神经毒物效应生物标志物的研究进展

　　1损害神经系统的化学物

　　许多化学物因选择性地损害神经系统被称为神经毒物（neurotoxicants）。在主要作用于中枢神经系统的化学物中，多数神经毒物可引起急性或慢性中毒性脑病，部分毒物可于急性中毒1～2周后导致迟发性脑病（delayedencephalopathy），少数毒物可引起中毒性脊髓病。

　　不少神经毒物可损害周围神经系统引起中毒性神经病（toxicneuropathy），或于急性中毒后数日内出现神经肌接头病（neuromuscularjunctionopathy），或于急性中毒后2～3周发生迟发性神经病（delayedneuropathy）。还有一些生物毒素及药物可致周围神经轴索通道病（axonalchannelpathy）［1～4］。

　　神经系统对毒物甚为敏感，亦可在一些化学物首先作用于其他系统引致急性中毒后继发地受到损害，使神经系统的症状或体征成为所致急性中毒的临床表现之一。

　　据我国资料报道，在各种化学物引起的急性中毒中，神经毒物所致中毒的人数和病死率常居首位。如全国化工系统1958～1988年40年中，急性职业中毒死亡人数占全部工伤死亡人数的14.7％，其中以一氧化碳及硫化氢死亡人数最多，分别占49％及10％［5］。上海市1982～1997年发生的1000例急性职业中毒中，一氧化碳及硫化氢中毒亦居高不下；尚有近20种致病化学物属于神经毒物［6］。有关国内外报道引起急、慢性中毒的神经毒物列于表1［1，2，7～14］。

　　2外源性化学物的生物标志物

　　为防治上述神经毒物的职业危害，除加强一级预防外，对职业接触者进行健康监护，早期发现不良效应，早期诊断及早期处理，具有重要和积极的意义。近年来，为阐明外源性物质与健康损害的关系，对反映生物系统或样本中发生事件（event）的指标即所谓生物标志物（biomarker）的研究十分活跃，并取得了显著的进展。1993年WHO专题组编写的IPCS环境卫生基准155号文件《生物标志物与危险度评定：概念和原则》中，将生物标志物的定义广义地定为“几乎包括反映生物系统与环境中化学、物理或生物因素之间相互作用的任何测定指标”；并将生物标志物分为3类：（1）接触的生物标志物（biomarkerofexposure），即反映机体生物材料中外源性物质或其代谢物或外源性物质与某些靶细胞或靶分子相互作用产物的含量，包括反映内剂量和生物效应剂量两类标志物；（2）效应的生物标志物（biomarkerofeffect），指机体中可测出的生化、生理、行为或其他改变的指标，包括反映早期生物效应（earlybiologicaleffect）、结构和（或）功能改变（altered　　作者单位：100050北京　中国预防医学科学院劳动卫生职业病研究所structure／functon）及疾病（disease）3类标志物；（3）易感性的生物标志物（biomarkerofsusceptibility），即反映机体先天具有或后天获得的对接触外源性物质产生反应能力的指标［15］。

　　表1　损害人体神经系统的化学物

损害中枢神经系统的化学物1　直接影响脑组织细胞代谢、酶或神经递质的化学物（1）窒息性气体：硫化氢、氰化氢、丙酮氰醇、丙烯腈等（2）溶剂：汽油、苯、甲苯、二硫化碳、四氯化碳、三氯乙烯、苯乙烯、甲醇、乙醇、氯乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯乙烷、四氯乙烷、氯甲烷等（3）金属及其化合物：如铅、汞、四乙基铅、锰、有机汞、有机锡等（4）类金属及其化合物：砷及其化合物、磷化氢、甲硫醇等（5）农药：有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类、溴甲烷、氟乙酰胺、四甲基二砜四胺（毒鼠强）等2　导致低氧性缺氧的化学物（1）使吸入空气中氧分压过低：甲烷、二氧化碳、氮气（2）影响血红蛋白携氧能力的毒物：一氧化碳（形成碳氧血红蛋白）

损害周围神经的化学物1　原发损害周围神经轴索的化学物（1）金属及类金属化合物：铊、三氧化二砷等（2）溶剂：正己烷、甲基正丁基甲酮、汽油、三氯乙烯、二硫化碳等（3）有机磷化合物：磷酸三甲苯酯（TOCP）、甲胺磷、敌百虫、敌敌畏、丙胺氟磷、对硫磷、乐果、氧化乐果等（4）窒息性气体：一氧化碳等（5）其他化合物：丙烯酰胺、环氧乙烷、二甲基氨基丙腈等2　原发损害周围神经髓鞘的化学物：六氯酚、铅等3　阻滞神经肌接头传导的化学物：有机磷等

