医用臭氧临床应用和安全性研究进展*

赵 旭 傅志俭

(山东大学附属省立医院疼痛科，济南250021)

臭氧医学发源于十九世纪末，最早由Wolff报道臭氧应用于战斗创伤治疗，发挥抗炎杀菌作用[1]。之后Bocci[2]对臭氧进行了研究发现医用臭氧具有抗炎、镇痛和促进局部组织再生等作用。由于臭氧在临床应用中具有操作简单、费用低、创伤小等优势，广泛应用于疼痛科、妇科、口腔科以及皮肤溃疡损伤、病毒性肝炎等，其疗效确切，逐步得到临床医生和病人的认可。本文就医用臭氧在临床中的应用和安全性予以综述，以期对臭氧的安全应用提供依据。

一、医用臭氧理化性质

臭氧 (ozone,O3) 是一种不稳定气体，淡蓝色，具有特殊臭味。臭氧密度比氧气高1.6倍，在水中溶解度是氧气的10倍，0℃环境中100 ml水中可溶解O349 ml，由于O3的不稳定性不能长期储存，因此，20℃条件下半衰期约为40分钟[2]。O3是一种有争议的气体，具有强氧化性。而眼睛和肺抗氧化能力差，因此在应用时要注意防护，避免接触O3。

二、医用O3作用机制

O3与机体发生氧化反应产生活性氧 (reactive oxygen species,ROS) 和脂质过氧化物 (lipid peroxides,LOPs)。O3治疗的作用机制可能是通过激活抗氧化保护系统，其中适度的氧化应激可以诱导红系衍生核转录因子2-相关因子2 (nuclear factor-erythroid 2-related factor 2,Nrf2)，低氧诱导因子-1a (hypoxia inducible factor-1a,HIF-1a)，活化T细胞核因子(nuclear factor of activated t-cells,NFAT)和活化蛋白 -1 (activated protein-1，AT-1)的激活[3]。O3与不饱和脂肪酸作用，在无水条件下产生LOPs，有水条件下产生醛类和过氧化氢(H2O2)[4]。因此，O3无论作用于潮湿的皮肤还是直肠黏膜，O3立即溶解于覆盖在上皮的水中，与皮脂，粘蛋白，粪便和液膜中存在的任何其他生物分子反应，产生H2O2和LOPs[5]。LOPs通过淋巴管和静脉毛细血管吸收，首先达到肝脏进入大循环[6]。约5分钟后O3和H2O2消耗殆尽，烯醛与白蛋白中的半胱氨酸和谷胱甘肽 (glutathione,GSH) 结合，生成一种稳定的加成化合物，这种烯烃加合物可进入到人体各种细胞中[7]，激活Nrf2-ARE信号通路，提高多种抗氧化蛋白的表达[8,9]。

三、医用O3的临床应用

1.医用O3的疼痛治疗

我国从2000年开始引入O3治疗技术。O3在疼痛治疗中具有操作简单、费用较少、创伤小等优势。目前广泛应用于椎间盘突出症、骨性关节炎、软组织疼痛及神经病理性疼痛 (neuropathic pain,NP) 等治疗，得到了一定的认可。O3在疼痛治疗中主要发挥抗炎、抗氧化以及镇痛作用。

（1）O3发挥抗炎镇痛，氧化消融作用治疗脊柱源性炎性疼痛

O3治疗多种脊柱源性炎性痛，其中以治疗椎间盘突出症研究较多，效果确切，应用较广。腰椎间盘突出症主要由突出物压迫神经以及突出物在椎管内刺激产生无菌性炎症诱发疼痛。Alexandre A等[10]研究观察发现通过磁共振成像 (MRI) 评估统计显示，约76%的正常人存在椎间盘突出而没有任何症状。O3可分别对椎间盘内和椎间盘外分别发挥作用。椎间盘内注射的O3(40 μg/ml) 可直接氧化蛋白多糖，同时O3与髓核基质内的水分立即发生反应生成ROS，破坏蛋白多糖和胶原蛋白Ⅰ、Ⅱ[11]，最终髓核因渗透压不足，水分丢失，椎间盘的容量不断减少，髓核体积不断缩小，甚至于溶解消失，缓解了对神经根的压迫，减少组织淤血，从而改善周围血液微循环，达到镇痛、减轻水肿和抗炎的作用[12]。在椎间盘外，O3(30 μg/ml) 主要通过增加氧供、抑制炎症因子释放和诱导抗氧化酶生成等途径发挥抗炎和镇痛作用。

