大鼠血液中HbCO随吸入CO浓度和时间的变化

陈庆，白洁，李长荣，张文芳

（北京市公安局法医检验鉴定中心，北京 100192）

大鼠血液中HbCO随吸入CO浓度和时间的变化

陈庆，白洁，李长荣，张文芳

（北京市公安局法医检验鉴定中心，北京 100192）

目的研究不同一氧化碳（carbon monoxide，CO）浓度下中毒大鼠的行为学特征、存活时间、碳氧血红蛋白（carboxyhemoglobin，HbCO）饱和度变化规律，为法医学实践中CO中毒死亡案件提供实验依据。方法将160只SD大鼠随机分为4组。自制染毒装置，使大鼠分别在CO浓度为1250、3750、6250mg/m3及持续通入CO状态下染毒致死亡。观察不同CO浓度中毒大鼠的行为学特征，记录存活时间，采用分光光度法检测心血HbCO饱和度，并提取脑、心脏、肺、肝等器官进行组织病理学观察。结果CO中毒大鼠的行为学特征表现为肢体瘫软、反应迟钝。随着CO浓度的升高，大鼠存活时间逐渐缩短，心血HbCO饱和度逐渐升高。在CO浓度为1250mg/m3条件下，发现3例心血HbCO饱和度明显低于致死饱和度，其余各组未发现心血HbCO饱和度低于致死饱和度的情况。结论建立的不同浓度下CO中毒死亡动物模型，操作简单，重复性好，为进一步研究CO中毒及其他吸入性有毒气体的法医学研究奠定了基础。

法医病理学；碳氧血红蛋白；一氧化碳中毒；模型，动物；大鼠

一氧化碳（carbon monoxide，CO）中毒是法医学实践中十分常见的死亡原因之一，在我国尤以北方冬季常见。国外统计资料[1]表明，在中毒的自杀、他杀及意外死亡案件中，CO作为单项毒物居多，甚至占据首位。

关于CO中毒的碳氧血红蛋白（carboxyhemoglobin，HbCO）致死饱和度、尸体现象等均早已被法医工作者所熟知，然而在实际检案中却经常遇到特征性尸体现象不明显、血液中HbCO饱和度远低于致死饱和度（50%以下）等问题，给CO中毒死亡的判定带来一定困难，并引发很多争议。因此，本研究通过建立不同CO浓度中毒动物模型，观察大鼠中毒后的行为学特征，研究其存活时间、HbCO饱和度变化规律，为法医学实践中CO中毒死亡案件，尤其是非典型性CO中毒死亡案件提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组

清洁级健康成年SD大鼠160只，雌雄各半，体质量（300±50）g。随机分为4组，每组40只，雌雄各半，分笼喂养，自由饮水，按CO的浓度分为A组（1 250 mg/m3）、B组（3 750 mg/m3）、C组（6 250 mg/m3）及D组（持续通入CO）。

1.2 实验方法

1.2.1 染毒模型的制备

染毒装置为长1.0m、宽0.8m、高0.6m的密闭透明塑料染毒箱（图1），箱子顶部开有3个直径为1cm的孔，并用医用胶管分别与纯氧气罐、CO罐及气体采样器相连，箱内由上层隔板及下层隔板分为三层，上层隔板上面放置气压计，检测箱内气压，使其维持在大气压水平，下层隔板上面放置SD大鼠，箱底预先放置生石灰以吸收大鼠呼出的二氧化碳。染毒过程中使用Z6-1气体采样器（鹤壁市利鑫仪器仪表有限公司）采集箱内气体，并使用CO及氧气浓度快速检测管（上海玻璃仪器厂）检测箱内CO及氧气浓度，根据浓度检测结果通过导管间断补充CO和氧气，维持CO浓度的相对恒定。

分别往A组、B组、C组大鼠所在染毒箱内注入99.8%CO气体0.48 L、1.44 L、2.40 L[2]，计算公式：CO浓度=（注入CO气体体积/染毒箱体积）×M/22.4×103；M为CO分子量。大鼠在箱内静式吸入含CO的空气，其间用CO快速检测管测定箱内CO浓度，根据检测结果间断补充CO和氧气，使CO浓度恒定为1 250、3750、6250mg/m3。持续通CO直至染毒箱中大鼠均死亡。

往D组大鼠所在染毒箱内持续通入99.8%CO气体至大鼠死亡。

1.2.2 行为学观察

观察每组大鼠染毒后的行为学特征；待染毒箱内大鼠均停止呼吸后，立即打开染毒箱，收集大鼠标本。

1.2.3 标本收集及处理

染毒大鼠用组织剪打开胸腔，用无菌注射器抽取右心室心血约5mL，置于含有肝素的真空抗凝管中。取出脑、心脏、肺、肝等组织置于10%甲醛溶液中固定1周后，石蜡包埋，制成5μm厚的切片进行组织病理学观察。

