L'ossigenoterapia iperbarica può causare tossicità da ossigeno?

Autore: Liu Yaling Ospedale Tiantan di Pechino, Università medica della capitale

Revisore: Du Juan, vice primario, China Rehabilitation Research Center

L'ossigenoterapia iperbarica può causare tossicità da ossigeno? Si tratta di un argomento di grande preoccupazione per molti operatori sanitari clinici, per i pazienti sottoposti a terapia con ossigeno iperbarico e per le loro famiglie.

1. Qual è l'alta pressione nell'ossigeno iperbarico?

L'alta pressione nell'ossigeno iperbarico è relativa alla pressione normale. La pressione normale è pari a 1 pressione atmosferica standard. In genere, la pressione dell'aria al livello del mare in condizioni atmosferiche standard a 0 °C è chiamata pressione atmosferica standard, che è pari a 760 mmHg. La pressione atmosferica cambia con l'altitudine. La pressione dell'aria è più bassa ad altitudini elevate, come nel Tibet, dove l'altitudine è elevata e la pressione dell'aria è bassa. La pressione dell'aria è elevata sotto il livello del mare. L'altitudine media di Pechino è di oltre 40 metri. Riteniamo che l'ambiente in cui viviamo abbia una pressione pari a 1 atmosfera, che è quella che abbiamo appena chiamato pressione normale, e che una pressione superiore a questa diventi alta pressione. Naturalmente la pressione dell'aria è anche correlata alle variazioni di temperatura. Le pentole a pressione che utilizziamo comunemente sfruttano l'ambiente ad alta pressione creato dall'aumento della temperatura.

2. L'ossigeno iperbarico e la terapia con ossigeno iperbarico sono la stessa cosa?

Sebbene l'ossigeno iperbarico e la terapia con ossigeno iperbarico differiscano solo per la parola "trattamento", i loro significati sono molto diversi. L'ossigeno iperbarico è un concetto relativamente ampio. Finché l'ossigeno viene inalato in un ambiente con una pressione superiore a 1 atmosfera assoluta (ATA), può essere definito ossigeno iperbarico. Teoricamente, il suo limite di pressione inferiore è 1 ATA; il limite superiore della pressione può essere infinito. Tuttavia, la terapia con ossigeno iperbarico ha requisiti molto rigorosi per quanto riguarda la pressione dell'aria ambiente e il tempo di inalazione dell'ossigeno. Già nel 2003, l'American Society of Undersea and Hyperbaric Medicine raccomandava di limitare la dose massima di ossigeno iperbarico utilizzata nei trattamenti clinici a: 3 ATA per 2 ore (tranne che per patologie particolari). Dosi di ossigeno iperbarico superiori a queste possono causare tossicità da ossigeno.

3. Il processo di terapia con ossigeno iperbarico

La camera iperbarica è un'enorme cabina metallica ermetica in grado di resistere ad alte pressioni, nella quale può essere trasportata ininterrottamente aria a pressione normale proveniente dall'esterno. Poiché la cabina metallica è resistente alla pressione, il volume di gas in essa contenuto è relativamente costante; man mano che la quantità di gas nella cabina continua ad aumentare, la pressione del gas nella cabina continua ad aumentare e si forma un'alta pressione nella cabina. Durante la terapia con ossigeno iperbarico, il paziente deve superare tre fasi nella camera iperbarica: pressurizzazione, inalazione di ossigeno per stabilizzare la pressione e decompressione.

(Camera iperbarica per pazienti che respirano ossigeno stando seduti)

Figura 1 Immagine protetta da copyright, nessuna autorizzazione alla ristampa

La fase di pressurizzazione si riferisce al processo mediante il quale la pressione dell'aria nella cabina aumenta gradualmente dalla pressione normale alla pressione elevata desiderata dopo che il paziente è entrato nella cabina e la porta della cabina iperbarica è stata chiusa. Il tempo di pressurizzazione è generalmente compreso tra 15 e 30 minuti. Durante questa fase, il gas respirato dal paziente è aria compressa, la cui pressione nella cabina aumenta uniformemente.