O3治疗腰椎间盘突出症相对于其他治疗方式，更加经济安全，对于大部分病人容易接受，临床观察研究也逐渐深入。Yu等[13]观察了262例腰椎间盘突出症病人， 进行CT引导下经皮注射O3至腰椎间盘突出髓核 (40 μg/ml) 和同侧侧隐窝 (30 μg/ml)，观察结果表明日本骨科协会评估治疗 (Japanese Orthopaedic Association scores,JOA) 评分和视觉模拟(visual analogue score,VAS) 评分均较治疗前均有明显改善；改良Macnab疗效评定结果显示优165例，良64例，可20例，差13例，优良率87.4%。并且接受O3治疗的病人没有出现严重并发症。赵菲等[14]体外观察了不同浓度的O3对椎间盘髓核的影响发现，20 μg/ml和 40 μg/ml的 O3可使髓核组织一氧化氮合酶 (inducible nitric oxide synthase,iNOS) 和IL-6表达下降，组织培养上清液中一氧化氮 (nitric oxide,NO) 和IL-6水平较对照组下降。因此，推测O3治疗椎间盘突出症腰腿痛的机制与降低椎间盘内NO合成和局部炎性反应有关。

（2）O3抑制炎症因子，调节软骨基质合成和分解代谢治疗骨关节炎

骨性关节炎 (osteoarthritis,OA) 是一种最常见的骨关节疾病，它是由衰老、创伤、炎症等引起的关节退行性疾病。主要病理特征为关节软骨退行性变和消失，关节边缘和软骨下骨质反应性增生。其中膝骨性关节炎(knee osteoarthritis,KOA)的发病率在所有骨性关节炎中居首位[15]，多表现为关节疼痛，多伴有肿胀，负重活动后疼痛加重。O3的关节腔注射技术作为一种微创介入方法，已广泛应用于KOA的治疗。于彦忠等[16]选择180例KOA的病人，分别给予膝关节腔内注射20 μg/ml、30 μg/ml和40 μg/ml的O320 ml和玻璃酸钠2 ml，每周1次，连续5周，观察发现30 μg/ml的O3联合玻璃酸钠治疗OA效果最佳。

O3对OA的治疗效果确切，但具体作用机制目前尚未明确。目前体内外实验研究表明，低浓度的O3对OA具有抗氧化、抗炎和调节软骨细胞代谢的作用。樊荣[17]等研究了O3对兔KOA的软骨细胞的影响，实验表明 20 μg/ml和 40 μg/ml的 O3体外干预KOA软骨细胞，细胞上清液丙二醛 (malondialdehyde,MDA)、肿瘤坏死因子 -α (TNF-α)和基质金属蛋白酶-3 (matrix metalloproteinase,MMP-3) 水平均较模型组降低；而60 μg/ml的O3对软骨细胞有一定损伤，不仅细胞凋亡增加，MDA、TNF-α和MMP-3水平较模型组升高。由此推测O3(20、40 μg/ml) 抑制软骨细胞促炎因子的释放，提高软骨细胞抗氧化能力，降低软骨细胞的分解代谢，对OA软骨细胞具有一定的保护作用；而较高浓度O3(60 μg/ml) 对软骨细胞发生损伤，不利于OA的治疗。为进一步研究O3治疗OA机制，姜鹏等[18]研究了关节腔内注射不同浓度O3对OA大鼠的影响，结果表明 25 μg/ml和50 μg/ml的 O3均能提高大鼠机械痛阈，但25 μg/ml的O3可改善关节软骨表面光滑度，提高软骨细胞的数量，降低MMP-13和βcatenin的表达，提示O3(25 μg/ml) 通过调节软骨细胞代谢平衡，提高软骨细胞活性治疗OA，这种治疗作用可能与O3抑制Wnt/β-catenin信号通路有关。

（3）O3在软组织疼痛治疗中主要发挥抗炎作用

软组织疼痛主要由急性损伤或慢性劳损后所引起软组织无菌性炎症、纤维组织增生、炎性组织粘连、变性和挛缩，从而产生疼痛，临床以颈肩腰腿痛为最多见。O3有着良好的抗炎、镇痛效果，在临床常应用于软组织疼痛的治疗。马赛等[19]观察了60例腰部肌筋膜炎病人，分别采用O3穴位注射和口服氯唑沙宗，结果表明在疼痛及功能的改善方面，O3注射治疗优于口服氯唑沙宗。此外，O3在粘连性肩关节囊炎治疗中也发挥重要作用，周有龙[20]临床观察报道，60例粘连性肩关节囊炎病人接受肩关节腔及穴位注射O3治疗，每周1次，4周为一个疗程，一个疗程结束后镇痛有效率为96.67%，肩关节功能活动改善有效率达到88.33%，说明在粘连性肩关节囊炎的治疗中O3不仅发挥抗炎镇痛作用，在改善肩关节活动中同样发挥作用，值得临床推广。

贾雅蕊等[21]报道了O3对急性软组织损伤的治疗机制的研究，分别采用20 μg/ml，40 μg/ml和60 μg/ml的O3局部注射治疗急性软组织损伤大鼠，检测大鼠血浆中TNFα和IL-6水平和损伤部位的HE染色，结果表明40 µg/ml臭氧注射治疗能够明显的抑制创伤后产生的无菌性炎症反应，促进损伤软组织的修复。提示低浓度(30～40 μg/ml)的O3通过抑制炎症反应，促进损伤修复，缓解软组织疼痛。

