氧毒性 Pulmonary oxygen toxicity in awake dogs : metabolic and physiological effects
* Steven Mensack, VMD & Robert Murtaugh, DVM, MS
* 臨床科學系，塔夫茨大學獸醫學院，馬薩諸塞州北格拉夫頓
- 分子氧 (O2) 通過產生自由基表現出其毒性作用。如果動物吸入高濃度的吸入氧濃度 (FiO2)，自由基的增加會壓倒內源性抗氧化系統。根據輸送 O2 的大氣壓力，肺部或中樞神經系統可能會出現毒性的臨床症狀。在正常大氣壓條件下，肺是毒性表現的主要目標。臨床上，呼吸功增加、潮氣量減少和動靜脈分流增加是 O2 中毒的表現。雖然沒有治療方法，但正在研究幾種方法來改善與長期暴露於有毒 O2 濃度相關的病理變化。在治療方法可用之前，明智地限制接觸高 FiO2 是預防的關鍵。（作者摘要）

VIN總結

本文討論了長時間高濃度氧療的生化和病理生理作用。 討論了常壓和高壓毒性的影響、氧毒性的預防和治療以及對高氧濃度的耐受性。具體的細胞內和化學反應見全文。 

　

合理使用氧氣

使用補充氧氣 (O 2 ) 的適應症包括： 

· 為麻醉患者提供支持性護理。

· 在低氧血症期間增加血液中的O 2含量。

· 幫助慢性複雜傷口、急性外傷性軟組織損傷和嚴重皮膚傷口感染（高壓 [HBO] 治療）的癒合。 

　

氧氣運輸：正常

1. 循環系統和呼吸系統的主要目的是將 O 2從環境輸送到身體組織。

· 肺：O 2通過濃度梯度從肺泡擴散到血液中。

· 循環：O 2通過血液循環到組織。

· 組織：O 2沿濃度梯度擴散，用於細胞代謝。

2.進入組織 的 O 2量取決於：進入肺部的氧氣量、肺氣體交換的效率、流向組織的血流量以及血液攜帶O 2的能力。

· 血液中攜帶的O 2量正常：主要由血紅蛋白攜帶，血漿中含量極少。 

· 脈搏血氧飽和度估計血紅蛋白的O 2飽和度。（正常為 93 – 97%。）

· 歸因於 RBC 的血紅蛋白濃度可以通過血紅蛋白計測量或估計為測量的血細胞比容的1/3。（正常值為 15 毫克/分升。）

· 動脈血氣分析可以測量溶解在動脈血漿中的O2的分壓。（正常值為 85 – 105 毫米汞柱。）

· 在正常條件下，氧合血紅蛋白解離曲線的平台出現在正常的 O 2 (PO 2 )分壓為 70 mm Hg 時。

· PO 2（O 2分壓）高於此水平會導致血紅蛋白的 O2 飽和度增加最小。

· PO 2低於60 mm Hg對Hb的O 2飽和度的負面影響越來越大。

· 血紅蛋白結合O 2 的能力直接影響血液攜帶O 2到組織的能力。

· 受血液酸鹼度；體溫; 溶解在等離子體中的二氧化碳分壓 (PCO 2 )；和（在狗中）紅細胞碳水化合物 2,3-二磷酸甘油酸 (2,3-DPG) 的變化

· 體溫升高、PCO 2增加、血液pH 值降低和2,3-DPG 增加有利於 從Hb 分子中卸載O 2。這意味著血紅蛋白需要增加 PO 2才能結合特定量的O 2。

· 體溫降低、PCO 2降低、血液pH值升高和2,3-DPG降低有利於O 2 與血紅蛋白結合的親和力增加。這導致減少的 O 2輸送到組織。

 

補充氧氣治療的適應症

1. 預防低氧血症的治療。

  ·低氧血症是 動脈血中O 2張力相對不足；當 O 2的分壓低於 70 mm Hg 時，這一點更為重要。

低氧血症的原因 （這些並不相互排斥）

低通氣 （從環境到肺部的O 2輸送減少）

藥物（麻醉劑、巴比妥類藥物）

胸壁外傷

胸膜間隙疾病（氣胸、血胸、胸腔積液、膈疝）

中樞神經系統創傷

上呼吸道阻塞（異物、喉麻痺、水腫、腫瘤）

神經肌肉疾病（多發性神經根神經炎、重症肌無力）

彌散障礙（肺泡間隔增厚或血液通過肺毛細血管的時間縮短，阻礙了肺泡和血液之間氧氣的平衡 [肺水腫、肺纖維化]）

通氣/灌注不匹配（肺泡水平的血流不足以進行氣體交換，即使輸送了足夠的新鮮氣體，或者血流/氣體交換充足但新鮮氣體不足）。

肺不張

肺泡性肺炎

肺水腫

肺血栓栓塞

哮喘

動靜脈分流（肺通氣/灌注不匹配的極端形式，當肺血在返回循環之前繞過已通氣的肺組織時發生。

肺不張和肺葉實變（O 2可能有助於糾正）

動靜脈瘺（O 2可能有助於糾正）

右向左心內分流

低吸入氧濃度

高海拔

一氧化二氮的管理

毒素

一氧化碳

高鐵血紅蛋白

 

