Clinical Application of Hyperbaric Oxygen Therapy

前　言

　　高壓氧治療（Hyperbaric oxygen therapy, HBOT）在國內長期以來一直被視為是潛水伕病（decompression illness）的專屬治療方式，加上設施──加壓艙（recompression chamber）泰半侷限於軍方相關單位，因此其對身體生理機能的影響及特殊的治療作用，始終隱身於一道簾幕之後，少人知曉。近年來隨著替代醫學（alternative medicine）的大行之道，高壓氧治療也乘著潮流出現在主流醫學的舞台上。透過巧妙的商業包裝，高壓氧治療的效用似乎是無所不能，副作用絕少。然而真相是否如此，卻少見主流醫學界人士客觀地審視、評論。因此我們試著從高壓氧治療的歷史源流出發，將高壓氧治療的原理、臨床應用及治療對病人可能造成的影響作一迅速的瀏覽。

定　義

　　高壓（hyperbaric）是指高於海平面大氣壓（1 atmosphere absolute,一大氣壓 = 760 mmHg；1 ATA）的壓力，任何人曝露在大於1大氣壓的環境中我們就稱他處於一個高壓環境。顧名思義，高壓氧治療就是在高壓環境中供給病人高於正常大氣環境氧分壓（PaO2＝0.21 ATA）的氧氣治療。

歷史沿革

　　高壓醫學在歷史上很早就已出現，甚至在氧氣被發現之前（1775年），早在西元1662年時，英國醫師Henshaw製造了一個稱作〝domicilium〞[1]的隔艙（chamber）將病人置於其中，而後利用〝高壓〞空氣來治療急性病，〝低壓〞空氣來治療慢性病。當然，這種治療是出自憑空的想像而沒有任何科學根據的。直到西元1878年，法國生理學家Paul Bert根據他對減壓病（decompression illness）的長期研究，發表了著名的〝La Pression Barometridre〞（Barometric pressure）報告，闡述了在高壓環境中氧／氮氣的麻醉效果，氣泡形成在減壓病中所扮演的角色以及高壓環境中植物的生長狀況，以此為開端，高壓醫學總算被承認為是一種科學研究而不再是一種異端邪說。Paul Bert也是第一個觀察到在高壓環境下氧氣毒性能使人發生痙攣的學者（Paul Bert effect），由於他的傑出成就，後代的學者遂尊稱他為〝壓力生理學之父〞。

典型的多隔間（multiple chamber）高壓氧艙，注意人可依不同的需求及狀況給予適當的氧氣治療。工作人員可透過交通艙（personnel lock）進出，而不必中斷病人治療。傳送艙（transfer lock）可用來傳遞藥物、食物或其他必需品。

高壓環境對組織氧氣供應的影響

　　當人類進行呼吸時，大氣中的氧氣通過肺泡的氣體交換，而後由血液送到周邊組織。以下的公式，相信大家並不陌生：

　　CaO2：動脈中血氧含量（ml）

　　Hb：血紅素比值（gm/dl）

　　SaO2：動脈中血氧飽和度（%）

　　PaO2：動脈中血氧分壓（mmHg）

　　(1)為血液中血紅素的氧合能力。在正常人（Hb: 15 gm/dl）血紅素完全飽和（SaO2 100%）時每100 ml的血約可攜氧20 ml。

　　(2)為氧氣在血清（plasma）中的溶解度，在正常環境（1 ATA）中，動脈血的氧分壓（表二）只有100 mmHg左右，因此每100 ml血只能溶氧0.3 ml，即使是吸入純氧，這部分的攜氧力仍然只有2 ml左右（2 vol%）。

