臭氧治療安全性和有效性的研究進展

趙美一 王煥玲 劉金鋒

（哈爾濱醫科大學附屬第二醫院疼痛科，哈爾濱 150000）

臭氧由三個氧原子組成，是氧氣的同素異構體，在常溫、常壓下為無色、有特殊刺激性氣味的氣體。臭氧具有強氧化性，可消毒殺菌、氧化分解有機物。適當濃度和劑量的臭氧可與脂質等相互作用，產生可控的氧化應激作用，從而增加內源性抗氧化劑，增強局部血流灌注和氧供，調節炎癥反應和免疫反應，有助于治療多種疾病[1]。臭氧具有禁忌證少、價格低廉、感染等并發癥少見及可替代或減少激素使用等優點，已被廣泛應用于多種疾病的治療。然而目前臨床治療中使用臭氧的濃度、劑量、療程等缺少規范。由于臭氧的分子結構不穩定、氧化性強，可迅速與其他物質發生反應并使機體產生氧化應激等原因，臭氧使用不當會導致治療無效甚至產生毒副作用。近年國內外的一些學者對臭氧治療濃度，尤其是針對不同部位和組織的合理臭氧治療濃度與劑量進行了較為深入的研究。本文就臭氧的理化性質、治療作用、毒性作用及五種常用的治療方法進行綜述，期望為臭氧治療的安全性和有效性提供借鑒和幫助。

一、臭氧的理化性質

臭氧結構不穩定，常溫下易分解為氧氣，半衰期為16分鐘。臭氧常與自身或水發生短暫反應，對有機物具有很強的氧化能力。

1.臭氧的合成

天然臭氧主要存在于大氣平流層中，由大氣中的氧分子受太陽輻射形成。有研究發現，人的中性粒細胞可以結合胞內抗體催化生成三氧化二氫和臭氧等氧化劑，進而破壞微生物的細胞膜和殺死入侵的微生物[2]。臨床治療用臭氧是在特制的臭氧發生器中將純醫用氧氣通過高壓梯度（5～13 兆伏特）生成氧氣和臭氧的混合氣。

2.臭氧的分解

臭氧具有高水溶性，可被人體組織吸收并作為一種強氧化劑與其他物質迅速發生反應，使機體產生氧化應激反應。以在人體血漿組織中的分解代謝為例，臭氧可誘導短暫、緩和的氧化應激反應，激活相應的內源性級聯反應并釋放具有生物活性的底物。臭氧與多不飽和脂肪酸 (polyunsaturated fatty acids,PUFA) 和水反應產生過氧化氫 (hydrogen peroxide,H2O2) 等活性氧 (reactive oxygen species,ROS)，同時生成脂質臭氧氧化物(lipid ozonation products,LOPs)，包括脂氧自由基、氫過氧化物、丙二酰二酸、異脯氨酸、臭氧化烯類化合物以及4-羥基非烯醇等[2]。

二、臭氧的雙重作用

臭氧與NO、CO、H2S以及O2等氣體類似，可因其使用濃度、劑量、途徑和作用部位等不同而產生不同的生物作用，它既可以產生治療作用也可能引發毒副反應。新的研究發現早期接觸臭氧可降低缺血性卒中風險，使缺血性腦卒中發病率和死亡率下降[3]。但如果肺部、眼睛、鼻腔、皮膚與臭氧長期接觸也會產生損害。

1.臭氧的治療作用及其作用機制

臭氧可以氧化生物因子，包括氧化細胞因子和細胞因子受體使其失活；氧化炎癥和疼痛介質使其失活；氧化微生物而消毒殺菌。氧化產生的某些生物因子的副產物還可以作為信使作用于靶細胞，產生一系列反應。臭氧反應產生的ROS作用于紅細胞可增加氧氣釋放、改善氧供；作用于白細胞可調節免疫反應、抑制炎癥反應、抗炎鎮痛；作用于血小板可促進內分泌因子和生長因子的釋放。臭氧反應產生的LOPs作用于內皮細胞可提高NO釋放、舒張血管、改善血液循環，作用于骨髓可促進超優紅細胞合成、促進干細胞釋放，還可廣泛作用于其他器官提高這些器官的抗氧化酶活性、加速其清除氧自由基能力[4]。高濃度、過量的臭氧可以將糖類、酶、DNA和RNA等氧化和分解，可破壞細菌的細胞壁、病毒衣殼等結構[5]。因此，臭氧具有消毒殺菌、抗炎鎮痛、增強氧供及改善微循環等治療作用，目前已被廣泛應用于口腔疾病、慢性退行性疾病、慢性疼痛性疾病、創傷和燒傷等[6]。

