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一氧化二氮中毒致神经系统损伤的研究进展
作者:周蓉[1] 卢宏[1] 
单位:郑州大学第一附属医院(郑州大学第一临床学院、河南医科大学第一附属医院)[1]  
文章号:W131162  
2018/10/15 21:06:32    
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  笑气,即一氧化二氮(nitrous oxide,N2O),是英国科学家约瑟夫-普利斯特里在1772年发现的一种在室温下无色、稍带甜味的气体。1799年英国化学家汉弗莱·戴维发现吸入该气体可使人丧失痛觉、感到欣快、致人发笑,但同时仍能保持清醒的意识,故称其为“笑气”。   N2O用途广泛,临床上常作为一种吸入性镇痛麻醉剂,用于外科和牙科领域;生活中,N2O可以给饮料增添气泡、增加口感。

  笑气,即一氧化二氮(nitrous oxide,N2O),是英国科学家约瑟夫-普利斯特里在1772年发现的一种在室温下无色、稍带甜味的气体。1799年英国化学家汉弗莱·戴维发现吸入该气体可使人丧失痛觉、感到欣快、致人发笑,但同时仍能保持清醒的意识,故称其为“笑气”。

  N2O用途广泛,临床上常作为一种吸入性镇痛麻醉剂,用于外科和牙科领域;生活中,N2O可以给饮料增添气泡、增加口感。目前,国内外的夜店、酒吧为迎合年轻人喜欢寻求刺激的心态,将N2O压缩在气球或奶油分配器中,用气球来吸食气体,以获得欣快感,因其廉价、易得,在年轻人中普遍流行。

  目前,国内外关于笑气滥用致机体损害的病例报道越来越多,其中以神经系统损伤为著,应引起重视。但临床上关注更多的是N2O作为一种吸入性麻醉剂的不良反应,却忽视了越来越多的年轻人将其作为一种娱乐方式,滥用N2O导致中毒,最终出现不可逆性神经损害,严重威胁年轻人的生命健康。我们就N2O滥用致神经系统受损的流行病学、发病机制、临床表现、相关辅助检查、诊断、鉴别诊断、治疗和预后方面的研究进展进行阐述。


一、流行病学


  目前,在英美等西方国家,有高达29.4%-38.6%的人一生中会使用N2O。据统计,N2O滥用人群的平均年龄在24.3岁左右,每年约有800000名年轻人滥用N2O,其中青少年笑气滥用率达12%-20%。流行病学研究显示,N2O可能是导致不育、流产、胎儿畸形、肿瘤的危险因素。


  临床上,一个手术中通常吸入的N2O量<40g,但有案例报道,N2O滥用的平均剂量在80-160g/d到800g/d不等,当超过80g/d时,发生永久性神经损伤的风险显著增加,如共济失调性截瘫的风险呈指数增加。尽管有些患者仅吸入少量N2O却出现明显的神经系统症状,但总的来说,N2O吸入量与神经系统症状的严重程度存在相关性。


二、发病机制


  临床上通常将N2O中毒分为急性中毒和慢性中毒。


  急性中毒多因吸入过量所致,因N2O是惰性气体,过量可导致缺氧窒息;另外N2O对呼吸道黏膜具有强烈的刺激作用,可引起上呼吸道局部刺激症状和急性肺水肿;更甚者是N2O进入血液循环,呈现亚硝酸样作用,引起血管扩张、血压下降、血红蛋白变性、丧失携氧能力,最终导致缺血缺氧、昏迷、死亡;对于癫痫和心功能不全者可诱发癫痫、心律失常和心搏骤停。


  长期接触、滥用者可导致慢性中毒,引起颅脑病变、脊髓亚急性联合变性、多发性周围神经病等神经系统损害,出现妄想、谵妄、抑郁、记忆力下降等精神症状,以及贫血、纵隔气肿、冻疮等。


  慢性N2O中毒与其影响维生素B12代谢有关。维生素B12由钴原子和卟啉环构成,是钴胺素的生物活性形式,在红细胞形成、维持正常神经系统功能中起重要作用。维生素B12是甲硫氨酸合成酶的辅因子,在人体中介导两个重要反应:一是甲基丙二酰辅酶A向琥珀酰辅酶A的转化;二是同型半胱氨酸向甲硫氨酸的转化。在正常的甲硫氨酸循环中,甲硫氨酸通过中间分子S-腺苷甲硫氨酸和S-腺苷同型半胱氨酸转变成同型半胱氨酸。


  当滥用N2O时,N2O能不可逆地结合维生素B12中的钴原子(Co+),钴原子中的两个电子被转移给N2O,生成Co3+、N2和O2-,Co3+又与Co+反应,生成Co2+,导致维生素B12失活;因维生素B12是甲硫氨酸合成酶的辅因子,甲硫氨酸合成酶是DNA和叶酸合成所必需的,是同型半胱氨酸转变为甲硫氨酸的再甲基化途径中的限速酶,故维生素B12失活会导致甲硫氨酸合成酶功能障碍,抑制甲硫氨酸合成,影响髓鞘磷脂甲基化过程,导致颅脑、脊髓、周围神经系统脱髓鞘性病变和巨幼细胞性贫血,甚至引起视神经萎缩。同时,血浆中甲基丙二酰辅酶A和同型半胱氨酸蓄积,造成甲基丙二酸血症/尿症和高同型半胱氨酸血症,引起一系列连锁反应,且具有剂量相关性。


