高圧酸素療法は酸素毒性を引き起こす可能性がありますか?

著者: 劉亜玲 首都医科大学北京天壇病院

査読者: 中国リハビリテーション研究センター副主任医師、Du Juan

高圧酸素療法は酸素毒性を引き起こす可能性がありますか?これは、多くの臨床医療スタッフ、高圧酸素療法を受けている患者、およびその家族にとって大きな懸念事項です。

1. 高圧酸素の高圧とはどのくらいですか?

高圧酸素の高圧は常圧に相対します。常圧は1標準大気圧です。一般的に、海面での標準大気圧（0℃）の気圧は1標準大気圧と呼ばれ、760 mmHgとなります。気圧は高度によって変化します。チベットのように標高が高い場所では気圧が低くなります。チベットは標高が高く気圧が低い場所です。海面下では気圧が高くなります。北京の平均標高は40メートル以上です。我々が生活している環境は、だいたい１気圧、つまり常圧だと考えられており、これより高い圧力は高圧になります。もちろん、気圧も温度の変化に関係しています。私たちの生活でよく使われる圧力鍋は、温度上昇によって作り出される高圧環境を利用しています。

2. 高圧酸素と高圧酸素療法は同じですか?

高圧酸素療法と高圧酸素療法は「治療」という言葉が違うだけですが、その意味は大きく異なります。高圧酸素は比較的広い概念です。 1絶対気圧（ATA）を超える環境で酸素を吸入する場合は、高圧酸素と呼ぶことができます。理論上、その下限圧力は 1ATA です。圧力の上限は無限大になる場合があります。しかし、高圧酸素療法では、周囲の気圧と酸素吸入時間に関して非常に厳しい要件があります。 2003 年にはすでに、米国水中高圧医学会は、臨床治療で使用される高圧酸素の最大投与量を 3ATA で 2 時間に制限することを推奨していました (特殊な疾患を除く)。これを超える高圧酸素投与は酸素中毒を引き起こす可能性があります。

3. 高圧酸素療法のプロセス

高圧酸素室は、高圧に耐えられる巨大な密閉金属製のキャビンで、外部から常圧の空気を継続的に送り込むことができます。金属製キャビンは耐圧性があるため、内部のガスの容積は比較的一定です。車室内のガス量が増加し続けると、車室内のガス圧が上昇し続け、車室内に高圧が発生します。高圧酸素療法中、患者は高圧酸素室内で加圧、圧力安定化酸素吸入、減圧の 3 つの段階を経る必要があります。

（患者が座ったまま酸素を吸入できる高圧酸素室）

図1 著作権画像、転載禁止

加圧段階とは、患者が客室に入り、高圧酸素客室のドアが閉まった後、客室内の気圧が常圧から目標の高圧まで徐々に上昇する過程を指します。加圧時間は通常15〜30分です。この段階では、患者が呼吸するガスは、キャビン内の気圧が均一に上昇する圧縮空気です。

圧力安定化段階とは、患者が目標の高圧で 100% 純酸素を断続的または連続的に吸入するプロセスを指し、約 50 分から 1 時間続きます。

減圧段階とは、機内の気圧を目標の高圧から常圧まで下げるプロセスを指し、通常は 15 ～ 30 分かかります。このプロセスの間、キャビン内の気圧が低下し続けるため、患者は圧縮空気を吸います。減圧が完了すると、キャビンのドアが開かれ、患者はキャビンから出ます。高圧酸素療法の全プロセスが終了しました。

IV.過去の酸素中毒事件

酸素中毒は140年以上研究されてきました。 1878 年、フランスの生理学者ポール・バートは、15 ～ 20 ATA の気圧下でヒバリが痙攣を起こしててんかん症状を起こすことを初めて説明しました。これはポール・バート効果と呼ばれます。彼はこれが酸素中毒による脳組織の損傷の現れであると信じた。

その後まもなく、1899年にJ・ロレイン・スミスは、常圧下で4日間73%の酸素を吸入したネズミが致命的な肺炎を発症することを発見しました。これはスミス効果と呼ばれ、酸素中毒によって引き起こされる肺の損傷の現れです。

その後、科学者は酸素中毒によって引き起こされる臓器の損傷の部位に応じて、酸素中毒を中枢性、肺性、眼性、溶血性の4種類に分類しました。対応する損傷部位は、脳組織、肺、目、血液系です。

以上の経緯から、高圧環境でも常圧環境でも酸素中毒が発生する可能性があることは容易に理解できます。酸素中毒による脳組織の損傷は、短期間の高圧環境（気圧が通常の圧力の 3 倍以上）でより一般的に発生します。酸素中毒による肺組織や目の損傷は、常圧環境で高濃度酸素を長時間吸入した場合に起こりやすくなります。

5. どのような状況で酸素中毒が発生しますか?

