直肠三氧灌注疗法研究进展

2019-01-05张文浩钱晓焱安建雄

转化医学杂志 2019年6期

张文浩，钱晓焱，刘辉，李彤，王永，安建雄

三氧疗法在国内外应用广泛，但目前相关基础研究和严格的临床研究较少。近年来，临床工作者和基础研究人员越来越重视这方面的工作，在三氧椎间盘内注射和三氧自体血疗法(ozonated autohemotherapy，O3-AHT)方面做了很多工作[1]，但对直肠三氧灌注(ozone rectal insufflation，O3-RI)疗法关注较少。O3-RI是将医用三氧通过直肠注入作用于人体，以达到治疗和预防疾病目的的一种治疗方法。作者系统地介绍O3-RI发展历史、作用机制、临床应用、安全性等，有利于该疗法的研究和应用。

1 直肠三氧灌注疗法的发展历史

1839年，德国化学家Schonbein把电解水过程中阳极的刺激性气体命名为臭氧(ozone)[2]。1936年，法国医生Aubourg首次将三氧与氧气混合气体注入直肠来治疗慢性肠炎与肠瘘，早于O3-AHT的使用[2]。早年由于缺乏对三氧作用机制的科学阐释，人们对三氧疗法的有效性和安全性存在分歧，德国Joaquim Hansler在1958年发明了浓度剂量可调控的三氧发生器，为三氧的临床应用奠定了基础[2]。随着精确控制三氧浓度设备的发明应用，以及越来越多的基础研究与临床实践，其安全性与有效性已被充分验证[3]，O3-RI疗法逐渐普及。于保法[2]在1999年率先在我国将三氧疗法用于癌症治疗。近二十年来，包括直肠灌注在内的多种三氧疗法在国内得以推广。

2 直肠三氧灌注疗法的作用机制

2.1 局部作用 O3-RI的局部作用首先体现为三氧对肠道的影响。

2.1.1 三氧的杀菌效应三氧被认为是最好的局部消毒剂，因为细菌、病毒和真菌等很容易被三氧氧化，即使是对抗生素有耐药性的病原体，也无法抵抗三氧的杀菌作用。三氧通过氧化作用破坏细菌细胞膜，使膜脂质和蛋白过氧化失去作用，甚至与胞质内物质以及DNA反应，从而杀灭病原体[4]。不同菌群对三氧的敏感度不同，即使低浓度的三氧水或者三氧气体，也对常见病原微生物具有强效杀灭作用[5-6]，O3-RI对肠道局部细菌感染有良好的效果。三氧的间接抗病原体作用则体现为机体免疫功能的提高。

2.1.2 促进肠道伤口愈合伤口愈合分为3个时期：急性炎症期、细胞增生期和瘢痕形成期。抑制伤口愈合过程中的炎症有利于伤口的愈合。Sahin等[7]的实验表明，家兔直肠手术前进行预防性O3-RI处理，血液促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白介素6(interleukin 6,IL-6)降低，直肠创面愈合更好，提示三氧抗炎活性对创面愈合有促进作用。三氧可使一些受损的肠上皮细胞迅速脱离上皮层，刺激肠上皮细胞快速再生修复，这些反应都有利于肠道损伤部位的愈合[8]。

2.2 全身作用 O3-RI的全身作用体现在肠道三氧反应产物吸收进入血液循环后，可以起到改善微循环、促进代谢、调节免疫及提高全身抗氧化能力等作用。

2.2.1 三氧在肠道内的吸收三氧可迅速溶解于肠道内容物中,与粘蛋白和其他有抗氧化活性的分泌物，以及未吸收的多不饱和脂肪酸残留物发生反应，产生活性氧(reactive oxygen species,ROS)和脂质过氧化物(lipid oxidation products,LOPs)。这些反应产物一方面可以作用于肠道局部，另一方面部分反应产物可与氧气一起穿过肌层黏膜，进入淋巴管和静脉毛细血管，首先到达肝脏，然后进入全身循环系统[9]，这些反应产物在门静脉中显著增加，在颈静脉中含量则低于门静脉。与氧气相反，结直肠黏膜不能直接吸收三氧，实际吸收的为三氧在肠道内的反应产物，所以在门静脉中不存在气态和溶解态三氧[10]。

