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第五章 高压氧医学基础 - 第四军医大学航空航天生理学教研室

第五章高压氧医学基础

第一节 高压氧医学的发展简史

高压氧医学(hyperbaric oxygenation medicine)是一门临床医学学科,它主要研究在高气压环境下吸入氧气过程中,人体机能反应规律及其机制;同时也研究高压氧对病原体的特殊作用,从而阐明高压氧治疗多种疾病的原理。

高压氧医学的治疗方法,实质上是一种自然医疗法。理想的医疗方法是使用一种既没有侵害性,又没有毒副作用,使机体加强抵抗疾病的能力和消除病痛的方法,高压氧治疗正是遵循这一治疗原则,将有适应证的患者安置于高压氧舱内,进行加压,在设定的压力-时程(pressure-duration)范围内吸氧,随后按一定的方法减压出舱,并安排必要的重复次数(疗程)以治疗疾病。

早在1662年,英国内科医生Henshaw首先使用压缩空气治疗疾病,并认为高气压可以帮助消化,改善呼吸和防治某些肺部疾患。但当时对空气的组成并不清楚,仅从压力的角度使用高气压,故发展较迟缓。直到18世纪中期发现了氧气,19世纪初确立了几项重要的气体物理定律,才为高压氧治疗提供了理论基础,使高压氧医学有较快的发展。1870年,Fontaine首先在高压舱内做手术,并在舱内同时吸氧,认为有苏醒早、不发生窒息等优点。1887年,Valenzuela第一次成功地在2 ATA(200 kPa)下应用纯氧治疗疾病,为高压氧的临床应用迈出了开创性的第一步。后来,虽然因学术观点的不同发生了激烈的争论,对高压氧在医学中的应用产生了一些影响,但是,1956年荷兰医学专家Boerema在300 kPa(2251 mmHg)氧压下进行心脏直视手术取得成功;1959年他成功地用高压氧维持无血条件下实验猪的生命;后又用高压氧有效地治疗了厌氧性感染疾病(气性坏疽等)。这些成就受到全世界医学界的注意和肯定。1963年在荷兰首都阿姆斯特丹召开了第一届国际高气压医学会议,会后出版了以Boerema等为主编的《高压氧的临床应用》一书,划时代地宣告了现代高压氧医学的开始。从此以后,已先后在荷兰、英国、美国、日本、加拿大、前苏联、澳大利亚、中国和意大利召开了15届国际高气压医学学术会议。高压氧医学在世界各地迅速发展。

在我国,1954年上海海军医学研究所建造了训练潜水员和科研使用的高气压舱。1958年军事医学科学院建成了我国第一台动物实验舱。1960年在北京建成了第一台供人体试验及模拟潜水的大型高压氧舱。1964年福建医学院附属协和医院院长李温仁教授与工程人员一起,建成了我国第一台医用高压氧舱,其直径3 m、长7 m,是当时世界第三个大型高压氧舱,治疗了各种缺氧性疾病,抢救了不少危重患者,并在300 kPa(2251 mmHg)氧压下进行了阻断循环心内直视手术和体外循环心内直视手术,取得了良好疗效,引起国内外医学界的重视,有力地推动了我国高压氧医学的发展。目前全国已拥有各种类型的高压氧舱3700多台,高压氧医学专业人员5000多人,形成了一个以大、中城市为中心的高压氧治疗网。高压氧医学已广泛应用于临床各学科,治疗80多种疾病,取得了良好的成绩,我国高压氧临床医学已进入国际先进行列。1973年以来,我国先后召开了16次全国高压氧医学学术会议,并成功地举办了第十一届国际高压氧学术会议。1992年成立了中华医学会高压氧学会,把我国高压氧医学事业的发展推向了一个新阶段。

目前高压氧医学还是一门年轻的学科,尚有很多课题需要研究和探索,如高压氧治疗机制尚未完全阐明,高压氧对细胞超微结构和酶的影响尚未揭示清楚,治疗范围能否进一步扩大,实施方法上能否再予改进等等问题,均要通过实践不断总结,深入研究,逐步提高。

第二节 高压氧的基本概念与作用原理

一、基本概念

1. 高压 超过1个大气压的压力称为高压。

2. 附加压 常压以外所增加的压强称为附加压。附加压的大小数值可通过压力表显示出来,故又称“表压”。常压下,压力表指针应在“0”点上。

3. 绝对压(atmosphere absolute,ATA)单位面积上所承受的压力称为绝对压。临床应用高压氧治疗时,常用绝对压作为治疗压力单位。

绝对压=常压+附加压(表压)

每增加1个附加压,每平方厘米面积要多承受大约1 kg(0.1 MPa)压力,相当于人潜入10 m深水下时所承受的压力。

4. 高压氧舱 要创造一个高压环境,必须有特殊的、耐高压和密封的设备,这种设备称高压氧舱。高压氧舱应力求美观、舒适,并设置各种医疗监护系统,如心电、脑电监护仪等,以保证治疗安全进行。

5. 高压氧疗法 患者置身于高压氧舱内,进行加压、吸氧以达到治疗疾病的目的,这种方法称为高压氧疗法。

二、高压氧作用原理

高压氧对人体主要产生两方面的作用:一方面为高压的机械作用;另一方面为增加组织氧分压。

(一)高压氧的机械作用——缩小体内气泡

依Boyle定律,当环境压力增加时,体内含气空腔脏器内的气体或组织体液内离析出来的气泡(如减压病)的体积缩小。关于气泡的体积缩小以圆球形气泡为例,当气压逐渐增加时,气泡直径会逐渐缩小,体积也相应缩小(表5-1),但直径缩小的比例小于体积缩小的比例。气泡内气压升高,其气体成分将按Henry定律溶入体液,使气泡进一步缩小,直至消失。在高压氧下,血氧分压增高,气泡外氧分压高于气泡内氧分压,氧气可将气泡内的主要气体成分氮气置换出来,然后气泡内的氧气供组织利用,加速气泡的消失。因此高压氧对气栓症及减压病有独特的疗效,一旦确诊,应立即进行高压氧治疗。

(二)提高血氧分压,增加血氧含量

依简化肺泡气方程,常压下呼吸空气时,肺泡气氧分压14.6 kPa(110 mmHg)。如果在常压下吸入纯氧,肺泡气氧分压为89.7 kPa(673 mmHg),与呼吸空气相比,增加5倍。若在200 kPa(1500 mmHg)气压下吸入纯氧,则肺泡气氧分压为188.4 kPa(1413 mmHg),较常压呼吸空气时增加12倍。300 kPa(2251 mmHg)气压下吸入纯氧,肺泡气氧分压达288.4 kPa(2163 mmHg),为常压呼吸空气的20倍。正常时动脉血氧分压为13.3 kPa(100 mmHg),而血红蛋白结合氧的量有一定限度,当血氧分压达到33.3 kPa(250 mmHg)时,血红蛋白氧饱和度便达到100%,不能再增加结合氧量。而根据Henry定律,血浆内物理性溶解氧量则与氧分压成正比。高压氧舱内压力升高,肺泡气氧分压随着增加,溶解于血浆内的氧量相应地增多。例如,在300 kPa(2251 mmHg)氧压下,100 ml血浆中物理溶解氧气量为6.4 ml,此值占常压下呼吸空气时血红蛋白携氧量(18.2 ml)的30%左右,可补偿相当于总血量1/3的丧失。常压呼吸空气时,人体的动静脉氧含量差(即组织耗氧量)为 5.6 ml左右,也就是说,在300 kPa(2251 mmHg)氧压下,单纯物理溶解氧量,便可以满足组织细胞对氧的需要量,而不需要氧合血红蛋白的解离。

由于大大地增加血氧含量,从而增加了组织氧储备量,并且组织对氧的利用更直接。氧分压增高可使氧在组织的有效弥散距离增大。

1.增加组织氧储备量 由于组织细胞本身的氧含量增加,即增加了组织的氧储备量,在循环供氧中断时,可延长存活时间。在常温常压下,每千克组织的储氧量约为13 ml,耗

氧量为3~4 ml/min,因此阻断循环的安全时间为3~4 min。在300 kPa(2251 mmHg)气压下,每千克组织的储氧量可提高至53 ml,安全时间可延长至8~12 min。若结合低温,由于体温每下降5℃时,氧在血液中的物理溶解度增加10%,脑细胞耗氧量降低35%,心肌耗氧量降低20%,故低温高压氧下,阻断循环的安全时间可延长得更多(表5-2)。