これは人体の酸化システムと抗酸化システムの間の不均衡に関係しています。通常の圧力下では、体内の酸化システムと抗酸化システムは動的なバランスを保ち、健康な状態を維持します。簡単に言うと、人体は酸素を吸い込んだ後、酸素代謝によって活性酸素などの酸化作用を持つ一連の物質が生成され、これを酸化システムと呼びます。活性酸素種の正常なレベルは、細胞シグナル伝達と人体機能の維持に重要な役割を果たします。しかし、活性酸素のレベルが異常に増加すると、細胞構造に重大な損傷を引き起こします。もちろん、人間の体にも活性酵素を含む抗酸化システムが備わっています。高圧酸素環境で酸素を吸入すると、人体の最初の生理反応として活性酸素などの酸化物質が増加し、続いて抗酸化能を持つ体内の活性酵素が働き始めます。従来の高圧酸素療法では、酸化システムと抗酸化システムは動的なバランスを達成できます。気圧が高すぎたり、酸素吸入時間が長すぎると、生成される活性酸素の量が体内の抗酸化システムの除去能力を超え、酸化システムと抗酸化システムのバランスが崩れ、組織や臓器に損傷を与えます。これが酸素毒性が発生する理由です。

6. 高圧酸素療法は酸素中毒を引き起こしますか?

科学的研究によると、酸素中毒の発生は周囲の気圧、酸素濃度、人体の酸素吸入時間と密接に関係しています。酸素中毒による脳組織の損傷によって起こるポール・バート効果にせよ、肺の損傷によって起こるスミス効果にせよ、わが国のさまざまな病院における患者の臨床治療において、上記のような気圧、酸素濃度、酸素吸入時間が再現されることはまずなく、酸素中毒はほとんど発生しないであろう。それにもかかわらず、科学者や高圧酸素の専門家は、酸素中毒に対して依然として厳格かつ慎重な態度を保っています。これが、高圧酸素療法の投与量が 3ATA 2 時間に厳密に制限されている重要な理由です。この限られた範囲では、酸素中毒により脳組織に損傷が生じるのに必要な通常の圧力の数倍、あるいは数十倍もの気圧には達しませんし、肺や眼のタイプの酸素中毒に必要な数日間の高濃度酸素吸入時間にも達しません。したがって、臨床的に酸素中毒が発生することはほとんどありません。

（患者が仰向けで酸素を吸入するための高圧酸素室）

図2 著作権画像、転載禁止

国内の高圧酸素療法プランには通常、1 時間の連続または断続的な酸素吸入で 1.6～2.8ATA が含まれます。酸素吸入の目標圧力と持続時間は、アメリカ潜水・高圧医学会が推奨する2時間の3ATAよりも低いため、酸素中毒の可能性が低くなります。高圧酸素療法の計画、患者、酸素吸入装置の不一致により、高圧酸素中毒の発生率は 1 万人に 1 人から 1 万人に 9 人の間で変動します。

高圧酸素療法における酸素毒性の発生率は極めて低いですが、それでも注意を怠ってはなりません。酸素中毒による脳組織の損傷は、顔面や手足の筋肉の震え、手足の衰弱、手足のけいれんなどの症状として現れることがあります。酸素中毒による肺の損傷は、主に胸痛や刺激性の乾いた咳などの症状として現れます。もちろん、上記の症状は特定のものではなく、他の原因によって発生する可能性もあります。これには、高圧酸素の専門家が患者の状態と治療計画に基づいてそれらを慎重に特定することが必要です。

したがって、高圧酸素療法が酸素中毒を引き起こす可能性があるかどうかについての結論は次のとおりです。第一に、高圧酸素は、過度に高い空気圧と過度に長い酸素吸入時間の条件下では酸素中毒を引き起こす可能性があります。第二に、現在の一般的な国内の高圧酸素療法では、酸素中毒は一般的に発生しません。