高压氧与恶性肿瘤
20世纪50年代，高压氧（Hyperbaric oxygen ,HBO）作为辅助手段应用于头颈部肿瘤和宫颈癌的放疗病人。此后人们就高压氧治疗与癌症的关系进行了一些研究。大半个世纪以来，尽管有一些新的进展，但在人们心中存在的疑虑和困惑并没解决。本文对此作一简述。
一．高压氧与肿瘤的基础研究
高压氧可以增强癌细胞对放、化疗的敏感性已得到公认。理论上认为癌组织缺氧时对化、放疗的敏感性降低，且其恶性行为增加。高压氧可增加癌组织内的氧及自由基，化、放疗杀死癌细胞依赖氧自由基。另外高压氧增敏化、放疗的机制还与高压氧改变细胞周期有关。所以高压氧被定为可辅助放、化疗应用于恶性肿瘤。关于高压氧是促进肿瘤生长还是抑制肿瘤生长还存在分歧，为谨慎起见，至目前为止高压氧定为恶性肿瘤的相对禁忌证尚无人提出将其取消。
（一）肿瘤与乏氧
许多临床试验证明实体瘤内存在乏氧 。Takaaki Beppu 等在不同条件下对胶质瘤组织中氧分压的变化进行了研究[ 1 ] 。他们在局麻下通过CT 导引的立体定向外科技术将克拉克电极(Disposable Clarktype elect rodes) 插入且留置在肿瘤内和肿瘤的周边, 结果发现肿瘤周边的氧分压无论在病人清醒还是睡眠状态下均明显的高于肿瘤内部。吸空气时,两者最大平均氧分压分别为( 15.8±11. 2) mmHg 和（9.2 ±7.9)mmHg ,两者差别有统计学意义。Kayama 等[2 ] 在全麻开颅手术下测量肿瘤氧分压,发现肿瘤周围脑组织和肿瘤内的平均氧分压分别为(59.8±6.5) mmHg 和(15.3±2.3)mmHg。证明乏氧区域位于肿瘤内部而非肿瘤周边或肿瘤周围脑组织。
乏氧细胞的产生主要包括两个方面：（1）恶性肿瘤细胞团是来源于单个恶变的细胞呈典型的克隆性生长而形成。这种由单个细胞发生的肿瘤细胞的生长可因缺氧而受到限制，因随瘤细胞团的增加，细胞团氧分压逐渐降低。当瘤细胞团的直征达200~300 um时，瘤细胞显著缺氧。在这种乏氧状态下，细胞内的代谢，一些基因和蛋白的表达发生改变，诱导肿瘤血管产生，给肿瘤提供营养和氧，以保证肿瘤的生长。然而尽管新生血管生长迅速，但对于大多数快速生长的肿瘤来说，新生的血管仍不能有效地提供足够的氧。围绕在血管周围的细胞快速增殖，不断把一些细胞推出100~150um的氧有效弥散范围，使这些细胞乏氧。这种由于从毛细血管弥散的氧不足而产生的乏氧称为慢性乏氧[3,4]。（2）肿瘤的营养血管阻断或血流减慢而引起血管周围的肿瘤细胞广泛乏氧，这种由于肿瘤内正常血流的阻断引起的乏氧称为急性乏氧 [5] 。
越来越多的临床研究表明，乏氧不仅能引起肿瘤对放疗的抗拒性，而且能增加肿瘤的侵袭性[6,7,8]。活体肿瘤内的缺氧、灌注不足和代谢改变也会导致肿瘤对许多常用的抗癌药的抵抗。治疗时乏氧而使瘤细胞对化疗产生不敏感,会影响到化疗、放疗以及联合治疗的效果。此外,越来越多的实验室研究表明细胞暴露在不利的微环境下时,将会产生短暂的基因表达改变,诱导突变[9] 。这种不利的暴露,会驱使细胞群表现为更恶性更具侵越性。因此乏氧可能使低度恶性的细胞进化为具有浸润性、对治疗抵抗的恶性细胞。另外乏氧还可刺激血管内皮生长因子活性，诱导肿瘤血管产生，促进恶性肿瘤转移。