（4）O3辅助治疗神经病理性疼痛，减少镇痛药物的应用

神经病理性疼痛 (neuropathic pain,NP) 是指躯体感觉系统的损害或疾病导致的疼痛，分为周围性和中枢性神经病理性疼痛。NP是一个持续的过程，病情反复，需要长期治疗，严重影响病人生活质量。带状疱疹后神经痛 (postherpetic neuralgia,PHN) 好发于老年人，60岁以上带状疱疹病人 PHN 发生率高达50%～75%[22]。有临床研究报道了采用选择性神经根阻滞联合局部皮内O3注射，辅以常规药物，能够迅速缓解疼痛，是治疗带状疱疹后遗神经痛的有效方法[23]。此外，O3自体血回输结合药物治疗的方法较单纯应用药物疼痛缓解更显著[24]。LI[25]临床观察发现，牛痘疫苗接种家兔炎症皮肤提取物（神经妥乐平）联合O3自体血回输治疗糖尿病周围神经病变与常规应用改善循环、营养神经药物、神经妥乐平及镇痛药物治疗相比，疼痛缓解更显著，疼痛药物用量降低，病人生活质量显著提高，提高治疗有效率。同时，由于减少了疼痛药物的应用，病人的恶心呕吐、便秘及头晕发生率明显降低。说明神经妥乐平联合O3自体血回输治疗糖尿病周围神经病效果明显，不良反应少，提高了治疗的安全性。

2.O3的其他临床应用

O3不仅在疼痛治疗中得到应用，妇科、消化内科、皮肤科等临床科室利用O3独特的理化性质，逐渐应用O3治疗相关疾病，得到良好的治疗效果。孙妞妞等[26]临床报道了臭氧水在输卵管再通术中应用，其治愈率 (36.7%) 和有效率 (86.7%) 均高于应用常规消炎及防粘连药物 (24.3%，54.5%)。提示臭氧水对输卵管及宫腔炎症的杀菌效果显著。O3在治疗乙肝同样具有良好的效果，O3自血疗法治疗慢性乙肝病人的有效率为76.3%，高于常规治疗法 (44.7%)；此外，O3自血疗法病人的血清胆红素 (serum bilirubin,SB )、丙氨酸氨基移酶 (alanine aminotransferase,ALT) 均低于常规治疗法病人[27]。

O3的基础研究也有一定进展，赵超莉等[28]分别用O3气浴和微波照射进行杀菌实验，结果表明O3气浴10分钟时，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌的平均杀菌率为(68.51 ±10.48) % ，微波照射组的平均杀菌率 (50.65± 13.28)%；O3气浴30分钟和60分钟时，细菌平均杀菌率均为100%，微波照射30分钟和60分钟时的平均杀菌率为 (84.25 ± 6.06) % 、(90.50 ± 4.55)%，显示了O3强大的杀菌作用。

四、医用O3治疗的安全性

O3是一种强氧化剂，具有潜在的细胞毒性，因此临床应用时应谨慎考虑O3的浓度和机体的抗氧化能力等安全问题。Bocci[29]提出临床治疗的O3浓度分为三类，高浓度 (50～80 μg/ml)、中等浓度(30 ～ 50 μg/ml)和低浓度 (10 ～ 30 μg/ml)。目前 O3的临床应用主要采用浓度范围30～40 μg/ml，但应用时仍需考虑不同组织细胞对O3的敏感程度的差异性。

对于关节腔、硬膜外腔、肌筋膜等软组织时，30～40 μg/ml的O3主要发挥消炎镇痛作用。椎间盘内O3注射，虽然很少发生严重并发症，但O3硬膜外腔注射过程中可能会误入或渗入蛛网膜下腔[30]，与脑脊液迅速反应[31]，生成的物质可能对中枢神经细胞产生损伤[32]。最近有临床报道硬膜外注射O3后病人出现霹雳性头痛[33]、椎间盘的O3注射后出现过敏性休克[34]和严重败血症[35]。目前临床上推荐椎间盘内O3注射浓度为40 μg/ml，发挥氧化消融效果，腰椎间盘内注射体积为6～10 ml，颈椎间盘内注射体积为3～5 ml。

综上所述，O3具有操作简单，价格便宜，易于病人接受，发挥杀菌抗炎、抗氧化、镇痛等作用，效果确切，值得在临床推广应用。但同时高浓度O3对人体组织细胞具有毒性作用，产生细胞损害甚至凋亡。因此，O3治疗时强调个体化综合治疗，根据病人的不同病情选择合适的治疗方案、治疗剂量及浓度，以避免O3毒性作用的发生。临床医生应严格按照操作规范，减少不良反应的发生，以达到最佳治疗效果。