在高压氧舱内进行各种手术时,阻断循环后,心、脑、肾等重要器官的缺氧程度会减轻,手术时间可以延长,从而提高手术成功率。

2.氧的有效弥散距离增大 由于组织内的氧分压较低,约为 2.6~6.0 kPa(19.5~45 mmHg),氧便向组织弥散。组织中氧是以毛细血管为圆心向周围不断弥散的,氧弥散的驱动力是不同区域之间的氧分压差。氧气总是从氧分压较高的区域弥散到较低的区域,如果氧没有被组织利用,两区域的氧分压将很快达到平衡。在活体组织,沿着整个氧弥散的途径,氧将被不断地摄取。故距毛细血管越近,组织氧分压越高,距毛细血管越远,组织氧分压越低。从毛细血管到达需氧量刚够的组织细胞的距离,称为氧的“有效弥散距离”(或“有效弥散半径”)。高压氧下,血氧分压升高,在靠近毛细血管周围的组织细胞,氧含量增加,有效弥散距离也增加。按Brown计算,在300 kPa(2251 mmHg)氧压下,有效弥散半径可从30 μm增至73 μm,最多可达到1 mm。因此病变范围不大的脑梗死、心肌梗死,高压氧治疗较有效;若梗死范围较大,则高压氧疗效就较差。

3. 二氧化碳潴留 一定的高压氧下,组织细胞摄取血液中的物理溶解氧量便能满足生物氧化需要,不必动用氧合血红蛋白中的氧,因此动脉与静脉中的血红蛋白均保持在氧合状态,不能与二氧化碳结合。组织细胞中的二氧化碳含量升高,血中二氧化碳含量也随着增高。进而使血中氢离子浓度增加,pH下降,体内形成二氧化碳潴留。然而健康机体对酸碱平衡具有相当强的代偿能力,因此在常规的高压氧治疗期间,一般不会发生酸碱平衡紊乱。

总之,高压氧可用于治疗多种缺氧性疾病(如脑缺氧),也可以应用于变性血红蛋白症或血红蛋白失活的疾患(如一氧化碳及其他有害气体急性中毒)的治疗,也可以作为血流量急剧减少时的一种救治措施(如失血性休克抢救),还可以作为满足组织额外增加氧量需要时的特殊手段。

第三节 高压氧对机体生理功能的影响

高压氧能明显地改变机体对氧的摄取和利用方式,使血氧分压增高,血氧含量增加,从而引起中枢神经、循环、呼吸、血液、内分泌及免疫等系统一系列的生理功能变化。变化的程度取决于压力、氧浓度和氧暴露时程。压力越大,氧浓度越高,氧暴露时间越长,变化就越明显。这些变化大多数是有利的,少数可能对机体产生不利的影响,但这些影响多呈一过性和可逆性。为了用其利,避其弊,必须研究和阐明高压氧对机体生理功能影响的规律和机制。

一、高压氧对神经系统的影响

1. 中枢神经活动 高压氧对高级中枢神经活动的影响表现为增强和抑制两个连续的时相。增强相:高级中枢神经活动增强表现为触觉增强,记忆力增强,知觉敏锐,能持续进行复杂的脑力劳动,躯体运动变得更为协调灵活。抑制相:高压氧下30~45 min后,脑活动就由增强相逐渐转入皮质功能抑制相,表现为躯体运动协调减弱,注意力相对分散,阅读和写作的速度减慢,脑电图θ波和δ波振幅增大。高压氧影响正常的中枢神经非特异性传导系统的功能活动,是表现时相性变化的主要原因。

2. 血-脑屏障通透性增高 高压氧可以增加血-脑屏障的通透性,这种通透性的增高是可逆的。故可以利用高压氧促进血液中药物通过血-脑屏障,使脑部感染或脑恶性肿瘤等得到有效的药物治疗。

3. 脑组织及脑脊液的氧分压增高 高压氧下脑血流量有所减少,但脑组织及脑脊液的氧分压却增高。脑脊液的氧分压通常与动脉氧分压相等。高压氧下,脑组织及脑脊液氧分压均升高(表5-3),因而可用于解除或减轻脑缺氧,从而恢复或改善脑的功能。

二、高压氧对循环系统的影响

1. 心率减慢 高压氧可引起心率减慢。常压下吸入纯氧时,心率减慢5%~16%;而在200~400 kPa(1500~3000 mmHg)氧压下,心率可减慢14%~33%(表5-4)。一般认为,在200 kPa(1500 mmHg)常规治疗压力下,心率平均减慢10次/min左右。心率的减慢与高压及吸氧的持续时间有直接关系。通常认为心率减慢是高分压氧反射性地(颈动脉体和主动脉体的传入冲动减少)引起迷走神经兴奋所致。切断迷走神经能防止高压氧下心率减慢,而应用阿托品0.1~0.2 mg亦可抑制高压氧下心率减慢。导致心率减慢的另一个原因是,血氧分压增加引起全身血流动力学的明显改变:血管收缩,血压升高,也可导致心率减慢。正常时即使完全除去交感神经的影响,心率也只能降低20%,而在高压氧下则可降低至33%,因此推测还有其他因素起作用。例如高分压氧对心肌直接作用,以及外周血管对心脏泵血功能的调节作用等。

2. 心肌收缩力和心输出量降低 在300 kPa(2251 mmHg)氧压下,心输出量平均减少19%(表5-4),心肌收缩力指数降低14%,与此同时,等长和等张收缩期延长14%。心肌收缩力减弱的可能是由于冠状动脉系统氧含量增高,降低了心肌的代谢率,从而导致心功能减弱。

3. 血压升高 高压氧下,血管收缩,外周阻力增大,导致动脉血压升高。健康人在300 kPa(2251 mmHg)氧压下,总血管阻力增加50%以上。然而由于心率减慢、心肌收缩力减弱,使有效循环血量降低(通常不超过10%)。若心输出量减少不明显,则收缩压会轻度升高,而舒张压升高较明显,脉压差变小。由于高压氧的升压作用,故对合并有高血压的患者,应将其血压控制在收缩压21.3 kPa(160 mmHg)、舒张压13.3 kPa(100 mmHg)以下才准予入舱治疗。并应在治疗前后反复测量血压,如血压明显升高,宜暂时中断高压氧治疗。

高压氧下血管收缩,可以对抗因缺氧而致肥大细胞释放组胺所引起的毛细血管床扩张,从而使血压升高,增加组织血流灌注量,改善微循环,纠正休克。因此高压氧可用于多种病因所致休克的抢救。

4. 血流动力学改变 高压氧下,血流动力学最特征性的变化是,机体大多数重要器官的血管和外周血管均发生不同程度的收缩。

关于高压氧下血管反应的机制,目前主要有两种学说。“体液自动调节论”认为:缺氧时组织释放大量具有扩张血管作用的代谢产物如组胺,引起小动脉扩张。高压氧下血氧含量增加,纠正了缺氧状态,因此抑制组织中代谢产物的生成,使血管壁紧张度增加,管腔缩小。“氧反应自动调节论”则认为:引起血管反应的主要因素是血氧分压,而代谢产物是次要的。氧不足时可造成血管壁平滑肌的麻痹,血管扩张;氧分压提高时,血管壁平滑肌收缩,引起血管痉挛。血管反应的这种不同,是由于血管壁细胞和平滑肌细胞之间竞争血氧的结果,如果血管壁细胞消耗了大量的氧,那么平滑肌就因缺氧而麻痹,于是血管扩张。高压氧下,血氧含量充足,平滑肌获得足够的氧气,因而血管发生收缩。

上述“体液自动调节论”与“氧反应自动调节论”还不能完全解释高压氧下血管复杂多样的反应,例如,不能解释体循环和肺循环中不同血管反应的原因。高压氧下灌注游离的肺动脉时,如同其他血管一样,阻力增高;但在活体时,高压氧却使肺循环系统阻力降低。

(1)脑血流量 高压氧对脑血管影响最大。在常压下吸入氧气时,脑血流量减少10%~12%(表5-3)。作为局部调整机制,脑血管对高压氧的反应,随压力-时程、脑区、脑的病理过程和血管的不同而有所差异:脑组织内供氧正常的部位血管收缩,血流量减少;但受损缺血部位血流量并不减少,这是由于局部受损缺氧、二氧化碳及一些代谢产物的潴留,导致