1.2.4 HbCO饱和度检测

参照SF/Z JD0107010—2011《血液中碳氧血红蛋白饱和度的测定分光光度法》测定心血中HbCO饱和度。

1.3 统计学处理

所得数据均采用SPSS 21.0软件进行统计学处理。计量资料用±s表示，组间差异采用单因素方差分析，组间多重比较采用Tukey法，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 行为学观察

染毒初始，A组、B组及C组大鼠表现活跃、好动，出现聚集现象，继而出现烦躁，逐渐分散，而后出现安静、四肢无力（以双后肢为甚）、站立不稳、反应迟钝，声音刺激后可缓慢爬行，个别大鼠出现短时不同程度的抽搐，呼吸变浅变快，继而出现张口呼吸，呼吸变深、变慢，最后大部分大鼠在出现较长时间抽搐后死亡，个别大鼠死亡时较安静。D组大鼠染毒后迅速出现四肢无力（以双后肢为甚）、站立不稳、反应迟钝、呼吸浅快，并立即出现长时间全身抽搐、尾巴竖起、角弓反张等，最后死亡。

2.2 不同CO浓度条件下大鼠的存活时间

随着CO浓度的增加，D组大鼠的存活时间较A组、B组、C组降低（表1）。经统计学分析，各组间进行比较，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。

2.3 不同CO浓度条件下中毒死亡大鼠的心血HbCO饱和度

采用分光光度法检测各组CO中毒死亡大鼠的心血HbCO饱和度，结果显示，随着CO浓度的增加，D组大鼠的HbCO饱和度较A组、B组、C组增高（表1）。经统计学分析，除A组、B组间比较差异无统计学意义外，其余各组间比较，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。A组大鼠的心血HbCO饱和度为（61.9± 11.4）%，其中3例雌性大鼠的心血HbCO饱和度明显低于其他大鼠，分别为26.3%、29.1%、30.4%；其余各组大鼠心血HbCO饱和度均高于50%。

表1 不同CO浓度下大鼠的存活时间和心血HbCO饱和度（n=40，±s）

表1 不同CO浓度下大鼠的存活时间和心血HbCO饱和度（n=40，±s）

注：1）与A组比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；2）与B组比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；3）与C组比较，差异有统计学意义（P＜0.05）

组别CO浓度/（mg/m3）存活时间/min HbCO饱和度/% A组125090.0±32.961.9±11.4 B组375033.8±8.21）64.9±6.0 C组62507.4±2.41）2）77.2±2.21）2）D组持续通入CO3.1±0.91）2）3）83.7±3.81）2）3）

2.4 组织病理学改变

不同CO浓度中毒死亡大鼠的组织病理学检查发现，脑、心脏、肺、肝等器官内血管不同程度的扩张、淤血，有较多浆液渗出，组织水肿，并可见不同程度实质细胞变性。

3 讨论

CO是含碳物质不完全燃烧产生的一种无色、无臭、无刺激性有毒气体，易扩散，易溶于氨水，其在空气中含量极微，若环境中CO浓度超过0.625mg/m3即可引起人畜中毒[3]。CO中毒以意外多见，常见原因有日常生活中毒，采矿、冶金、化学工业产生CO引起中毒等[4-5]。近些年，随着互联网的兴起，信息资源获取的便捷化，使用CO自杀或他杀的案例也时有发生[6]。

怀疑CO中毒死亡的案件中，现场勘验、尸体检验以及心血HbCO饱和度的检测对于认定死因十分重要，其中尤以心血HbCO饱和度至关重要。传统的法医病理学理论认为，CO中毒死者典型的尸体表现为尸斑呈樱桃红色，皮肤黏膜及浆膜可见斑点状出血，脑、心脏、肺、肾等器官内血管扩张、淤血，血管壁通透性增加，有较多浆液渗出，组织水肿，伴广泛灶性出血，实质细胞发生变性等；CO中毒死者心血中HbCO饱和度应达到50%以上，多为60%～80%；同时，在现场发现CO来源，才可认定为CO中毒死亡[5，7]。然而，在法医学实践中时有遇到血液中HbCO饱和度远低于致死饱和度的情况[8]。对于非典型性CO中毒死亡案件（HbCO饱和度低），基层法医除了结合现场不同条件（如温度、密闭空间、腐败程度等）进行推断外，仅能凭借经验判定CO中毒死亡；而这些条件参数并没有系统、可靠的动物实验数据支持，推断往往缺乏客观性的依据，存在隐患[8]。因此，本研究通过建立CO中毒死亡动物模型，探索不同CO浓度下中毒死亡大鼠心血HbCO饱和度的变化规律，为非典型性CO中毒死亡案件提供数据支持。

本研究发现，大鼠CO中毒后迅速失去行为能力，表现为肢体瘫软（尤以肌肉发达的双下肢为甚）、反应迟钝，这提示CO对骨骼肌（尤其双下肢）存在严重的损害作用，同时在一定程度上解释了实际案件中死者发觉异常后，存在挣扎脱离现场的求生行为，例如向门外爬行等，但仍无法脱离CO现场的现象[9]。实验结果显示，随着CO浓度的升高，大鼠存活时间逐渐下降；若无法脱离CO环境，可迅速（1～3min）导致行为能力的丧失及死亡。此外，随着CO浓度的升高，大鼠的心血HbCO饱和度逐渐升高，且低浓度（1250mg/m3）CO条件下心血HbCO饱和度与高浓度（6250mg/m3，持续通入）比较，差异有统计学意义（P＜0.05），该结果与以往研究[5]一致。

