第十节 高压氧治疗

【高压氧简介】

在超过100kPa的大气压环境下吸纯氧称为“高压氧(hyperbaric oxygen，HBO)”。应用HBO治疗疾病的方法叫做高压氧疗法。下文主要对HBO的发展史、HBO治疗的基本概念和基本原理作简要介绍。

【HBO发展史】

HBO治疗是随着高气压医学、潜水医学和氧疗发展起来的一种特殊治疗方法。早在1662年文献上就有用潜水箱治疗患者的记载。1775年氧分离成功，随后即引入高气压医学。1664年希腊生理学家Henshaw开创最早的高气压治疗以来，HBO在临床的应用中发生过多次反复。19世纪末20世纪初，曾在欧美兴旺一时的HBO治疗几乎销声匿迹。到20世纪20年代，美国又兴起用HBO治疗高血压、糖尿病、癌肿及梅毒等疾病。1950年证明了HBO可以治疗一氧化碳中毒。1956年荷兰Boerema报道了大型氧舱的兴建及其在高压舱内行心内直视手术的成功。1961年Brummel kamp等将HBO应用于气性坏疽治疗取得突破性进展。1960年3月在美国外科杂志发表了《无血的生命》一文后，HBO再度引起世界各国医学界的重视与极大兴趣，各国相继开展。HBO医学已成为医学的一个重要组成部分。

近年来世界各国对HBO的基础理论和临床进行了大量研究，为确立HBO在治疗医学中的独立地位作出了不懈的努力。目前，HBO已广泛应用于临床各科。在神经内外科方面已用于多种中枢及周围神经系统疾病，取得了一定疗效;在颅脑外伤、脊髓损伤及心肺复苏等方面都显示出HBO的独特效果。

HBO治疗在我国开展也较早，且发展迅速。1954年首次在上海建成大型加压舱供训练潜水员和军事医学研究之用。1964年福建协和医院李温仁教授首先建成我国第一台医用高压氧舱，并在0.3MPa氧压下进行阻断循环心内直视手术，取得了良好疗效，引起国内外医学界重视，有力推动我国HBO医学的发展。进入20世纪70年代后更迎来了我国HBO发展的黄金时代，全国开展了舱内心脏直视手术、休克、心肺脑复苏、一氧化碳中毒、气性坏疽、减压病与气栓症、缺血缺氧性疾病等100多个病种治疗。目前我国HBO医学已从直接借鉴国外实验成果和临床应用经验阶段进入结合国情开展独创性工作阶段。南京军区总医院张绪中、北京朝阳医院高春锦等学者的基础研究，高压混合氧研究应用、中华高压氧脑复苏中心南京紫金医院王培东等学者应用HBO治疗PVS等项目已进入HBO医学国际先进行列。

HBO治疗在临床上可以促进体内干细胞的增加。干细胞对损伤的修复起决定性作用。干细胞存在于人类和动物的骨髓中，具有演变成不同组织和器官细胞的能力。机体受到损伤后，这些细胞从骨髓运动到受损处，并进化成各种不同的细胞参与恢复过程。Stephen等发现HBO可以增加骨髓中NO分子的合成，从而引起干细胞的游走，这个作用被认为是引起干细胞释放的关键。HBO治疗后的人体和动物体内循环干细胞的数量较治疗前增加了8倍。HBO医学工作者在临床上经常发现许多用目前理论无法合理解释的高压氧的疗效，这一发现使我们豁然开朗。

【氧的意义和治疗原理】

1．氧在生命活动中的意义

成人每天需要氧气500L，工作时需400m l/min，休息时250ml/min。大脑组织缺氧15秒可造成几分钟的昏迷;缺氧3分钟，脑功能不容易恢复。

氧参与蛋白、糖、脂肪的代谢提供ATP，1个ATP提供7000卡的热量。氧是维持细胞兴奋性的必要条件。氧为生命活动中不可缺少的物质。机体不停地消耗氧很少储存氧;组织细胞对缺氧的耐受性又极其有限，故一旦发生病理改变，容易导致缺氧甚至危及生命。