局部血管扩张的缘故。

由于脑血流量减少,故可减轻脑水肿,使颅内压下降。高压氧下,尽管脑血流量减少,但由于血氧含量增加,足以改善脑缺氧状态,从而打破了脑缺氧和脑水肿之间的恶性循环,对脑缺氧、脑水肿患者的抢救,及多种脑血管病的治疗十分有效。

高压氧下颈动脉血流量减少,椎动脉血流量却增加,因而脑干网状结构激动系统和脑干的血液供应量增加,氧分压也随着增高,可提高网状结构上行激动系统的兴奋性,有利于昏迷患者的苏醒和生命功能活动的维持。因此高压氧可用于多种病因所致的昏迷患者的治疗。

(2)冠状动脉血流量 近年来,由于高压氧常规地用于治疗心绞痛和心肌梗死的病人,因此开始重视高压氧对冠状动脉血流量影响的研究。高压氧下冠状动脉血流量减少,但因血氧含量增加,故心肌仍可获得足够的氧供。冠状动脉血流量的减少,与吸氧时间的长短有很大关系。在200 kPa(1500 mmHg)氧压下吸氧30 min时,冠状血流量降低26%;吸氧180 min 后则降低60%。在停用高压氧后,冠状动脉血流量恢复至正常的时间较其他器官慢,100 kPa(750 mmHg)氧压作用后,停止吸氧30 min,冠状血流量才恢复到起始值的80%,在200 kPa(1500 mmHg)氧压下,停止吸氧恢复到起始值则需要1 h以上。

如果在氧气中加入2%二氧化碳,则冠状动脉血流量就会增加。因此应用高压氧治疗冠心病时,治疗前应常规服用血管扩张药或吸入氧气与二氧化碳的混合气体,以对抗高压氧的冠状动脉收缩作用,使心脏获得充足的血供和氧供。

(3)肝血流量 高压氧下肝内血流量增加,这增强了肝细胞的代谢及解毒功能,因此高压氧可保护肝细胞免受多种毒物的损害及用以治疗重症肝炎。

(4)肾血流量 高压氧对肾血管有收缩作用,使肾血流量减少。氧压为100 kPa(750 mmHg)时,肾血流量减少17%;200 kPa(1500 mmHg)时,减少33%;400 kPa(3000 mmHg)时,减少57%。尽管肾血流量减少,肾静脉氧分压却增高,并且肾利尿增加将近3倍,钠、氯、镁、肌酸等排出也增加。因此高压氧对缺血肾脏有一定的保护作用。

(5)横纹肌血流量 氧压为100 kPa(750 mmHg)时,上肢血流量减少11.2%;200 kPa(1500 mmHg)时,减少18.9%。但在有疾患的肢体,高压氧下血流量却保持不变,即可利用的氧增多。因此高压氧可用于治疗周围血管疾患,如动脉闭塞性疾病、血栓闭塞性脉管炎等。

在停止吸高压氧后,肌肉血流量的恢复是缓慢的,至少l h后才达原来水平。因此高压氧治疗后的一段时间内,不宜做剧烈运动。如运动员在高压氧治疗后2 h内不要参赛,以免影响运动成绩。

(6)视网膜血流量 视网膜血管缺乏固有的交感神经支配,但具有收缩和扩张的能力。其对氧过多的反应与脑血管相似,但吸入纯氧时,视网膜血流量的减少程度是脑血流量的多倍。高压氧下视网膜组织氧含量显著增加,因此可应用高压氧治疗眼底缺血性疾病,如视网膜中央动脉阻塞、视网膜静脉血栓形成等。但因氧过多可引起视网膜血管显著收缩,故在治疗前应常规给予血管扩张药。

5. 对微循环的作用 高压氧对微循环具有改善作用,主要机制为:1增强红细胞的可变形性。2抑制血液凝固系统。在270~400 kPa(2025~3000 mmHg)氧压下,血凝时间延长34%,凝血酶原指数降低2.4%,并且血浆成栓活动减弱。同时高压氧下吞噬细胞功能增强,纤溶酶活性增加,血凝块被溶解。因此对有凝血功能障碍的患者,选择高压氧治疗必须慎重考虑。3降低血液黏度。4改善微循环调节功能。

三、高压氧对呼吸系统的影响

在高压氧下,呼吸系统功能发生变化,这与呼吸中枢对血氧分压增高的反应,以及压缩气体对呼吸过程的物理作用有关。

1. 呼吸频率变慢 一般在200~300 kPa(1500~2251 mmHg)氧压下,约有90 %患者呼吸减慢。这是由于血氧分压提高,通过颈动脉体等化学感受器反射性地抑制呼吸中枢之故。

若切断相应的传入神经,则高压氧下机体的呼吸频率不改变。但如果氧分压过高,吸氧时间过长,血液及组织中二氧化碳潴留,氢离子浓度增高,刺激呼吸中枢,呼吸频率反而加快。

2. 肺活量增大 在高压氧下,因胃肠内气体受压缩,膈肌下降可达1.5~2.0 cm,胸腔上下径扩大,使肺容积增大,肺活量也就增大。在200~300 kPa(1500~2251 mmHg)氧压下,功能残气量通常不变,肺活量平均增加7%左右。

3. 呼吸功增加 呼吸功=压力×容积。在高压氧下,吸入气体密度增高,非弹性阻力增大;同时胸廓扩大,肺容量增加,故呼吸功显著增大。

大多数高压氧治疗是在200~250 kPa(1500~1875 mmHg)氧压下进行的,每次治疗时间不超过2.5 h,在这个限度内,高压氧对肺功能一般不会产生不良影响,或出现很轻微的不良影响。轻微的不良影响一般会在24 h内消失。

四、高压氧对血液系统的影响

刺激红细胞生成的主要因素是促红细胞生成素。这种物质90%~95%依赖肾脏生成,然后进入血液循环。组织含氧量是促红细胞生成素的基本调节因素。任何使组织供氧量减少的因素,都能增加促红细胞生成素的释放,从而提高红细胞生成的速率。而血氧分压增高,会抑制红细胞的生成。除非是长期停留在高压氧环境中,否则临床高压氧治疗不会使红细胞生成受抑制。血氧含量增高,还可使体内运输氧的红细胞需要量减少,部分被储藏于肝、脾。在200 kPa(1500 mmHg)氧压下4 h后,周围血液中血红蛋白含量和红细胞减少,白细胞计数增高。胸骨穿刺抽取骨髓检查,发现原红细胞明显减少,中性粒细胞、多形核白细胞、网状细胞、浆细胞增多。停止高压氧治疗后,血细胞变化可于短期内恢复正常。高压氧下红细胞变形性增高,并可引起溶血,使血细胞比容缩小。

五、高压氧对消化系统的影响

1. 对胃液分泌量的影响 高压氧下胃酸和胃蛋白酶分泌显著减少,这可能是由于壁细胞和主细胞酶活性降低所致。

2. 促进肠道内气体的吸收 高压氧可明显地促进肠道内气体的吸收,因此可用于治疗麻痹性肠梗阻、肠气囊肿病。

3. 对肝脏的保护作用 高压氧能增加肝脏的血供和氧供,增强了肝细胞的解毒功能,这可能是高压氧保护肝细胞免受多种毒物及缺血损害的机制。

六、高压氧对内分泌系统影响

高压氧下,脑垂体和肾上腺皮质激素生成增多,刺激机体防御系统与激素调节机制(垂体-肾上腺皮质轴)和神经调节机制(交感-肾上腺髓质系统)。其他内分泌器官也发生变化,使机体处于某种程度的应激状态。

1. 垂体-肾上腺皮质轴 高压氧刺激,使脑垂体分泌促肾上腺皮质激素增多,促使肾上腺皮质激素增加。高压氧刺激垂体-肾上腺皮质轴的机制至今未明,但此种反应是非特异性的,推测是通过兴奋网状结构,进而刺激下丘脑、垂体。

肾上腺皮质激素除有抗炎、抗免疫作用外,尚有提高血管对儿茶酚胺的敏感性,促进糖异生,提高血糖,稳定溶酶体膜,使溶解酶不致逸出损害细胞等作用。因此高压氧下肾上腺皮质激素的增多,可用以治疗炎症、休克,抗移植器官排斥。对处理某些依赖激素治疗的疾病,如多发性硬化症、重症肌无力、支气管哮喘等更为有利。

2. 交感-肾上腺髓质系统 交感肾上腺髓质系统是机体的另一道防线。肾上腺髓质兴奋可释放出肾上腺素。肾上腺素在中枢神经系统的特异性和非特异性反应中起积极的作用。脑干所含的肾上腺素,可引起皮质的觉醒反应,并兴奋网状结构与脊髓的联结部分。另外,肾上腺素也可引起促肾上腺皮质激素分泌,后者是高压氧下促进神经-激素机制的调节因素。

