高压氧在抗衰老和再生治疗的未来展望
2024-10-10 15:36:30
以下文章来源于仁怡高压氧 ，作者宋祥胜
高压氧的治疗是基于组织氧合增加或氧气生物利用度提高的生理效应。高压氧目前在伤口愈合、热烧伤或辐射烧伤以及组织坏死等疾病方面的适应症表明，它在促进再生过程中发挥了作用。
各种研究表明，高压氧在血管形成或再生、胶原生成方面发挥着重要作用。个体的再生能力受环境因素和遗传因素的影响。此外，不同类型组织的再生能力不同，这种能力随着年龄的增长而下降。高压氧通过改变基因表达，延缓细胞衰老，促进端粒长度的增加，在基因水平上影响生理过程。从组织再生到更好的认知功能等各种适应症的有效结果表明，高压氧在再生和抗衰老治疗方面具有巨大的潜力。
参考文献：Gupta M, Rathored J. Hyperbaric oxygen therapy: future prospects in regenerative therapy and anti-aging. Front Aging. 2024 May 2;5:1368982.
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引言
高压氧已被证明是一种有效的治疗方法，用于治疗各种临床疾病，包括伤口愈合、一氧化碳(CO)中毒、呼吸系统疾病和减压病。大量的临床研究表明，高压氧治疗过程中压力的增加和氧的生物利用度的增加调节了许多过程，如血管生成、免疫激活和组织再生。然而，在大多数高压氧的治疗应用中，其潜在的机制还不是很清楚，因此，其潜在的应用领域仅限于目前的知识。
再生医学专注于通过各种方法修复或补充受损组织，或改变细胞环境以促进组织的自然自我修复能力。组织工程和干细胞治疗是涉及治疗细胞的转移，以恢复受损组织的结构和功能并刺激再生的方法。组织再生是一个高度调控的过程，再生的程度取决于组织的类型和细胞环境。另一种补充受损组织的策略是自体或同种异体来源的组织移植。成功的组织移植需要移植物与宿主血管有效地吻合，因此，提供细胞微环境以提高现有再生疗法的效率是至关重要的。
随着时间的推移，衰老是一个普遍的过程，生理过程逐渐恶化，所有关键器官的作用丧失。衰老过程是一个复杂的过程，已经提出了几种理论来更好地解释这一过程。衰老最重要的一个方面是身体失去了维持体内平衡的能力。再生和修复过程减慢，影响到心功能、肺活量、肾功能、运动功能和神经功能等关键过程。衰老会导致突变率增加，线粒体活性降低造成的氧化损伤，结缔组织丢失和肌肉萎缩。由于氧气是细胞活动的几个方面的重要调节因素，个体的代谢率是细胞健康的一个重要因素。体内氧气张力的变化会对细胞呼吸产生影响，这与细胞衰老有关。因此，临床上改变个体的氧分压可能在延缓衰老过程方面具有治疗意义。
高压氧已被用于治疗应用，如坏死性损伤、热烧伤和辐射烧伤，以及组织再生和修复。高压氧的生理效应表明，它在干细胞动力学和其他组织再生过程中发挥作用，如血管生成和血管形成。高压氧导致高氧状态，激活一系列信号通路，信号分子和生长因子的释放。高压氧治疗通常需要多次，使患者进入一个氧气水平升高和正常的周期。通过激活反馈环，高氧/缺氧状态的转换允许触发二次效应。由于治疗方案繁多，对压力对人体生理的影响缺乏了解，高压氧治疗的疗效机制尚不完全清楚。另一方面，高压氧已被证明可以促进愈合和再生能力。在这篇综述中，我们记录了高压氧作为一种辅助治疗的关键作用，特别是在组织再生方面，以及它对细胞老化后果的可能影响。
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生物衰老理论