本研究发现，在低浓度（1250mg/m3）CO条件下，存在3例来源于雌性动物的心血样本HbCO饱和度低于致死饱和度，而在高浓度（6 250 mg/m3，持续通入）CO条件下未发现此种现象；本研究还发现，大鼠长时间接触低浓度CO可在心血HbCO饱和度较低时导致死亡，也印证了个别案例报道中死者血液中HbCO饱和度显著低于致死饱和度，而现场勘验及尸体检验支持CO中毒死亡的情况[10]。

综上所述，本研究成功建立了不同CO浓度下中毒死亡动物模型，该实验模型操作简单、重复性好，不仅为进一步研究CO中毒奠定了坚实基础，也为其他吸入性有毒气体的法医学研究提供了参考。本研究详细观察并记录了CO中毒后大鼠的行为学特征，提出CO对双下肢运动功能存在严重的损害作用，合理解释了实际CO中毒死亡案件中死者难以逃离现场的现象。本研究所得研究结果不仅为进一步探索人不同CO浓度中毒后HbCO饱和度的变化规律提供了研究基础，也为法医学实践中CO中毒死亡案件，尤其是非典型性CO中毒死亡案件提供了实验依据。

[1]Kunsman GW，Presses CL，Rodriguez P.Carbon monoxide stability in stored postmortem blood samples[J].J Anal Toxicol，2000，24（7）：572-578.

[2]Penney DG.Acute carbon monoxide poisoning：animal models：a review[J].Toxicology，1990，62（2）：123-160.

[3]高春锦，葛环，赵立明，等.一氧化碳中毒临床治疗指南（一）[J].中华航海医学与高气压医学杂志，2012，19（2）：127-129.

[4]Bleecker ML.Carbon monoxide intoxication[J].Handb Clin Neurol，2015，131：191-203.

[5]刘良，张国华.法医毒理学[M].第4版.北京：人民卫生出版社，2009：139-144.

[6]Li F，Chan HC，Liu S，et al.Carbon monoxide poisoning as a cause of death in Wuhan，China：A retrospective six-year epidemiological study（2009-2014）[J].Forensic Sci Int，2015，253：112-118.

[7]王耀宾，王丽丽，龚道银，等.49例一氧化碳中毒死亡特征分析[J].中国法医学杂志，2011，26（6）：471-473.

[8]傅佳，阮绍华，王正修，等.一氧化碳中毒案件检验中的一些疑难问题[C]//中国法医学会第十二次法医临床学学术研讨会论文集，2000：281-282.

[9]黄李军，卓荦，季炳均.CO中毒案件法医学检验的方法与重点[J].海峡科学，2014，（11）：24，31.

[10]宋佑玉.浅谈CO中毒的个体差异[J].刑事技术，2000，（1）：11.

Changes of HbCO in the Blood of Rats with Different CO Concentration and Inhalation Time

CHEN Qing,BAI Jie,LI Chang-rong,ZHANG Wen-fang
（Forensic Medical Examination Center of Beijing Public Security Bureau,Beijing 100192,China）

ObjectiveTo explore the change rules of behavioral characteristics,survival time and saturation of carboxyhemoglobin（HbCO）in different CO concentration to provide experimental basis for the cases of CO poisoning death in forensic practice.MethodsTotal 160 SD rats were randomly divided into four groups.CO with the concentration of 1250mg/m3,3750mg/m3,6 250 mg/m3were continuously and respectively replenished in a self-made toxicant exposure equipment until rats died from poisoning.In different CO concentration,the behavioral characteristics and survival time of poisoning rats were observed and recorded.The saturation of HbCO in heart blood was detected by spectrophotometric method. Organs such as brain,heart,lung and liver,and heart blood were obtained via autopsy and histopathological observation was performed.ResultsThe behavioral characteristics of CO poisoning rats were limp and slow response.There were a gradual decrease of survival time and an increase of HbCO saturation in rats with the increase of CO concentration.Three rats in CO concentration of 1 250 mg/m3group showed lower saturations of HbCO than the lethal dose and this situation hasn’t been found in other groups.ConclusionThe animal model of CO poisoning established under different CO concentration has the advantages such as simplicity and good repeatability,which lays a foundation to the further study for CO and other inhaled toxic gas in the research of forensic sciences.

forensic pathology;carboxyhemoglobin;carbon monoxide poisoning;models,animal;rats

DF795.1

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2016.06.003

1004-5619（2016）06-0410-03

2015-11-24）

（本文编辑：邹冬华）

公安部重点研究计划项目（201302ZDYJ001）

陈庆（1976—），男，硕士，副主任法医师，主要从事法医病理学研究；E-mail：cq7q7q7q7@163.com