3. 甲状腺 高压氧对正常人甲状腺素水平无影响,但可使甲亢患者甲状腺素水平恢复

正常。其机制尚未明了,可能与高压氧促使脑垂体-甲状腺轴调节功能的正常化有关。

4. 前列腺素 随着氧压增加,肾血流量逐步减少,肾前列腺素E2的分泌也随血流量减少而降低。虽然血浆中抗利尿激素(ADH)保持不变,但高压氧有抗利尿作用,推测可能是由于肾血管血流量少,使髓质渗透梯度增高的结果,也可能是由于前列腺素E2和抗利尿激素正常的相互拮抗功能的降低,内源性抗利尿激素影响增强所致。

5. 睾酮 高压氧下睾丸血流量减少,血浆睾酮浓度降低。

综上所述,内分泌因素对高压氧治疗效果有相当重要的影响,尤其垂体-肾上腺皮质轴和交感-肾上腺髓质系统,增强了机体的应激反应,以度过危险期。但必须密切观察患者在高压氧下的个体反应及情绪变化。对治疗支气管哮喘、外伤、感染及手术后患者更应注意应激失常而造成不良效果。

七、高压氧对免疫系统的影响

免疫疾病或与免疫有关的疾病种类很多,目前尚缺乏有效的治疗方法。同时人们对器官移植和寻求解决移植排斥方法的兴趣也日益增高,因此促进了关于高压氧对免疫抑制作用的研究。许多资料表明,高压氧对免疫具有抑制作用,对器官移植也有潜在的用途。

1. 体液免疫 高压氧降低血清免疫球蛋白含量,下降的免疫球蛋白一般于治疗终止后1~3个月内恢复。由于免疫球蛋白属于体液免疫,因此高压氧具有抑制体液免疫的作用。

2. 细胞免疫 高压氧可减少白细胞与淋巴细胞数量。停止高压氧24 h后,上述改变逐渐恢复至正常水平。如每天1次,连续5 d高压氧治疗后,白细胞和淋巴细胞减少趋向稳定,且不易恢复正常。

高压氧抑制免疫作用的机制可能为:高压氧使细胞内氧浓度提高,内源性抗氧化系统的能力显得不足,过氧化物浓度高于生理水平,使得淋巴细胞膜的离子通透性增高,细胞质和细胞器离子组成失调,引起代谢紊乱和有丝分裂障碍。

总之,高压氧确具有明显的免疫抑制作用,因此可应用于器官移植及治疗一些与免疫有关的疾病,如支气管哮喘、重症肌无力、多发性硬化症等。但对已有免疫缺陷,或免疫功能暂时处于低水平而具有高压氧治疗适应证的患者,应慎用高压氧治疗,或于高压氧治疗的同时,采取提高免疫功能的相应措施,以防止患者免疫功能进一步受到抑制。

八、高压氧对酶活性与新陈代谢的影响

高压氧下机体新陈代谢发生明显变化,多种酶活性受到影响。

(一)酶的活性

高压氧可使脑组织乳酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶和线粒体ATP酶活性增强。乳酸脱氢酶活性增加提示有氧酵解加强,可产生更多的能量。异柠檬酸脱氢酶分布于细胞线粒体基质中,是三羧酸循环的限速酶,琥珀酸脱氢酶也是三羧酸循环中关键性的酶。高压氧作用下,异柠檬酸脱氢酶与琥珀酸脱氢酶活性增强,则加速三羧酸循环,增加ATP的生成。细胞色素氧化酶活性可作为细胞有氧代谢的指标。高压氧作用下,细胞色素氧化酶活性增强,加速电子传递过程,使ATP产生增加。线粒体ATP酶为一种水解酶,它水解底物ATP释放能量。高压氧治疗增加上述酶活性,加强有氧氧化过程,导致ATP产生增加,减轻组织损害。因此高压氧可用于急性脑缺氧的救治。

高压氧作用下,心肌的碱性磷酸酶(AKP)、乳酸脱氢酶(LDH)、葡萄糖-6-磷酸酶(G -6PD)、乙酰胆碱酯酶(AchE)活性增强,而单胺氧化酶和过氧化物酶活性降低。

一般而言,高压氧下机体内与有氧代谢有关的酶,如ATP酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶及乳酸脱氢酶等被激活;而与无氧代谢有关的酶则被抑制,如环氧化酶活性降低。值得注意的是,当压力过高时[如在500 kPa(3750 mmHg)氧压下],会对酶系统造成破坏。

(二)新陈代谢

1. 脑组织新陈代谢 高压氧对人体新陈代谢最重要的影响是在脑组织。高压氧下葡萄

糖代谢率增加,能量生成增多,有利于受损脑组织的修复。酪氨酸(GABA)已被证明对脑生理活动有重要作用,GABA与中枢神经系统的神经冲动调节和传递有关,同时是脑代谢的一个重要中间产物。高压氧下酪氨酸降低,可能是氧中毒引起惊厥的机制。高压氧下脑组织中的氨、谷氨酸、谷氨酰胺等浓度升高,这是因为血氨通过血脑屏障而弥散入脑组织。给予300 kPa(2251 mmHg)氧压60 min后,脑组织中的氨浓度下降,这是由于脑细胞线粒体中谷氨酸脱氢酶被激活,使α-酮戊二酸转变成谷氨酸增多,氨与谷氨酸结合形成谷氨酰胺,后者从脑部通过毛细血管排放入血。高压氧治疗重症肝炎、肝性脑病的机制可能与此有关。

2. 心肌代谢 高压氧下,心肌的代谢率下降。但在心肌梗死时,给予高压氧治疗,可以增加心肌的代谢率。目前认为高压氧下,心肌代谢率的降低,与冠状动脉血流量减少是互相协调的,而心肌中氧分压则是将心肌的代谢和冠状循环量维持在正常水平的最重要因素。

高压氧对机体酶活性和新陈代谢影响的临床意义,目前尚未明了。

第四节 高压氧在临床治疗中的作用

一、高压氧对人体移植器官的保护作用

随着外科技术的进步,人类器官移植进行越来越多。已有移植记录的器官包括肾、心、肝、肺、胰和肠。目前,有效地保存从供给者体内移出的器官,直到它被植入接受者,是器官移植中的重要问题之一。器官保存的一般原则为:1降低该器官细胞的代谢活动;2用灌流法供给该离体器官必要的物质。血供中断后,对抗缺血损害的基本方法是低温、药物和高压氧。其中以低温为主,高压氧等仅是辅助手段。虽然有实验证明采用灌流、低温和高压氧的方法或装置,可延长离体器官的保存时间,但在实际中尚未应用。这主要因为还没有研制出一种简便、灵活、专供保存离体器官用的小型高压氧舱。如能研制成功并推广应用,则高压氧作为一种常规的辅助技术用于器官保存,是完全有可能的。

二、高压氧在损伤修复中的作用

局部缺血可影响损伤的修复,其中主要因素是缺血引起伤口缺氧。因此人们正在寻找一种利用氧来促进损伤修复的方法。高压氧疗法可列为首选。

1. 软组织创伤的修复 当组织损伤时,血管与细胞同时受损,损伤的血管内形成血栓,而附近的血管,特别是小静脉很快扩张,黏附在局部毛细血管内皮细胞上的白细胞开始转移到损伤区。在几小时内,损伤区的边缘出现粒细胞和巨噬细胞浸润。特别是在结缔组织和骨骼损伤时,伤口处立刻充满大量白细胞。这些白细胞又迅速被成纤维细胞所代替,这时受损组织的代谢需求最大。但由于血管受损,局部循环无法满足其需要,因此在损伤区出现低氧状态。由成纤维组织合成胶原蛋白是修复过程的基本环节,胶原蛋白是一种有联结作用的蛋白质,其合成时有许多脯氨酸或赖氨酸被羟基化。若氧不足,会延缓脯氨酸羟基化作用,完全缺氧则可抑制脯氨酸羟基化作用,导致胶原蛋白合成终止。甚至暂时性缺氧也可导致羟基化的胶原蛋白生成欠缺,或合成不太稳定的胶原蛋白。高压氧则可加速脯氨酸羟基化。实验证明,当周围环境的氧含量升高时,在体外胶原蛋白的成熟和交连几乎呈线性增加。因此,提高氧的供给量会加速伤口胶原蛋白的合成、集聚与强度的提高,加速伤口的修复。