2.臭氧的毒性作用及其作用機制

臭氧可以使機體合成有毒化合物，如過氧亞硝酸鹽、羥基自由基、次氯酸根。空氣中臭氧濃度不同產生的毒性效應也不同：例如當空氣中臭氧濃度為0.1百萬分體積比(parts per million by volume,ppmv)時會刺激人體上呼吸道和泌尿道；濃度為1.0～2.0 ppmv時可導致鼻炎、咳嗽、惡心、干嘔、哮喘；濃度為2.0～5.0 ppmv吸入10～20分鐘時會導致呼吸困難、支氣管痙攣、胸骨后疼痛；而臭氧濃度為10.0 ppmv時吸入4小時可致人死亡， 濃度為50.0 ppmv時吸入數分鐘即可致死[5]。Costanzo[7]指出臭氧氣體濃度、細胞骨架組織結構、線粒體活性和核轉錄水平等都會影響臭氧的治療效果，因此開始臭氧治療前應首先考慮不同組織的細胞學和細胞動力學特征。Hernandez-Zimbron等[8]發現臭氧不當使用（如不恰當的接觸臭氧）可誘導NF-κB、NADPH氧化酶等，增多炎性介質，導致細胞功能喪失、凋亡、自噬和壞死。Francis 等[9]提出長期接觸臭氧可導致慢性炎癥性疾病。最近的一項研究表明，臭氧有可能誘導DNA突變，從而使細胞癌變[10]。

綜上，臭氧的合理使用可誘導溫和的氧化應激反應，提高機體抗氧化能力，滅活炎癥因子、疼痛介質等有害物質，對機體有治療作用。而臭氧的不當使用會誘發過度的氧化反應，將靶細胞內原有的抗氧化酶消耗殆盡，產生有毒物質甚至誘導細胞壞死，對機體產生毒性作用。因此在使用臭氧治療時，臭氧的濃度、劑量、給藥途徑和作用部位應與靶細胞及機體抗氧化能力相適應。

三、常見的臭氧療法

根據濃度、劑量、給藥途徑和作用部位不同，臭氧可以產生治療作用或毒性作用。為提高臭氧治療的安全性和有效性，我們對臭氧自血療法、臭氧肌肉注射、臭氧局部骨關節腔注射、臭氧椎間孔及椎間盤內注射、臭氧皮下及皮內注射五種常用的臭氧治療進行了文獻總結。

1.臭氧自血療法

臭氧自血療法包括臭氧大自血療法和臭氧小自血療法。小自血療法應用于大自血療法發展成熟之前，即抽取靜脈血液5 ml 注入10 ml的注射器內，加入劑量為0.4 mg、體積為4 ml的臭氧氣體快速混合和后再肌肉注射，每周2次，可提高機體抗氧化能力，還可作為自身疫苗防治帶狀皰疹復發[4]。臭氧大自血療法一般取一定量(100～225 ml)的靜脈血，用3.8%檸檬酸鈉或20 IU/ml肝素處理后注入無菌的耐臭氧容器中，使靜脈血與同等體積的臭氧氣體接觸，輕柔混合5 min，再將臭氧化的血液緩慢（約15 min）回輸。臭氧的生理推薦劑量為每毫升血液10～80 μg，最常用的范圍是20～40 μg[4]。由于人體氧化還原系統效率高，生理劑量的臭氧僅使血漿等組織液的有效抗氧化能力輕度下降(不超過25%)并在20 min內完全恢復，紅細胞幾乎不會受到損害。溶血可忽略不計(0.4%～1.2%)，高鐵血紅蛋白仍保持正常，其他血細胞也未發現受損[5]。臭氧化的紅細胞內ATP和 2,3-DPG的水平增加，HbO2的解離曲線右移，可改善糖酵解作用，增加外周阻塞性動脈疾病的氧輸送，激活各種生物功能，抑制慢性氧化應激，改善血管功能和恢復胰島素及其他重要激素的分泌。還可以恢復內皮細胞中NO和氧氣循環平衡，維持正常的血供和氧供，減少炎性細胞因子的釋放。可治療包括糖尿病及其并發癥、晚期缺血性疾病、多發性硬化和與年齡相關性黃斑變性等多種慢性退行性疾病[1]。

2.臭氧肌肉注射

Bocci等[11]提出在突出椎間盤的椎旁肌肉注入濃度高于18 μg/ml的臭氧可緩解疼痛，濃度過低時無效，若初次使用濃度超過20 μg/ml會導致一過性的劇烈疼痛。經4～7次處理后，隨著疼痛閾值升高，臭氧濃度可謹慎增加，但不應超過30 μg/ml。近年來臭氧肌肉注射在國內廣泛應用，所用臭氧濃度較國外高。一篇關于大鼠骨骼肌機械性損傷的實驗研究顯示，分別使用不同濃度（20 μg/ml、40 μg/ml和60 μg/ml）的臭氧治療急性軟組織損傷，其中40 μg/ml臭氧能夠顯著抑制創傷產生的無菌性炎癥反應，對橫紋肌等急性損傷的修復效果最好[12]。通過比較兔骨骼肌損傷后骨骼肌病理形態學和血漿IL-6含量的變化，寇久社[13]發現臭氧濃度為30 μg/ml時修復受損骨骼肌的效果最好，濃度為50 μg/ml時可出現較重的繼發性損傷和炎癥反應。因此建議臭氧肌肉注射的最佳濃度為30～40 μg /ml。