生物随着时间的推移，生理活动逐渐停止。衰老的最基本特征是器官系统的能力下降，这会影响肺功能、心脏功能、肾功能和肌肉骨骼系统的弹性等。许多因素的相互作用在分子和细胞水平上降低了人体的信号通路、能量转导机制、抗氧化能力和细胞再生能力。有几种理论被假设来理解衰老现象，但单一的理论可能不是理解衰老概念的唯一理论。
生物老化有两种基本理论(程序化理论和损伤与错误理论)，每一种理论都有基于导致退化的机制的多个子类别。衰老，就像生物体生命周期中的所有生物事件一样，根据衰老的程序化理论，是一个基于生物钟的过程。因此，它是一个由内部原因启动的预定义或编程的过程。程序论的三个方面是程序化长寿、内分泌学和免疫学的衰老理论。根据程序化长寿理论，衰老过程取决于特定基因的“开启”和“关闭”，这标志着个体衰老的开始。衰老的内分泌假说认为，激素控制衰老，进化保守的胰岛素/IGF-1信号通路在激素衰老调节中发挥关键作用。衰老的免疫学假说关注的是一个人的免疫随着时间的推移而恶化，这增加了对感染和疾病的易感性。随着免疫系统的恶化，体内平衡被破坏，导致炎症、细胞变化和肌肉灵活性丧失等后果。
与程序化衰老理论不同，损伤和错误理论强调外部变量对个人的影响，最终导致对身体的累积负面影响。磨损理论、存活率理论、交联论、自由基理论和体细胞DNA损伤理论是损伤与错误理论的五个亚类。根据磨损理论，人体就像一台机械设备，随着时间的推移，会经历不断的磨损。存活率理论是基于个人的新陈代谢，新陈代谢速度较快会导致更多的氧化损伤，最终导致衰老。交联理论依赖于这样一个事实，即随着时间的推移，蛋白质会发生交联，从而导致它们的毒性积累，从而对健康的细胞和组织造成损害。根据衰老的自由基理论，体内自由基的数量随着抗氧化能力的降低而增加。自由基的产生改变了蛋白质、脂质和DNA等大分子的工作条件，损害了个人维持体内平衡的能力。体细胞DNA损伤理论将衰老过程与随着时间的推移DNA损伤的积累联系起来。尽管细胞有一个非常强大的DNA修复系统来保证遗传完整性，但随着年龄的增长，基因突变会积累，对个体维持生命功能的正常功能造成负面影响。此外，由于端粒酶活性的限制，端粒长度减少，DNA完整性在随后的细胞分裂周期中受到威胁。随着时间的推移，端粒的丢失会导致无法维持细胞活力，从而导致组织退化。
值得注意的是，单一的衰老理论可能不足以理解衰老的复杂过程，最终结果更有可能是造成衰老负面所有影响因素的累积效应。虽然逆转衰老的后果可能不可行，但关注加速衰老进程的因素肯定是有用的。衰老治疗旨在针对这些因果变量，以减缓衰老过程。由于氧气在决定一个人的新陈代谢状态中起着至关重要的作用，因此控制氧合状态有助于理解和管理导致衰老的新陈代谢变量。
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衰老的后果
衰老与不同器官系统的许多生理变化有关，这些变化是由于它们的能力降低和退化所致。大多数变化是不可逆转的，出现在生命的第四个或第五个十年。根据遗传、饮食习惯、环境因素和工作特点，每个人的恶化速度都不同。除非使用治疗性干预，否则随着人们年龄的增长，与年龄相关的生理变化会产生累积效应。与年龄相关的变化是由磨损等外部因素引起的，还是更多地由遗传成分等内在变量驱动的，这一点存在争议。然而，衰老更有可能是内部和外部过程共同作用的结果。