   ·缺氧是組織中O 2的相對缺乏，可由多種因素引起（包括低氧血症）。

2.嚴重貧血和出血急性，其中血紅蛋白的量減少，並且的溶氧的相對貢獻2 至整體ö 2在血液中含量較大，隨的治療。

· 嚴重貧血的治療需要更換血紅蛋白（紅細胞和/或攜帶O 2 的血漿相血紅蛋白溶液，如氧紅蛋白Ò）

· 如果患者還有低心輸出量、低血壓、體溫過高或細胞 O 2攝取問題，補充氧氣可能對上述情況無益。必須通過血管內容量擴張、正性肌力藥或升壓劑來糾正潛在的循環問題。

　

氧氣輸送

    · 基於所需的部分吸入 O 2 (FiO 2 )、患者的狀況和可用的設備。

    · 氣管插管（或氣管切開管）連接氧源可達到100% FiO 2。

·O 2通過面罩或伊麗莎白衣領正面用保鮮膜輸送，可達到60% FiO 2；一個合適的面罩和儲水袋可以達到接近 100% 的 FiO 2。

·鼻插管效力取決於 O 2 流速、患者耐受性和使用的插管數量（1 或 2），但可以達到高達 90% 的 FiO 2。

·氣管插管使用比鼻插管更低的流速，並且可以達到高達 80 – 90% 的 FiO 2。

·商業氧氣籠通常不超過 50% FiO 2。

　

高壓氧

患者被置於氧合室中，該室充滿 100% O 2，壓力大於海平面 1 個大氣壓  （760 毫米汞柱）。  通常，O 2在 2.0 – 2.4 atm (1520 – 1800 mm Hg) 下持續 40 – 60 分鐘 SID – BID。

      · 有助於治愈慢性複雜傷口、急性外傷性軟組織損傷和嚴重的皮膚傷口感染。 

· 血液攜帶的足夠的 O 2可能無法到達這些血液循環減少的區域。

· 高壓氧會增加血漿 O 2的量 （更容易擴散到組織中）。

· 增加對受損組織的O 2供應導致抗微生物作用增加、血管生成的誘導和傳播、血管收縮而沒有組織 O 2損失（防止水腫）和更少的組織氣泡。

· 可能有助於治療某些中毒（氰化物或一氧化碳中毒）。

 

氧代謝和有毒氧代謝物的產生

正常的細胞代謝涉及向 O 2分子添加 4 個單電子。在正常分壓 (100 mg Hg) 期間，95% 的分子將被還原為 H 2 0，5% 將被部分還原（有毒代謝物）。

   · 有毒代謝物對附近分子中的電子具有高親和力；這會導致分子的氧化損傷。

   · 有毒代謝物被稱為“自由基”（FRs）。

   · FRs 洩漏到細胞質中，然後從細胞中流出。FRs 會導致 O 2毒性中的大部分細胞損傷。

抗氧化系統——防禦機制

   · 細胞內酶系統：  超氧化物歧化酶 (SOD)、過氧化氫酶和穀胱甘肽過氧化物酶 (GPO)。  這些酶可防
    止 FR反應（由於 FR 數量減少）。

   · FR清除劑：一個-tocopheral（維生素E），抗壞血酸（維生素C），菸酸（維生素B 6），核黃素（維
   生素B 2），維生素A，和血漿蛋白。  這些通過接受選舉來阻止 FR 連鎖反應。

      · 當O 2濃度增加時，細胞內和細胞外防禦系統可能會被 O 2衍生的 FR數量增加所淹沒；這會導致細胞損傷增加

　

細胞氧損傷

FRs 攻擊細胞和組織的脂質、蛋白質和核酸。

  · 脂質（例如肺表面活性劑）與 FR 反應產生脂質過氧化物。

  ·脂質過氧化物導致膜通透性增加、表面活性劑失活和正常細胞酶過程的抑制，並可能損壞蛋白質和細胞內膜。

  ·與FR 反應的蛋白質導致蛋白質合成減少（由於核醣體翻譯的抑制）或形成的蛋白質的破壞（通過氧化過程）。

  ·這些反應最終導致細胞內酶和轉運蛋白失活；這會導致細胞代謝受損和細胞廢物的積累。

FRs 會導致 DNA 斷裂；它們還可以破壞用於修復或複制 DNA 的酶系統。

*最終結果是細胞死亡。

 