2.2.2 调节机体免疫肠道是人体最大的免疫器官，肠消化管内含有淋巴组织及淋巴细胞、巨噬细胞和浆细胞等，它们参与构成机体免疫防御的第一道防线。三氧在肠道中反应产物很容易扩散到免疫细胞中，激发和增强免疫系统功能，减轻炎症损伤[11]。

2.2.3 改善微循环三氧可促进氧气的跨膜流动。O3-RI治疗后门静脉氧分压和氧饱和度显著高于治疗前，可改善肝脏血液微循环，促进肝脏损伤的恢复[12]；促进内源性NO生成从而舒张血管，有利于缺血组织氧供[13]。O3-RI还可以使红细胞变形性增强，聚集性下降，携氧能力提高[14]。

2.2.4 激活机体抗氧化系统三氧与肠道内容物反应产生的各种过氧化物，刺激细胞释放核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor-2,Nrf2)，转运到细胞核中，激活抗氧化酶基因转录，增加超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase from bovine liver,CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH)等的水平，减轻氧化应激损伤[15]。机体清除自由基能力增加，可降低肝脏解毒负担[16]，有肝脏保护作用。器官缺血再灌注过程中产生的ROS是造成器官损伤的原因之一，O3-RI的抗氧化作用对肝[17]、肾[18]和肠[19]等缺血再灌注损伤具有保护作用，有望成为减少移植后脏器损害的治疗方法。

2.2.5 脑肠轴 Kaelberer等[20]研究发现，在肠上皮细胞中分布有肠内分泌细胞，它能感知摄入的营养物质和微生物代谢产物。部分肠内分泌细胞表达突触相关粘附蛋白，与迷走神经节神经元形成突触，通过突触信号将信息从肠道传递到大脑。右侧迷走神经感觉神经节的激活，可以诱导中脑黑质释放多巴胺，诱导积极情感状态[21]。O3-RI是否通过脑肠轴对机体产生作用尚无报道，有待进一步研究。

3 直肠三氧灌注疗法的临床应用

3.1 治疗浓度与剂量肠腔内容物、肠胃气体、未排泄的粪便会中和三氧，减少三氧的有效剂量；肠黏膜表面液体的组成、粘度、pH值和表面张力，也可能对三氧的生物利用度产生较大影响。实际研究也显示，为达到同样效果，O3-RI所需三氧剂量是O3-AHT剂量的3倍[22]，可能与上述机制有关。建议患者在治疗前排便以及清洗肠道，标准化的临床常规可减少三氧损耗，保证治疗效果。直肠灌注所需三氧浓度取决于患者疾病类型，氧化应激状态以及治疗次数和时间。建议浓度10～35 μg/mL，浓度高于40 μg/mL可能会损害肠上皮细胞和肠杆菌。一般使用浓度为30 μg/mL、容量300 mL气态三氧作为直肠灌注常规。

3.2 治疗方法嘱患者前一晚素食流质软食进餐，治疗前空腹并且排空肠道，询问患者是否有痔疮，痔疮可能使直肠置管有难度。按照无菌技术原则操作，润滑剂润滑导管前段7～10 cm处，夹子夹闭，将导管插入肛门7～10 cm。将盛有三氧的注射器与肛管连接，打开夹子将气体缓慢注入，注入完毕将夹子迅速夹闭。由于注入三氧速度过快可能会出现腹痛和腹胀等不适，所以注气速度不宜过快[23]，以5～7 min注完为宜。如患者不舒服或有排便感及时停止操作。治疗结束平卧观察10 min无异常方可离开，嘱患者最好坚持20～30 min不排气。建议治疗频率每天一次或隔天一次,每个疗程10～20次。

3.3 适应证

3.3.1 肝胆疾病如病毒性肝炎(乙型、丙型)[4]、肝硬化[12]、肝损伤、细菌性胆囊炎。

3.3.2 结(直)肠疾病如感染性肠炎、克罗恩病、溃疡性结(直)肠炎[24]。条件致病菌隐孢子虫感染引起严重腹泻的艾滋病患者，经O3-RI疗法后症状获得暂时改善[25]。临床研究报道O3-RI疗法也可阻止或延缓溃疡和缺血病程，促进危重症患者持续性溃疡的恢复[26]。