3.臭氧骨關節腔內注射

目前國內外多在關節腔內注射透明質酸鈉(hyaluronic acid,HA)或臭氧來治療膝關節骨性關節炎。國外常使用臭氧濃度為20 μg/ml，每膝關節臭氧體積為10 ml，每周1 ～ 2次，注射3～8周不等[14,15]。研究表明腔內注射透明質酸和臭氧都能有效地改善關節功能和減輕局部疼痛，且兩種治療后效果相當，病人VAS和WOMAC評分在6個月長期隨訪中沒有明顯差異[16]。國內動物實驗指出醫用臭氧在治療犬骨性關節炎時，20 μg/ml時有治療作用，而30 μg/ml時可加重軟骨組織結構破壞[17]，臨床研究表明連續6周在膝關節腔內注入臭氧氣體（每周2次，體積為20 ml，濃度為20 μg/ml）聯合口服塞來昔布（每日1次，每次200 mg）和氨基葡萄糖（每日3次，每次240 mg）能顯著降低輕中度膝關節骨性關節炎病人的疼痛程度[18]。因此建議臭氧膝關節腔內注射的最佳濃度為20 μg/ml，體積為 10 ml，每周1～2次，每療程3周以上。

4.臭氧椎間孔及椎間盤內注射

在影像學引導下椎間盤內注射或椎間孔注射臭氧治療頸椎間盤突出癥和腰椎間盤突出癥取得了較好的療效。Kieran等[6]通過比較不同重量百分比(Weight Percent,wt%)的臭氧椎間盤內注射后間盤內組織學表現和抗炎反應，證實治療椎間盤突出癥理想的臭氧濃度為2 wt%（相當于30 μg/ml）。Braidy等[19]也證實臭氧盤內注射適宜濃度為30 μg/mL，劑量為3～10 ml。王家雙等[20]在CT引導下向椎間孔內每節段注入濃度為20 μg/ml的臭氧6 ml，使臭氧分布在硬膜外間隙、背根神經節和交感神經節區，有顯著鎮痛作用。但胡永勝等[21]通過比較在椎間盤（每節段10～15 ml）和神徑根旁（10～25 ml）注射不同濃度的臭氧治療椎間盤源性腰痛，推薦濃度為60 μg/ml。動物實驗發現超過60 μg/ml的高濃度臭氧鞘內注射可明顯損傷星形膠質細胞[22]，影響脊髓Bax、Bcl-2表達和損傷大鼠運動功能[23]。有病例報道臭氧椎間孔及椎間盤內注射術后病人出現頭痛和惡心，CT掃描證實顱內積氣[24]。因此為預防臭氧進入蛛網膜下隙對人體造成中樞毒性，建議使用臭氧濃度低于60 μg/ml（20～40 μg/ml較好），體積小于10 ml，并注意注射速度不宜過快。

5.臭氧皮下及皮內注射

Lamberto等[25]臨床研究表明肩胛背部慢性疼痛病人皮下注射臭氧具有抗痛覺過敏和鎮痛的作用，使用臭氧濃度為8～12 μg/ml，劑量為每點3～5 ml，總量為25～50 ml。有研究表明在皰疹皮損區痛點每周兩次皮下注射臭氧（濃度30 μg/ml，每點注射1～2 ml，總量低于20 ml）能增強神經阻滯治療皰疹后神經痛的療效，并減少阿片類藥物用量和治療費用[26]。國外動物實驗中皮下注射不同濃度的臭氧（10 μg/ml，20 μg/ml和30 μg/ml）來治療辣椒素誘導的炎癥反應，發現濃度為20 μg/ml時抗炎消腫效果最好，其主要機制為臭氧的反應產物ROS和LOPs分別作用于白細胞和內皮細胞，增強抗炎作用、改善血液循環、消除水腫[27]。另有動物實驗證明小鼠單次皮下注射臭氧可減少小鼠痛覺超敏，減弱額葉皮質星形膠質細胞促炎半胱天冬酶和IL-1β的過度表達，有助于治療神經病理性疼痛，但臭氧具體的濃度、劑量不詳[28]。綜上，臭氧皮下或皮內注射可治療軟組織炎性疼痛和神經病理性疼痛，治療軟組織疼痛時使用臭氧濃度應不超過20 μg/ml，每點注射3～5 ml；治療神經病理性疼痛時使用臭氧濃度30～35 μg/ml，每點注射1～2 ml。

四、總結與展望

由于臭氧具有價格低廉、操作簡便、感染等并發癥少和適用范圍廣等優點，近年來臭氧在國內外的研究和應用越來越廣，其給藥途徑、劑量、濃度等尚不統一。由于不同個體、不同組織本身的抗氧化能力存在差異，不恰當的臭氧應用會產生毒性作用，因此有必要對臭氧療法進行更細致、更深入的研究，增加和完善系統性、規范化的指南，以確保臭氧療法的安全性和有效性。