2．供氧和供氧方法

（1）临床上常用的供氧方法

1)常压下供氧：①鼻导管给氧;②面罩给氧;③氧气帐给氧;④间隙正压给氧;⑤静脉内给氧(静脉内滴入双氧水);⑥气管插管给氧;⑦高流量饱和给氧。

2)高压下供氧。

（2）常压下吸氧与高压下吸氧的区别

1）设备要求不同：

常压下吸氧，患者只是在100kPa的大气压环境下用不同的方法吸氧。而高压下吸氧则要求在一个特制的高压氧舱内在超过100kPa的大气压环境下吸纯氧或混合氧。

2）吸入浓度不同：

常压下吸氧，氧浓度一般为40%～50%。而高压下吸氧，氧浓度一般为85%～99%。

3）吸入氧的效果不一样：

高压下吸氧可使吸氧者血氧含量较常压下吸氧增加数倍以至数十倍。如在250～300kPa下吸纯氧，动脉血氧张力升高到1770～2140mmHg，每100ml血液中溶解氧量提高到5.3～6.4ml。比常压下吸入空气时增加17～20倍。不同氧压下血氧张力与血氧含量变化见(表1-10-1)。动物实验表明，在300kPa氧压下，即使Hb减少到正常的0.4%后(实际相当于0)，心电图仍无缺血征象，血压正常，呼吸自如，可暂时维持生命，被称为“无血液的生命”。这也正是对于治疗某些急性缺氧性疾病如一氧化碳中毒或某些有害气体中毒和休克等疾病有特殊疗效的原因。

高压氧下血氧含量的增加，取决于血氧张力。进入血液中的氧，绝大部分与血红蛋白进行结合，成为氧合血红蛋白(HbO2)。这部分氧在高压氧医学中称为结合氧;另一小部分以物理溶解和扩散的形式存在氧称为“物理溶解氧”，简称为“溶解氧”，两者总和称为血氧含量。血氧含量随着血氧张力的增加而增加。然而，当血氧张力升高到26.6kPa(200mmHg)以上时，血红蛋白结合氧达到饱和(100%)。故在高压环境下增加的血氧含量主要是增加的物理溶解氧。

3．高压氧治疗疾病的基本原理

（1）提高血氧张力，增加血氧含量：

机体通过肺的呼吸可获得所需的氧。氧通过肺泡及肺毛细血管弥散进入血液，再通过血液循环将氧输送到机体各部，供组织细胞利用。在常压下新鲜空气中的氧含量为21%，而肺泡内由于有水蒸气和二氧化碳，肺泡中的氧含量只有14.3%，氧分压为13.6kPa，动脉血氧张力为13.3kPa。在常压下肺泡氧分压与动脉血氧张力相差值较小，可视为相等。吸纯氧时肺泡分压可达89.5kPa，血氧张力达86.5kPa。随着环境气压的增加，肺泡氧分压与血氧张力也相应增加。血液靠两种方式携带氧，一种是与血红蛋白结合形成“结合氧”，每克血红蛋白可结合1.34ml氧，正常人含血红蛋白大约140g/L，常压下吸空气时血红蛋白的97%可和氧结合，故结合氧的含量每100m l血液中为18.2ml。另一种是“物理溶解氧”，常压下吸空气时每100ml血浆中溶解氧仅为0.3ml。可见常压下血液主要是以结合氧的方式携带氧。高压氧可以使血氧含量增高，当血氧张力升高到200mmHg，血红蛋白氧饱和度达到100%，结合氧已达到饱和状态，不再随压力增高而增加，只有溶解氧才能随压力的升高而增加(Henry定律)。常压下物理溶解氧，虽然仅为0.3m l/100m l动脉血在数量上微不足道，在氧的传递过程中，溶解氧对维持细胞代谢起着极其重要的作用，不论在常压下或高压下，氧均以游离氧供给组织利用。常压下血液携带氧主要以结合氧的形式进行，到达组织和细胞后，氧合血红蛋白(HbO2)解离为溶解氧供给组织利用，溶解氧不处于重要位置。但在高压条件下，溶解氧是常压下的17～20倍，这时就处于很重要位置，仅血液中溶解氧已可满足机体氧的供应，如在300kPa下每100m l动脉血中所溶解的氧可达到6.4m l。而静息状态下动脉平均氧含量差为5.6m l(指细胞代谢所消耗的氧量)。因此，仅利用这部分“溶解氧”即能满足机体代谢需要。故在血红蛋白极少或血红蛋白结合氧离解极少甚至完全不能离解时，结合氧在总的供氧方面已无足轻重，而溶解氧起着极其重要的作用。尤其对因血红蛋白缺少或血红蛋白携氧障碍引起的缺氧性疾病的治疗可显示出其他治疗手段无可替代的特殊疗效(如失血性休克、急性一氧化碳中毒)。

