本文作者是来自美国纽约的FoleyPlazaMedical的SmithNL,WilsonAL,GandhiJ,VatsiaS,KhanSA。文章发表在《MedicalGasResearch》，中文内容由北大医学部欧老师整理翻译。
作者所在机构
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1FoleyPlazaMedical，纽约，纽约，美国
2美国纽约州斯托尼布鲁克石溪大学医学院生理学和生物物理系
3西印度群岛格林纳达圣乔治大学医学院医学生研究所
4美国纽约州LenoxHill医院心胸外科
5美国纽约州石溪市石溪大学医学院泌尿外科
摘要摘要
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一直以来，由于三氧不稳定的分子结构，三氧治疗一直饱受怀疑。然而，大量的文献表明，由于三氧分子的共振结构的特性，三氧可以应用于多种疾病的治疗。尤其是三氧与不饱和脂肪酸反应的时候，可以通过适当的氧化应激，增加机体的抗氧化能力，改善微循环，增加组织氧供，激活机体免疫系统。我们总结了大量关于三氧治疗的综述，包括其禁忌症，给予的路径和浓度，作用机制，对各种微生物的杀灭作用，以及在不同疾病中的临床使用。
本文的主要目的是探索三氧在心血管、消化、泌尿、中枢神经系统、头面部、骨骼、皮肤和外周静脉等疾病的应用。尽管目前已经有足够多的证据，但是探索三氧治疗的针对性的相关研究仍然是必要的。
背景介绍背景介绍
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三氧在年被发现之后，科学界普遍认为这是一种全新的气体，然而，三氧自从19世纪以来，在医学的运用之路是坎坷的，尽管有充分的研究结果，但很多人仍然对三氧的医用价值持有怀疑态度。三氧作为一个由三个氧原子组成的分子比氧气具有更高的溶解度，由于三氧为内消旋体，所以三氧的化学性质极不稳定，因此很难制备高浓度的三氧。由于三氧易于分解，同时容易溶解于水，因此制备可控浓度的三氧来达到治疗效果同样是十分困难的。这样的内消旋结构给科学界带来了难题，科学家分为两大阵营，一方认为其不稳定的特性能够发挥积极的作用，另一方则质疑其不稳定性会引起严重的副作用。
尽管有人持怀疑的态度，大量的三氧治疗仍然在各种急慢性疾病中表现出积极的治疗效果，三氧在牙科用来治疗下颌的疾病是十分普遍的，同时三氧也在饮用水和医疗器械消毒方面表现出积极的作用。三氧的作用和前体药物很类似，都是通过与其他分子反应生成更具有活性的物质，从而刺激机体内源性的反应。与此同时，三氧仅作为一种前体药物，能够直接与多聚不饱和脂肪酸、脂蛋白、细菌细胞膜以及病毒包膜发生反应，这些生物应答中的生理学机制还有待进一步的讨论。
尽管三氧治疗具有很多积极的作用，但是三氧的毒性和治疗效果依赖于治疗的部位和给予的浓度。其中一个被禁止的使用途径就是吸入，然而三氧治疗本身却能够显著地增加气道的抵抗力并且不会改变肺的弹性。眼部和肺部的直接给予也是被禁止的，因为这些部位缺乏抗氧化的物质。
文献检索
文献检索
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我们在AMEDLINE数据库里搜索了从年到年的所有关于三氧治疗的文献，包括三氧治疗的给予路径和作用机制，然后将三氧治疗的临床信息分为病理学和解剖学两个大类，其中最重要的是病理学的归类，其中包括三氧给予的路径、研究的类型、治疗的效果、副作用、以及可能的生理学机制。文献检索在年7月完成，一下是在“三氧治疗”根目录下搜索的关键词：给予路径、作用机制、心血管、皮下组织、外周静脉疾病、精神病学、头颈部、整形外科、骨骼、消化道以及泌尿系统，除此之外，我们并未制定排除标准。