正常的衰老过程以骨骼和肌肉质量的丧失为标志，这增加了骨折的风险，降低了整体生活质量。随着骨骼肌力的下降，个体的身体活动能力也会受到损害。由于肌浆内参与蛋白质新陈代谢的细胞器的逐渐降解，肌肉的总能力降低。结果，肌肉细胞的大小和肌肉纤维的数量急剧减少。除此之外，软骨还会受到磨损，导致关节僵硬和疼痛。大多数50岁以上的人都会经历轻微到严重的骨质疏松症。由于与更年期有关的激素变化，女性比男性更容易患上骨质疏松症。表皮萎缩是由于人们随着年龄的增长皮肤失去柔韧性而引起的。胶原蛋白和弹性蛋白纤维变硬并钙化，导致皮肤出现皱纹。其他非骨骼肌，如心脏和呼吸肌，随着年龄的增长开始退化。人们在晚年更有可能出现动脉硬化和冠状动脉疾病等心脏问题。动脉硬化，心肌和心肌中的弹性纤维钙化，这会降低整体心输出量。随着肺弹性下降，呼吸系统变得虚弱，导致肺活量和动脉血氧分压降低。老年人的免疫系统也受到抑制，使他们更容易患病。这是由于粘液纤毛功能不全和体液免疫系统的普遍恶化造成的，粘液纤毛功能不全使感染模式脆弱。随着年龄的增长，肾小球总数减少，肾脏系统变得虚弱。其结果是，肾脏滤过率下降，而次生代谢物水平，如肌酐和尿素水平上升。然而，由于肌酸酐的产生速度同样减慢，肌酸酐水平的变化较小。肾小管吸收能力也同样减弱，导致糖尿的发生。同样，在老年，消化系统和排泄系统受到影响，出现规律性疾病，如胃炎、消化不良、肠道动力减弱和括约肌无力。荷尔蒙分泌细胞的丧失，如胰腺中产生胰岛素的β细胞和松果体中产生褪黑激素的松果体细胞，会导致内分泌系统变得无效。荷尔蒙失衡会导致一系列疾病，从失眠到糖尿病。蛋白质淀粉样蛋白在不同的地方聚集，导致退行性疾病。有害蛋白质聚集体沉积在神经细胞中会导致阿尔茨海默病和帕金森病等与衰老相关的神经退行性疾病，这些疾病会损害认知能力和记忆力丧失。在许多疾病中，淀粉样蛋白的沉积在很早的时候就开始了，但直到显著的神经变性已经发生后，症状才会出现。虽然大多数与衰老相关的生理变化是不可逆转的，但事先了解一个人的临床状况有助于在很大程度上减缓后果。
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衰老与再生
生物体的再生能力因物种而异，因为它在发育过程中受生物体生命过程中的系统发育多样性所支配。生物体在其早期生命阶段的再生潜力往往更大，随着年龄的增长，它会受到器官或组织特有的方式的限制。有机体的再生能力因物种而异，因为它在发育过程中受到有机体生命过程中的系统发育多样性的支配。生物体在其早期生命阶段的再生潜力往往更大，随着年龄的增长，它会以特定于器官或组织的方式受到限制。然而，一旦生物体在生理上完全发育，这些变化就不那么明显了。在成年人中，再生过程在细胞损伤或炎症时被激活，导致局部作用的系统性因子的释放。
再生反应因组织类型不同而不同，但并不完全依赖于它。现代再生生物学的目标是发现启动和调节再生过程的器官和组织特有成分。与年龄相关的再生能力的降低可以通过增加或提供这些再生元素来部分抵消。在这方面，细胞健康和环境对个体一般生理的影响是需要考虑的重要因素。因此，可以得出结论，属于同一物种的个体的再生率可能不同。由于参与组织再生的某些生长因子的增加，年轻人的再生能力比老年人更高。研究发现，幼年动物的血清可以诱导年长动物肌肉再生。因此，系统因素在老年人的再生能力中起着重要的作用。
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高压氧治疗
高压氧治疗已经成为一系列内科疾病的流行治疗选择。高压氧最初用于治疗潜水员和矿工的病理生理障碍，但现在已扩大到包括对伤口、热或辐射烧伤和一氧化碳中毒的有效治疗。高压氧还用于治疗气体栓塞、坏死性软组织感染、贫血和气体坏疽等疾病。