　　但是，若我們將環境壓力提高到3 ATA，此時血漿中的攜氧力將可達到6 vol%，這已經超過了正常組織的氧氣萃取率（5 vol%）。易言之，即使血液循環不佳，紅血球不足或不易到達的組織末梢，只要仍有一定的體液灌流，則組織的氧合需求仍可滿足，而且這種攜氧力和環境壓力變化的關係是呈線性的，理論上可無限地提高血清攜氧力──假定不考慮氧毒性的存在時。事實上在1960年時Boerema等人就曾將在高壓環境下將實驗動物（豬）的血紅素降到0.5 gm/dl而不產生心、腦的的缺血症狀。Hart等人也曾成功地使用高壓氣艙轉運極度貧血病患（1974）或維持無法立刻輸血的大量失血病患的生命（1987）。〝A life without blood〞不再只是空想──雖然只是短暫的。

當所有血紅素都已飽和時，只有血清溶氧力仍能可隨氧分壓上昇而上昇，理論上在10ATA下血清溶氧力即可和血紅素溶氧力相等。

高壓氧的生理作用

　　在高環境壓力下，氣體的密度上昇，因此病人呼吸所耗費的功增加，最大換氣量（maximal ventilation volume）下降，氣道尖端吸氣壓（peak inspiratory pressure）上昇。但除非病人原先即有慢性肺疾或呼吸道狹窄，否則問題並不嚴重。病人的每分鐘平均換氣量多數都會昇高，除了前述呼吸功增加的原因外，正常環境下病人靜脈非氧合血紅素（deoxygenate hemoglobin）所攜帶的二氧化碳（約0.4 mmol），因血紅素的過度飽和而釋放到血中（約5 mmHg），造成酸血症。此外，病人普遍有前微血管（pre-capillacy）收縮的情形，因而產生反應性心搏過慢（reflex bradycardia）、心輸出量減少及周邊血管阻力上昇的表現。

　　但是，儘管血管收縮，組織灌流減少，但實際上周邊組織氧氣供應量卻是上昇了（4倍以上），這是因為血清溶氧量增加的關係（理由前已敘述）。此外，血管的收縮並非全無益處。在組織損傷、灌流不足時，損傷擴散細胞經常處於水腫狀態，使得氧氣到達需要地區的距離（intercapillary diffusion distance）增加，而使位處遠端，未損傷細胞的氧氣供應也受到影響。而在高壓氧環境下，除了高氧氣分壓所造成的供應趨力（delivery drive）增加之外，血管收縮進一步限制了水腫的繼續形成，因而減少了擴散距離，使得遠端細胞的氧氣供應較不受影響，而得以存活，這在燒燙傷病患及腦中風、周邊血循不良患者的治療上別具意義。

　　高壓氧對於細菌感染也有特別的效果。早在60年代初，McAllister等人就發現高壓氧具有抑菌（bacteriostasis）效果，特別是厭氧菌。此外，中性球的殺菌力，特別是吞噬細菌後的酵素溶菌作用（lysoenzyme reaction）所需的〝respiratory burst〞往往取決於組織氧氣分子的可用度。而高壓氧正可滿足這個需求，這在處理組織灌流不足、癒合差的所謂〝難癒傷口〞上頗有價值。此外，傷口癒合時，無論是結締組織細胞（fibroblast）或是刺激結締組織細胞生成的〝巨噬細胞衍生生長因子〞（Macrophage derived growth factor, MDGF），膠原纖維（collagen fiber）的累積，或是血管新生（neovasculization）都需要一定濃度的氧分壓（30~40 mmHg），有些報告甚至認為需要50~100 mmHg。如果沒有足夠的氧氣供應（特別是傷口中心部），傷口往往不能癒合。因此，高壓氧治療在種種因組織灌流不良、厭氧菌或是頑固慢性感染傷口如糖尿病足、骨髓膜炎、植皮、骨壞死的活躍是可以想見的。但在此我們必須強調，高壓氧治療只是一種輔助性的角色，它並不能取代擴創術或抗生素的地位。唯有合併運用才能達到最大的治療效果。

