作者：黄先青,张艳芳
出版社：人民卫生出版社
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化学中毒与检验试读：
前言
这是一个高速发展的时代,突飞猛进的经济增长带给我们便利生活的同时,其带来的负面影响也日渐浮出水面,各种安全隐患正以一种不可遏制的速度越来越多地威胁着人类的心身健康和生命安全。“中毒”在生活中频繁出现,电视、网络、报纸、自媒体报道层出不穷。化学中毒作为各类中毒事件首位,已引起高度关注。
化学毒物种类繁多,不同毒物代谢方式不尽相同,对人体的影响千差万别,处置方法差异较大,普通医院处置相对困难。在处理各类中毒事件中要寻找中毒原因、及时救治患者、将中毒危害降至最低,离不开现代毒理学对毒物的作用机制和临床认识,离不开高效准确的分析检测技术,离不开高超精准的临床治疗手段,同时也需要应用缜密的流行病学方法进行调查和论证。但医学科学日趋高度专科化,公共卫生、临床医学、检验学科处于各自独立的局面,使中毒事件处置缺乏整体协同性。
近年来,国家逐步加大力度进行化学中毒预防及应急救援体系建设,将中毒的预防、检验、治疗纳入同一体系,旨在建立一个完善的具有监测预警、检验分析、临床诊治、科学研究、教育培训及信息咨询管理等功能的综合性中毒防控体系。《化学中毒与检验》从化学中毒的理化特点、接触途径、毒理学特征、临床表现、毒物及效应检验等方面入手,结合编者的工作经验,综述了国内外最新研究成果,本书是一本理论与实践相结合的实用型图书。
以往关于化学中毒,临床医学类著作多把中毒分列在内科学的各章节中,没有系统地叙述;预防医学类书籍则侧重中毒事件的现场处置;理化检验和医学检验类书籍则更关注实验技术。这些有关化学中毒的书籍各有所长,但存在片面性和局限性。从事中毒防治的临床和公卫医师们不清楚如何选择诊断、鉴别诊断检验项目;检验人员对化学中毒的毒理损害和临床特点又不甚了解,严重制约了新技术的发展,阻碍化学中毒诊断水平的提高。导致临床医师、公卫医师、检验人员各自从自身专业角度,碎片化地理解化学中毒诊治,缺乏整体综合分析。因此只有在了解毒物的理化性质、接触史、临床特征、实验室检查、现场调查等基础上,全方位综合分析,才能做出准确诊疗、科学处置。本书最大特点就是将化学中毒整体考虑,各专业有机地结合起来,让其相互了解,相互渗透,对提高化学中毒检测技术、临床诊断,以及化学中毒事件科学处置都有很大帮助。
全书分上、下两篇,共八章。上篇“化学中毒及检验基本理论”,分2章,系统介绍了化学中毒分类、临床表现、检验指标及常用检验技术,旨在让读者对化学中毒及检验有一个系统的了解。下篇“常见化学中毒及检验方法”,分6章,分门别类有代表性地介绍了常见9种金属及类金属、6种刺激性气体、5种窒息性气体、13种有机溶剂和6类农药中毒的理化性质及接触途径、毒理学特征、临床表现、处理原则、理化检验及效应检验,使读者对各种常见化学中毒的性质、临床表现及检验方法有清晰明确的认识。
本书可作为临床医师、公卫医师和检验工作者的实用手册,也可作为临床医学、预防医学、卫生检验和临床检验专业教师、学生的专业辅导书。
由于编者知识和经验所限,难免有纰漏和不足之处,敬请读者赐教指正。编者2015年7月31日深圳
绪论
第一节 基本概念中毒与检验的概念包括很多,涉及中毒、毒理学中毒性、检验指标的相关概念,本节仅列举了一些常见基本概念。这些基本概念是了解中毒、毒性及检验方法的基础,是正确诊断、处理中毒的根本。一、中毒及化学中毒
1.中毒(poisoning)
这是一个由来已久的话题,从人类起源接触动植物、食用食物,中毒就一直伴随左右。机体摄入一定剂量的某种化学物质,发生暂时、持久性损害甚至死亡的过程称为中毒。中毒按接触来源可分为职业中毒、生活中毒(意外、投毒、自杀、滥用药物等)以及环境污染导致的中毒。
2.毒物(poison)
所有引起中毒的化学物质均称之为毒物。现代医学鼻祖、瑞士医生巴拉塞尔萨斯有一句名言:“万物皆有毒,关键在剂量。”也就是说,毒物与非毒物之间并没有明确界限,只是因为剂量不同导致毒性作用的差异。因此,毒物通常是指较小剂量即可造成中毒的化学物质,如氯化钠(食盐)在生活中是调味品,0.9%浓度注射液是药品,一次进食15～60g有损健康,一次进食200～250g可致死亡。
3.化学中毒(chemistry poisoning)
毒物包括化学性毒物和生物性毒物两大类。化学性毒物导致的中毒称为化学中毒。
二、毒性
1.毒性(toxicity)指外源性化学物质与机体接触或进入体内靶器官后,能引起损害作用的相对能力;或者简述为化学物质能够造成机体损害的能力。相对于同一损害指标,化学物质需要剂量越小,其毒性越大。
化学物质毒性的大小仅具有相对意义,只要达到一定的剂量水平,化学物质就具有毒性,而如果低于某一剂量水平时,则不具有毒性。
在毒理学上,通常用半数致死剂量(median lethal dose,LD)或半50数致死浓度(median lethal concentration,LC)作为衡量急性毒性大小50[1]的指标。
2.半数致死剂量(LD)在一定时间内经口或经皮给予受试样品后,50使受试动物发生死亡概率为50%的受试样品剂量。以单位体重给予受试样品的质量(mg/kgbw或g/kgbw)来表示。
3.半数致死浓度(LC)指在一定时间内经呼吸道吸入受试样品后,50受试动物发生死亡概率为50%的受试样品浓度。以单位体积空气中受3试样品的质量(mg/m)来表示。