如果持续性动脉低血氧,或局部供血很差,新血管的形成就停滞。当细胞外液的氧分压低于1.3 kPa(10 mmHg)时,细胞不再分裂,不再合成胶原纤维或移动。高压氧下血氧分压增高,伤口组织的氧分压也增高,新陈代谢旺盛,ATP生成增多,因此促进血管成纤维细胞的活动和分裂,及胶原纤维的形成,从而促进新血管的生成,加速侧支循环的建立,也促进伤口的愈合。

2. 神经系统的修复 早期高压氧治疗可减轻脊髓出血、水肿和缺氧状态,保存较多的可逆损伤的神经组织,有助于神经功能的迅速恢复。高压氧对周围神经损伤的修复,亦有促

进作用。由于神经组织对缺血、缺氧耐受性差,因此应力争在脊髓损伤4 h内进行高压氧治疗,以获得较佳的疗效。

3. 上皮的修复 高压氧在三个方面有利于烧伤伤口的上皮生成:1烧伤初期,使伤口的进一步损伤减到最低限度,使更多的活上皮组织得以保留,利于伤口重新产生新皮肤;2加速存活上皮细胞的有丝分裂;3刺激上皮细胞的移行,使伤口得到更快的覆盖。因此烧伤后用高压氧治疗的动物,比对照组有较早和较完全的上皮生成。

4. 促进骨增生 高压氧下成纤维细胞增生及胶原纤维生成增强,形成骨骼。如氧分压低,则形成软骨。在加压和氧分压高的条件下,软骨骨样组织很快形成骨组织;而在外力牵拉作用下和氧分压低的条件下,则形成纤维组织和软骨,说明氧供应对成骨有重要作用。

在有正常血管分布的骨质中,高压氧并不促进骨新生。但当骨发生病变时(骨坏死、感染、骨折等),高压氧可以促进受损骨骼的修复。可从新生骨内新生血管的数量上确认高压氧的有效作用。因此高压氧可用于治疗慢性骨髓炎。

三、高压氧的抗微生物特性

高压氧的抗微生物作用是多方面的,有些属特异性,有些属非特异性。

(一)高压氧是一种抗菌剂

高压氧本身是一种抗菌剂,它可以抑制革兰阳性细菌,也可以抑制革兰阴性细菌,因此可被看成是一种广谱抗菌剂。高压氧作为一种抗菌剂,其作用机制与下面两个因素有关。

1. 特异性因素 一般厌氧菌必须在无氧或氧分压较低的环境下才能生长,当氧分压增高时,它们的生长便受到抑制。在250~300 kPa(1875~2251 mmHg)氧压下,可使所有的厌氧菌都不能生长繁殖以及产生外毒素。厌氧菌之所以不能在氧气充足的组织生长繁殖,主要是由于:

(1)厌氧菌缺乏细胞色素和细胞色素氧化酶 细胞色素和细胞色素氧化酶具有很高的氧化-还原电位,能氧化电位较高的化合物,产生能量。在有氧的情况下,组织中的物质多为氧化型,氧化还原电位较高。厌氧菌因体内缺乏细胞色素和细胞色素氧化酶,不能氧化这些高电位的物质,因此不能进行有氧代谢以获得能量,于是生长受抑制,甚至死亡。

(2)厌氧菌缺乏过氧化氢酶和过氧化物酶 细菌在有氧环境下代谢,常生成过氧化氢,氨基酸氧化时也生成过氧化氢,过氧化氢是一种强氧化剂,可抑制乙酰-乙酰辅酶A的分解,妨碍脂肪代谢。过氧化氢酶、过氧化物酶能在分解代谢过程中产生过氧化氢,需氧菌含有过氧化氢酶和过氧化物酶,故不受损伤。厌氧菌不含过氧化氢酶和过氧化物酶,因此不能除去代谢过程中生成的过氧化氢,因而不能生长繁殖。

(3)厌氧菌缺乏超氧化物歧化酶 体内的氧化还原过程中,会产生超氧阴离子,即氧自由基,氧自由基又可与生成的过氧化氢继续发生反应,生成活性很强的氢氧基(即羟自由基·OH)和氧。氧自由基和·OH都是强氧化剂,能与活体组织中任何有机化合物起化学反应,造成损害。超氧化物歧化酶能催化氧自由基转化为过氧化氢,避免氧自由基与H2O2起化学反应生成·OH。需氧菌含有丰富的超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶,因此对超氧化离子不敏感。而绝对厌氧菌不含超氧化物歧化酶,因此可被超氧化物等杀死;对氧有一定耐受性的厌氧菌,有中等量的超氧化物歧化酶,因此对氧的敏感性比绝对厌氧菌低。

2. 非特异性因素 非特异性因素为厌氧菌与需氧菌所共有的因素。高压氧下,许多含巯基(-SH)的酶及辅酶受到抑制,原因是巯基容易被氧化成二硫基(-S-S-),丧失活性。二硫基也可还原成巯基,但若进一步氧化则为不可逆。以巯基为活性基团的酶统称巯基酶。许多重要的酶是巯基酶,如辅酶A、硫辛酸、谷胱甘肽等辅酶,以及琥珀酸脱氢酶、转氨酶等均含有巯基。巯基被氧化后,酶的活性降低,细菌代谢发生障碍,导致生长和繁殖被抑制。

非特异性因素,实质上是高压氧对生物体的一种毒性作用。在高压氧治疗中,我们力求寻找一种宿主和寄生菌之间,对高压氧的特异性和敏感性的差异。这往往需要利用时间和压

力的差异。当我们将组织的氧分压提高到对入侵的细菌生长和代谢产生毒性作用的水平时,要注意不要对人体的中枢神经和肺部造成损害。同样,当我们制定在一定氧压下的治疗时程时,必须力求在这种时程范围内,足以抑制或杀死细菌,而对人体无害或影响很轻。例如,对气性坏疽应用“三日七次疗法”,既较迅速地抑制产气夹膜杆菌的生长,又可控制其外毒素的生成,还有利于被细菌损害的机体组织的复原。

(二)高压氧可增强白细胞的抗微生物能力

白细胞是体内抗微生物的主要机制之一,通过氧化-还原环节中产生过氧化氢、过氧化物、超氧化物及由分子氧衍生的其他还原氧,还有一氧化氮(NO)等可以抑制或杀灭微生物。

中性粒细胞在吞噬细菌之后,耗氧速度明显增加。在吞噬后几秒钟内耗氧速度超过基础速度的15~20倍。在己糖激酶、辅酶Ⅱ等作用下,通过单磷酸己糖支路,刺激葡萄糖氧化作用,加快生成过氧化氢和过氧化物。过氧化氢浓度较高时,可以单独杀死某些种类的细菌和真菌。

如果正常的白细胞得不到分子氧时,就不能产生足够的过氧化氢和超氧化物,就会降低白细胞的杀菌能力。感染的组织,通常处于低氧状态,因而降低了病灶处的白细胞杀菌能力。把氧输送到细菌入侵部位是白细胞有效地杀死某些常见致病菌的一个不可少的前提。在体内杀菌所需要的精确的组织氧分压值还未确定。但体外的研究表明,氧分压降到0.65 kPa(4.9 mmHg)时,就会大大地降低杀菌率。而当氧分压高于3.9 kPa(29.3 mmHg)时,则有助于提高杀菌率。高压氧下血氧含量增加,血氧分压提高,纠正了病灶组织的缺氧状态。在300 kPa(2251 mmHg)氧压下,创伤口的组织氧分压甚至可高达266 kPa(1996 mmHg),因而增强了白细胞杀菌能力,也加强了机体对微生物的防御能力。

(三)高压氧增加某些抗菌剂的药效

高压氧还可通过增加某些抗菌剂对抗某些特定菌种的药效,来达到抗微生物的作用。200 kPa(1500 mmHg)氧压下磺胺最低抑菌浓度降低至通常的1/5,甲氧苄啶(TMP)则降至1/2;320 kPa(2400 mmHg)氧压下,磺胺最低抑菌浓度降至通常的1/25,TMP则降至1/10。因而认为氧分压增高,与磺胺或TMP有协同的杀菌作用,而不是通常的抑菌作用。高压氧增加这些抗菌剂药效的机制尚未清楚,可能与压力加强氧对细菌的作用及改变细菌的药物敏感性有关。