　　組織缺氧固然會造成傷害，但如果組織灌流在缺氧一段時間後突然回復，則會造成另一種傷害──再灌流傷害，它的機轉被認為和細胞毒性氧合物（cytotoxic oxygenate）有關，而這些氧合物的形成和中性球附著到受損傷的內皮細胞上而活化有關。中性球的附著則被認為和一種β2-integrin有關，而高壓氧恰能有效的抑制β2-integrin的活性，減少中性球的附著而降低再灌流傷害。這種保護作用的存在使臨床醫師產生了合併使用HBOT及rt-PA治療急性心肌梗塞的靈感。在Ellestad及Hart 1994年發表於〝美國心臟醫學雜誌〞（American Heart Journal）上的〝Hot Ml study〞結果顯示，同時接受HBOT及rt-PA的病人比起只接受rt-PA的病人，他們的胸痛較快緩解，S-T節段上昇的回復速率較快以及較低的CPK尖峰值。而其他學者的研究也指出，HBOT能提高缺血而〝冬眠〞（hibernation）的心肌收縮力。

高壓氧治療的副作用

　　首先要討論的就是氧氣在高壓環境下對身體組織所造成的毒性，其中以肺、中樞神經及眼睛最為明顯：

一、肺毒性

　　早在1899年，Smith L.V.就發現氧氣能對肺造成發炎的傷害，而Paul Bert是第一個發現氧氣在高壓環境下對肺所造成的傷害比起正常環境下要來得更快、更嚴重。根據現在的研究顯示，這種傷害可能來自於氧氣自由基（oxygen free radical）的形成。比較輕的症狀有氣管粘膜的刺激，引起咳嗽、胸痛，嚴重的可造成肺活量下降，肺泡─動脈氧分壓差值（A-a DO2）上昇，甚至不可逆的肺纖維化。個體對氧毒性的耐受性主要與曝露時間、壓力有關，但其他因素如潛水員（為方便溝通，並使病患／醫療人員意識到〝壓力〞的存在，只要進入加壓艙並曝露在高壓環境下的人員都統稱為潛水員，儘管他可能根本沒接觸到水）的活動量、血中Cathecholamine、腎臟腺皮質酮濃度也有影響。一般說來，症狀在2ATA的氧分壓下3至6小時即可出現。但這是指一次曝露而言，實際上氧氣的肺毒性具有蓄積性。因此為了使病人得到HBOT的最大效益，並減少氧氣的肺傷害，Clark及Lambert等人發展出〝單位肺毒性劑量〞（UPTD, unit pulmonary toxic dose）的觀念：

P = PO2 in ATA

m = -1.2

t = exposure time in minutes

美國海軍減壓治療表第六號(USN-TT6)，這是減壓病治療的標準模式。一個療程約285分鐘，UPTD約為641 (2% △VC)

A是一般常用的治療計畫表，使用在慢性疾病（如骨壞死）時，將病人置於2大氣壓（ATA）下2小時。B是杜克大學針對梭孢桿菌肌壞死(clostridial myonecrosis)的治療計畫表，將病人置於3.06大氣壓（ATA）下85分鐘，而後慢慢地上昇到1.3大氣壓（ATA）下作減壓停留(decomp-ression stop)，此停留對陪壓員(tenders)十分重要，因為他們在高壓環境下所吸的氣體只是一般空氣，在上昇時有患減壓病的危險。

比較在2大氣壓（ATA）下連續吸入純氧(continuous)及每20分鐘休息5分鐘（改吸一般空氣）的人其△VC變化，可見前者△VC較快。

二、中樞神經毒性

　　根據Donald的研究，氧氣的中樞神經毒性大多發在氧分壓2 ATA以上，典型的症狀包括焦慮、行為異常、冒汗、噁心、唇部及臉部肌肉抽動（最常見）、視野／聽力劣化、眩暈、甚至痙攣，痙攣是最嚴重的情形，若無及時處置可能導致死亡。研究報告指出，二氧化碳的蓄積、高溫、敗血症或是高劑量的盤尼西林治療均會降低痙攣的閥值，因此病人若有癲癇的病史或是產生痙攣的危險因子，應在治療前接受仔細的評估。