4.无可见有害作用水平(no observed adverse effect level,NOAEL)在规定试验条件下,用现有技术手段或检测指标未观察到任何与受试样品有关的毒性作用的最大染毒剂量或浓度。
5.最低可见有害作用水平(lowest observed adverse effect level,LOAEL)在规定试验条件下,受试样品导致实验动物形态、功能、生长发育等发生有害改变的最低染毒剂量或浓度。
6.毒物代谢动力学(toxicokinetics)定量研究毒物在体内吸收、分布、生物转化、排泄等过程随时间动态规律变化的学科。
7.安全系数(safety factor,SF)在以动物试验数据外推到人,或以小范围人群调查结果判断所评价的化学品对大范围人群的有害作用时,为排除所涉及的不确定因素而设定的系数,用于制定化学品控制标准,以保证接触人群安全。
8.危险性参考剂量(risk reference dose,Rf D)危险度达到可接受程度的剂量。
9.危险性参考浓度(risk reference concentration,Rf C)危险度达到可接受程度的浓度。
10.日允许摄入量(acceptable daily intake,ADI)终身摄入某化学物而不引起可检出健康损害效应的日平均摄入剂量,一般以mg/(kgbw·d)表示。
11.实际安全剂量(visual safe dose,VSD)系指致癌物的化学品导致-6致癌率有99%把握低于10的剂量水平。
12.时间加权平均容许浓度(permissible concentration-time weighted average,PCTWA)以时间为权数规定的8小时工作日、40小时工作周的平均容许接触浓度。
13.短时间接触容许浓度(permissible concentration-short term exposure limit,PCSTEL)在遵守PC-TWA前提下容许短时间(15分钟)的浓度。
14.最高容许浓度(maximal allowable concentration,MAC)工作地点在一个工作日内任何时间有毒化学物质均不应超过的浓度。
15.超限倍数(excursion limits)对未限定PC-STEL的化学有害因素,在符合8小时时间加权平均容许浓度情况下,任何一次短时间(15分钟)接触浓度均不应超过的PC-TWA倍数值。
16.正常值(本底值)指不接触某化学物质健康人群生物材料中,该物质的浓度或其效应水平。正常值代表健康人群整体水平,通常以95%区间表示。在检验医学中称为参考区间。
17.生物限值(biological threshold limit value,BTLV)指为保护员工健康,对生物材料中的毒物和(或)其代谢物所规定的最高容许量,或由毒物导致生物效应指标变化所容许的水平。生物限值可以浓度表示,也可以用形成或消除速率来表示。
生物监测结果等于或低于生物限值时,对大多数人来说是安全的,但不能保证所有人都安全。超过生物限值时,就有可能造成健康危害,但并非所有人健康受到危害。生物限值与正常值一样,是对群体而言,是衡量职业接触化学毒物是否过量的依据,其水平高于正常值。
18.中毒诊断值指接触某毒物的人群产生了有害效应或中毒症状时,生物材料中该毒物的浓度或其效应水平,也就是说,该值是中毒诊断的依据,高于该值可以诊断中毒。因此,中毒诊断值高于生物限值。
职业“三值”指职业病临床提出的“三值”,即“正常值”“生物限值”和“中毒诊断值”。
三、生物学效应
1.生物学效应(biological effect)
是指某种外界因素(如生物物质、化学药品、物理因素等)对生物体产生的影响。化学中毒的生物学效应则是指毒物对生物体所造成的外在改变或可观察到的生理生化指标变化。生物学效应是化学中毒的重要诊断依据。
2.外暴露剂量(external exposure dose)
即环境暴露剂量,指人群接触环境中某种因素的含量或浓度。外暴露剂量反映环境中某毒物的量,提示对机体健康存在可能危害,但不能确定是否中毒。如测定某工厂车间空气中1,2-二氯乙烷浓度为3310mg/m(PC-TWA),则10mg/m即为外暴露剂量。
3.内暴露剂量(internal exposure dose)
指过去一段时间内机体已吸收入体内的毒物量,可通过生物材料(血液、尿液等)中毒物或其代谢产物含量来确定。内暴露剂量是判断中毒最重要的证据。如铅中毒时测定血铅、尿铅,正己烷中毒时测定尿2,5-己二酮即为内暴露剂量。
4.生物标志物(biomarkers)
指外源性化学物质通过生物学屏障并进入组织或体液后,对该外源性化学物质或其生物学后果的测定指标,可分为接触生物标志物,效应生物标志物和易感性生物标志物。具体在本书第一章第四节介绍。
5.理化样品前处理技术(sample pretreatment technology)
指样品制备和对样品采用合适的分解和溶解方法以及对待测组分进行提取、净化和浓缩的过程,使被测组分转变成可以测定的形式,从而进行定量和定性分析。同一成分的检测方法大同小异,但不同样品的前处理技术各不相同,其是样品检测的关键技术之一。
6.生物学变异(biological variation)
指随环境、地域、种族、生活习惯、年龄等变化而产生的不同个体或种群间的生理、生化指标的某种可接受差异,这一差异是生理性而非病理性的。生物学变异是临床检验确立质量指标的主要依据,亦是设定室间质量评价或能力验证的评价标准。第二节 发展沿革与现状