四、高压氧条件下自由基的生成与效应

自由基与氧中毒、放射性损伤、衰老、癌症等有密切关系。高压氧治疗可增加组织中自由基的浓度,因而应对高压氧条件下自由基的临床意义进行探讨。

1. 高压氧可提高组织中自由基的浓度 高压氧造成机体自由基产生增多的确切机制尚未阐明。现认为可能与多个环节有关:

(1)激活细胞内黄嘌呤氧化酶,通过尿酸代谢途径产生超氧阴离子 高压氧下,黄嘌呤氧化酶活化可能是产生自由基的始发因素之一。高压氧可激活黄嘌呤脱氢酶转变成黄嘌呤氧化酶,而该酶氧化次黄嘌呤使之转变成黄嘌呤,后者又在该酶催化下生成尿酸,同时该酶通过对分子氧(O2)的单价还原,使其变成超氧阴离子。超氧阴离子是自由基链式反应起始因子,通过Haber-Weiss反应或在过渡性金属离子Fe2+或Ca2+参与下,经Fenton反应生成·OH。

(2)损伤线粒体电子传递体系 高压氧可使线粒体电子传递体系所传递的电子流溢出,过早地传递给O2而生成超氧阴离子,后者又可造成线粒体膜结构与功能进一步损伤。正常情况下,机体内大部分O2在细胞色素氧化酶复合物等作用下,得到4个电子直接还原成H2O,但有3%~5%发生单电子还原生成超氧阴离子,高压氧使此过程得到加强。同时,正常情况下,辅酶Q紧密地联系于呼吸链,并受严格控制,以半醌自由基形式沿呼吸链传递电子。当高压氧损伤线粒体导致辅酶Q脱离呼吸链时,辅酶Q则将电子直接给予O2,发生自动氧化产生超氧阴离子。

此外,在肺受高压氧的损伤时,多核细胞和巨噬细胞聚集,在NADPH氧化酶催化下,O2从还原型辅酶Ⅰ或Ⅱ (NADPH)获得电子而变成超氧阴离子。

2. 氧自由基的毒性作用 氧自由基可氧化巯基致一些酶失活、DNA交联及膜的脂质过氧化。

(1)氧自由基对膜的过氧化作用 高压氧产生的超氧阴离子与膜的多链不饱和脂肪酸作用,先形成中间产物烷自由基(RO·),然后与超氧阴离子反应形成烷过氧基(ROO·)。后者再与另一类脂作用引起氢抽提形成过氧化脂质(ROOH)。ROOH形成后自发地或在过渡金属离子催化下产生均裂,所形成的ROO·和RO·又能以链式支链反应不断产生ROOH,造成细胞膜、内质网、溶酶体、线粒体等的生物膜结构破坏及通透性增加,使细胞的能源发生障碍,而致细胞衰老、死亡。脂质过氧化作用最终产物是丙二醛,故常以测定丙二醛含量来判定脂质过氧化程度。

(2)氧自由基的直接作用 超氧阴离子使上皮组织基底膜的透明质酸变性,导致组织纤维化,造成组织损害。超氧阴离子既能损伤细胞膜,又能损伤细胞间质,而血浆、脑脊液、关节液中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的含量比细胞内低得多,所以超氧阴离子也可致细胞外损害。

(3)氧自由基对DNA的损伤 超氧阴离子既可直接损伤DNA,也可通过氧化而间接损伤DNA,从而破坏蛋白质生成。DNA的损伤还可导致基因突变和致癌作用。

3. 高压氧下机体对氧自由基的防御能力 高压氧能使SOD活性升高,可能是机体抗氧化酶系统被激活或被诱导释放所致。而SOD活性随着疗程的延长而略有下降趋势,可能与过高压力条件下SOD活性受抑制或消耗过多,以及脂质过氧化物含量升高有关。因此高压氧治疗时,必须严格掌握好治疗压力、时程和疗程,以防氧中毒的发生。

4. 高压氧与放射治疗 高能放射可直接作用于具有生物活性的大分子(如核酸、蛋白质等),使其发生电离、激发或化学键断裂,而造成分子结构和性质的改变,从而引起正常功能和代谢活动的障碍;同时还可以作用于水分子,引起水分子的电离和激发,形成·OH等自由基,进而作用于生物大分子,造成破坏,而加重放射损伤。由于生物体内含水量很大,而且放射分解产生的·OH等自由基团又非常活泼,很易广泛地发生化学反应。体外实验表明,电离辐射引起DNA的损伤,90%是由于·OH的作用。因此通过间接作用即自由基作用而造成的分子损伤,较直接作用更为重要。

高压氧合并放射治疗癌肿可能产生治疗矛盾。一方面病人在照射前和照射期间,呼吸高压氧可使血液和肿瘤内的氧浓度增高,使癌肿内的“缺氧细胞”转为“富氧细胞”,后者对放射敏感性大大地提高,容易被放射线杀灭,因而增强放射治疗的效果。但另一方面,高压氧治疗增加了体内自由基的生成,加重了放射治疗的组织损伤。

因此高压氧合并放射治疗一直有争议。近来有人认为,肿瘤细胞与正常细胞比,所受的损伤更大,预计只要掌握得当,合并治疗还是利大于弊的。

5. 高压氧与衰老 自由基学说为老化机制之一。该学说认为自由基参与正常或病理过程时,与分子氧反应形成过氧基团,引起细胞膜(还有线粒体膜、微粒体膜)的主要构成成分之一类脂质的破坏,从而使细胞的能源发生障碍而致细胞受损。也就是说生物膜中的脂肪酸在过氧化中产生的自由基和膜蛋白相互作用,导致膜蛋白破坏,引起细胞的衰老和死亡。因此自由基诱导过氧化反应在人类衰老过程中占重要地位。老年人血液中一部分有活性的SOD转变为无活性的酶,因此认为自由基是老年时期细胞衰老的原因。高压氧治疗虽可提高体内SOD活性,但目前尚未用高压氧来治疗或防止老化。

6. 高压氧与恶性肿瘤 目前认为自由基由于导致细胞的DNA链断裂,诱发基团突变,因此在诱癌、促癌及抗癌过程中起着一定的作用。由于高压氧可使组织内自由基增多,因而对肿瘤也有一定影响。

目前还不清楚自由基是具有抗癌作用,还是具有诱发癌的作用,其和癌的关系很复杂,因果变化至今亦仍未揭示清楚,因此对癌症患者或有潜在性癌症的患者(如某些病毒感染和癌症家族史者),选用高压氧治疗一定要审慎。

第五节 高压氧治疗的适应证与禁忌证

一、高压氧治疗的适应证

目前,高压氧治疗的疾病已涉及急救医学、内科、外科、妇产科、儿科、神经科、五官科、骨科、整形科、皮肤科、肿瘤科、传染病科、职业病及老年病等学科,并向康复、潜水、航空、保健、高原医学及运动医学方面发展。据国内文献报道,应用高压氧治疗的疾病已达100余种。对于其中的一部分疾病已取得了十分显著的疗效,成为临床首选的抢救治疗手段。但对于大部分疾病来说,高压氧还只是一种辅助性的治疗方法。而对有些疾病则仅仅是进行了试探性的治疗。为了准确有效地进行高压氧治疗,有必要制定一个适应证的疾病谱以供临床医师,特别是高压氧专科医师参照。但究竟根据什么原则和标准来对这百余种疾病进行分类和编谱,至今未获共识。有一种主张是按专科疾病分类,另有一种主张是根据临床疗效分类。实际上两者各有优缺点。而比较简便又较实用的是国际上常用的按疗效分类和编排,根据这一原则,中华医学会高压氧医学分会2004年8月提出以下高压氧治疗适应证与禁忌证,供参照使用。高压氧治疗适应证如下(表5-5,表5-6,表5-7)。

除了上述疾病或状况以外,可应用高压氧对下列疾病进行试探性治疗:沼气和天然气中毒;奎宁、异烟肼、亚硝酸盐等药物中毒;儿童食入霉变甘蔗引起的中毒;重症肌无力,颈椎病,糖尿病性神经炎,面神经麻痹;溃疡性结肠炎,放射性直肠炎,胃肠吻合口梗阻,肠气囊肿;皮质盲,眼外伤,视网膜震荡伤,视网膜静脉周围炎,葡萄膜炎,视网膜色素变性,视神经炎,视神经变性,缺血性视盘病变,眼底与玻璃体积血;耳、鼻断离后再植,耳壳软骨膜炎,牙齿再植,下颌骨折及坏死;新生儿窒息,新生儿颅内出血,胎儿宫内窘迫症,小儿脑瘫,天疱疮;先兆流产,习惯性流产,过期妊娠,妊娠高血压综合征,以及矽肺,白血病,更年期综合征等。