三、對視力的影響

　　約有20~40%的病人在接受HBOT後會產生可逆性近視（myopia），尤其是老年人[24]，白內障惡化也可能會發生，雖然嬰兒的晶狀體後纖維增生（retrolental fibroplasia）在長期接受氧氣治療後發生率會上昇（約25%），但研究報告指出孕婦接受HBOT治療後其嬰兒發生晶狀體後纖維增生的比率比起對照組並沒有顯著的上昇。

　　其它和高壓氧治療有關的常見副作用有中耳／肺擠壓（middle ear / lung sequeeze）效應。在治療開始，下潛（descend）過程中，如果病人無法平衡中耳內外壓力，則鼓膜，甚至圓／卵圓窗可能會破裂。一般來說，中耳平衡可透過瓦沙爾氏動作（Valsalva maneuver）或是吞嚥動作來達成，但有時病人太緊張，或是技術人員操作不當（下潛太快），則傷害仍會產生。如果病人需要接受長時間治療（如飽和潛水（saturation diving）造成的減壓症）或是處於昏迷狀態，則鼓膜穿孔術（myringotomy）可能要在開始治療前施行。如果病人有慢性阻塞性肺病，或是太過緊張而憋氣（breath hold）則產生肺擠壓的傷害（如氣胸、胸縱隔氣腫）的可能性就會昇高，但是根據DAN（Diver alert network，總部設於美國杜克大學JG Hall的潛水醫學中心）的統計，因為高壓氧造成的肺擠壓傷害十分罕見。

　　最後要討論的一個副作用，也是經常被忽略的，就是高壓氧治療對陪壓員（tender）的影響。在病人第一次進入高壓氧艙，或是有幽閉恐懼症（claustrophia）、或其他精神／神經症狀患者，往往在需要陪壓員的照顧，陪壓員可能是護士、或是家屬或是潛水醫官（Diving medical officer, DMO），一般而言，他們的健康情形良好。他們可能遭遇的問題和病患的主要的不同點在於，他們在高壓艙內所吸的氣體常為艙內的加壓氣體（ambient air），而不是純氧，因此，他們的主要危險並不是氧氣毒性，而是氮醉（nitrogen or inert gas narcosis）及減壓病。在前面我們說過，所有曝露在高壓環境下的人員都算是潛水員，因此陪壓員必須嚴格遵守美國海軍空氣潛水減壓表的規定，密切注意自己的免減壓極限。如果在治療結束後要搭乘飛機，也應遵守美國海軍潛水手冊或DAN的建議，以策安全。

高壓氧治療的適應症

　　除了與潛水有關的減壓病及空氣栓塞症外，到底那些疾病〝必須〞要使用高壓氧來治療並無定議，表一是美國海底及高壓氧醫學會（Undersea & Hyperbaric Medical Society, UHMS）最近一次（1996年）修訂的適應症一覽表，在這些情況下使用HBOT來治療病人，應不致引起爭議，然而現實的情形是，許多擁有高壓氧艙的機構，卻以〝抗老化〞、〝美容〞、〝減肥〞，甚至有治療〝愛滋病〞、〝多發性硬化症〞的驚人宣布。而在國內，最為人熟知的例子就是〝國際巨星麥克傑克遜也用高壓氧治療來抗老化〞，到底高壓氧治療有沒有這麼神奇的能力呢？在以下的篇幅，我們將試著檢視它們的科學依據。

