话说高压氧疗法

刘长文

众所周知，高压氧疗法的起源和发展与潜水医学的历史有着密切的联系。各种在海洋之下冒险所产生的不愉快的物理后果，直接导致了现代医学中压缩气体疗法的许多应用。虽然基于科学应用的高压氧技术是一个相对近期的发展，但实际上它有着古老的渊源。尽管潜水起源于何时不为人所知，但早在公元前4500年它就是一个独特的职业。然而，由于人类只能屏住呼吸几分钟，因此单人潜水的深度被限制在30米左右。大约在1500年，列奥纳多·达·芬奇绘制了各种潜水用具的草图，但并未开发出任何实用的工具。直到1620年，荷兰发明家德雷贝尔发明了第一个真正的潜水器。虽然这款潜水器的功能非常有限，特别是它的空气供应原理十分简单，只提供一种大气压力的空气，但它无疑是一切潜水器的先驱。1691年，埃德蒙·哈雷发明了一种用加重的桶来补充空气的方法。在接下来的2个世纪内，随着压缩空气潜水头盔和潜水服的发展，人们已可能在水下停留1小时或更长时间。尽管潜水的时间延长了，但是海底探险者们很快就发现了不断增加的水压会导致耳膜破裂。人们也很快了解到与潜水相关的最著名的医学问题——减压病。直到19世纪中期，人们才真正发现高压氧治疗减压病的有效性。虽然最初使用的是空气再压缩，但现在使用的是高压氧疗法（HBO），这是潜水医学和其他形式的高压氧疗法之间的主要联系。

高压氧疗法的前世

历史上，第一次记录的使用高压氧疗法，实际上要早于发现氧气。1662年，英国医生亨肖就将压缩空气用于医疗目的。他开发的氧舱是一个密闭的房间，被称为“住所”，在这里可以产生可变的气候和压力条件，其中压力是由一对大风箱提供的。根据亨肖的说法，在患者健康状况良好的时候，这种住所被认为是一种帮助消化、促进呼吸和祛痰的好方法，因此，对于预防肺部的大多数紊乱具有很好的作用。然而，亨肖提出的治疗方法并无任何应用，近2个世纪以来高压氧疗法也未得到进一步的发展。

在19世纪，法国人再度重燃了对高压氧疗法的兴趣。1834年，法国人朱诺建造了一个高压氧舱，用2～4个绝对大气压（ATA）的压力来治疗肺失调，取得了良好疗效。此后，高压氧疗法开始在欧洲广泛应用。1837年，普拉瓦建造了当时最大的高压氧舱，用于治疗各种疾病。1877年，首个移动式高压氧手术室问世。那时，高压氧室已经遍布欧洲所有主要城市。有趣的是，国际医学界对于高压氧疗法并没有普遍的理论基础，因此处方也各不相同。这是因为当时尚无法估算血液中氧气的分压。19世纪后半叶，高压氧疗法被宣传为可与健康水疗相媲美。1855年，Bertin就这个主题撰写了一本书，并建造了自己的高压氧舱。截至1887年，关于高压氧疗法的内容包含了300篇参考文献，这是一个相当庞大的数目。

1860年，北美大陆上第一个高压氧舱在多伦多以东的加拿大安大略省奥沙瓦建成。一年后，康宁公司在纽约建造了美国第一个高压氧舱，用于治疗神经紊乱。然而，在20世纪20年代，高压氧疗法被运用最多的只有堪萨斯城。 坎宁安第一次将高压氧疗法用于在第一次世界大战结束时席卷美国的西班牙流感病的受害者。他观察到，在海拔越高的地区，这种疾病的死亡率越高，由此推断，这与气压因素有关。他声称，高压氧疗法在紫绀和昏迷的患者中取得了显著的疗效。

1928年， 坎宁安在克利夫兰建造了有史以来最大的高压氧舱。该高压氧舱有5层楼高，直径为19.5米，每个楼层都有12个房间，配备了所有设施。当时，它是世界上唯一能正常工作的高压氧舱。

高压氧疗法的科学原理

氧是地球上最普遍和最重要的元素。大气是一种气体混合物，其中包括20.94%的氧气、78.08%的氮气和0.04%的二氧化碳，以及少量的其他气体。在实际应用中，空气被认为是21%的氧和79%的氮的混合物。这种混合物在海平面上的总压强是760毫米汞柱。道尔顿定律指出，在气体混合物中，每一种气体根据其占总体积的比例施加其压力。溶解在水中或体液中的气体所产生的压力肯定不同于气态产生的压力。气体在流体中的浓度不仅由压力决定，而且由气体的溶解度系数决定。亨利定律对此作出如下规定：溶解度系数随流体的不同而变化，与温度有关，溶解度与温度成反比。用浓度表示每单位体积水中溶解的气体体积，用大气压表示压力时，氧在体温下的溶解系数为： 0.024 mL O2/mL blood atm PO2。氧从周围的空气进入人体肺泡，并继续通过肺、毛细血管和静脉血进入全身动脉和毛细血管，然后它穿过组织间液和细胞内液体，到达过氧化物酶体、内质网和线粒体并产生耗氧。

高压氧（HBO）是指在高于地球表面海平面气压的情况下使用氧气，随着气压的上升，氧分压也随之上升，在HBO常用的1.5～ 2.5 ATA范围内，吸入空气氧分压也分别达到 239.4～394 mmHg，而吸入纯氧氧压可分别达到1053～1813 mmHg。众所周知，人体动脉PO2在O2扩散梯度的过程中扮演了重要的角色。同时，我们逐渐认识到提高氧分压对血红蛋白携带更多的氧帮助不大，而随着压力上升物理溶解的氧增加，常压下动脉血氧含量约20%（20ml/100ml）。如果在HBO常用的1.5～2.5 ATA范圍内，氧含量可增加到23%～25%，使物理溶解氧大幅增加，更有利于缺血缺氧组织的恢复。

近年来，较多学者研究认为，在体内氧气分子出现匮乏的时候，会使低氧诱导因子（HIF）降解受阻，HIF增多可增加缺氧组织氧供或降低氧耗，维持内环境稳定，但持续HIF的存在使体内糖酵解加强，线粒体代谢减弱，ATP合成下降，红细胞增多，血液增稠，血小板增多，血栓易形成。人体在高压氧舱中溶解在血液中的氧气会随着氧舱的压力增高而增加。换言之，人体由于各种原因引起的缺氧，在进入到高压氧舱内都能得到相应的补充。近年来，高压氧疗法这一古老的治疗方法己广泛应用于缺氧性疾病，如煤气、硫化氢、沼气等有害气体中毒，脑血栓、脑出血、脑外伤、神经炎、脉管炎和糖尿病坏疽等疾病，让临床上不少用常规方法难以治愈的痼疾得以治愈或好转。