管，采集4 mL静脉血，分离血清或血浆采用3 000 r/min离心5 min，所有样本均要求采集后立即检测。

1.2.3 试剂与仪器

采用希森美康公司的XN 9000型血液分析仪检测全血白细胞（white blood cell，WBC）、中性粒细胞计数等血细胞参数。中性粒细胞与淋巴细胞比率（neutrophil to lymphocyte ratio，NLR）等于中性粒细胞计数与淋巴细胞计数之比。采用贝克曼库尔特公司的AU 5800型生化分析仪检测肝功能包括丙氨酸氨基转移酶（alanine aminotransferase，ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase，AST），肾功能包括尿素氮（blood urea nitrogen，BUN）和肌酐（serum creatinine，SCR），以及C反应蛋白（C-reactive protein，CRP）等血清生化指标。采用罗氏公司的Cobas E601型电化学发光仪检测心脏标记物包括肌钙蛋白T（cardiac troponin T，cTNT）和氨基末端脑利钠肽前体（N-terminal pro-B-type natriuretic peptide，NT-proBNP），脑损伤标记物包括S100钙结合蛋白B（S100 calcium binding protein B，S100B）和神经元特异性烯醇化酶（neuron-specific enolase，NSE）以及降钙素原（procalcitonin，PCT）。采用高效液相色谱串联质谱法检测血液、尿液DQ质量浓度。

1.2.4 观察指标

收集DQ中毒病人的临床基线资料和入院后实验室指标，包括性别、年龄、体质量指数（body mass index，BMI）、DQ阳离子中毒剂量（按目前市场上DQ溶液的常见质量分数为20%，即每100 mL DQ溶液含20 g DQ二溴盐溶质，每1.87 g DQ二溴盐含1.00 g DQ阳离子）、中毒程度分级（按实际摄入DQ阳离子小于1 g为轻度，1～12 g为中重度，大于12 g为暴发型的判定标准）、血液灌流前血液和尿液DQ质量浓度、入抢时间、住院时长、洗胃量、摄毒后至洗胃时间、血液灌流、连续性肾脏替代治疗（continuous renal replacement therapy，CRRT）、机械通气的治疗情况等。关于洗胃、血液灌流、CRRT、机械通气等治疗，本研究采纳《急性敌草快中毒诊断与治疗专家共识》为依据。考虑到毒物在体内作用的时效性，以及排除治疗措施对相关指标的影响，本研究仅对DQ中毒病人急性期即中毒后24 h监测肝功能、肾功能、心脏标志物、脑损伤标记物、PCT、CRP及血细胞参数等。

1.3 统计学方法

采用SPSS 26.0软件进行统计学分析。正态分布计量资料以x±s表示，采用独立样本t检验进行组间比较；非正态分布资料以 M（P25，P75） 表示，采用Mann-Whitney U检验比较组间差异。计数资料以百分率表示，组间比较采用 χ2检验。Logistic回归分析采取先单因素后多因素的原则，单因素回归分析P<0.10者在共线性诊断和相关系数矩阵筛选后进入多因素回归分析，本研究中多因素回归分析采用逐步法（向前LR）。采用受试者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线及曲线下面积 （area under curve，AUC）描述和比较相关指标单一或联合时对脑损伤事件的预测效能。本研究中P<0.05表示有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 DQ中毒病人症状分级

未损伤组42例，脑损伤组14例。14例脑损伤病人中，仅出现中枢神经系统症状者4例，仅有特征性影像学表现者3例，有中枢神经系统症状且出现特征性影像表现者7例。 56例DQ中毒病人中，男27例（48.21%），女29例（51.79%），年龄29.00 ［24.00，35.25］ 岁，BMI （22.04±3.95）kg/m2。DQ阳离子中毒剂量5.35 ［2.14，10.70］ g，中毒程度分级为轻度者4例（7.14%），中重度者39例（69.64%），暴发型13例（23.21%），血液灌流前血液DQ质量浓度（2 386.88±4 462.00）ng/mL，血液灌流前尿液DQ质量浓度（56 081.13±122 044.78）ng/mL。入抢时间5.50 ［3.50，8.00］ h， 住院时长14.00 ［9.00，19.00］d。接受洗胃52例（92.86%），摄毒后至洗胃时间1.00 ［0.50，3.00］ h，洗胃量12 000.00 ［10 000.00，25 000.00］ mL，接受血液灌流51例（91.07%），接受CRRT 30例（53.57%），接受机械通气14例（25.00%）。

2.2 DQ中毒病人按脑损伤状态的分组比较

在56例DQ中毒病人基线资料的分组比较中，脑损伤组病人的BMI、DQ阳离子中毒剂量、接受机械通气、接受CRRT的比例显著高于未损伤组（P<0.05，表1）。与DQ阳离子中毒剂量的分组比较结果不同，卡方分析并未发现中毒程度分级与脑损伤存在显著的相关性。在中毒后24 h实验室指标的分组比较中，脑损伤组病人S100B、ALT、AST、BUN、SCR、WBC、中性粒细胞计数、NLR等显著高于未损伤组（P<0.05，表2）。