一、減壓症

　　傳統上很多人都稱它是〝潛水伕病〞，久而久之，反而造成一種誤解，以為只有潛水的人才會得到，但事實上只要〝因環境壓力的變化，使身體組織吸收的惰性氣體（inert gas，通常是大氣中的氮）、過飽和（supersaturation）因而在血液循環中產生氣泡，阻礙循環，產生症狀〞，我們就可以稱它是減壓病。在歷史上，非潛水而造成減壓病的最有名例子就是19世紀時紐約布魯克林橋（Brooklyn bridge）工程因使用高壓氣體防止沉箱（caission）漏水而造成的〝Bends〞，工人因異常減壓情形而導致多人飽受疼痛的煎熬[28]，而在百年之後的台灣，也出現了捷運工人因不當施工而造成多人殘廢的悲劇。另一個值得注意的高危險群就是隨著經濟繁榮日益增加休閒／運動潛水員（recreational / sports divers），以國人普遍對減壓病認識不足的情形來看，相信病例會越來越多。在這一族群中有另一容易和減壓病混淆的疾病就是空氣栓塞症，它的臨床表現和減壓病十分類似，但通常是因肺部積聚的氣體在上升或減壓時因憋氣而破裂到間質或血液循環中，通常在潛水員回到水面幾分鐘內發生，並無減壓病可於數小時甚至一天後發病的情形。

二、一氧化碳／氰化物中毒

　　氧氣，尤其是高壓氧氣有助於血中COHb的排除是無庸置疑的，但到底那些病人是真的需要它呢？這裡有一個很大的問題就是高壓氧艙還不是一個很普及的東西，如果一氧化碳的毒性只和COHb的濃度相關，病人花在轉運的時間可能長到在進艙前COHb就測不到了。但是否如此呢？根據最近的研究結果顯示，很多一氧化碳中毒的病人在血中COHb已經低到無法測量的幾天甚至幾星期後都還有一些神經／精神症狀如無法專心、健忘的殘留，稱為〝delayed neurologic sequelae syndrome〞（DNSS），這些症狀不只和CO曝露劑量有關，也和曝露的時間有關；而且很可能和CO引起β2-integrin活化，促成中性球聚集，干擾細胞色素P450有關。而HBOT對於此種DNSS則十分有效（Thom et al, 1995），但我們是否應將所有（或疑似）一氧化碳中毒的病人擺到高壓氧艙呢？目前的共識是：如果病人失去意識，並且仍處於中毒後6小時內，或COHb＞25~30%（不管有無症狀）、懷孕婦女COHb＞15%或心臟功能異常者都應接受HBOT的治療。氰化物等常和一氧化碳中毒一起發生（如火災），HBOT則是唯一能改善因氰化物干擾細胞色素A3氧化𡓨（cytochrome A3 oxidne）所造成組織缺氧的治療方式[30-31]。

三、傷口癒合

　　其機轉已在前面敘述過。在此要再強調的是它並不能取代擴創術或抗生素，而且療程很長（往往超過30次）。

四、心肌缺血／梗塞

　　其機轉亦於前面討論過了，高壓氧治療在這方面的運用主要是侷限於重症病人在高壓艙中的治療，監視均須特別處置，這些額外的花費及病人所冒的風險是否值得仍有待評估。

五、高危險群病人施行麻醉或外科手術時的氧合功能支持

　　在一些血氧合能力很差的病人有時仍會需要接受侵入性的檢查／治療，此時高壓氧艙可用於病人的搬運，甚至只要空間夠大，經過特殊的規劃、設計後，在高壓氧艙內動手術也是可行的。主要的問題仍然是經濟效益方面的考量。