（2）提高组织的氧储量：

正常情况下(每千克体重平均约需氧75ml/min)，氧不断地从血液到达组织细胞，细胞又不断地进行生物氧化而消耗氧，这种处于动态平衡的组织内还经常保持着一定余量氧即为组织的氧储量。肺、血液和肌肉有较大的储氧量，70kg的人最大储氧量1550m l。37℃，储氧平均13ml/kg、正常每公斤组织耗氧3～4m l/min。按理论计算，阻断循环时间为3～4分钟。一般情况，心脏停止跳动小于4分钟脑功能恢复可能性较大。如果时间超过10分，可致“脑死亡”。在300kPa的氧压下溶解氧量增加21倍，储氧量53ml/kg，增加3倍，脑组织和脑脊液的氧分压分别增高13倍和15倍，循环阻断时间8～12分钟;用O2和CO2混合气体，阻断时间更长。另外，低温可使组织耗氧量降低到最低点，储氧量增加，增加组织对缺氧的耐受力，这就极有利于解除脑组织的缺氧状态。高压氧+低温，对保证抢救、大手术的顺利进行在时间上提供了有利条件。

（3）提高血氧弥散率和增加组织内氧有效弥散距离：

氧总是从高分压移向低分压，直至达到平衡。压差越大，弥散越甚。由于肺泡氧分压大于血氧张力，因此，肺泡中氧气能够弥散入血液。正常静息状态下，肺泡氧分压高于肺毛细血管内血氧张力1mmHg时，每分钟弥散入血的氧达15～20ml。当静脉血刚到肺泡时，肺泡与血液间氧的压差梯度最大约60mmHg，此时每分钟从肺泡弥散入血流的氧量高达900～1200ml。在HBO下，肺泡氧分压明显升高，与血氧张力间的压差梯度增大，故氧从肺泡弥散入血的速率和量也相应增加。提高血氧扩散和增加组织内氧有效扩散距离。距毛细血管近的组织与远的组织之间存在氧张力梯度差，形成扩散动力使扩散不断进行。300kPa的氧压下扩散半径由30μm增加到100μm。因此，高压氧对心肌缺血、脑缺血疾病的治疗有疗效。

因为动脉血氧张力明显高于组织中的氧张力，所以血液中的溶解氧向组织弥散。血液中的结合氧逐步离解转为溶解氧，不断地向组织弥散直至血氧张力与组织氧张力平衡。由于HBO下血氧张力大大增高，与组织氧张力间的压差梯度明显增大，故氧从血液弥散入组织的速率和量相应增加。

氧从毛细血管向组织弥散到达需氧处，其间距离被称为氧的“有效弥散距离”。在毛细血管的每一平面上，氧的弥散实际上是以毛细管为圆心的“弥散轮”。有效弥散实际上是“有效弥散半径”。