在常压条件下(正常大气压为1ATA)，动脉血中的氧分压为75-100毫米汞柱。高压氧使患者的身体暴露在更大的氧含量中，提高了整个身体的氧气生物利用度。氧对保护氧化环境的治疗作用及其对生理功能的影响已被广泛研究。更高的氧气生物利用度的多重效应被广泛用于治疗不同的临床疾病。高压氧对人体生理的压力效应也可以归因于高压氧的疗效。生活在大气压力较低的较高海拔地区的人，以及不断暴露在较高大气压力下的人(如深海潜水员)的生理构成表明，人体对环境中的压力变化高度敏感。与那些习惯于正常大气压的人相比，这些人的呼吸频率、血液携氧能力、血红蛋白浓度和心率都明显降低。血管和神经系统组件对周围压力的变化很敏感，并通过调整生理活动做出反应，如降低心率、促进血管收缩、增加流向中心循环的血液流量，以及从脾释放储存的血细胞。除此之外，较高的氧压会导致调节分子的释放，调节许多过程，如免疫反应、炎症反应、胶原形成和抗氧化功能，在体内充满空气的腔中以及具有较高需氧量的组织中。氧在调节这些功能方面的优点使其能够用于需要快速组织再生和愈合的临床条件。
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高压氧与衰老再生
高压氧在治疗各种疾病方面有着悠久的历史，但在高压氧环境的结果表明，高压氧在再生和抗衰老医学方面前景光明。在成年人中，细胞再生受到两个因素的阻碍：细胞衰老和端粒缩短。衰老的细胞注定要进行程序性细胞死亡，因为它们不会重新进入后续的细胞周期，并被自噬清除。细胞衰老的速度随着年龄的增长而增加，因为基因突变和端粒缩短的积累会对许多细胞造成DNA损伤，从而阻止它们的进一步繁殖。在衰老个体中，要么是衰老细胞积累增加，要么是由于免疫系统减弱而导致清除减少。因此，衰老细胞的积累进一步促进了衰老过程。高压氧已被证明可以调节细胞衰老和端粒缩短，这表明它在减缓衰老过程中是有效的。
端粒是位于染色体DNA末端的DNA片段，包括长度从4到15千碱基的与蛋白质相关的重复非编码序列。端粒保护染色体DNA不会逐渐退化，同时也保持了遗传的完整性。在每个细胞分裂周期之后，端粒的长度都会缩短。端粒酶是一种核酶，它确保每次细胞分裂后端粒得到补充。端粒酶在生殖细胞和表皮细胞等经常循环的细胞中持续表达。然而，由于大多数体细胞缺乏端粒酶，它们的端粒长度会随着时间的推移而缩短，一旦端粒达到阈值长度，就会导致衰老。端粒以每年20-40个碱基的速度缩短，随着人们年龄的增长，它们积累了大量的衰老细胞，这增加了衰老过程。外部变量可以影响端粒缩短率，如吸烟和维生素缺乏，但平衡的生活方式加上正确的营养、运动和某些药物治疗可以降低端粒缩短率。由于ROS和自由基的有害影响，氧化应激是导致端粒缩短的关键机制之一
因此，减少活性氧簇(ROS)和自由基的影响的治疗方法可能有助于保护端粒。高压氧对外周血单个核细胞(PBMC)端粒短化率的影响研究证实，高压氧让端粒长度在衰老的血细胞群体中增加了20%。高压氧对B细胞端粒长度的影响最为明显。此外，当细胞暴露于高压氧时，衰老细胞的数量下降了10%-37%。高压氧对衰老的T辅助细胞群体的影响最大。偶尔暴露在细胞中的高氧减少端粒缩短率、增加端粒长度和细胞寿命延长(图1)。
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高压氧与衰老再生