六、一些〝非正規〞的運用

　　高壓氧治療近年來在美國／歐洲蔚於風潮，很多難治的疾病如愛滋病、老年痴呆症、中風等都有聲稱〝有效〞的報告。作者們手邊是有一本〝Hyperbaric oxygen therapy〞（Richard A. Neubauer / Mortia Walker, Avery, 1998），裡面就記載很多這類的報告，但詳細檢視後，發現大多〝有效〞的報告均是病人〝主觀〞的陳述，缺乏對照組，理論根據多只是〝ischemia→HBOT→improvement〞，說服力並不高。頭部外傷所引起之腦水腫，缺血（penumbra phenomenon）為HBOT的適應症在UHMS已有共識，但若以結果來看，則難以令人滿意。Rockswold在1994年發表84例腦外傷病患以HBOT治療（對照組84例）發現HBOT雖然能使病人的生存率提高（83% vs 68%），但功能恢復上則無差異。以此觀之，某些機構所聲稱HBOT對腦中風的〝復健〞效果是否有統計學上的意義，仍有待評估。另一令人感到好奇的是高壓氧是否有〝抗老化〞的作用？在替代醫學的圈子裡，〝自由基形成〞往往被視為〝老化〞的元凶，而高壓氧所造成的氧毒性，普遍被認為與〝過多的氧自由基形成〞有關。而動物實驗的結果也證明，同時使用抗氧化劑、glutathione、Vit E可以延緩或減輕氧毒性。由此看來，高壓氧似乎不但不能抗老化，反而會加速老化。然而Thom及Elbuker等人的實驗（1991）卻提出，HBOT〝可能〞會促進〝自由基燃燒〞（quenching radicals）並減輕脂質的過氧化作用及細胞損傷。因此，由於並無絕對的證據支持或反對高壓氧在抗老化上所扮演的角色，我們並不鼓勵病人接受以抗老化為前提的高壓氧治療。至於，高壓氧治療是否能減肥，在理論上是可能的（促進氧合作用，提高代謝率，在加壓／減壓過程的溫差變化有如洗三溫暖，有脫水作用），但是否有必要捨不花錢（或少花錢）的飲食控制／運動的方式而使用昂貴、可能有危險的高壓氧治療，其理甚明。

高壓氧的治療方式

　　在減壓病／空氣栓塞症方面，美國海軍的treatment table 5及6 (A)（TT5 / TT6 (A)）仍是目前的標準治療（圖三）模式，至於其他疾病的應用，則無定論。一般是傾向使用較低的壓力及較短的時間，大約是2-2.5 ATA，90-120 mins。圖四是杜克大學所發展的一個治療表，而美國高壓氧醫學會（ACHM, American College of Hyperbaric Medicine）於1995年出版的〝preferred practice protocols〞是近年來許多專家治療經驗的共識，頗值得參考。

高壓氧治療的禁忌

　　嚴格的說，並沒有絕對的禁忌症，除了未經治療的氣胸之外。但經過胸管放置後，這些病人仍可以安全地接受治療。潛水醫官（DMO）有義務在將病人送入高壓氧艙前仔細地評估病人，詳閱胸部X光片，找出可能存在的慢性肺疾，並評估這些病灶在高壓氧環境下可能的危險。他應詳細說明病人即將面對的情況，確定病人能作好中耳平衡，如病人有過度焦慮或可疑的精神／神經症狀，則應安排陪壓員。由於過度活動、高溫、二氧化碳，均能增加氧毒性，降低痙攣的閥值，病人在接受治療時最好能安靜不動，並選擇性地在治療前給予抗癲癇藥物。此外，doxorubin對心臟的毒性在高壓氧的環境下會增加，因此在接受doxorubin化學治療後的一週內最好不要安排病人接受HBOT。

結　語

　　比起其他的醫學門流，高壓氧醫學是相當年輕的一門學問。無論是理論基礎或是臨床運用都還充滿著許多的不確定性，因此，每一位從事高壓氧治療的臨床工作者的經驗、觀察所得都可能帶來新的刺激及思考方向。在台灣隨著高壓氣艙的製造技術的引入，現在高壓氧治療不再只侷限於軍方醫院或少數醫學中心，而逐漸普及到地區醫院之間。相信在所有同好的努力之下，台灣的高壓氧醫學一定可以快速的蓬勃發展起來。