2.3 DQ中毒病人脑损伤状态与相关指标的回归分析

将DQ中毒病人按脑损伤状态分组比较中存在显著差异（P<0.05）的变量纳入单因素logistic回归分析（表3）。将单因素回归分析P<0.10，及具备临床意义的中毒相关指标（DQ阳离子中毒剂量、血液灌流前血液DQ质量浓度）纳入共线性诊断分析。利用相关系数矩阵对变量间存在多重复杂相关性的变量逐一剔除，以降低变量间线性关系对回归模型的影響。基于以上变量筛选原则，最终仅BMI、中毒后24 h NLR、DQ阳离子中毒剂量、血液灌流前血液DQ质量浓度进入下一步多因素回归分析。按多因素回归EPV［16］的分析要求，本研究可同时容纳两个自变量进入多因素回归模型。对BMI、中毒后24 h NLR、DQ阳离子中毒剂量、血液灌流前血液DQ质量浓度中单因素回归分析意义显著的BMI、NLR采用二元logistic逐步回归分析（向前LR法），回归结果显示，BMI、中毒后24 h NLR与DQ中毒病人脑损伤存在独立显著关联（表4）。

2.4 DQ中毒病人脑损伤状态与关联变量的ROC曲线分析

回归分析结果表明，DQ中毒后24 h NLR水平升高与脑损伤增加存在显著的独立关联，中毒后24 h NLR可以作为单独预测DQ中毒病人脑损伤的有效因子。此外，对于具备临床价值但回归分析未显示与脑损伤状态存在显著独立关联的变量如DQ阳离子中毒剂量、血液灌流前血液DQ质量浓度，本研究通过ROC分析比较发现，当其与中毒后24 h NLR、BMI联合时，可获得更大的曲线下面积（图1），即对脑损伤状态具有更高的预测效能（表5）。

3 讨论

本文对DQ中毒病人脑损伤的分子机制及其相关因素进行了研究，对中性粒细胞相关参数NLR等临床和实验室指标与脑损伤状态之间的关联进行了分析。首先对DQ中毒病人的基线资料和实验室指标进行了分组比较，结果显示，脑损伤组病人中毒后24 h的WBC、中性粒细胞计数、NLR水平显著高于未损伤组。此外，BMI、DQ阳离子中毒剂量、接受CRRT比例、接受机械通气比例，以及S100B、ALT、AST、尿素氮、肌酐等也表现出明显的组间差异。对分组比较中差异显著的变量按先单因素后多因素进行logistic回归，分析结果显示，中毒后24 h NLR水平升高与DQ中毒病人脑损伤事件的增加存在独立的显著关联。ROC曲线分析进一步表明，当中毒后24 h NLR联合BMI以及DQ阳离子中毒剂量、灌流前血液DQ质量浓度时可获得相比单一指标对中毒病人脑损伤事件更高的预测价值。

已有文献报道，中毒后24 h的中性粒细胞及相关参数可用于评估急性农药中毒病人的预后［17］。本研究首次分析并验证了中毒后24 h NLR升高与DQ中毒病人脑损伤增加存在着显著关联。有研究发现，中毒剂量和血液毒物含量与DQ中毒病人的生存预后有关［5］。本研究仅在分组比较中发现DQ阳离子中毒剂量存在显著的组间差异，而进一步的回归分析并未发现其与脑损伤事件存在显著关联。有文献指出，BMI与农药中毒病人体内的毒物浓度即毒物暴露水平相关，本研究在此基础上进一步发现BMI与DQ病人脑损伤事件的关联［18］。通过比较DQ中毒后24 h NLR单独和（或）联合BMI、DQ阳离子中毒剂量、血液灌流前血液DQ质量浓度时对脑损伤预测的ROC曲线下面积发现，当中毒后24 h NLR联合BMI以及DQ阳离子中毒剂量、血液灌流前血液DQ质量浓度时，可获得对DQ中毒病人脑损伤事件更高的预测价值。有研究指出，血液净化、机械通气可改善PQ中毒病人脏器功能及症状［19］，而目前尚无上述治疗与DQ中毒病人的脏器损伤相关性的报道。本研究在分组比较和单因素回归分析时发现，CRRT、机械通气与DQ中毒病人脑损伤存在一定关联，而相关系数矩阵显示，其与脏器功能指标间存在着复杂的线性关系，故无法排除其与脑损伤事件的关联性是否受到了其他脏器功能的影响。此外，有文献报道S100B可评估PQ中毒病人神经系统损伤［20］。本研究仅分组比较显示DQ中毒脑损伤病人S100B显著高于未损伤者，而进一步的回归分析未发现其与DQ中毒后脑损伤存在显著关联。

综上所述，本研究发现，DQ中毒后24 h NLR升高与脑损伤增加存在显著关联，中毒后24 h NLR可以作为独立预测DQ中毒病人脑损伤事件的有效因子，且当其与BMI及DQ阳离子中毒剂量、灌流前血液DQ质量浓度联合时可获得对脑损伤事件更高的预测价值。

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