　　慢性中毒时

　　对神经毒物的效应生物标志物的研究，因受到神经组织取材困难，神经组织功能复杂，易受内、外多种因素影响等的限制，存在较大的困难。迄今对毒物所致人类神经系统毒性效应的生物标志物，只能采取无创性（non-invasive）的方法进行检测，或从可以获取的生物材料（如血浆、红细胞、淋巴细胞、血小板等）中寻找替代物（surrogate）［16］。近年来对人类接触神经毒物后的神经生理、神经行为、神经生化、神经内分泌和神经放射学的效应生物标志物有了较多的研究，其有关进展简要综述介绍如下。

　　3毒物的神经生理效应标志物

　　3.1脑电信号

　　按照国际脑电图学会建议的10／20系统法将表面电极安置于头皮上，应用脑电图仪放大和记录脑电信号，可无创性地观察到大脑皮层细胞在安静时的自发电活动变化。通过各种诱发方法如过度换气、闪光刺激、药物或睡眠诱发等，可发现在稳态情况下不易发现的异常脑电。应用上述EEG技术，曾观察到在急性溶剂、窒息性气体和农药中毒出现中枢神经症状时，EEG可呈弥漫性异常，主要见θ波（4～7次／s）及δ波（1～3次／s）等慢活动增多，α波减少。急性中毒性脑病伴有意识障碍或抽搐时，EEG可见弥漫或限局的高波幅δ波或棘波。更严重的患者脑电波幅明显降低，由慢波型转为平坦波型，此类患者往往预后不良。但不少急、慢性职业中毒患者脑电图并无明显改变，或与临床表现及转归不尽一致，且EEG特异性不高，个体差异较大，正常人群中10％～15％可出现异常，因此限制了它在职业医学中的应用价值。近20余年来，脑电图与快速发展的计算机技术相结合，将脑电信号进行二次处理，相继出现了遥测脑电图、多导睡眠脑电图（polysomnogram，PSG），可对脑电频谱、振幅积分、以及功率谱（powerspectrum）等进行自动分析，近年还出现了脑电地形图（brainelectricalactivitymapping，BEAM），可将经计算机二次处理后的脑电信号转换为一种能够定量和定位的脑波图像，提高了EEG的应用价值和研究水平［17，18］。

　　3.2脑诱发电位（evokedpotential，EP）

　　对周围感觉器官或感觉神经通路进行刺激，应用计算机叠加技术，可在大脑皮层的特定部位测出刺激所诱发产生的电位变化（EPs）。这些诱发电位的波形极性在重复刺激后不变，波峰向上为负波，用N表示，波峰向下为正波，用P表示。诱发电位与刺激呈锁时（time-locked）关系，即总在刺激后的固定时间内出现，故以潜伏时的ms数为主波命名。

　　根据感觉刺激的形式分类，目前实际常用的有3种诱发电位：（1）体感诱发电位（somatosensoryevokedpotential，SEP），一般选择正中神经于腕部或肘部给予电刺激，在对侧大脑皮层感觉区部位的头皮安置记录电极，可记录到体感诱发电位。少数情况下可选择刺激其他神经。（2）视觉诱发电位（visualevokedpotential，VEP），应用黑白棋盘格翻转或闪光刺激，于枕区皮层可记录到一个潜时为100ms的正相视觉诱发电位。（3）脑干听觉诱发电位（brainstemauditoryevokedpotential，BAEP），即用短声刺激听觉感受器，于顶部用头皮电极记录包括脑干各水平听觉通路的电活动。根据刺激后诱发电位的潜伏期，可分为短、中、长潜时EPs3类。短潜时EP指正中神经SEP＜25ms、BAEP＜10ms，多属皮层下起源；长潜时EP指正中神经SEP＞120ms、BAEP＞50ms，多起源于大脑皮层，如P300及N400等又称为大脑诱发认知电位（cognitivepotential）或事件相关电位（event-relatedpo-tentials）。

　　迄今中、短潜时EP测定已在临床中普遍应用，这些检查因无创伤性，可重复检查，进行动态观察。除意识障碍者不能配合进行VEP检查外，一般结果比较可靠。如有关主波的潜时延长或波幅减低或不对称，常反映相应感觉通路的异常。同时观察SEP、VEP及BAEP，往往可提高病变的发现率。在急性一氧化碳中毒及其迟发脑病患者中，SEP及BAEP的异常与临床病情及意识障碍程度相关，可辅助监护脑功能及判断预后；在急性一氧化碳中毒昏迷苏醒后多次复查，亦有利于预测迟发脑病的发生［19，20］。VEP对甲醇作业工人视觉功能的判断有较高的灵敏度［21］。胫后神经短潜时SEP的测定，还可用以对脊髓内感觉通路的中毒性损害辅助定位诊断。