（二）高压氧与乏氧
在高压氧下溶解在血浆中物理溶解氧大量增加，氧的弥散半径增加，从而可改善肿瘤乏氧。Takaaki Beppu等在不同条件下对胶质瘤组织中氧分压的变化进行了研究[ 1 ]。吸纯氧并不能明显提高氧分压。高压氧治疗,两个区域的氧分压水平均明显提高,且高压氧治疗后15分钟还维持在较高的氧分压水平。
（三）高压氧与肿瘤内活性氧
活性氧（Reactive oxygen species,ROS）包括以自由基形式存在和不以自由基形式存在的具有高活性的中间产物。前者有O2.-、OH.，后者包括H2O2、脂质过氧产物（ROOH）[10]。活性氧对细胞的作用与其浓度有关。研究表明：低浓度促进细胞生长；中浓度促进细胞凋亡；高浓度导致细胞坏死[11]。在正常生物体内，活性氧的产生与清除可维持在一种较低水平的有益无害的平衡状态[12,13]。一方面，活性氧在正常细胞新陈代谢中不断地产生，并且参与了正常机体内各种有益的作用： 如机体防卫作用和某些生理活性物质的合成等。另一方面，在机体生长发育阶段或正常运转阶段，即使某种活性氧的产生多了一些,也会被机体内的各种活性氧清除剂所清除，而不至于加害人体。正常需氧细胞有较强的抗氧化能力，可防御ROS所致的损伤效应，并可持续在“氧包围（siege）”下生存，即它们的生存取决于ROS与抗氧化剂之间的平衡[12]。以往研究发现：几乎所有癌细胞的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性都明显低于正常细胞[14,15]。而这几种酶是细胞清除活性氧的主要酶， 所以癌细胞清除活性氧的能力低下，对活性氧十分敏感。 也就是说，活性氧对癌细胞有选择性杀伤力。
高压氧促进机体活性氧增多，促使肿瘤坏死。研究发现[16]高压氧组老鼠的肉瘤组织内氧自由基和丙二醛含量明显比对照组高，同时肉瘤组织坏死发生率和老鼠生存率也高于对照组。从而得出结论，高压氧能加速癌细胞的坏死。
（四）高压氧与肿瘤细胞周期
有报道显示[17]，高压氧能影响细胞周期，处于DNA 合成后期和有丝分裂期的瘤细胞明显多于未经HBO 暴露者，提示高压氧可促使离体鼻咽癌CNE2细胞进入细胞有丝分裂的DNA 合成后期和有丝分裂期。而处于这两期的肿瘤细胞正是对肿瘤放、化疗的最敏感期。
我科研究发现常规高压氧可改变细胞增殖周期。
（五）高压氧提高机体对肿瘤的免疫力
练庆林等[18] 对HBO在抗肿瘤免疫中的作用作了研究。结果发现HBO不但可以减缓肿瘤生长,加快肿瘤破溃,同时检测发现HBO组动物的巨噬细胞杀伤率明显增高,自然杀伤细胞、非特异性杀肿瘤细胞、细胞毒性T淋巴细胞活性明显增强。还有学者[19]提出HBO 能提高机体的补体活性以及诱导巨噬细胞分泌α2肿瘤坏死因子等。提示HBO在增强机体抗肿瘤免疫活性方面具有一定作用。
高压氧能有效改善细胞乏氧，增敏肿瘤细胞的放化疗反应，提高肿瘤的局部控制，降低转移率和患者死亡率。在我国高压氧辅助治疗恶性肿瘤在临床还处于探索阶段，在临床上有广阔的应用前景。
（六）高压氧与肿瘤生长