二、高压氧治疗的禁忌证

禁忌证是指不适宜高压氧治疗的某些疾病或状况。如不注意禁忌,会导致不良后果,轻者引起不适或加重原有症状,重者引起机体损伤,甚至死亡(表5-8,表5-9)。

综上所述,临床实践中禁忌证有所减少。但仍应慎重、客观、辩证而妥当地对待禁忌证,在特殊的条件下,适应证也可能转化为禁忌证。

第六节 氧 中 毒

机体吸入高压氧或高浓度的氧,或吸氧超过一定时限,氧气使机体产生某些功能性或器质性的损害,称为氧中毒。随着高压氧广泛应用,氧中毒应引起足够的重视。氧中毒为高压氧治疗的副作用之一。

氧中毒可分中枢神经型、肺型、溶血型和眼型。不论氧中毒临床表现为哪种类型,机体功能均同时受到不同程度的影响。如在中枢神经型氧中毒时,也同时有肺功能损害。

一、中毒机制

有关氧中毒发病机制的研究颇多,但至今尚未完全阐明,大致包括三个方面。

1. 脑代谢障碍 酪氨酸(GABA)系统是脑对“高压氧防御”中最薄弱的环节,这个系统的障碍是氧诱发惊厥的主要原因,其理由是:

(1)谷氨酸脱羧酶是脑GABA的合成酶,高压氧对该酶的抑制作用导致GABA生成减少。

(2)动物实验证实,在氧惊厥发作之前,脑组织中GABA浓度降低。GABA是脑组织中的抑制性传导物,与调节神经系统正常活动有关,GABA浓度降低,会引起氧惊厥。

(3)诱发氧惊厥的临界氧压是300 kPa(2251 mmHg),这正是引起GABA降低所需的氧压。

(4)实验动物腹腔内注射GABA可预防氧惊厥发作。

2. 酶的抑制 高压氧下,多种酶受抑制,特别是许多巯基酶受到抑制。体内许多重要的酶和辅酶是巯基酶,由于这些酶或辅酶受抑制,必然发生代谢障碍。ATP生成减少,就易发生所谓高氧性缺氧症,造成能量的缺乏,从而引起功能障碍和中毒症状。

3. 氧自由基的损伤作用 氧中毒的本质是氧自由基对机体酶的抑制,细胞膜的损伤,细胞器的破坏,导致蛋白质、核酸合成受阻,能量代谢障碍所致。前面一节已进行了详细描述。

二、氧中毒分型与临床表现

(一)中枢神经型氧中毒

1.产生条件及影响因素

(1)压强-时限关系 一般来说,中枢神经型氧中毒常于250 kPa(1876 mmHg)氧压以上发生,氧压越高,持续吸氧时间越长,越易发生氧中毒。但氧中毒也可以在较低的压强-时限发生,有人观察到在250 kPa氧压下15~28 min出现氧中毒惊厥(表5-10)。

氧中毒亦可发生在停止吸氧后的减压过程中,这种现象称“撤氧效应”。因为氧气本身就是一种中枢神经抑制剂,在神经细胞已经发生氧代谢紊乱时,吸氧尚能起到抑制作用。一旦吸氧停止,立即出现氧中毒。

(2)诱因 环境温度高、体质差、过度疲劳等可促使氧中毒的发生。

2.临床表现 中枢神经型氧中毒最具特征性的表现是全身呈癫痫样大发作。一般可分为前驱期、惊厥期和终末期。

(1)前驱期 面色苍白,出冷汗,恶心,眩晕,胸骨后疼痛,视力减退,出现幻听。患者可突觉欣快感或烦躁不安,面部肌肉出现阵挛。常有脉搏、呼吸增快,血压升高。脑电图常显示多个稳定的超同步活动灶,数量持续增多,振幅持续增高(50~60 μV)。若在此阶段及时终止吸氧,有可能制止癫痫样大发作。

(2)惊厥期 突然出现癫痫样大发作,全身呈强直性或阵挛性抽搐,持续10~60 s知觉丧失,脑电图出现非特异性惊厥大发作波形。在惊厥发作时,若不马上停止吸氧,惊厥发作持续时间越来越长,间歇期越来越短,血氧含量急剧减少,甚至窒息死亡。

(3)终末期 惊厥发作停止,昏迷持续10~20 min后逐渐清醒,患者有头痛、恶心、呕吐、疲劳等表现。

(二)肺型氧中毒

1.发病机制 大多数研究者认为,肺型氧中毒是由高浓度的氧对肺组织的直接损害所引起的。

(1)正常肺泡表面含有一层活性物质,由磷脂组成,这种物质有降低表面张力的作用,可以防止肺泡萎陷,并维持肺毛细血管的正常通透性,防止向肺泡渗液而产生肺水肿,因此表面活性物质对保持正常呼吸起着重要作用。高压氧可减少肺泡表面活性物质产生。由于肺表面活性物质减少,肺弹性减弱,肺泡内液体渗出形成一层透明膜,结果造成肺不张,产生窒息。

(2)肺氧中毒的另一重要的因素是肺泡-毛细血管屏障的增厚。肺泡气与血液之间有一层组织屏障,在高压氧下,由于肺泡-毛细血管屏障两侧气体分子的压力差,会导致在肺泡-毛细血管屏障中形成微气泡。压力低时,微气泡囊大,数量少;压力高时,微气泡囊小,数量多。微气泡可作为栓子,造成毛细血管的栓塞,破坏作用大多发生在毛细血管静脉端的内皮细胞上。

(3)高压氧还通过内分泌系统对肺组织造成损伤,主要是通过垂体-肾上腺皮质轴和交感-肾上腺髓质系统来实现。高压氧引起促肾上腺皮质激素分泌增加,促进肾上腺皮质激素的分泌;同时使交感神经兴奋,肾上腺素分泌增多,可直接和间接使肺小血管收缩,肺泡细胞缺血受损,渗出增多,从而发生肺型氧中毒。

2.产生条件及影响因素

(1)压力-时限关系 肺型氧中毒通常发生在较低的氧压。在常压下吸入纯氧,6 h后可发生胸骨后疼痛;12~18 h结膜、鼻咽、肺部均可出现刺激症状,肺活量下降;连续吸氧24 h,可发生支气管肺炎。

在200 kPa(1500 mmHg)氧压下,连续吸氧3 h肺活量即见减少,4 h胸骨后有刺激感,5 h可出现咳嗽,6 h咳嗽加剧,9 h有剧咳,10~12 h便可发生氧中毒。

在300 kPa(2251 mmHg)以上吸氧,因脑代谢迅速紊乱,来不及出现肺部损害,而出现以中枢神经型氧中毒为主的表现。因此在200~250 kPa(1500~1876 mmHg)氧压下,应特别警惕肺氧中毒的出现。

(2)诱因 在已有肺部损害的病人,如肺部感染、肺气肿或体质极度衰弱者,很易引起肺氧中毒。在用高压氧抢救病危患者时,应特别警惕肺氧中毒发生。

3.临床表现

(1)早期在吸氧过程中出现胸骨后不适,胸部疼痛。

(2)严重时可引起不能控制的咳嗽,呼吸短促,有黏液痰,偶带血丝。

(3)双肺可闻及干、湿 音。

(4)肺活量明显下降。

(5)X线片检查可见致密混浊样大片阴影,类似大叶性肺炎改变。

(三)溶血型氧中毒

对高压氧下溶血作用的推测是:随着血液中氧分压的增加,红细胞内液达到氧饱和。若红细胞进入氧分压低的组织中时,红细胞膜内外就产生压力梯度。当超过氧的过饱和安全系数时,气体就由溶解状态变成气体释出,形成气泡,因此红细胞内可形成微气泡。如果形成的微气泡不断增大,当它超过了红细胞的体积,或红细胞膜局部受损时,红细胞就遭到破坏。

高压氧治疗引起红细胞溶血是很微量的,不需要特殊处理。最好的对策是使用较低的治疗压力,尽量不要超过300 kPa(2251 mmHg)压力。同时在高压氧治疗期间给予维生素E,可减轻高压氧对红细胞膜的损害。