给予路径
给予途径
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三氧治疗是通过使用治疗浓度的三氧-氧气混合气体来进行治疗，治疗的目的和治疗的部位不同给予的方式和浓度也不一样，最常用的方式是自体血回输疗法，即从患者静脉抽出一定体积的血液，然后将氧气-三氧的混合气体注入，充分混匀后回输到供者体内。
其他的治疗方式还有局部注射，指将三氧注射到肌肉、椎间盘以及硬膜外来治疗疾病，然而三氧通过吹入的方法注入鼻腔、输卵管、阴道、膀胱以及腹腔已经被证明是可靠的治疗途径。三氧直接作用于皮肤表面可以通过套袋疗法来实现，同时将三氧溶解与水中制备三氧水也是可行的治疗手段。
抗氧化激活的机制
抗氧化应激的机制
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三氧治疗能够通过三氧的适当的氧化作用来诱导多种内源性的级联反应激活以及生物活性物质的释放。三氧能够引起适度的氧化应激是因为其化学性质，三氧能够和多聚不饱和脂肪酸以及水反应，产生过氧化氢和活性氧，同时生成了脂质过氧化物，这些脂质过氧化物能够产生脂环氧自由基、氢过氧化物、丙二醛、异前列腺素、三氧化物、烷烃以及4-HNE。适量的氧化应激能够激活Nrf2，Nrf2的配体能够激活抗氧化反应元件（ARE），通过ARE激活转录作用，能够促进抗氧化酶的表达，这些抗氧化酶包括但不限于，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（GPx）、谷胱甘肽转移酶（GST）、过氧化氢酶（CAT）、血红素加氧酶（HO-1）、嘌呤二核苷酸醌氧化还原酶-1（NQO-1）、热休克蛋白（HSP），以及药物代谢的II期酶。这些酶都扮演着自由基清除的作用从而能改善多种疾病。
三氧包括其他医用气体例如CO和NO，是具有两面性的，这主要取决于给予的量以及细胞氧化还原的水平。这三种气体之间存在着复杂的关系，例如：三氧能够使HO-1和Hsp32过表达，从而促进CO的生成并且抑制NO的合成，然而从整体效应上来说，NO的量是增加的。进一步来说，三氧能够促进Hsp70的表达，Hsp70是一个受HO-1严格调控的蛋白。三氧也许在基于热休克蛋白为基础的疾病的诊断和治疗中存在可发展的潜能。HO-1能够降解血红素生成游离铁、CO和胆绿素（一种能够中和氧化应激和氮化应激的中和剂）。最近，有研究发现，热休克蛋白能够在炎症、癌症、衰老和神经系统紊乱的发病过程中为细胞提供一种保护状态，基于此，热休克蛋白已经成为了一种新的药物靶点。HSP70作用于蛋白翻译后折叠的过程中，保证蛋白折叠的质量，调控蛋白质的折叠和大分子复合物的组装，同时还具有调控蛋白的重折叠，抗蛋白聚集以及蛋白降解的功能。血红素加氧酶在系统发育谱系中是已知的氧化应激的感受器和还原系统的调节剂，而三氧在这些细胞中的功能仍有待进一步的探索。毒物刺激效应在多种器官的缺血和氧化应激中发挥着重要的防御作用。三氧也许在CO的促炎和抗炎作用之间发挥着本能的调节作用，包括调节NO与前列腺素合成的关系（NO在前列腺素以及缓激肽的合成过程中发挥着重要的调节作用）。抑制血红素加氧酶的活性能够抑制CO的合成以及下游的效应，而三氧在其中发挥的作用还不能完全确定。