Johson 和lanchlan在1966年最先提出高压氧可促进恶性肿瘤生长。认为高压氧可促进肿瘤生长的理由是： ① 在创伤愈合时,高压氧能促进成纤维细胞、上皮细胞和血管的增生； ② 认为高压氧增加自由基和抑制免疫也可导致肿瘤产生,促进肿瘤生长。加上有个例报道，包括动物实验和临床经验提示单纯高压氧处理使肿瘤生长增快。所以人们一直存在着一种担忧:高压氧是否会导致恶性肿瘤复发、转移和恶化。
但根据至目前为止研究报道[20] ,包括在体外试验、动物试验以及临床研究,高压氧促瘤生长假说缺少依据。目前绝大多数研究表明[20 ] 高压氧对肿瘤的生长无影响,还有一些研究指出高压氧能够抑制肿瘤的发生、发展。有人对40只以9，10-二甲基-1，2苯并蒽制成颊囊癌模型的金色叙利亚地鼠进行观察[21]。20只地鼠进行30次2.8ATA×60min高压氧治疗,20只做为对照。结果显示进行高压氧治疗组动物肿瘤体积明显小于对照组，颈部转移也较对照组少。
我科用单纯的高压氧对鼻咽癌细胞进行处理，结果发现常规剂量的高压氧对ENT癌细胞的生长有抑制作用。高压氧组癌细胞的抑制率和细胞凋亡数明显高于对照组。
关于高压氧为何抑制肿瘤生长，根据目前研究提示与以下因素有关： ① 高压氧可增加氧自由基，氧自由基对肿瘤产生杀伤作用，因恶性肿瘤细胞内的抗氧化系统不完善，所以较易被自由基攻击而死亡；从而高压氧对正常细胞有促进作用，但对恶性肿瘤则有一定的抑制作用。 ② 高压氧可调节免疫力，增加癌杀细胞对肿瘤的攻击作用。 ③ 肿瘤在缺氧时其恶性行为，即侵袭性增强。高压氧可使肿瘤内氧分压增加。 ④ 高压氧是否可阻断缺氧性血管内皮生长因子增加所致的癌转移增加问题，还有待证实。
总之，至目前为止一部分报道高压氧不影响恶性肿瘤的行为，一部分报道认为高压氧可改变肿瘤行为，高压氧抑制肿瘤的生长，也有个别报道认为高压氧可促进肿瘤生长。
为什么高压氧对肿瘤的研究会出现相互矛盾的结论，我们到底相信那一种说法，或者说是两者情况都有，原因是因为研究者采用的高压氧的剂量不同而导致两种不同的结果。所以将恶性肿瘤从高压氧的相对禁忌证中去掉还为期过早，还需进一步研究，不过这项研究是非常有价值的。将恶性肿瘤从高压氧的相对禁忌证中删去，比青光眼从高压氧禁忌证中删去的意义要大得多。
二．高压氧与肿瘤的临床治疗
（一）高压氧与放疗
1．高压氧对放疗的增敏作用：放疗作用于肿瘤的主要机制为：①直接损伤：由射线直接作用于有机分子而产生自由基引起DNA分子断裂、交叉。②间接损伤：由射线对组织内水发生电离，产生自由基，这些自由基再和生物大分子发生作用，导致不可逆损伤。
在肿瘤中存在氧供缺乏区。细胞内氧分压的多少会影响肿瘤细胞对放疗的敏感性。乏氧瘤细胞的出现是导致肿瘤耐辐射的原因。杀灭乏氧肿瘤细胞所需的射线剂量是正常氧分压肿瘤细胞的三倍。高压氧能有效提高肿瘤的氧分压，改善肿瘤氧合状况。理论和实验[22,23]均表明，氧是细胞对放射线敏感的增敏剂。其作用机制可用下面的表达式说明：
H2O→eaq-+H.+H2+HO.+H3O.+H2O2+eaq-+O2
在上式中，水在射线（c、g射线）的作用下产生水合电子（eaq-）与自由基（H.与HO.），自由基能损伤DNA；如果没有氧，自由基便与水合电子反应，产生对DNA毫无作用的负自由基：如果有氧，水合电子便会首先与氧结合而使得自由基不能与水合电子作用。可见当肿瘤细胞富氧时，放疗的间接损伤作用就会加大。