　　长潜时EPs中，以P300的测定应用较多，且多采用听觉刺激的方法，让受检者辨别夹杂在非靶刺激（80％）中随机的不经常出现的靶刺激（20％），同时用表面电极在头皮上记录到诱发电位的正相晚成分即P300。其潜伏期（ms）反映认知（信息处理）的时间，其波幅（μV）取决于特定事件迫使人改变策略的程度，故P300又称为事件相关电位（event-relatedpo-tentials）。认知功能障碍者可出现P300潜时延长或波幅降低。P300的测定对观察职业接触铅、有机溶剂的工人和乙醇中毒、一氧化碳中毒患者的认知功能有一定意义［22～24］。

　　3.3肌电活动及神经传导速度

　　用针电极将微弱的肌电活动加以放大，观察针电极插入瞬间的插入电位及肌肉静止时、小力收缩时和大力收缩时的电活动，可记录肌电图（EMG）。在一个神经干的两个部位应用针电极或表面电极给予单个电脉冲刺激，在其支配的远端肌肉记录到两个运动反应，将二者潜伏期之差除以两个刺激部位的距离，即观察到这一段神经的传导速度（m／s）。二者合称为神经-肌电图（electroneuromyography，ENMG），可灵敏地反映多种毒物（如丙烯酰胺、氯丙烯、正己烷、二硫化碳等）的周围神经毒效应。当周围神经的轴索受损时，肌电图可见插入电位延长；肌肉静止时出现自发的失神经电位如纤颤波或正锐波；小力收缩时运动单位时限延长、多相波增多；肌肉大力收缩时呈混合相或单纯相；而运动神经传导速度正常，或轻度减慢（减慢程度很少超过正常值的30％）。以节段性脱髓鞘为主的病变，肌电图无明显异常，但神经传导速度可明显减慢；远端为重的病变常表现为运动神经远端潜伏期延长，或见感觉神经电位波型异常，波幅下降［25～27］。

　　3.4神经肌接头传导功能

　　急性有机磷中毒导致神经肌接头传导阻滞，临床可表现为中间期肌无力综合征（intermediatemyastheniasyndrome）。对这类患者的周围神经重复给予高频（20Hz，30Hz）超限电刺激（repetitivenervestimulation）后，可见复合肌肉电位呈逐渐衰减趋势，类似重症肌无力的表现，提示神经肌接头的突触后传导阻滞［3］。单肌纤维肌电图可敏感地反映亚临床的神经肌接头传导功能改变，表现为jitter（颤抖）增宽［28］。

　　3.5周围神经兴奋性（excitability）

　　拟菊酯类杀虫剂因可延缓神经细胞膜钠通道的关闭，从而增强神经的兴奋性。这一神经毒效应可对正中神经给予间隔不同时间的成对的电刺激，用肌电仪记录到周围神经超常期延长的现象，可反映神经兴奋性的增高［29］。

　　3.6振动觉阈值

　　振动觉障碍为丙烯酰胺等所致的中毒性神经病常见的早期表现。应用振动觉阈值测定仪（如VibrationⅡ）进行检查，可定量地检查振动觉障碍。此项检查无创伤性，可用于现场辅助筛检毒物所致周围神经损害［30］。

　　4毒物的神经放射学效应标志物

　　近年来脑成像技术的临床应用迅速发展，其中结构性脑成像技术包括电子计算机断层扫描（computedtomography，CT）和磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）；功能性脑成像技术则已有正电子发射扫描（positronemissiontomography，PET）、局部脑血流（regionalcerebralbloodflow，RCBF）、单光子发射电子计算机扫描（singlephotonemissioncomputedtomogra-phy，SPECT）和FLAIR（fluidattenuatedinversionrecoverypulseimaging）等。这些技术可以对活着的脑灰、白质组织与血管结构及功能进行成像显示，促进了有关神经生物学的研究，提高了脑病变的诊断水平，在对毒物所致中枢神经损害效应的观察中也开始了应用［31］。