在年龄相关氧化应激的动物模型中，三氧表现出积极的治疗作用，有证据表明三氧能够改善大鼠的心脏和海马功能,进一步的研究表明三氧能够调节由于年龄引起的氧化-还原系统的失衡，同时在老化的心脏组织中，三氧能够减少脂质和蛋白质过氧化的标记物，减少脂褐质的沉积，促进谷胱甘肽水平的恢复，以及修正过氧化物酶的活性。三氧被证明能够在大鼠模型里改善由于年纪造成的心脏和海马的能量失调，研究者推测三氧能够改善心肌细胞胞浆中钙离子的浓度，促进海马和心脏中Na+-K-ATP酶活性的恢复，从而改善心脏和海马的功能。
为了探究三氧治疗可能存在的毒性作用，一项研究试图去检测人源单核细胞、胸腺上皮细胞、小鼠巨噬细胞、脾细胞以及B16黑色素瘤细胞的损伤。这项研究的结果表明，在人源单核细胞中，Hsp70能在三氧的诱导作用下升高，Hsp70合成增加来对抗热休克以及其他应激作用。同时，研究者通过三氧来刺激淋巴细胞和巨噬细胞。这项研究表明，三氧能够显著上调Hsp70的水平，并且没有表现出对细胞膜的毒性。研究还发现在使用高浓度三氧刺激的时候，巨噬细胞细胞膜表现出对三氧更强的抵抗性，人源单核细胞抵抗性最弱。以上结果表明三氧自体血回输疗法中使用的20μg/ml的浓度在没有毒性作用的同时能够增加人单核细胞中Hsp70的表达。
顺铂是一种在多种肿瘤的治疗中常用的药物，并且在接受治疗的25%的患者体内出现肾毒性，肾毒性的出现被认为是ROS清除能力不足引起的二次伤害，从而导致急性肾衰。与对照组相比，三氧治疗能够显著增加被暴露在顺铂中大鼠的抗氧化能力，同时血清中肌酸的水平显著降低，间接证明了三氧能够改善顺铂引起的肾毒性。三氧治疗也能够促进由于顺铂减少的抗氧化物质水平的恢复，同时标志着肾脏脂质过氧化的标记物——硫代巴比妥酸反应物也显著下降。
另外一项临床研究中，受试者口服辅酶Q10的同时接受三氧自体血回输治疗。研究者检测了超氧化物歧化酶（一个重要的抗氧化酶）以及过氧化氢酶的水平，三氧治疗组给予三氧治疗和辅酶Q10。结果发现，与对照组相比，同时给予三氧治疗以及辅酶Q10的组SOD水平显著升高，而过氧化氢酶的水平并无统计学差异。丙二醛作为一个脂质过氧化的产物，可以作为膜氧化损伤的指标。研究中发现丙二醛的水平明显下降，这项研究表明，三氧治疗联合给予辅酶Q10能够显著改善并且预防氧化应激造成的损伤。
大量的研究表明三氧治疗能够通过适当的氧化刺激来激活Nrf2通路，通过短暂的过氧化氢和LOPs促进抗氧化能力的增强，并且能够长期地保持氧化-还原系统的平衡。而这些酶的产生不仅会清除由于三氧代谢产生的自由基，而且会长期作用于整个机体。
目前研究者们希望知道血液样品中总的抗氧化水平以及蛋白质硫醇基团的水平来精确预测用于治疗的三氧的量。通过研究能够准确反映人体内抗氧化能力的标记物来实现一天或者一次治疗中应该使用的三氧的剂量。这要求检测系统能够具备更加精准的检测手段，能够实现同时测量血液中的不同的生物活性物质例如GSH、GPx、GST、SOD、CAT、共轭双键、总的氢过氧化物以及硫代巴比妥酸反应物等。通过算法的优化来将这些数据归纳到一起来推算整体的抗氧化物质的活性、促氧化物质的活性、氧化反应、指数以及氧化应激的分级，这样的系统能够基于患者的氧化应激水平来针对性地选择准确的三氧治疗剂量。
血管和微循环调节
血管和微循环调节
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三氧是氧气跨膜运输的刺激因子，三氧治疗后细胞内氧气水平的增加能够使线粒体呼吸链变得更有效率。三氧自体血疗法能够增加红细胞果糖磷酸激酶的活性，从而提高糖酵解的比例。通过增加糖酵解的比例能够增加红细胞中ATP和2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG），进而由于波尔效应，从而使氧解离曲线右移，血红蛋白释放更多的氧气到缺血组织。伴随着NO合成酶活性的增强，能够提供更多的血流到外周组织。通过重复的治疗，足量的LOP能够到达骨髓发挥反复的刺激作用，从而刺激红细胞的产生以及上调抗氧化酶调控通路，三氧还能够引起NADH的减少和促进细胞色素C的生成。