目前认为，脑损伤后已经死去的神经细胞是无法挽救的。治疗的主要目的是针对失去功能，但还勉强存活损伤的一部分细胞。这部分细胞是指在影像学上的“半暗带”和代谢上的“间生态”细胞。这部分细胞有三种出路：一是因代谢继续恶化而死亡;二是继续保持“间生态”状态;三是在某种因素干扰下，代谢渐渐改善，细胞结构重建、功能恢复。在这种“间生态”细胞存在越多，经过适当的治疗保存下来的数量也就越多，功能的损失也就越少，患者的预后也就越好。神经细胞的恢复有三个主要阶段：代谢重建阶段、结构重建阶段、功能重建阶段。治疗的重中之重是代谢重建阶段。脑细胞的代谢特点是以葡萄糖氧化为主的有氧代谢。因此充分的氧和能量的供给十分重要，植物状态患者多为脑缺血缺氧，导致细胞代谢与功能代谢障碍，合成去甲肾上腺素减少和缺如，使包括网状结构在内的脑组织的神经元兴奋递质减少或丧失，神经传导障碍，大脑皮质兴奋水平极度降低。因此，所有的治疗应该紧紧围绕如何提高供氧供能，如何使神经细胞进行有效代谢，高压氧正好能满足上述要求。

【高压氧能够治疗的神经系统疾病】

凡是神经系统有缺血缺氧的疾病都可以进行高压氧治疗。具体有：缺血性脑血管疾病(脑动脉硬化症、短暂性脑缺血发作、脑栓塞、脑梗死等)、血管神经性头痛、面神经炎、病毒性脑炎、植物状态、脑外伤(脑震荡、脑挫裂伤、颅内血肿清除术后)、周围神经损伤、颅内肿瘤术后有功能障碍者、脑血管疾病术后有功能障碍者。

【神经系统疾病的高压氧治疗的总体方案】

1．治疗压力的选择

神经系统疾病高压氧治疗使用的压力从1.6～2.5ATA不等，婴幼儿一般不超过1.6ATA。成人应根据具体情况而定。应以既能迅速产生“高氧效应”，又不因为过高压力给机体带来超负荷影响。如对待心肺复苏病情稳定者，高压氧治疗的初期压力用2.5ATA为佳;在维持治疗时可以用2.0ATA或2.2ATA。如对待急性一氧化碳中毒者，高压氧治疗的压力用2.8ATA为好。吸氧30～40分钟，减压至2.5ATA，第二次吸氧后减压。对待失血性休克引起者，高压氧治疗的压力用2.8ATA为佳，但对待颅脑外伤和高血压脑出血，我们只能在1.6～2.0ATA之间选择，不易高，否则容易引起再出血或脑疝。

2．吸氧方案的选择

(1)在空气加压舱内，对待心肺复苏、一氧化碳中毒、失血性休克患者初期大多数加压的同时给以吸氧。在维持治疗时待升到额定压力后再吸氧。对待颅脑外伤和高血压脑出血者待升到额定压力后再吸氧;对有气管切开的患者采取一级供氧。以上情况吸氧过程中都必须间歇给氧。Lambertsem报道2.0ATA吸氧2.5小时肺活量减少2%。若间歇5～10分钟，则可延长吸氧时间，保护肺组织，防止肺氧中毒的发生。3.0ATA吸氧必须警惕神经型氧中毒的发生。

(2)单人纯氧舱不存在间歇吸氧问题。但有一点必须先洗舱，使舱内氧浓度在85%以上。国外也有单人纯氧舱内安装交换气阀，在吸纯氧中间歇吸空气5～10分钟，亦可延长吸氧时间，保护肺组织，防止氧中毒的发生。对已作气管切开的患者应选取专用接头连接，不宜将氧气面罩直接置于气管切开处。连接前务必首先清除气管内分泌物，以保持呼吸道通畅，保证有效地吸入氧气。

目前国内常用的治疗方案为空气加压舱：一般采用空气加压1.8～2.5ATA，面罩吸氧30分钟×2，中间休息10分钟，每日1～2次。氧气加压舱：加压1.8～2.5ATA，吸氧总时间90分钟，每日1～2次。

(3)减压方案：高压氧治疗有多种减压方案，一种是直接减压法，另外一种是高压下停留减压法。还有一种是等速吸氧减压法：即减压的同时，给予吸氧，直到减压出舱。这样可以预防脑压“反跳”，以使机体从高压氧环境平稳过渡到常压环境。对陪舱的医护人员有预防减压病的作用。