La fase di stabilizzazione della pressione si riferisce al processo in cui il paziente inala in modo intermittente o continuo ossigeno puro al 100% alla pressione elevata desiderata, per una durata di circa 50 minuti-1 ora.

La fase di decompressione si riferisce al processo di riduzione della pressione dell'aria nella cabina dall'alta pressione target alla pressione normale, che solitamente richiede dai 15 ai 30 minuti. Durante questo processo, il paziente respira aria compressa mentre la pressione dell'aria nella cabina continua a diminuire. Una volta completata la decompressione, la porta della cabina viene aperta e il paziente esce dalla cabina. L'intero processo di terapia con ossigeno iperbarico è terminato.

IV. Incidenti storici di avvelenamento da ossigeno

L'avvelenamento da ossigeno è stato studiato per oltre 140 anni. Nel 1878, il fisiologo francese Paul Bert descrisse per la prima volta i sintomi epilettici delle convulsioni nelle allodole a una pressione atmosferica di 15-20 ATA, ovvero il cosiddetto effetto Paul Bert. Credeva che si trattasse di una manifestazione di danno al tessuto cerebrale causato dall'avvelenamento da ossigeno.

Poco dopo, nel 1899, J Lorain Smith scoprì che i ratti che avevano inalato il 73% di ossigeno per quattro giorni a pressione normale sviluppavano una polmonite mortale. Questo fenomeno venne chiamato effetto Smith ed è una manifestazione del danno polmonare causato dall'avvelenamento da ossigeno.

Successivamente, gli scienziati hanno suddiviso l'avvelenamento da ossigeno in di tipo centrale, polmonare, oculare ed emolitico, a seconda della sede del danno d'organo causato dall'avvelenamento da ossigeno. I siti di danno corrispondenti sono il tessuto cerebrale, i polmoni, gli occhi e il sistema sanguigno.

Da quanto detto sopra, non è difficile capire che l'avvelenamento da ossigeno può verificarsi in un ambiente ad alta pressione o in un ambiente a pressione normale. I danni ai tessuti cerebrali causati dall'avvelenamento da ossigeno sono più comuni in ambienti ad alta pressione di breve durata (la pressione dell'aria è più di 3 volte superiore alla pressione normale). I danni ai tessuti polmonari e agli occhi causati dall'avvelenamento da ossigeno sono più comuni quando si inala ossigeno ad alta concentrazione per lungo tempo in un ambiente a pressione normale.

5. In quali circostanze si verifica l'avvelenamento da ossigeno?

Ciò è dovuto allo squilibrio tra il sistema di ossidazione e il sistema antiossidante del corpo umano. In condizioni di pressione normale, il sistema di ossidazione e il sistema antiossidante del corpo operano in un equilibrio dinamico per mantenere uno stato di salute. In parole povere, dopo che il corpo umano inala ossigeno, vengono prodotte una serie di sostanze con proprietà ossidanti, come l'ossigeno attivo, tramite il metabolismo dell'ossigeno, che chiamiamo sistema ossidativo. Livelli normali di specie reattive dell'ossigeno svolgono un ruolo importante nella segnalazione cellulare e nel mantenimento delle funzioni umane. Tuttavia, se il livello di ossigeno reattivo aumenta in modo anomalo, si verificheranno gravi danni alla struttura cellulare. Naturalmente, anche il corpo umano è dotato di un sistema antiossidante, che comprende alcuni enzimi attivi. Quando si inala ossigeno in un ambiente iperbarico, la reazione fisiologica iniziale del corpo umano è un aumento delle sostanze ossidanti come l'ossigeno reattivo, seguito dall'attivazione degli enzimi attivi del corpo con capacità antiossidante. Con la terapia convenzionale con ossigeno iperbarico, il sistema di ossidazione e il sistema antiossidante possono raggiungere un equilibrio dinamico; se la pressione dell'aria è troppo alta o il tempo di inalazione dell'ossigeno è troppo lungo, la quantità di ossigeno reattivo prodotto supererà la capacità del sistema antiossidante dell'organismo di eliminarlo, causando uno squilibrio nel sistema di ossidazione e nel sistema antiossidante, con conseguenti danni ai tessuti e agli organi. Ecco perché si verifica l'intossicazione da ossigeno.