化学中毒主要指化学物引起机体功能、结构损伤甚至造成死亡的疾病状态,可导致化学中毒的物质即称为“毒物(poison)”。实际上任何化学物,包括药物甚至营养物、内生性物质,只要达到一定剂量,皆可为毒物。因此,毒物范围十分广泛,但习惯上“毒物”系指较小剂量即能引起中毒的物质。
只要有人存在,就有毒物存在,就有化学中毒发生;毒物像一杆秤,称量着历史的每一个痕迹。下面就化学中毒及检验技术发展沿革与现状做一简要综述。一、化学中毒发展沿革
人类在长期的生产生活实践中,通过接触毒物——中毒或死亡——认识毒物,也逐渐形成了鉴别和治疗中毒的方法。
公元前4500年,一些部落和种族就开始将有毒的天然动植物或矿物质等涂抹在斧头、石棒上,狩猎或杀敌。公元前2600多年,生存条件恶劣,瘟疫流行,神农为拯救部族,遍尝百草。《神农本草经》记载了365种草药,该书详细描写了各种草药的毒性。
公元前1550年,埃及的埃伯斯古医籍记载了毒芹、附子、鸦片、铅、铜、锑等毒物。随后,各国陆续发现并记载了更多毒物。公元前600年,中亚亚述人在画像砖上记载了食用裸麦发生中毒事件,这是人类第一次中毒记录。公元前400年,希波克拉底阐述了采矿与铅中毒的关系,是第一次描述职业中毒。公元前3世纪,秦始皇时期,炼丹术萌芽,因服用丹药中毒事件开始出现。
1567年,被誉为毒理学之父的瑞士科学家Paracelsus首次提出“毒物是化学物”和“剂量反应”概念,指出中毒需通过实验观察生物体的反应,并第一次提出“靶器官”的概念。
欧洲文艺复兴时期,科技迅速发展,人们对化学中毒的认识也逐渐深入。发现并阐述了众多毒物的毒性,也出版了许多毒物专籍。随着奥尔菲拉《毒物与毒理学概论》出版,毒理学成为一门独立学科,1960年,世界上第一个毒理学专业学术团体——美国毒理学会(SOT)成立,[2]对毒物的研究已逐渐正规化。
随着化学中毒事件不断增多,各国陆续成立中毒防控中心。1958年,全美中毒控制中心联合会(AAPCC)成立。AAPCC每年发布全美中毒情况年度报告,所报告中毒病例连年增长。
相对于美国中毒控制中心的高度组织化和统一化,欧洲各国中毒控制系统则比较松散和独立,具有各自不同的组织和运作方式。多数欧洲国家均建有独立于医院、集中式的毒理治疗中心,与中毒信息中心整合在一起。
1989年,中国卫生部组织有关专家就急性化学物中毒救援进行了专题研究,提出要尽快建立我国的中毒控制体系。1997年,原化工部在化工系统职防院的基础上在上海、大连、辽宁等地建立了七个化学中毒应急救援中心,主要负责本系统突发事件处理。1997年中国医科大学中毒控制中心在中国医科大学第一附属医院挂牌;1998年徐州市中毒研究所、全军中毒救治专科中心和广东中毒急救中心分别在徐州市第三医院、北京解放军第307医院及广东省职业病防治院挂牌。1999年4月中国预防医学科学院建立国家级中毒控制中心并开展工作,该中心以中国预防医学科学院为依托,主要工作:①提供有关化学物质毒性和危险性资料,为中毒诊断和治疗提供信息及建议;②中毒现场调查及临床服务;③提供毒物检测和生物医学研究服务;④提供解毒药物生产及储备信息;⑤对专业人员提供中毒控制培训等。2003年该中心更名为中国疾病预防控制中心中毒控制中心(国家中毒控制中心)。
但是,随着全球化学工业的快速发展和化学品不断剧增,目前我们所知化学品已达500～700万种之多,市场出售流通者也已超过10万种,而且每年还有1000多种化学品问世。世界经济的发展以及化学制品和药品的广泛应用,导致化学中毒患者及事件仍急剧上升。据WHO估算,全球每年严重中毒事件约10～50万起。各类中毒已成为医院主要的诊治疾病之一;各种重症中毒并发多器官功能衰竭的救治,仍是目前医学领域的难题之一。
二、化学中毒检验技术发展沿革
人类在漫长进化过程中,不断接触毒物、引发中毒或死亡、然后认识毒物。在血的教训中,学会了鉴别和治疗中毒的方法。
神农尝百草是一个中国古代传说故事,记载了第一次人身试毒的经验,最终神农因食断肠草而亡。埃及艳后克丽奥佩特拉七世曾用奴隶来实验天仙子、颠茄和亚萨普蛇的毒性。
公元前500年,印度法医书籍阐述了如何通过死者个体特征辨别中毒。隋代巢元方《诸病源候论》中已有“银钗验毒”的记载,这种方法虽不严谨科学,但在毒物检测史上仍有重要意义。中国第一部法医学专著——宋代宋慈所著《洗冤集录》对中毒症状的描写也十分细致:“凡服毒死者,口眼多开,面紫黯或青色,唇紫黑;手足指甲俱青黯,口眼鼻间有出血……”。
这一时期主要通过感官和双手来验证中毒,更多地应用在法官判案中。
真正的毒物检测始于欧洲,1813年现代毒药学奠基人Orfila发表了名著《毒药的特性》,是欧州最早的毒物检测著作。到了1830年,几乎所有无机化学物都能通过化学分析得知,但不能分析出有机毒物。1851年,比利时化学家让·塞尔维斯塔在调查杀人案时,提取出生物碱,使有机毒物分析成为可能。烧杯、试管、煤气灯是这一时期化学中毒检测的代表器材。
20世纪50年代前,毒物检测方法主要是化学法,其简单、快速、经济,但由于被测物未经分离纯化或仅做简单纯化处理,化学反应又具有非特异性,因此化学法特异性及灵敏度差,准确度低。
自1860年德国科学家罗伯特·威廉·本生与古斯塔夫·基尔霍夫发明第一台火焰发射光谱分析仪以来,仪器分析技术不断发展,特别是20世纪70年代后,现代仪器分析方法使毒物检测进入高分离度、高特异性和高灵敏度时代。应用最多的仪器分析方法是利用光学原理的光谱分析法和利用物理化学分离原理的色谱法。