  由此可知,N2O主要干扰了维生素B12的细胞内代谢,所以在疾病早期及进食正常的人群中,外周血维生素B12水平可以正常。研究显示,大部分血清维生素B12水平正常的患者需长期、反复吸食N2O才出现明显的神经系统损伤症状,约26%N2O滥用致神经系统损伤患者血清维生素B12水平正常,甚至升高;而维生素B12轻度缺乏或储备不足者仅吸入少量就可出现严重的症状。故血维生素B12正常不能排除体内维生素B12缺乏或失活,而血清同型半胱氨酸和甲基丙二酸升高可能比维生素B12缺乏显现更快,诊断价值更大。


  众所周知,同型半胱氨酸是含硫氨基酸,除了作为甲硫氨酸的一部分外,在人体内没有任何内在功能,且有各种毒性作用,可造成神经元变性、坏死。同型半胱氨酸致神经元损伤的主要机制包括两个方面:一是氧化应激,同型半胱氨酸极不稳定,在有氧条件下,两个同型半胱氨酸分子发生反应,形成活性氧自由基;二是激活神经元细胞膜上的N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR),使神经元外钙离子内流增加、线粒体内钙离子超载,诱导线粒体通透性转换孔的形成,将线粒体内的细胞色素C释放到胞质内,与凋亡蛋白酶活化因子结合形成凋亡体,激活下游的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-3,导致神经元凋亡和坏死。其中线粒体功能障碍是同型半胱氨酸介导的神经毒性的主要途径。事实上,N2O所致的神经元空泡化使线粒体弥漫性肿胀,线粒体膜通透性增加,稳定性下降,小鼠研究显示,线粒体膜稳定性与认知功能有密切关系。


  然而,因临床资料不足,目前关于N2O对大脑神经毒性的研究仅局限于啮齿类、灵长类动物模型。研究表明,N2O对颅脑的神经毒性作用主要依赖于特定年龄或发育阶段的暴露,N2O神经毒性易患期主要在围产期和老年时期。


  啮齿类动物的神经系统发育阶段在出生后0-7d内,相当于人类妊娠晚期至出生后6个鸳物质过量相鉴别,如丙烯酰胺、正己烷、氯碘羟喹、海洛因、有机磷、锰、汞中毒和放射治疗/化学治疗相关性神经病等。其中海洛因中毒除有明确的吸毒史外,其常进行性、选择性地累及脑桥腹侧、脊髓侧索和后索,其病理变化包括多发星状细胞病变、广泛脑肿胀和变性、苍白球退行性变化和脊髓灰质坏死等;有机磷中毒常在有机磷胆碱能作用后,持续存在迟发性脊髓病变和脊髓萎缩;金属锰中毒常表现为纯运动型痉挛性麻痹,多累及皮质脊髓束外侧,基底节处常见锰沉积,在MRI-T1WI上表现为高信号;慢性汞中毒常同时累及中枢和周围神经系统,多表现为颅脑功能障碍;而放射治疗/化学治疗所致的神经性病变,患者既往有放射治疗/化学治疗病史,且受累脊髓节段与放射治疗/化学治疗诱导的平面相一致。


  此外,需考虑某些感染性疾病(如HIV相关性脊髓病、神经性梅毒以及特殊感染等)、自身免疫性疾病(如自身免疫性脊髓病、横贯性脊髓炎、吉兰-巴雷综合征)、脱髓鞘性疾病(如多发性硬化、视神经脊髓炎)、肿瘤性疾病和副肿瘤综合征等。另外,文献曾报道1例患有5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶(methylenetetrahydrofolate  reductase,MTHFR)缺乏症的新生儿,因2次吸入少量的N2O即出现严重神经系统症状并死亡,其实验室结果发现叶酸代谢障碍、高同型半胱氨酸血症和低甲硫氨酸水平。对患儿父亲进行DNA分析发现其MTHFR等位基因含2个位点突变(1755G→A)和(677C→T),其母亲MTHFR等位基因含2个位点突变(1298A→C)和(375C→A),而患儿含有父母双方的复合基因突变,导致MTHFR活性降低,小剂量N2O便可使甲硫氨酸合成酶不可逆性失活,导致大脑内甲硫氨酸缺乏,出现致死性神经系统病变。因此对于家族性高同型半胱氨酸血症患者应更加慎用N2O。


七、治疗与预后


  对于N2O滥用所致神经系统损伤的治疗原则包括避免继续使用N2O和补充维生素B12。根据患者神经系统损伤程度,一般先静脉或肌肉注射维生素B12 500-1000μg/d,使用4周,然后改成口服,一般需口服3-6个月,严重者需1-2年,必要时辅以叶酸治疗及物理治疗。


  患者恢复程度取决于神经系统损伤程度,另外感觉障碍程度、闭目难立征和巴宾斯基征是否阳性也会影响患者恢复程度。据以往的病例报道可知,大部分患者积极治疗后可恢复正常生理功能,或仅有少许神经系统后遗症,但也不乏患者因继续暴露或治疗不规律而导致严重、不可逆性神经损伤,生活不能自理,甚至心脏停搏、猝死。


  综上所述,N2O在青少年中的滥用率12%-20%,而临床上仍更多关注于N2O作为镇痛麻醉剂给患者带来的不良反应,低估了滥用N2O诱导的神经性毒性对患者的日常生活造成的影响及给社会增加的严重负担。因此,临床上对于不明原因的感觉异常、乏力、腱反射减弱或亢进或严重的精神症状者,并伴有血浆低水平维生素B12高水平甲基丙二酸和高同型半胱氨酸血症的患者,尤其是青少年患者,应追问是否有N2O接触史,以及时明确诊断并积极治疗。

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周蓉
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