6. La terapia con ossigeno iperbarico può causare avvelenamento da ossigeno?

La ricerca scientifica dimostra che il verificarsi di avvelenamento da ossigeno è strettamente correlato alla pressione dell'aria ambiente, alla concentrazione di ossigeno e al tempo di inalazione di ossigeno da parte del corpo umano. Che si tratti dell'effetto Paul Bert causato dal danno al tessuto cerebrale dovuto all'avvelenamento da ossigeno, o dell'effetto Smith causato dal danno ai polmoni, è improbabile che la pressione dell'aria, la concentrazione di ossigeno e il tempo di inalazione dell'ossigeno sopra menzionati vengano riprodotti nel trattamento clinico dei pazienti in vari ospedali del mio Paese, e l'avvelenamento da ossigeno difficilmente si verificherà. Nonostante ciò, gli scienziati e i professionisti dell'ossigeno iperbarico mantengono ancora un atteggiamento rigoroso e cauto nei confronti dell'avvelenamento da ossigeno; Questo è un motivo importante per cui la dose di ossigenoterapia iperbarica è strettamente limitata a 3ATA (2 ore). Questo intervallo limitato non raggiunge né la pressione dell'aria che è diverse volte o addirittura decine di volte superiore alla pressione normale richiesta affinché l'avvelenamento da ossigeno provochi danni ai tessuti cerebrali, né raggiunge l'elevata concentrazione di ossigeno necessaria per inalare l'ossigeno in un tempo di diversi giorni, richiesta per i tipi di avvelenamento da ossigeno polmonare e oculare. Pertanto, l'avvelenamento da ossigeno si verifica raramente in ambito clinico.

(Camera iperbarica per pazienti che respirano ossigeno in posizione supina)

Figura 2 Immagine protetta da copyright, nessuna autorizzazione alla ristampa

I piani di terapia con ossigeno iperbarico a livello domestico prevedono in genere 1,6-2,8 ATA per 1 ora di inalazione di ossigeno continua o intermittente. La pressione target e la durata dell'inalazione di ossigeno sono inferiori ai 3ATA per 2 ore raccomandati dall'American Society of Undersea and Hyperbaric Medicine, quindi la probabilità di avvelenamento da ossigeno è inferiore. A causa delle incongruenze nei piani di terapia con ossigeno iperbarico, nei pazienti e nelle apparecchiature per l'inalazione di ossigeno, l'incidenza dell'avvelenamento da ossigeno iperbarico oscilla tra uno su diecimila e nove su diecimila.

Sebbene l'incidenza della tossicità dell'ossigeno nel contesto della terapia con ossigeno iperbarico sia estremamente bassa, è comunque necessario restare vigili. I danni al tessuto cerebrale causati dall'avvelenamento da ossigeno possono manifestarsi con tremori nei muscoli facciali o degli arti, debolezza nelle mani e nei piedi e convulsioni negli arti. I danni polmonari causati dall'avvelenamento da ossigeno si manifestano principalmente con sintomi quali dolore al petto e tosse secca e irritante. Naturalmente, i sintomi sopra descritti non sono specifici e possono essere causati da altri motivi. Ciò richiede che un professionista dell'ossigeno iperbarico li identifichi attentamente in base alle condizioni del paziente e al piano di trattamento.

Pertanto, per quanto riguarda la possibilità che la terapia con ossigeno iperbarico possa portare ad avvelenamento da ossigeno, la nostra conclusione è: in primo luogo, l'ossigeno iperbarico può causare avvelenamento da ossigeno in condizioni di pressione dell'aria eccessivamente elevata e tempo di inalazione di ossigeno eccessivamente lungo; in secondo luogo, l'avvelenamento da ossigeno generalmente non si verifica con l'attuale regime convenzionale di terapia con ossigeno iperbarico domestico.