液相色谱-质谱联用技术是近年来迅速发展的毒物检测方法,其具有液相色谱高效分离能力和质谱高选择性、高灵敏度检测能力,可以同时得到化合物保留时间、相对分子质量以及特征结构碎片等丰富的信息,尤其是串联质谱可从复杂基质中确认目标物,采用选择离子监测或多反应监测模式,可以大大提高检测特异性和灵敏度。同时液相色谱-质谱联用技术检测范围广,前处理简单,不需衍生化。
现今毒物检测,早已脱离了原始的烧杯、试管、煤气灯,检测技术的精确度已提升到pg水平。毒物检测样品也已涵盖血液、尿液、唾液、分泌物、排泄物、头发、指甲、细胞等生物样品。
化学中毒效应同样是化学中毒检验不可忽视的重要方面。从公元前300年,希波克拉底提出尿液检查诊断疾病,到现在细胞水平,线粒体、细胞核等亚细胞水平,直至蛋白质、核酸分子水平检测,人类对机体的认识已进入超微水平;同时,随着“大数据”的引入,各种精细检验数据也广泛应用于中毒流行病学的调查研究。
三、化学中毒流行特点
化学中毒作为一类特殊疾病,有其自身流行特点:
1.毒物接触史 所有化学中毒者均有接触某种化学毒物的病史。按毒物来源,化学中毒可分为职业中毒、农药中毒、化学性食物中毒、药物中毒、环境污染所致中毒和生活性中毒等。
2.突发性 尤其是化学中毒事故,多突然发生,没有预兆。
3.群体性或散发性 环境污染、事故或集体食物中毒等,多为群发性中毒,涉及人数多、范围广,危害严重。生活性中毒多为散发性,表现为零星、个体发病。
4.具有剂量-效应和剂量-反应特点 化学中毒与毒物剂量相关,同时存在个体差异。
5.后续性化学中毒事故发生后,除患者及现场处置外,还存在毒物的远期效应及社会影响的持续性。
四、化学中毒处置
突发化学中毒事件发生后要立即采取以下措施:
1.疏散与隔离
化学品泄漏后,应立即疏散现场无关人员,隔离毒物污染区;如果是易燃易爆物大量泄漏,应立即请求消防专业人员救援,并由应急救援指挥机构决定周围居民疏散范围和疏散方向。
2.切断电源并消除火源
化学品泄漏环境中,电源和火源常常会引发爆炸和火灾,事故发生后应立即切断电源并消除火源。如果泄漏物属于易燃易爆物质,要对整个毒物泄漏区域内控制电源和禁止各种火源。
3.保护应急人员
(1)进入化学品泄漏现场进行应急处置的各类人员均必须接受过专门业务培训和训练。
(2)在进入现场之前,应针对泄漏物的理化性质、暴露方式、现场浓度等现场环境,采取有效的个人防护。穿(佩)戴防护装备前,应认真对防护装备进行安全性能检查,特别是要有专人对呼吸器的压力参数及阀门等进行检查,有条件的情况携带气体报警装备,注意各类呼吸防护装备有效防护时间。
(3)应当详细记录进入、撤出泄漏现场的人员姓名和时间,紧急撤离时应进行点名,严禁单独行动。
(4)现场应准备特效解毒剂及其他急救医药用品,并有医护人员待命。
(5)对中毒人员应从上风方向抢救或引导撤出。
4.现场毒物监测和毒物健康影响评价
应根据突发化学中毒事故类型,设立毒物监测方案,启动相应级别的应急检测平台(见表1),及时掌握泄漏物的种类、浓度和扩散范围,恰当地划定警戒区,并为现场指挥部处置决策提供科学的依据。目前,国内常用现场检测方法主要有:快速检测管法、便携式固液应急检测法、便携式红外光谱气体分析法、便携式有毒挥发气体分析法、手持式多气体检测法、手持式化学战剂检测法、便携式多功能水质分析法和化学物质鉴定系统等定性和定量方法。表1 突发化学中毒事故三级应急检测平台
依据毒物监测资料和人及动物中毒情况评价危害区域、人群范围和危害程度,并提出相应的应急措施建议,向指挥部报告。
5.现场分区和警示标识
根据危害源性质和扩散情况等进行现场分区,危害源周围核心区域为热区,用红色警示线隔离;红色警示线外设立温区,用黄色警示线隔离;黄色警示线外设立冷区,用绿色警示线隔离。同时,在不同地点根据需要设立各类警示标识。
医疗卫生救援队伍在冷区内划定救援区域,在区域内根据不同功能设立指挥部、急救区、观察区等。洗消区一般设立在温区边缘,检伤区设立在洗消区附近。
6.化学性中毒患者处理原则
(1)脱离接触、洗消:
远离危害源区域,尽快疏散到空气清新处。诊治区域要设在非污染区。
在现场洗消区进行洗消,脱去患者被污染的衣物,用流动清水及时冲洗污染的皮肤,对于可能引起化学性烧伤或能经皮肤吸收的毒物更要充分冲洗,时间一般不少于20分钟,并考虑选择适当中和剂中和处理;眼睛有毒物溅入或灼伤时要优先迅速冲洗。
(2)检伤:
医务人员根据患者病情迅速将病员检伤分类,做出相应的标志,并按照检伤结果将患者送往不同区域内急救。
(3)应用特效解毒治疗:
特效治疗主要有特定毒物的特效解毒剂、氧疗法等,对气体中毒者尽量送有高压氧条件的医疗机构。
(4)对症和支持治疗:
保护重要器官功能,维持酸碱平衡,防止水电解质紊乱,防止继发感染以及并发症和后遗症等。
传统化学毒物导致的中毒事件还没有完全遏制,新的化学毒物引起的中毒又层出不穷,化学中毒的发病率仍呈上升趋势,尽管化学中毒的诊断和治疗已有长足进步,但是我国在化学中毒的诊治及中毒公共卫生处置方面仍很薄弱。因此,积极开展化学毒物尤其是生物样品多毒物联合检测,推进化学中毒的精准医学与循证医学研究,提高化学中毒公共卫生管理水平,是未来化学中毒学科发展的方向。(张艳芳、林大枫、周伟)
参考文献
[1]中华人民共和国卫生部.化学品毒性鉴定技术规范.2005.