肺氧毒性

   ·肺是受高吸入氧分數 (FiO 2 )影響的主要器官。

   · 肺充當屏障，防止身體其他部分接受升高的 O 2濃度

   ·肺損傷的數量和類型取決於吸入的 O 2分數和暴露於高 O 2消耗的持續時間。

  ·造成的損害量和變化開始的時間，顯示了物種和個體的差異。

 

肺氧毒性的階段

1. 啟動

· 增加有毒氧 (O 2 ) 代謝物的產生

· 耗盡抗氧化劑（酶、維生素等）儲備

· 沒有肺損傷的證據

· 減少氣管粘液的流動，導致下呼吸道的碎屑清除減少，容易感染

· 該階段的長度與 輸送的O 2濃度成反比（在大鼠中，FiO 2為 100% 時為 1 天，FiO 2為 85% 時為 3 天，FiO 2為 60%時為 7 天。）

2. 炎症

· 破壞肺內皮內層

· 增加損傷部位的炎症介質

· 肺水腫的發展

3. 破壞

·肺內皮內層破壞的擴大（血小板積聚，然後是中性粒細胞積聚在肺脈管系統和間質中）

·釋放可溶性炎症介質

·與死亡率最相關的 O 2毒性階段

4. 擴散

·長時間暴露於低於 100% 的 O 2 濃度（60 – 85% 部分吸入氧濃度）後明顯

·剩餘毛細血管內皮細胞肥大

·單核細胞增多

·II型肺泡上皮細胞增多（它們分泌表面活性劑。）

5. 纖維化

·永久性肺損傷

·肺間質膠原沉積

·肺間質空間厚度增加

·間質纖維化增加

 

神經性氧中毒

中樞神經系統，尤其是大腦，會對過高的 O 2濃度（例如在高壓治療期間）產生不利反應。

   · 癲癇發作是這種毒性的最常見表現。

   ·假設機制

1.腦代謝減少導致g-氨基丁酸（GABA）減少。

2.產生的FRs導致細胞膜脂過氧化、酶系統失活和DNA變性；這種損傷的變化導致癲癇發作。

3.多酶系統活性降低。

  ·如果 HBO 誘發，在癲癇發作停止後將患者從腔室中取出。在癲癇發作的強直階段對患者進行減壓會使
    患者面臨空氣或氧栓塞的風險。

  ·在研究動物中觀察到的病理性 CNS 體徵可能包括白質壞死伴神經元固縮和色素沉著過度、細胞質空泡
    化、以及神經周圍神經膠質突起同時腫脹或神經細胞細胞質內的溶解和核分裂症。

  ·潛在的 HBO 患者不應發熱或酸中毒（可能誘發癲癇發作）； 治療前不應接受高濃度的 O 2（可能會增
    加癲癇發作或肺損傷的機會）；並且不應有癲癇發作史。

  ·在獸醫學中，HBO 療法尚未報告癲癇發作

 

治療、預防和耐受

管理 O 2毒性的主要方法是預防它。沒有治療可以逆轉毒性肺部變化。

預防包括：

  1.維持 與足夠的全身和組織氧合相容的最低吸入O 2分數濃度。

  2.如果需要以60% 或更高的FiO 2長時間通氣以維持全身氧合，則盡快以小增量降低吸入O 2的水平。（停止使用高濃度 O 2後監測數週，因為組織損傷可能需要很長時間才能部分消退。即使使用較低水平的給藥，永久性損傷可能仍然存在。）

  3.減少對有毒FiO 2 的需求。

·使用呼氣末正壓通氣 (PEEP) 或持續氣道正壓通氣 (CPAP)。這些系統可防止完全呼氣，使氣道保持開放肺泡大小增加，並保持更多的肺泡可用於氣體交換。

· 使用良好的醫療實踐。保持適當的鎮靜，糾正貧血，優化心輸出量，治療發燒/高熱，診斷和治療感染，提供適當的營養，並提供良好的護理。

 

補充O 2治療的需要應始終優先於對毒性作用的關注。應使用動脈血氣和脈搏血氧監測來指導O 2 給藥。  對狗和貓的安全給藥指南是從對其他物種的研究中推斷出來的。目前的建議是：使用 100% O 2 時長達 24 小時，使用60% O2長達 48 小時。


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