根据之前的一项研究，6个月的有氧耐力运动可能会使端粒长度增加5%。有氧训练导致组织的需氧量逐渐增加，间歇性运动有助于这一过程。高压氧的影响与此类似，偶尔的高氧会导致一种被称为高氧缺氧悖论的现象。高氧-缺氧悖论在以往的氧气治疗中已有报道，其影响已在文献中广泛讨论。高氧-常氧暴露已被证明具有造血功能，并导致促红细胞生成素的产生和血红蛋白水平的增加。在像体育锻炼这样的情况下，可能会出现间歇性的氧化应激状态，这可能会产生类似的效果，引发抗氧化保护和促红细胞生成素的产生。在一项涉及健康个体常压吸氧的研究中，也观察到促红细胞生成素水平的显着增加，这表明常压悖论。通过稳定缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)、核因子2(NRF2)和活化B细胞核因子轻链增强子(NF-κB)，在转录水平上也有明显的影响。HIF-1、α和NRF1对端粒转录调控的调节也可归因于高氧-缺氧悖论。在高压氧过程中，最初的高氧环境会导致活性氧物种(ROS)的产生，从而导致超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GRX)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)等抗氧化基因的过度表达。由于ROS的半衰期短和抗氧化作用，在高压氧治疗期间，由于常压条件占主导地位，ROS水平迅速下降。另一方面，抗氧化剂的半衰期更长，即使ROS水平恢复正常，抗氧化剂也会继续发挥作用。连续的高压氧治疗促进了抗氧化剂的更高活性，同时诱导了ROS产生的初始增加。反复接触高压氧的总体结果是产生一个氧化损伤最小的保护性细胞环境。利用高压氧产生抗氧化作用的治疗条件在不同的研究中被发现是不同的。Leveque等人报告了类似的ROS水平，在1.4ATA和2.5ATA的100%氧气条件下，高压氧 30分钟后，ROS在治疗2小时后达到峰值。然而，另一项研究表明，在2.5ATA的100%氧气条件下，高压氧治疗75分钟后，血浆ROS水平没有显著变化。因此，使用高压氧的疗程主要取决于症状因素和对治疗的初步反应。
有许多不同的过程有助于延长细胞寿命和防止细胞衰老。高氧环境诱导缺氧诱导因子(HIF)等多种基因表达。HIF的诱导与高压氧的再生作用有关，因为高压氧通过激活血管内皮生长因子(VEGF)促进血管生成和血管生成。在创伤性脑损伤(TBI)中，研究了高压氧对血管生成和神经纤维发育的影响。脑外伤患者表现出神经认知能力的改善，这意味着高压氧改善了大脑的微观结构。高压氧在促进神经可塑性和细胞愈合方面的作用也在动物研究中得到了证明。高压氧还可诱导内源性神经干细胞的神经发生，提示其具有抗神经退行性变的有益作用。根据Hu等人的说法，高压氧的再生益处是通过ROS/HIF-1/-catenin途径介导的。在糖尿病小鼠模型中，高压氧被发现可以促进干细胞动员、细胞增殖和血管生成，这意味着它的再生潜力。高压氧的再生效应在伤口愈合和促进血管生成方面是明显的，但需要进一步的研究来了解再生的潜在机制，并更好地探索高压氧在再生医学中的可能性。
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未来展望
高压氧的作用机制是高氧条件和压力升高，作用于细胞水平，影响许多关键基因的表观遗传调节。据估计，高氧和高压氧的共同作用可以改变近40%的蛋白质编码基因的基因表达。这种表观遗传调节的整体效应导致了以抗炎、抗凋亡和再生功能的形式出现的生理后果。高压氧还通过调节细胞和线粒体膜上的氧敏门控离子通道和压力敏感通道的功能来发挥其作用。然而，关于这些通道在细胞再生和一般细胞健康方面的功能，人们知之甚少。常压下氧含量为20.9%。在高压氧和高氧条件下，所有组织的总体氧气供应显著增加。