(4)疗程安排

1)通常10～12次为1个疗程。其疗程安排是根据患者情况而定。视引起昏迷、治疗治疗的病因种类、患者年龄大小、病程、身体状况和预后不同，高压氧治疗的疗程也不同。

2)对急诊抢救治疗更须视病因、病情、疗程等(见急危患者HBO治疗章)考虑，从1个疗程到4～6个疗程，即40～60次以上的长疗程高压氧治疗。

3)有的神经系统疾病需长疗程高压氧治疗和多阶段的长疗程高压氧治疗。如植物状态，有较多植物状态患者在120次左右高压氧治疗后才清醒。另外，长疗程高压氧治疗对于儿童，尤其是6个月以内的婴幼儿，在加减压、吸氧、疗程安排等方面都要更加从严掌握，防止眼型氧中毒和其他副作用发生。

【HBO治疗神经系统疾病的机制】

1．改善脑细胞的供氧，使部分功能可逆的脑细胞恢复

通过近年对治疗神经系统疾病资料复习，可以看出：遭受心脏停搏打击的脑组织及其病理生理和生化学改变是一个极其复杂的过程。脑损害患者缺血缺氧是整个连锁反映的启动因素;而引起的能量危机及其触发的瀑布反应是整个反应的核心。无再流现象是造成原发性脑损害的主要因素;而低灌注状态是产生继发性脑损害的关键。从治疗角度看，尽快重建正常脑循环，纠正细胞缺氧性损害，打破能量危机所致的瀑布反应是治疗神经系统疾病的关键。

由于HBO能快速、大幅度提高组织氧含量，增加血氧弥散及其弥散距离，它能有效使血管内皮细胞获得修复和再生所需的临界氧张力2.67～4.0kPa。研究还证实高压氧的“压力效应”有利于侧支循环开放与建立;能有效降低颅内压，减轻脑水肿，延长因脑血流中断所致的脑电消失时间，延长昏迷觉醒和改善生命功能活动;并能增强缺氧脑细胞核苷酸活动，激活细胞色素氧化酶，抑制糖分解，使高能磷酸键形成增多，线粒体和细胞器中酶合成功能加强，增加细胞功能与活力。显然，HBO对纠正脑细胞缺氧、尤以脑水肿条件下的缺氧效果更为肯定。另外，高压氧对心、肺、肾等重要脏器功能的恢复亦有帮助。这样患者全身情况就明显好转，形成了良性循环，又有利于脑功能的恢复。

近年来有学者从分子生物学角度证实，高压氧能增强缺氧脑细胞核苷酸(NAO-FAD)活动代偿性，激活细胞色素氧化酶，抑制糖分解，使高能磷酸(AKP-KP)形成增多，线粒体和细胞器中的酶合成功能加强，增加细胞功能与活力。高压氧成为促进脑血管修复的始动因素。由于恢复血管床，疏通微循环，从而改善脑组织的供血供氧;使受缺血缺氧损害的神经组织重新获得丰富的氧供和其他营养要素，使脑组织的能量代谢得到改善。研究表明，脑缺血缺氧动物在高压氧下高能磷酸键形成增多，ATP水平提高;同时在高压氧下线粒体和细胞器酶的合成功能增强，对脑组织的生物合成和解毒反应均有利。因此，高压氧对昏迷患者脑组织起了良好的保护作用，也是促进受损脑细胞修复的始动因素，使处于“可复性缺氧间生态”的神经组织，即因缺血缺氧而未完全变性坏死的缺氧性间生态的组织有逆转变性的可能，得以恢复功能。这种血管-神经的修复过程，需要多次乃至相当长疗程的高压氧治疗。多数为60～80次，少数吸80～120次或120次以上。吸氧时的压力应根据病因、患者年龄及病程作适当调整。