三氧已经被证明能够提高血液循环以及缺血组织氧气的输送，大量的研究表明三氧能够促进有核红细胞的再分化来增加抗氧化酶以及修正慢性氧化应激，从而使红细胞增加并且提高机体对氧化应激的适应能力。这个过程被称之为“氧化预处理”。三氧还能够增加异前列腺素的水平（一种血管舒张剂）
此外，有的人认为三氧的氧化能力会干扰血管内皮NO的产生并干扰血管舒张。然而，研究表明，由于在整个血液的脉管系统中，NO并不会发生大幅度的转运，因此这种有害的干扰情况几乎不可能发生。同时由于血红素加氧酶产生的胆红素能够和NO相互影响，三氧诱导血红素加氧酶的升高能够对NO的产生以及血管的舒张起到调控作用。
而出人意料的是，有研究发现三氧能够使NO的含量增加，推测可能三氧能够促进NO合成酶相关基因的表达从而提高NO的水平，进一步推测可能是由于抗氧化酶的增加促进了NO的产生，尽管内皮中过氧化物的产生会干扰NO的活性，但三氧能够通过上调多种酶的表达来促进ROS应答的下游通路，从而来对抗有害的血管收缩过程。
三氧对于肝脏移植中出现的缺血-再灌损伤具有预防作用，肝脏的缺血-再灌损伤由于其并不清楚的发病机制成为临床一个难以解决的问题，而三氧可以通过促进内源性NO的产生以及对细胞氧化-还原系统的调节来引起氧化预适应的效应，从而改善肝脏的缺血-再灌损伤。氧化预适应可能能够上调内源性抗氧化系统并且增加NO的生成，从而对肝脏和胰腺的损伤起到预防作用。动物实验的结果证明氧化预适应能够通过增加NO的浓度和调节细胞抗氧化系统来预防肝脏的缺血-再灌损伤。进一步研究表明，在大鼠的缺血-再灌模型中可以观察到氧化预适应能够增加腺苷A1受体的活性。
另一项对肾缺血-再灌的大鼠模型给予三氧治疗的研究也证实了这个假设，肾脏的缺血-再灌损伤是肾脏移植后引起急性肾衰的初始原因。一项由Orakdogen等人进行的研究表明氧化预适应能够在出现缺血-再灌损伤的时候通过内皮NO的合成以及可诱导NO合成酶的表达表现出保护作用，该研究的结论为氧化预适应能够增加NO的产生以及抑制内皮素1的表达来减少缺血-再灌发生时肾脏的损伤。
蛛网膜下腔出血的病人术后康复中脑血管的痉挛是一个重要的损伤机制，在一项动物实验中，研究者通过静脉注射三氧的方式在大鼠股动脉痉挛的模型中观察三氧治疗的疗效，组织病理学和形态学的检测结果显示三氧治疗能够减少形态学的改变，减少内皮细胞的损伤以及因为血管痉挛引起的出血。研究推测三氧的抗氧化和抗炎活性使得三氧可以成为出血后血管痉挛的治疗手段。
病原体的杀灭作用
病原体的杀灭作用
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在将细菌暴露在三氧的体外实验中，细菌细胞膜中的磷脂和脂蛋白能够被三氧氧化，从而使细菌被破坏。还有研究表明三氧能够破坏真菌的细胞壁，同时破坏细胞膜的完整性进而氧化糖蛋白、糖脂，破坏酶的结构，通过这些作用抑制真菌的繁殖以及增加细菌、真菌的死亡率。体外实验结果表明，三氧能够通过氧化脂蛋白、蛋白以及糖蛋白来阻断病毒包膜和细胞膜的融合，从而抑制病毒的繁殖。
尤其是动物的结果表明，三氧治疗能够和万古霉素发挥协同作用，治疗甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌引起的纵膈炎。