反复间歇的高压氧治疗方案产生了高氧-缺氧悖论，即身体经历一种没有有害影响的缺氧状态，并诱导对缺氧的保护机制。组织氧气水平的波动启动了一种再生机制，并将氧气供应引导到最需要氧气的组织。额外的氧气供应在愈合、组织修复、重建和再生过程中被利用。这种影响对老年人特别有益，因为总体携氧能力和再生能力随着年龄的增长而减少，高压氧有助于弥补愈合和再生关键过程中的这种明显的缺氧。高压氧提供高达人体正常需氧量的10-15倍。高氧环境有利于提高自然免疫反应，因为参与吞噬作用的免疫细胞的功能依赖于氧气，并在高氧条件下被触发以保护免受感染。氧的可获得性在细胞外基质的形成中是关键的，细胞外基质负责加强组织。随着年龄的增长，形成骨骼、肌腱、韧带、肌肉和皮肤等组织结构完整性的基质材料会减少或恶化。胶原蛋白是这些组织的主要成分，为它们提供了力量和灵活性。高压氧被发现可以加速胶原的合成过程，并将平衡转向再生而不是退化。充足的氧气供应有助于修复过程，并减缓衰老的迹象。高压氧已被证明对心脏功能、呼吸功能和肝功能有有益的影响。高压氧对肝脏的再生作用已被研究，发现它可以促进肝切除术后的肝脏再生。据报道，高压氧治疗12个月后，患者的泌尿系症状得到改善，如纤维化、炎症和膀胱壁粘膜下水肿。高压氧显示出认知功能和神经元健康的显着改善，这通常会随着年龄的增长而下降。高压氧对多种生理功能的多重影响证明了它在治疗方面的巨大潜力(图2)。高压氧的再生效应在几项临床研究中都很明显，但需要进行广泛的研究，以更好地了解其机制，并以更有效的方式利用高压氧。
此外，高压氧的抗衰老作用还可能取决于个体的遗传构成、内分泌健康状况和饮食习惯，因此可能表现出抗衰老作用的不一致性。总体而言，高压氧在再生治疗方面显示出良好的效果，并通过各种机制显示出抗衰老的作用。高压氧的潜力在于它能够以最小的副作用调节多种功能，这可以成为针对衰老的有害影响和改善个人整体健康的有力工具。
小编说
1、关于高压氧和衰老是一个经久不衰的话题，有的说高压氧可以导致衰老，原因是高压氧含一个“氧”字，必然会因为产生过度的氧自由基而加速机体的衰老，甚至还专门说“有某某国外报纸报道相关研究”，但这些内容真实性却让人存疑：一是只看到中文，却没有原文出处或把原文直接展示出来，二是提到相关研究已在某某期刊发表，结果进入此期刊官网以高压氧或高气压为关键词却一直未搜索到其所说的相关研究文章，三是其文中的话语存在科学错误，明明是起抗凋亡作用的，硬把它说成起到促凋亡作用。
2、但实际上，高压氧治疗抗衰老，治疗组织缺血促进组织存活有大量的文献证明，而且本次综述文献也是最新的，小编第一时间向大家分享的目的就是想“谣言止于智者”，相关内容均有文献出处，而不是随便乱说的。而且此文献综述也详细讲解了衰老的生理过程，以及高压氧治疗在抗衰老和再生方面的作用，有理有据。
3、学术可以有争论，可以有不同的声音，学科发展也需要有不同的声音，因为事物的存在具有“矛盾性”，这种“矛盾性”促进了事物的相对“运动性”，但这种争论是有理有据，也就是有依据有出处的，这才是科学的争论。没有依据出处的争论，甚至随意编造，那只是一种“造谣”甚至“过度抹黑”。
4、当然，作为高压氧医务工作者也需要通过现象看到本质，不断去探究高压氧治疗方案和疗程，将高压氧治疗效益发挥最大化，将高压氧治疗副作用降到最低化。一提到副作用，大家也不要去恐慌和害怕，因为任何事物都具有双面性，就像运动可以提高健康，延缓衰老，但前提也是适度的运动，而过度的运动也会对机体造成损害。
5、学好用好宣传好高压氧，我们一起努力和携手前行。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/JhrPfSdr8OWeVDg0iaoJSw
备注：该文献引用商洛市中心医院高压氧科公众号,该文献中的图片引用原文/网络，如有侵权请联系删除，谢谢！