3.3.3 感染性疾病如带状疱疹、单纯疱疹、尖锐湿疣[27]等。

3.3.4 肿瘤辅助治疗 ①改善放化疗不良反应，比如O3-RI可改善前列腺癌或宫颈癌患者放疗后产生的放射性直肠炎[28]，降低化疗药物的胃肠道毒性、耳毒性[29]。②放化疗增敏，放化疗后肿瘤缺氧是导致肿瘤对放化疗耐受的原因之一，三氧可改善肿瘤细胞的缺血缺氧，促进放化疗敏感[30]。由于O3-RI无痛无创，非常适合身体条件欠佳的癌症患者。

3.3.5 皮肤溃疡和损伤如褥疮、Ⅱ型糖尿病并发糖尿病足。在糖尿病足患者随机对照临床研究中，对照组静脉输注抗生素联合局部使用抗生素，治疗组使用O3-RI配合三氧局部套袋治疗。结果显示，三氧治疗组血糖水平改善比例较抗生素组高一倍，溃疡面积和溃疡周长显著下降，愈合时间和住院时间均显著缩短，同时，生化指标显示三氧治疗可改善氧化应激，显著降低氢过氧化物、GSH水平及CAT/SOD比值[31]。

3.3.6 过敏性疾病如哮喘和过敏性皮炎等。以哮喘为例，哮喘患者的气道高反应性与氧化还原和免疫状态密切相关，活性氧诱导支气管收缩和气道高反应性。因此，具有调节氧化应激和调节免疫系统功能的O3-RI可用于治疗特发性哮喘[32]。

3.3.7 纤维肌痛症以往对纤维肌痛症没有有效控制手段。这类患者的氧化应激水平升高，其肌肉代谢和结构发生改变，这些结构损伤可能导致氧扩散不良，氧化磷酸化减少，ATP合成减少，从而进一步增加膜脂的氧化应激和过氧化。新近有研究显示，O3-RI可有效缓解纤维肌痛症患者症状[33]。

3.3.8 自身免疫性疾病如类风湿关节炎、多发性硬化、系统性红斑狼疮、干燥综合征及皮肌炎等。在类风湿关节炎患者中，O3-RI疗法增加甲氨蝶呤的临床效果，改善类风湿关节炎患者的细胞氧化还原平衡[34]。在多发性硬化患者中，O3-RI治疗后降低患者的氧化应激，降低促炎细胞因子，这种抗氧化和抗炎作用可能与Nrf2磷酸化激活有关[35]。

3.3.9 亚健康状态如疲劳与失眠等。

3.4 禁忌证与O3-AHT禁忌证相似。不适用于葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症(蚕豆病)、毒性弥漫性甲状腺肿(Graves病)、不稳定性心血管病、癫痫发作、急性酒精中毒、严重的凝血障碍、妊娠和女性月经期患者等[1]。

3.5 不良反应高浓度(高于40 μg/mL)或注入三氧速度过快可能会出现腹痛和腹胀等不适[23]。治疗结束后可能出现腹胀、便秘、排气、恶心和厌食等症状。

4 直肠三氧灌注与其他形式三氧疗法的比较

O3-RI不仅对肠道局部治疗有很好效果，也有全身治疗作用，可以替代O3-AHT，用于未成年患者和老年患者，以及静脉通道建立困难、凝血功能障碍、抗凝剂(枸橼酸钠)过敏等无法进行O3-AHT的患者。O3-AHT中三氧与血浆反应产物直接回输入血，而O3-RI时三氧在肠道内反应产物间接吸收入血，可能在药效上更为缓和。与口服三氧水疗法相比，O3-RI用于溃疡性结(直)肠炎等下消化道疾病，而口服三氧水主要用于治疗胃炎、胃溃疡及十二指肠溃疡等上消化道局部疾病；另外，胃并不承担吸收营养物质的功能，仅吸收少量水、酒精和无机盐，对三氧反应产物的吸收不如肠道，所以口服三氧水一般不用于全身治疗。全身三氧浴疗法，三氧作用于人体皮肤表层，产生LOPs和ROS，可以经皮进入循环系统，但全身三氧浴疗法显著增加机体过氧化反应的水平，不适宜短期内反复使用[36]。有研究显示，小鼠和人类皮肤暴露于三氧中会引起维生素C和E的损耗，对皮肤脂质造成损害[37]，所以认为O3-RI较全身三氧浴疗法更安全。O3-RI也可以与其他局部三氧治疗相结合，如肌肉、关节、椎旁、椎间盘内注射、套袋气浴、阴道吹入和尿道吹入等。