临床实践证明，HBO确实使一部分神经系统疾病的患者得到了恢复，说明此类患者的部分皮质细胞处于可逆状态，这一状态相当于Astrup的“突轴传递衰竭阈”或“脑电活动衰竭阈”以下的状态。在此状态下，脑细胞结构仍然完整，细胞仍存活，只是功能丧失。一旦CBF恢复正常或相应地提高血氧含量，使脑细胞的供氧恢复正常，则脑功能即可恢复。HBO可提高血氧张力和组织张力，在0.2kPA(2ATA)下吸纯氧可使大脑皮质的氧张力比正常提高7倍。此外，任何原因引起的神经系统疾病都可能存在一定程度上脑血管功能调节障碍和微循环障碍，有的部位甚至可能出现“无再流现象(no-reflow)”。HBO可以通过没有发生“无再流”的微血管提高血氧的弥散，增加组织内氧的有效弥散距离，如在0.3mPa(3ATA)下弥散距离可达正常的3倍，从而使缺氧的脑细胞恢复正常的供氧。

2．轴索发生新的侧支，建立新的突轴联系

长期以来人们一起认为，中枢神经细胞受损后不能再生。但近年来的研究证明，任何原因引起的神经细胞损害，在一定条件下可以通过轴索发生新的侧支，建立新的突触联系，使神经功能得到恢复。高压氧治疗可以纠正神经损伤区的缺氧，保护内皮细胞和神经细胞，减轻神经细胞水肿;溶解血栓，疏通微循环;抑制和拮抗自由基，加速组织修复;促进细胞和毛细血管再生，促进神经功能得到恢复。特别2006年美国宾州大学Stephen教授发表的关于高压氧治疗后人体和动物体内循环干细胞的数量增加了8倍的文章《高压氧治疗使干细胞释放》(stem cellmobilized by hyperbaric oxygen)，给高压氧治疗植物状态、改善和重建细胞代谢功能，再生神经细胞以恢复部分或全部功能带来了强有力的实验依据。

3．激活上行网状激活系统

Kanai报道，网状结构的血供主要来自基底动脉。Hayakwa、Sukoff已证实高压氧可使椎动脉的血流增加。在0.2mPa(2ATA)氧压力下，椎动脉血流增加18%，且提高网状系统的血流不受功能性运动麻痹的影响。即使发生血管功能性运动麻痹，高压氧的治疗作用也不受影响。这就决定了HBO下神经系统疾病患者脑缺血缺氧明显改善，细胞代谢、功能代谢部分或全部恢复，网状结构内的脑组织的神经元兴奋递质得以释放，存在于丘脑和丘脑外的上行觉醒系统的信息得以上传，大脑皮质兴奋水平也有转机，患者认知、觉醒有了可能。因此认为HBO有加速醒觉意识恢复的作用，这一因素对于有弥散性轴索损伤(DAI)的脑外伤患者来说，可能更具重要意义。

4．加快毛细血管再生和微循环建立

成纤维细胞合成胶原蛋白是组织细胞修复和毛细血管再生的基本成分。成纤维细胞分裂至少需要氧分压在2.67～4.00kPa(20～30mmHg)的环境条件下。由于脑外伤、脑血管疾病等原因造成血流灌注不足，加之脑组织水肿，致使局部乏氧，细胞代谢障碍，炎症反应和细胞增生均有抑制成纤维细胞合成胶原蛋白的作用。如损伤的边缘区域组织氧分压达不到30.0～37.5mmHg时，组织修复难以进行;若细胞外液氧张力低于10mmHg时，细胞不再分裂，也就不可能再有胶原纤维合成和毛细血管生成。

HBO可以使损伤边缘组织血氧分压明显提高，如在2.5kPa纯氧下，血氧张力可达177mmHg。从而使受伤组织的缺氧状况得到有治疗意义的氧补偿，促进创伤细胞粗面内质网生长和较高程度的组织细胞分化，使RNA/DNA比例上升。组织细胞代谢功能改善，产生足够的能量，促进成纤维细胞增生和胶原纤维生成，促进毛细血管再生和微循环的建立，有利脑细胞功能的恢复。

以上只是HBO治疗神经系统疾病的机制初步认识，其确切作用机制有待进一步深入研究。不论如何，只要患者生命体征平稳，无禁忌证，均可实施长疗程高压氧治疗，以促进苏醒，挽救生命，恢复功能，乃至康复，成为社会人。这也正是我们治疗植物状态患者目的所在。

（王培东 陈林生）

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