免疫系统激活
免疫系统激活
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在体内实验中，三氧通过和多聚不饱和脂肪酸反应来发挥出多种效应。正如之前所说的，三氧和多聚不饱和脂肪酸以及其他抗氧化的物质反应，能够生产过氧化氢以及多种过氧化物。过氧化氢进入免疫细胞能够调节信号通路的转导以及促进免疫应答。尤其是能够增加干扰素、肿瘤坏死因子、白介素-2的产生。白介素2是一种被人熟知的启动免疫应答的因子。同时过氧化氢能够激活促进免疫因子释放的NF-κB和促进组织修复的转化生长因子β（TGF-β）。过氧化氢激活NF-κB的机制为增加酪氨酸激酶的活性，从而使转录因子NF-κB的配体IκB磷酸化。低浓度的三氧被证明能够抑制前列腺素的合成，抑制缓激肽的释放，同时增强巨噬细胞和白细胞的分泌功能。使用正确数量的氧化标记物能够保证产生足够的过氧化氢和NO，从而能够产生足量的IL-8。IL-8也能够激活NF-κB，同时产生ROS的清除剂。
动物实验结果表明，三氧能够在肾脏系统中减少由于大肠杆菌引起的免疫应答，其他研究结果也表明三氧能够发挥抗炎的作用。Chang等人做的一项研究中，将经过处理的人的类风湿性关节炎关节滑膜中的成纤维细胞注射到免疫功能缺陷的小鼠关节中，然后使用三氧发生器将气体通入指定的血管中，结果发现使用3%和5%浓度的三氧能够明显强敌促炎因子IL-1β，IL-6以及TNF-α，并且没有发现毒性和严重的副作用。
有研究结果表明，在体外实验中，三氧能够抑制人源的癌细胞（来源于肺、乳腺、子宫的肿瘤），并且抑制作用和三氧剂量呈正相关。0.3和0.5ppm浓度的三氧能够抑制肿瘤细胞的生长，抑制效率分别为40%和60%，而正常细胞并未受到影响。当三氧浓度达到0.8ppm的时候，肿瘤细胞的抑制效率达到90%，而正常细胞也会受到不足50%的影响。当正常细胞老化的时候，能够表现出更强的抑制作用并且伴随形态学的改变。研究者推测，随着正常细胞的老化，细胞生长的速度会由于逐渐增加的细胞损伤而下降。临床应用临床应用
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随着三氧应用日益广泛，三氧的药理作用以及特性都在不断的被发现。事实上，三氧能够被系统化地运用到心血管、皮下组织、外周组织、外周血管、神经系统、头颈部、骨科、消化道以及泌尿系统疾病中来。上述适应症都和相关系统的疾病的健康管理相关。尽管三氧治疗缺乏直接的支持，FDA也没有严格规定三氧的使用范围（已经研究证明是安全和有效）。尽管如此，三氧治疗的安全性和有效性仍需要更多以及更加深入的研究。
结论结论
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三氧治疗能够改变许多疾病的自然史，其中还有很多潜力未被开发。实验室研究的结构表明三氧具有抗氧化、改善血液流变以及调节免疫系统的能力。这些能力已经在三氧应用于心血管、皮下组织、外周血管、神经系统、头颈部、骨科、消化道以及泌尿中系统的疾病中得以证明。三氧治疗已经被证明能够改善糖尿病足、缺血性的伤口以及外周血管疾病。而未来的实验室及拓展的研究应该着力于建立三氧大自血的规范以及不同疾病适用的不同三氧治疗浓度的规范。尽管已经有了令人可喜的研究结果，但未来的研究应该包括大规模的临床随机双盲实验，来发现治疗效应的存在时长，探究测定和分析其的方法。
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