[2]史志诚.毒物简史.科学出版社.2012.上篇 化学中毒与检验基本理论第一章 化学中毒基本理
化学品危害不容忽视。本章主要介绍了化学品分类和毒性分级,化学中毒的系统损害特征及检验指标等内容,让读者对化学品特性及化学中毒基本特征有一个系统的了解,为明确诊断化学中毒奠定理论基础。第一节 化学毒物及中毒分类一、化学毒物分类(一)按毒物存在形式分类
按毒物存在形式,化学毒物可分为固体、液体、气体或气溶胶。就其对人体危害来说,以固体、液体两种形态存在的毒物,如果不挥发,又不经皮肤进入,则影响较小,而以气态、蒸气以及气溶胶形态存在的毒物对人体危害较大,主要引起呼吸系统损害症状。
1.气体指常温、常压下呈气态的物质,如硫化氢、二氧化硫等。
2.蒸气由固体升华或液体蒸发而成,前者如碘、硫等,后者如苯、汽油等。凡是沸点低、蒸气压大的液体都易成为蒸气;对液态物质进行加热、搅拌、喷雾、通气及超声处理时可加速挥发;暴露面积大也能促进挥发。
3.气溶胶指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体、粉尘、烟及雾,如电镀时的铬酸雾、金属酸洗时的硫酸雾等。(二)按化学性质分类
1.金属和类金属 常见的金属和类金属毒物有铅、汞、锰、镍、铍、砷及其化合物等,主要引起血液系统、神经系统为主的急慢性中毒。
2.刺激性气体 指对眼和呼吸道黏膜有刺激作用的气体,是化学工业常见的有毒气体。刺激性气体种类甚多,最常见氯、氨、氮氧化物、光气、氟化氢、二氧化硫、三氧化硫和硫酸二甲酯等。
3.窒息性气体 指能造成机体缺氧的有毒气体。窒息性气体可分为单纯窒息性气体、血液窒息性气体和细胞窒息性气体。如氮气、甲烷、乙烷、乙烯、一氧化碳、硝基苯蒸气、氰化氢、硫化氢等。
4.农药 包括杀虫剂、杀菌剂、杀螨剂、除草剂等。使用农药对保证农作物增产起着重要作用,但如生产、运输、使用和贮存过程中未采取有效的预防措施,可导致中毒。
5.有机化合物大多属有毒有害物质,例如应用广泛的有机溶剂二甲苯、二硫化碳、汽油、甲醇、丙酮等,苯的氨基和硝基化合物苯胺、硝基苯等。
6.高分子化合物 高分子化合物本身无毒或毒性很小,但在加工和使用过程中,可释放出游离单体对人体产生危害,如酚醛树脂遇热释放出的苯酚和甲醛具有刺激作用。某些高分子化合物由于受热、氧化而产生毒性更为强烈的物质,如聚四氟乙烯塑料受高热分解出四氟乙烯、六氟丙烯、八氟异丁烯,吸入后引起化学性肺炎或肺水肿。(三)按毒作用性质分类
按毒作用性质通常可分为窒息性毒物、刺激性毒物、麻醉性毒物和全身性毒物四类。(四)按毒物性能分类
1.腐蚀性毒物
如强酸、强碱、强氧化剂等可迅速破坏生理组织,使酶官能团变性或失活,常见的有硫酸、盐酸、氢氧化钠、光气(碳酰氯)、氯气、臭氧等。
2.代谢性毒物
如一氧化碳、氢氰酸、氟乙酸等可影响机体代谢过程。
3.神经性毒物
通过影响机体电信号沿神经纤维的传递过程,使传递失误或改变,可麻痹中枢及周围神经系统,有机磷农药均属此类。大麻等致幻物可影响人的判断力。
4.诱变性毒物
改变机体遗传基因和染色体,导致子代异常、病变或畸形,如可的松等。
5.致癌物
如多环芳烃、石棉、铬等。
二、化学中毒分类
化学物质在日常生产、生活中广泛存在,因此,化学中毒几乎涵盖了生产、生活各个方面。(一)职业中毒
在职业活动中,接触生产原料、中间体、辅助剂、杂质、成品、副产品、废弃物等有毒物质而中毒,称为职业中毒。这些有毒物质叫做工业毒物或生产性毒物。工业毒物常以气体、蒸气、气溶胶、烟、尘、雾等形式存在于生产环境,作业工人通过接触这些工业毒物而中毒。由于工人作业方式出现新的变化,导致职业中毒疾病谱不断扩大,急性职业中毒事故明显多发,恶性事件有增无减,职业中毒已成为最突出社会问题之一。(二)环境污染所致中毒
化学毒物污染大气、水源、土壤,污染区居民发生群体性中毒;其中既有急性中毒,如印度博帕尔甲基异氰酸酯泄露导致的急性中毒,也有慢性中毒,如甲基汞污染水体引起的水俣病、镉污染水稻田引起的痛痛病等。(三)农药中毒
杀虫剂、灭鼠剂、除草剂等农药广泛使用,使生产性与非生产性农药中毒触目惊心,时常威胁农村人口生命安全,已成为亟待解决的社会问题,如2011年青岛连续三起韭菜中毒事件和重庆忠县农药中毒事件。(四)化学源性食物中毒
化学毒物污染食品导致中毒,误将毒物作为调味剂、添加剂引起中毒,人为投毒报复、制造恐怖事件等,是日常生活中常见的事例。影响较大的如2002年南京汤山毒鼠强投毒案。(五)药物中毒
药物滥用、误服、过量、药物不良反应、过敏等因药物所致中毒逐年增多,2012年巴基斯坦旁遮普省110名心脏病患者因服用免费药物中毒死亡。海洛因、摇头丸等在吸毒人群中蔓延,影响社会安定。(六)其他
日常生活中使用伪劣化妆品、染发剂导致铅、汞中毒,使用锡制酒壶烫酒引起铅中毒,家居装修污染所致苯、甲醛中毒,服毒自杀等。第二节 常见化学毒物毒性分级
生活性化学中毒多为误食或自杀,因此一般是散发、不可预计的。环境污染所致化学中毒主要是生产性污染造成的,多为群发性。职业性中毒则是可以评估的,因此很多国家都对职业性接触毒物的毒性进行了分级。一、职业性接触毒物危害程度分级依据