(四)眼型氧中毒

视网膜血管对高压氧非常敏感,在100 kPa(750 mmHg)氧压下,视网膜小动脉及小静脉的直径分别缩小8.5%与10.7%。在300 kPa氧压下,分别缩小19%与28%;在吸氧1.5~3 h后,可出现视野缩小,畏光,视物扭转变形,视力减退等。不过高压氧对视野、视力的影响多是暂时性的,一般可以恢复。

高压氧对眼的毒性主要发生于未成熟婴儿,表现为晶体后纤维组织增生,视网膜有大量的新生血管和成纤维细胞浸润,视网膜功能发生障碍,甚至造成永久性失明,因此对孕妇和未成熟婴儿进行高压氧治疗必须慎重。

高压氧对视网膜的影响很明显,因此对眼底病治疗时,应常规使用血管扩张剂,以防血管收缩产生不利影响。一旦发现视力有明显减退,应立即暂停高压氧治疗。一般停止治疗后视力很快恢复。

三、氧中毒的治疗

(一)一般处理措施

不同脏器、系统所表现的氧中毒现象,有共同的机制,但不同脏器又有其特异的功能变化。所以在处理(及预防)方面,既有一般措施,也有特异的针对性措施。

对氧中毒患者的救治,关键在于及时发现其症状或体征,并尽快地脱离高压氧环境。具体措施为:

(1)立即改吸空气,并加强通风;在以空气加压,通过面罩吸氧的舱内,迅速摘除面罩,吸舱内压缩空气。

(2)如果舱内气压为250 kPa(1876 mmHg),则吸入气中的氧分压为50 kPa(375 mmHg),属于不中毒水平的富氧,氧中毒的程度可以不再增加,并向正常恢复。在这种情况下从容减压出舱。

(3)如果所用的是全舱充氧的方式,则最好是立即用压缩空气进行通风,先使舱内氧压降低,然后逐渐减压。

(4)如果立即排气以使氧压降低,则必须注意患者的呼吸状况,避免因呼吸不畅(例如喉痉挛或屏气等)而导致肺气压伤。

患者出舱后,应注意密切观察和精心护理,酌情使用抗生素和对症处理。

(二)肺型氧中毒的治疗

轻者,回到正常环境后数小时即可恢复。重者,除按常规预防肺部感染外,须作肺部的透视或拍片检查,数日方可恢复。若暂时不能脱离氧气,可改吸40%~60%浓度的氧气。若降低吸氧浓度出现缺氧症状时,应使用人工呼吸机。

肺型氧中毒如果发展到全身缺氧的程度,则将给治疗带来困难。因为继续吸氧,肺脏进一步受氧中毒损伤或已受的损伤得不到转归;逐渐降低氧分压结合用药物治疗(即控制酸碱平衡等),则缺氧更加严重以至陷入危险境地。若情况严重,则应用体外循环装置进行肺外氧合的方法,使循环血液暂不通过肺而通过体外装置取得足量的甚至多量的氧,以供应全身各组织,于是肺可不接触高压氧而得到休息和逐渐趋于恢复。

(三)脑型氧中毒的治疗

对未发生惊厥的脑氧中毒患者,回到正常环境后数小时即可恢复。对已发生惊厥者,离开高压氧环境后,即用4%水合氯醛50 ml灌肠,2 h后皮下注射吗啡;再过2 h再灌水合氯醛。如此交替,直至惊厥消失。但每日不超过4次。也可用异戊巴比妥,每次0.2~0.3 g,肌内或静脉注射。

必须注意,在抗惊厥治疗过程中,禁用吸入性麻醉剂(如氯仿等)。因为在惊厥型氧中毒时,常伴有肺脏或心肌损伤。心脏功能衰弱者可用强心药物,如咖啡因、樟脑等。

对出舱后仍有惊厥发作的患者,护理方面应注意适当防范患者受外伤以及咬伤舌头等。此外,使患者宽衣,卧床休息。安静、保暖,亦有促进恢复的效果。患者熟睡时,须有人守护,以防惊厥突然发作。

四、氧中毒的预防

(一)预防氧中毒的一般原则

1.对氧特别敏感的个体慎用高压氧 检测方法是作氧敏感试验,具体方法为:在加压舱内,吸280 kPa(2100 mmHg)的纯氧30 min,如有惊厥前驱体征(如唇或肢体抽搐)者,为氧敏感试验阳性个体,即对高压氧的耐力特别低,故氧敏感试验亦被称为氧耐力试验。对这样的个体如果要用高压氧,其压强-时程值须小于一般的个体。如果为选拔高气压、高压氧条件下的作业人员,对氧敏感(阳性)个体,应当定为不合格。

2.限定所吸氧的压强-时程 一般是在一定的范围内选定氧压而控制吸氧时程。氧压为50 kPa(375 mmHg)或更低些,为不引起中毒的富氧,时程可不限。超过50 kPa,则氧压愈高,所限时程愈短。

3.间歇式吸氧 在设定较长时程的一次吸入足以引起氧中毒的气体(如高压氧)的全过程中,安排若干个较短时程的间歇,间歇期内吸总气压仍相等而含常氧或不中毒富氧的压缩空气。例如吸高压氧20 min或30 min,换吸与高压氧气压相等的压缩空气5 min或10 min,

再吸高压氧,直至吸氧时间的总和达到所设计的全时程。间歇之所以有利于机体,在于吸氧时已形成的变化,在间歇期内有相应的较快的转归。所以,同样的吸氧总时间,有间歇者形成氧中毒的趋势小。

4.药物 用药物降低机体对高压氧的敏感性。

(二)氧中毒药物预防

目前尚缺乏防止氧中毒发生的有效药物,表5-11所列药物可供参考使用。表中所列药物中最有前途的是抗氧化剂。

1. 维生素E(VE)使用VE的根据是氧中毒的自由基理论。实验证实,高压氧治疗前2天给予VE可预防氧中毒。

2. 维生素C(VC)是一种自由基清除剂,但若还原酶过多,使用大剂量VC可能引起相反的作用。实际上被氧化的抗坏血酸盐可能通过脂质过氧化物的生成而使氧的毒性增强。

3. 维生素K(VK)VK参与Krebs循环中电子从吡啶核苷酸辅酶到细胞色素和辅酶Q 的运输过程,而在高压氧下,这一代谢过程迅速受到抑制,因此推测VK在某种程度上对这一过程起着催化作用。

4. 三羟甲基氨基甲烷(THAM)也是抗氧化剂,它能使pH值升高,降低二氧化碳分压,并能结合铜和锌等金属,使新陈代谢率降低,因此可使氧惊厥发作时间显著延迟,发作次数及程度明显减少及减轻。其对呼吸功能的保护作用也特别显著。

5. 麻醉药和巴比妥类药物 能增强机体对氧中毒的耐受性,其保护作用可用机体内代谢水平降低来解释。硫喷妥钠能减轻在600 kPa(4500 mmHg)压力下肺损害的程度,并制止惊厥。但问题在于氧中毒可在减压期或在高压氧治疗结束后患者完全清醒时发生,这提示麻醉药可能掩盖了氧中毒的症状,因此使用麻醉药时,高压氧的压力仍然不能过高,亦须警惕氧中毒的发生。

6. 镁离子(Mg2+)是对抗氧的不良影响的唯一具有双重作用的物质,它是一种血管扩张剂,也是钙的拮抗剂,可防止细胞损伤。

目前在临床中应用最普遍的防止氧中毒的药物是VE和镁剂。高压氧治疗期间给予VE 50 mg或硫酸镁250 mg,每日2次,有助于预防氧中毒。

小 结

高压氧医学是在高气压环境下吸入空气、富氧或纯氧气体,通过对机体内气体的压缩作用,以及提高血氧分压和增加血氧含量而对多种疾病进行辅助治疗的一种自然医疗法。高压氧对机体的生理功能产生全面的影响,由于其特殊性,既有绝对与相对适应证,亦有绝对与相对禁忌证。过大的压力或较长的作用时间可引起氧中毒,依据呼吸氧气的压强-时限不同,氧中毒分为中枢神经型、肺型、溶血型与眼型。限定吸氧的压强-时限可防止氧中毒,一旦发生氧中毒,除改呼吸空气外,并应采取一般性辅助治疗。

思考题

1. 高压氧可产生治疗作用的机制是什么?

2. 高压氧治疗的绝对适应证有哪些?为什么这些疾病只能应用高压氧进行治疗?

3. 高压氧医学与航空航天生理学有什么联系?

4. 氧中毒发生的可能机制是什么?其分型与压强-时限的相关关系是什么?

(谢满江)