Ogawa等[24] 对21个胶质瘤病人进行高压氧后放疗的前瞻性研究。放疗的剂量为每天22Gy ,总剂量为60Gy ,每次均在高压氧结束后立即进行放疗。研究表明高压氧结束后立即放疗,配合化疗,治疗胶质瘤是确实可行。Beppu等[25 ]用改良IAR 联合疗法(即高压氧后进行放疗,同时联合用干扰素β和ACNU 如盐酸尼莫司丁)治疗幕上恶性胶质瘤,同时观察HBO/ IAR 疗法的毒性作用,应答率,肿瘤进展的时间( TTP) 。39个病人参加了这项研究,35人能耐受毒性作用完成了整个疗程的HBO/IAR治疗。在平均68±14d的HBO/ IAR 治疗中,有30人(76. 9 %)的KPS评分维持或增加。成胶质细胞瘤病人、多形性成胶质细胞瘤病人和所有病人TTP中位数分别为38,56和43周。其研究表明HBO/IAR治疗可行,特别对那些提示预后不良的病人。
Kohshi 等[26] 从1987年至1997年被CT或MRI证实术后肿瘤残留的29位病人进行局部放疗和亚硝基脲为基础的化疗。在两所研究院分别自1991年和1993年起对病人连续予以高压氧联合治疗。其中15位病人每天在高压氧后进行放疗,从减压至开始放疗间隔时间,其中11位病人为15min,4位病人为30min 。其他14位病人不联合用高压氧。肿瘤变化用CT或MRI估定。结果在高压氧组,73%的病人显示有肿瘤消退,所有有效者均为减压15 分钟内放疗者。在非高压氧组,只有29%的病人显示肿瘤有消退。高压氧组和非高压氧组的生存中值分别为24和12个月,两者间有显著差异(P<0.05) 。
2．高压氧增敏放疗时的临床操作
为了改善肿瘤乏氧，人们想了许多办法。早先，人们用高压吸入混合气体Carbogen（即95%的氧气和5%的二氧化碳），这种方法在一定程度上能改善肿瘤氧合状况。但这种方法在临床实验后发现其副反应较大，且其中二氧化碳对肾上腺素的刺激导致治疗效果下降。之后，人们尝试过服用放疗增敏剂提高放疗敏感性的方法[27，28，29]。增敏剂包括硝基咪唑类药物、醌类药物、5-硝基噻吩、5-硝基呋喃等。但放射增敏剂有较大的神经毒性，使用时间过长可产生肌肉痛性痉挛和较大的药物反应（恶心、痉挛、药物中毒等）[30]，因此，临床使用受到限制。后来人们发现高压氧是最有效改善肿瘤氧合状况的方法[31]。因为高压氧能直接提高血浆和肿瘤细胞的氧分压，增加溶解氧。但吸入高压氧同时进行放疗的方法存在缺陷。这种方法不但增加了放疗技术的复杂程度，而且还产生了一些副反应，如放射性坏死在实施期间病人易产生癫痫。这些副反应的产生主要是由于高压氧在提高肿瘤放疗敏感性的同时，也提高了正常组织对放射的敏感性，从而使接受同样剂量下，产生并发症的几率提高。故这种方法在一段时间的临床实验后被放弃。现在，新的改善肿瘤氧合状况的实践在临床开展，并被证明是有效的，这种氧增敏放疗的方法是在吸入高压氧后立即进行放疗 [28，29]。其具体实施方案为：15min内升压至2.5ATA，60min吸入100%的2.5ATA的纯氧，10min边吸氧边降压，在降压后15至30min内立即进行放疗。
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