我国对职业性接触毒物危害程度分级制定了国家标准GB 5044-1985,2010年首次对该标准进行修订后,颁布了新标准GBZ 230—2010。新标准分级依据更加全面、合理,依据的指标包括毒性效应指标(急性毒性、刺激与腐蚀性、致敏性、生殖毒性、致癌性)、影响毒物作用的因素指标(扩散性和蓄积性)、实际危害后果指标、产业政策指标。具体内容参见中华人民共和国国家职业卫生标准《职业性接触毒物危害程度分级》(GBZ 230-2010)。
二、职业性接触毒物危害程度分级和毒物危害指标
根据GBZ 230-2010,职业接触毒物危害程度分为轻度危害(Ⅳ级)、中度危害(Ⅲ级)、高度危害(Ⅱ级)、极度危害(Ⅰ级)4个等级。按分级指标计算化学物的毒物危害指数THI:THI<35为轻度危害(Ⅳ级),THI≥35～<50为中度危害(Ⅲ级),THI≥50～<65为高度危害(Ⅱ级),THI≥65为极度危害(Ⅰ级)。
三、我国车间空气中毒物最高容许浓度
化学品可以通过皮肤吸收、消化道吸收及呼吸道吸收三种方式对人体健康产生危害。掌握正确的操作方法,避免误接触及误食等能使前两种方式中毒几率降到最低。而对于通过呼吸道吸收的毒物(最常见),由于看不见、摸不着而往往容易对身体造成伤害。因此,一方面应从改进生产、实验方式(规程)来降低有害物质在空气中的浓度;另一方面,个人对此也应引起重视,佩戴防护面具,保持空气通畅等。1979年,我国发布了工业企业设计卫生标准(TJ 36—79),规定了111种有毒化学物最高容许浓度。1983～1989年新增或修改化学物25种,1996年又新增或修改了50种化学物。
四、剧毒化学品
剧毒化学品是指按照国务院安全生产监督管理部门会同国务院公安、环保、卫生、质检、交通部门确定并公布的剧毒化学品目录中的化学品。一般是具有非常剧烈毒性危害的化学品,包括人工合成化学品及其混合物(含农药)和天然毒素。剧毒化学品毒性判定界限如下:大鼠试验,经口LD≤50mg/kg,经皮LD≤200mg/kg,吸入LC≤505050500ppm(气体)或2.0mg/L(蒸气)或0.5mg/L(尘、雾),经皮LD的试验数50据,可参考兔试验数据。目前最新的2012年版剧毒化学品目录中共收录了包括氰、氰化钠、四乙基铅、硝酸汞等在内共335种剧毒化学品。
五、化学恐怖
化学恐怖袭击是指利用化学武器或易燃易爆及有毒化学危险品威胁和胁迫政府、组织或个人,以达到其政治、经济等目的的恐怖主义事件,具有易发性、突发性、群体性、隐匿性、高杀伤性、心理威慑性等特点。其类型包括:①各种爆炸:炸药及爆炸品、易燃易爆气体、液体等;②纵火:易燃易爆气体、液体及固体,特别是低闪点及爆炸极限大的化学品;③投毒:军事毒剂及各种毒害品;④其他:如腐蚀性化学品。典型案例如1995年日本东京地铁沙林袭击,造成12人死亡,将近1000人住院,5500人就诊,10%抢救人员受伤;1995年美国俄克拉何马办公大楼硝铵炸药爆炸,造成168人死亡,850人受伤;2002年南京汤山毒鼠强投毒,造成600多人中毒,42人死亡。第三节 化学中毒系统损害特征一、毒物在体内的生物转运和生物转化
毒物毒效应的大小与毒物的剂量,特别是靶剂量密切相关。相同暴露剂量的不同毒物进入靶器官数量可能相差悬殊,存在时间也可能有很大差别,其原因在于机体对毒物处置过程不同。机体对毒物处置包括吸收、分布、代谢和排泄四个过程。其中吸收、分布和排泄称为[1,2]生物转运,代谢称为生物转化。(一)吸收
吸收是指毒物从机体接触部位透过生物膜进入血液的过程。吸收主要途径包括消化道、呼吸道和皮肤黏膜。
1.经消化道吸收
消化道是毒物吸收的主要途径之一。凡是由大气、水和土壤进入食物链的毒物均可通过消化道吸收,自服或误服毒物、药物也经该途径吸收。毒物在消化道主要通过简单扩散方式吸收,部分通过主动转运系统吸收,少数经滤过、胞吞和胞饮作用被吸收。
毒物在整个消化道均可吸收,但毒物在口腔停留时间较短,直肠表面积较小,这两个部位作为吸收部位的意义不大。毒物在消化道吸收部位主要在小肠,其次是胃。对于弱有机酸或有机碱,其吸收速率受到解离程度的影响,一般解离程度越大吸收越差。
除了简单扩散,主动转运也是消化道吸收的主要方式。另外,经过消化道吸收的毒物需考虑肝脏对毒物消除的首过作用,某些毒物还需要考虑肠肝循环对吸收的影响。
2.经呼吸道吸收
空气中的毒物以气态和气溶胶形式存在,主要通过呼吸道吸收,肺是主要吸收器官。由于肺表面积巨大,血液灌流量大等特点,呼吸道吸收十分迅速。
气态毒物经过呼吸道吸收与作用的部位主要取决于其脂溶性和浓度。例如,盐酸、氨气等水溶性刺激性气体,在上呼吸道遇到含水丰富的鼻腔和上呼吸道黏膜,即可引起局部刺激症状。而水溶性稍差的氮氧化物、二氧化硫不易引起上呼吸道症状,易于进入呼吸道深处。毒物经过肺吸收入血受到多种因素的影响,最主要的因素是该毒物在肺泡和肺毛细血管血液中的浓度差或分压差。浓度差或分压差越大,吸收越迅速。
气溶胶中雾的吸收与气态物质相似;烟和粉尘的粒径大小与其到达呼吸道部位密切相关。直径>5μm的颗粒物很难进入呼吸道深处,大多在鼻腔或咽部被阻挡。直径在2.5μm及以下的细颗粒物可沉降于气管、支气管区域。直径1μm及以下的颗粒物可以到达肺泡并吸收入血。直径≤0.1μm的超细颗粒最易于在肺泡沉着并吸收入血。
3.经皮肤黏膜吸收
毒物经皮肤吸收过程可分为穿透和吸收两个阶段。穿透过程是指毒物通过被动扩散透过角质层的过程。一般认为,非极性物质透过角质层的能力与脂溶性成正比,与分子量成反比。局部皮肤的厚度对毒物吸收也有明显的影响,角质层越厚,毒物越不易透过。另外,皮肤的条件改变可以明显影响毒物吸收,皮肤潮湿、损伤和局部炎症都可以增加毒物吸收。