　　如MRI可清楚地显示急性中毒性脑病时的脑水肿；氰化物中毒后出现肌张力不全及帕金森综合征时，CT及MRI皆见底节、小脑和大脑皮层的限局病变和脑萎缩［32］；甲醇中毒者经MRI随访检查，可见壳核病变逐渐变小，伴随锥体外系症状、体征的恢复［33］。一氧化碳中毒出现迟发脑病临床症状约2周后，CT及MRI多可发现大脑皮层下白质及苍白球损害，后期并见脑室系统扩大［34～37］。尽管MRI较CT易于显示中毒性脑病后的脑萎缩，但这些结构性脑成像技术的灵敏度较低，无助于对接触低浓度神经毒物伴有轻度脑症状者的检查［38］。

　　现已发现功能性脑成像技术可早期发现脑功能的异常，如应用RCBF发现溶剂中毒者额、颞叶皮层脑血流减少；采用PET观察到接触四溴乙烷者、慢性锰中毒患者大脑皮层及皮层下区的葡萄糖摄取量降低；而这些受检者的CT及MRI均正常。应用PET曾发现急性氰化物中毒者可遗留壳核后部、颞-顶-枕和小脑皮层局部葡萄糖代谢降低的异常［39］；而PET对健康志愿者短期接触甲苯后则未显示多巴胺能神经末梢处的多巴胺合成有何变化［40］。Callender等用SPECT对33名因接触有机溶剂、硫化氢等神经毒物被诊断为中毒性脑病者进行检查，发现94％的受检者99m　TcHMPAO（technetium-99mhexanemethyl-propyleneamineoxime）脑扫描成像异常，以颞叶（67.7％）、额叶（61.4％）、底节（45.2％）、丘脑（29％）等处的脑局部血流量减低较为多见。该组患者的SPECT异常率超过神经行为学测试（79.3％）、睡眠脑电图（85.7％）等其他检查的异常率。同时，CT及MRI的异常率与之相比也甚低，分别为7.1％和28.6％［41］。应用SPECT还曾发现重度有机磷中毒者顶叶的血液灌注缺陷［42］。显然，功能性脑成像技术具有优越性［43］，但因价格昂贵，目前推广应用尚受到限制。

　　5毒物的神经行为效应标志物

　　接触职业有害因素后出现高级中枢神经功能失调，其症状一般缺乏特异性，且常不具客观体征，所表现的神经行为改变难以用一般神经精神检查方法加以定量分级。近20年来，国外结合心理测量和神经生理学的方法，推广应用一些成套的神经行为测试组合，在职业流行病学研究中作为职业有害因素对中枢神经系统早期效应的评价指标，其中包括世界卫生组织推荐的神经行为核心测试组合（WHOneurobehaviouralCoreTestBatterry，WHO－NCTB），以及若干计算机化的神经行为评估系统。这些方法经过汉字化后，已在我国应用，对接触化学物者的感知、情绪、记忆、智力、操作能力等神经行为功能改变进行评价，并与对照人群比较，显示这些方法比较灵敏方便。但由于人的精神活动和神经行为功能非常复杂，这类方法易受混杂因素（如文化程度、社会环境）的影响，需与其他神经效应标志物结合分析。此项指标目前尚不宜用于个体的疾病诊断［44，45］。

　　6毒物的神经生化效应标志物

　　神经生化效应标志物一般有望反映毒物对神经系统早期或可逆的效应，但因中枢和周围神经靶组织无法取材，因此如何从周围组织或生物材料中探寻其替代物，已成为倍受重视的研究领域。目前这类标志物中最具有代表性的就是急性有机磷中毒时红细胞乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase，AChE）活性的抑制，其抑制程度常与有机磷中毒急性期所致脑与膈肌中AChE的抑制程度一致。

　　神经生化效应标志物的发展，亦有赖于毒作用机制研究的进展。已有一些外周组织或生物材料中的生化指标经动物实验初步证实能替代反映毒物对神经系统某方面的效应，但其在人体中的特异性和灵敏度，是否受病理状态或内源与外源性物质（如激素、药物）的影响，以及个体差异等，都关系到其在人群中应用的实用性。其中值得继续研究的一些神经生化标志物列于表2。

　　在人类的生产和生活环境中，对神经系统有可能产生毒性效应的化学物不少于1000种。早期识别、发现、监测毒物对人体神经系统的不良效应，对早期预防和早期诊治中毒性神经系统疾病有着重要的意义。近年来由于对化学品安全评价和管理方面日益增长的要求，因高发的中毒性神经系统疾病诊治的需要，特别在基础医学、临床医学和神经科学快速发展的推动下，外源性化学物的神经毒效应生物标志物的研究取得了一定的进展。但因许多不同类化学物的神经毒效应及毒作用机制在具有一定的共性的同时，还存在不同的特点，动物实验和