4.其他吸收方式
除上述三种常见毒物吸收方式以外,静脉、腹腔、皮下、肌肉注射等途径也是毒物进入体内的方式。但注射方式多见于各种毒理学试验,日常生活中除注射药物以外,以注射方式接触毒物较为少见。(二)分布
分布是化学毒物吸收入血后,随血液和淋巴液分散到全身组织细胞的过程。影响毒物分布的主要因素是组织器官的血流量,之后取决于毒物与不同组织的亲和力。一般来讲,早期毒物分布主要取决于器官的血流量,血流灌注大的器官毒物分布较多,之后分布主要受毒物扩散速率及其与组织器官亲和力的影响。
1.毒物在组织器官中的贮存
毒物吸收速度超过代谢排泄速度,以相对较高的浓度富集于某些组织器官中的现象称为蓄积,蓄积部位称为贮存库。例如,吸收入血的毒物可与各种血浆蛋白结合;镉、汞、铅、锌等金属与肝脏和肾脏中的金属硫蛋白结合;有机化合物蓄积于脂肪组织;铅和锶等金属蓄积于骨骼等。
2.特殊屏障
某些器官或组织的生物膜具有特殊形态和生理功能,可以阻止或者延缓毒物进入,称之为屏障。例如:血-脑脊液屏障以及位于母体和胎儿血液循环间的胎盘屏障,它们对于保护中枢神经系统和胎儿免受毒害具有重要的作用。(三)代谢
代谢又称为代谢转化或生物转化,是指毒物在体内经过酶促反应或非酶促反应而形成代谢产物的过程。毒物经过生物转化成为低毒或无毒代谢产物称之为代谢解毒。有些毒物经过生物转化后毒性升高,甚至产生致畸、致癌、致突变作用,称之为代谢活化。
生物转化涉及两大类反应:Ⅰ相反应和Ⅱ相反应。Ⅰ相反应包括氧化、还原、水解反应;Ⅱ相反应又称结合反应,包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、乙酰化、甲基化、与谷胱甘肽及与氨基酸结合。(四)排泄
排泄是指毒物经由不同途径排出体外的过程。最重要的途径是经肾脏随尿液排泄,其次是随粪便排泄。
1.经肾脏排泄
肾脏是机体内最重要、最有效的排泄器官。肾脏排出化学毒物与其排出内源性代谢产物机制相同,主要通过肾小球滤过和肾小管分泌方式进行。另外,肾小管重吸收作用可使局部毒物浓度升高,造成肾近曲小管损伤。
2.经粪便排泄
粪便排泄是毒物排出体外的另一主要途径,过程比较复杂。目前认为主要有以下排出方式:未完全吸收的毒物可经粪便直接排出;通过胆汁排出;通过肠道分泌排出等。
3.其他排泄经
由呼吸道吸收入毒物可通过呼吸作用排出体外。另外,脑脊液、乳汁、汗液、唾液、毛发和指甲也可排出少量毒物,在生物监测和法医检验中具有重要的意义。
二、毒物的毒性作用分类
不同毒物其理化性质不同,根据毒物造成机体损害的程度、部位、急缓等,毒性作用可分为不同的类型。
1.可逆与不可逆作用
可逆作用指停止接触化学物质后损伤可逐渐恢复,常见于接触化学物质剂量较低、接触时间较短、损伤较轻时。不可逆作用指停止接触化学物质后损伤不能恢复,甚至进一步发展。如低浓度一氧化碳中毒属可逆作用,高浓度即可造成不可逆性脑损伤。
2.速发与迟发作用
速发作用指机体与化学物质接触后在短时间内出现的效应,如氰化物中毒。迟发作用指机体接触化学物质后中毒症状缺乏,或虽有中毒症状但似已恢复,经过一定的时间才表现出来的毒效应,如慢性苯中毒所致白血病。
3.局部与全身作用
局部作用指化学物质在机体接触部位直接造成损伤作用,如皮肤接触强酸引起烧伤。全身作用指化学物质经血液循环到达体内其他组织器官引起的损伤,如重金属中毒等。对中毒而言,局部作用常易引起全身作用,如苯酚的局部皮肤损伤,引发全身性苯酚中毒。
4.急性与慢性作用
急性作用和慢性作用常称急性毒性和慢性毒性,是按引起毒作用所需接触次数或期限来区分的。急性毒性是指短时间内接触即产生的毒作用,如甲烷急性中毒;而慢性毒性是指长期反复多次接触产生的毒作用,如正己烷中毒。
5.过敏性反应与特异性反应
过敏性反应是由于某些作为半抗原的化学物质(致敏原)与机体接触后,与内源性蛋白结合为抗原并激发抗体产生致敏作用,当再次接触该化学物质或类似物质时,引发抗原抗体反应,产生典型过敏反应症状,如三氯乙烯药疹样皮炎。特异性反应是指由遗传因素所致的对某些化学物质异常反应。
6.一般毒性与特殊毒性
化学物质引起呼吸道、消化道等常见症状,称为一般毒性。除一般毒性外,还有致突变、致癌、致畸及生殖毒性作用,这些作用称为外来化学物质的特殊毒作用。
三、化学中毒的系统损害
(一)神经系统损害许多资料表明,外源性化学物质中约有25%的物质具有神经毒性,估计有1500～5000种神经毒物。这些毒物使神经递质的合成、释放、吸收、代谢或信息传导发生改变,从而导致神经功能损害。
神经系统损害毒物有:①主要引起中枢神经系统损害毒物,如锰、汞、四乙基铅、有机锡、有机汞、一氧化碳、甲醇、磷化氢、溴甲烷、1,2-二氯乙烷、丙烯腈等;②主要引起周围神经病变毒物,如正己烷、2,5-己二酮、氯丙烯、二甲基氨基丙腈(DMAPN)、磷酸三邻甲苯酯(TOCP)等;③对中枢神经及周围神经均有毒作用的毒物,如汽油、三氯乙烯、无机砷化合物、铊、二硫化碳、有机磷农药等。
1.急性中毒
(1)猝死:
接触毒物后,大量毒物对中枢神经产生直接作用,极短时间内而致昏迷、呼吸停止、突然死亡。
(2)急性中毒性脑病:
毒物被吸收后,可迅速发病或有数小时至数日潜伏期。出现头昏、头痛、眩晕、失眠、嗜睡、乏力等症状;可有口唇、四肢麻木,蚁走感。有的患者可出现视力模糊、幻觉、复视;有的可有痉挛、震颤、偏瘫、截瘫等运动障碍;也可出现意识障碍、谵妄、昏迷、抽搐等。急性中毒性脑病一般在7天左右病情达高峰。如出现剧烈头痛、频繁呕吐、心率明显缓慢、昏迷等,常提示病情严重,颅内高压,可能发生脑疝或中枢性呼吸衰竭。
急性中毒性脑病的另一种临床类型以精神症状为主,除头痛、头晕等症状外,主要表现为癔症样发作、类躁狂-忧郁症或类精神分裂症等症状。
迟发性脑病,是急性中毒性脑病的另一种临床类型。患者经过较长的潜伏期或假愈期后出现神经精神症状,时间可数天至数周。如1,2-二氯乙烷、有机磷酸酯农药中毒,经治疗已明显好转,几天后,突然出现严重脑水肿症状或突然死亡;一氧化碳中毒经过2～60天假愈期后,又出现定向力丧失、兴奋躁狂或表情淡漠等一系列神经精神症状。
急性中毒性中枢损害一般为弥漫性病变,缺乏特异性定位体征。早期可有血压升高,心率减慢,呼吸慢而深;晚期血压下降,脉搏快而微弱,呼吸不规则、慢而深。眼球结膜水肿、眼球张力升高。眼底检查可有视神经乳头水肿、静脉曲张、充血等;但多数患者经腰穿证实有严重脑水肿,而在病程中反复多次眼底检查却正常,因此不能单用眼底检查结果来判断脑水肿是否存在及其严重程度。
急性中枢神经系统损害,少数患者可出现局限性大脑皮质、小脑、锥体外系或脊髓等损害,如小脑型共济失调,可出现四肢及躯体共济运动失调、肌张力降低、小脑性震颤、构音不清等。急性中毒性脑病常出现一些并发症,如呼吸、循环衰竭,中枢性高热,上消化道出血,脑疝等。
(3)急性中毒性周围神经病:
常为全身中毒或迟发性病变之一。表现为肢体远端对称性感觉、运动障碍及腱反射减退或消失。临床最常见类型为感觉运动型多发型神经病。
不同毒物对周围神经损害有不同选择性,临床表现也不尽相同。如正己烷很少引起周围神经损害急性中毒;无机砷化合物、铊化合物、有机汞农药等中毒,除全身症状外,可有四肢疼痛、足底痛觉过敏,如走在热火上感觉;三氯乙烯中毒可累及三叉神经;甲醇中毒则以视神经损害为主等。
(4)中毒性类神经症:
很多毒物急性轻度中毒表现为类神经症,如神经衰弱综合征,自主神经功能紊乱,癔症样表现等。但这些类神经症也可能是一些急性中毒早期表现,应密切观察。
2.慢性中毒
(1)中毒性神经衰弱综合征:
是一组临床综合症状,症状多少与患者神经类型有一定关系,也受患者情绪影响。临床检查无神经系统病理性体征。中毒性神经衰弱综合征症状可表现五个方面:①神经衰弱症状;②兴奋症状;③情绪症状;④紧张性疼痛;⑤睡眠障碍。
(2)中毒性周围神经病:
除急性铊中毒、砷中毒和有机磷中毒后迟发性神经病发展迅速外,慢性中毒性周围神经病起病隐匿,进展缓慢。临床上有感觉障碍型、运动障碍型,或感觉-运动障碍混合型。常可表现为四肢发麻,痛觉过敏,四肢无力;四肢远端感觉减退或消失呈手套、袜套样分布,肌力及四肢腱反射减退或消失,严重者可有大、小鱼际肌或四肢肌肉萎缩。
中毒性周围神经病可伴有局部自主神经功能障碍,表现为多汗或无汗,皮肤苍白、发凉、干燥等。(二)呼吸系统损害3
成人每天约有10m空气流经肺部,其中也会含有有害物质。造成呼吸系统损害的有害物质大致可分为三类:颗粒性刺激物、毒性刺激物和致敏物。它们对呼吸系统的损害可表现为呼吸道慢性炎症和过敏反应。
1.呼吸道刺激性炎症
(1)上呼吸道刺激性症状:
流涕、喷嚏、呛咳、咽痛、咽充血、发声嘶哑、胸闷等,常伴有眼结膜刺激症状。
(2)喉痉挛或水肿:
喉痉挛发病突然,表现为呼吸急促、喉鸣、发绀,甚至猝死。喉水肿发生缓慢,持续时间长。
(3)气管、支气管炎及肺炎:
表现为剧烈咳嗽、胸闷、胸痛、气促。气管黏膜损害严重时,恢复期可发生黏膜坏死、脱落,引起突然呼吸道阻塞而窒息。可有体温、白细胞升高。
(4)化学性肺水肿:
全过程可分为四期:①刺激期:出现呛咳、胸闷、气急、头晕、低热等。②潜伏期:刺激期过后,上述症状减轻或消失,出现“假象期”,一般为2～8小时,个别长达36～48小时。③肺水肿期:症状突然加重,咳嗽、呼吸困难、咯大量粉红色泡沫痰。两肺布满湿性啰音,血压下降,白细胞增多。X线胸片早期肺纹理增粗、紊乱,随后可见边缘模糊的斑片状阴影。④恢复期:经过治疗,肺水肿可在2～4天内控制,7～11天可基本恢复,不留后遗症。
(5)慢性炎症:
长期吸入低浓度刺激物,可致慢性支气管炎、鼻炎、咽炎等。
2.哮喘
表现为接触致喘物后出现反复发作性喘息、胸闷、咳嗽、呼吸困难,两肺布满哮鸣音。脱离接触后可自行缓解,再接触后,再次发作。
3.肺纤维化病变
由于吸入各种不溶性或难溶性生产性粉尘,粉尘在肺内蓄积而引起肺内纤维增生性病变。(三)血液系统损害
化学物质在体内吸收、分布、排泄等过程,均由血液输送,因此这些化学物质均可造成或轻或重的血液损害。引起血液系统损害的化学物有数百种,常见①金属及其化合物:铅、汞、砷、砷化氢、亚硝酸盐、氰化钾等;②有机化合物:苯、甲苯、苯的氨基和硝基化合物、苯肼、四氯化碳、石油产物等;③农药:有机磷酸酯、杀虫脒、氯丹、狄氏剂、抗凝血类杀鼠剂等;④放射性核素。
造血系统发育阶段的血细胞对很多外源性化学物质具有高度敏感性,因此,毒物对血液系统的损害从血细胞直接损伤、变异到出凝血机
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