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高压氧疗法能够抗衰老和延寿吗?

作者简介:赵保路,中国科学院生物物理研究所研究员,原副所长。亚洲自由基研究学会主席,中国生物物理学会自由基生物学和医学专业委员会主任,中国衰老和抗衰老生物学委员会副主任。



转载自:《科学智慧火花》中国科学院主办  中国科学技术协会协办

https://idea.cas.cn/viewpoint.action?docid=79475


最近据媒体报道,以色列研究人员公布一项新的研究成果:高压氧疗法或能阻止健康老年人血液细胞染色体末端端粒变短,减少体内衰老细胞的聚集,或许能使人寿命延长。这是一种在大气压力增加情况下,吸入100%纯氧气的治疗方法。治疗原理在于高压氧使溶解于血液中的氧明显增加,确保氧在人体组织中的弥散。此次研究,就是以高压氧治疗为手段,通过观察血液细胞染色体末端端粒是否缩短,以及衰老细胞在体内的累积情况,判断高压氧是否有抗衰老和延寿作用。

这个报告涉及三个基本概念:高压氧治疗端粒长度细胞衰老。下面先介绍一下这三个概念。

一、高压氧治疗

氧气进入肺里就会立刻溶解到血液中,正常人的血液中所溶解氧气量与环境压力有关系。我们生活在一个大气压的环境下,由于空气中的氧气只有20%,所以人血里溶解的氧气很少。但红细胞携带的氧气比溶解到血中的氧气高几十倍,所以正常人能满足运送氧气的吸氧量。

在高于一个大气压的环境里吸入100%的氧治疗疾病的过程叫高压氧治疗。在高压的环境下,呼吸纯氧或高浓度氧是治疗缺氧性疾病和相关疾患的方法。高压氧治疗需在专科医生指导下进行,根据病人的情况选择不同的氧浓度和吸氧方式。

高压氧舱是进行高压氧疗法的专用医疗设备,适用范围很广,临床有多种用途。加压介质为空气或医用氧气,空气加压最高工作压力不大于0.3MPa,氧气加压最高工作压力不大于0.2MPa。常规的高压氧治疗,不会产生任何副作用,如果工作人员操作不当,可产生严重后果。如氧中毒,产生功能性或器质性损害。氧中毒可导致自由基的过量产生,一些重要酶失活,进一步引起中枢神经、肺组织损伤、溶血乃至整个机体同时受害,导致中耳气压伤、副鼻窦气压伤和肺气压伤。严重的可使胸腔内气体过度膨胀,肺和心脏受压,甚至可致病人突然死亡。

二、端粒、端粒酶与衰老

端粒是位于染色体末端的串联核苷酸重复序列,维持基因组的稳定性。因为固有的无法完全复制滞后DNA链的末端部分,端粒在复制过程中会缩短。端粒长度在4-15千个碱基之间,每年逐渐缩短约20-40个碱基,与不同疾病、身体机能低下和大脑皮质变薄有关。当端粒达到一个临界长度时,细胞无法复制并进展到衰老或程序性细胞死亡[1]。端粒酶是在细胞中负责端粒延长的一种酶,可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端,把DNA复制损失的端粒填补起来,使端粒修复延长,可以让端粒不会因细胞分裂而有所损耗,使得细胞分裂的次数增加。因为研究揭开了细胞分裂过程中染色体如何复制的奥秘,发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理,促进了人类对癌症、遗传疾病和衰老的研究进程,3位科学家共同获得了2009年度诺贝尔生理学或医学奖殊荣。

端粒缩短直接原因是遗传,但也有一些环境因素,包括压力、缺乏、体力活动、体重指数过高、吸烟、慢性炎症、维生素缺乏和氧化应激[2]。虽然许多遗传和环境因素与端粒缩短有关,但最常见的机制是氧化应激。氧化应激可由活性氧(ROS)的产生和清除剂不平衡引起。端粒对氧化性DNA损伤高度敏感,可导致端粒缩短和功能障碍[3]。而抗氧化剂和自由基清除剂可降低缩短率并延长细胞增殖寿命。一些病理条件(如糖尿病、炎症性疾病、帕金森病等)也与氧化应激、活性氧清除剂水平和端粒长度之间存在相关性[4]

一些生活方式,包括耐力训练、针对细胞代谢和氧化应激的饮食和补充剂,可以延长端粒长度(2-5%)[2]。如补充如欧米茄-3和核桃油等、体育活动、减少压力和参与社会活动等。最近的一项研究发现,有氧耐力训练或6个月的高强度间歇训练使端粒长度增加了5%[5]。大多数研究表明抗氧化活性和端粒酶活性之间存在显著相关性[6]

三、衰老细胞与衰老

细胞的生命历程都要经过未分化、分化、生长、成熟、衰老和死亡几个阶段。细胞衰老是指细胞在执行生命活动过程中,随着时间的推移,细胞增殖与分化能力和生理功能逐渐发生衰退变化过程。衰老死亡细胞被机体的免疫系统清除,同时新生细胞也不断从相应组织器官生成,以弥补衰老死亡的细胞。细胞衰老死亡与新生细胞生长动态平衡是维持机体正常生命活动的基础。衰老的主要目的是通过免疫系统将受损细胞清除,从而阻止受损细胞的繁殖。随着年龄的增长,衰老细胞的积累,反过来加剧损伤并导致衰老[7]。在动物模型中已经开发出许多抗衰老药物能去除衰老细胞,还研究提出了一些非药理学方法,具有良好的安全性,用于减少衰老细胞的数量。




四、这个研究能证明高压氧治疗阻止衰老和延缓衰老吗?

首先看看这个实验是怎么做的和得到什么结果[8]

1、采取的方法:

35名年龄在64岁及以上健康独立生活的成年人被纳入研究,接受60天高压氧治疗治疗。在第30次和第60次治疗时及最后一次治疗后1-2周采集全血样本,检测外周血单个核细胞端粒长度和衰老情况。

高压氧治疗在多空间Starmed-2700室(德国豪克斯)实施。每天60次,在三个月内每周5次。每次训练在2ATA下用面罩呼吸100%氧气90分钟,每20分钟换气5分钟。压缩/减压速率为1米/分钟。在试验期间,既不允许改变生活方式和饮食,也不允许调整药物。

2、得到的结果:

(1)高压氧治疗后辅助性T细胞、细胞毒性T细胞、自然杀伤细胞和B细胞的端粒长度显著增加20%以上。最显著的变化是B细胞,在第30次、第60次和高压氧治疗后分别增加了(25.68±40.42)%(p=0.007)、(29.39±23.39)%(p=0.0001)和(37.63±52.73)(p=0.007)。

(2)高压氧治疗后衰老T辅助细胞数量显著减少(37.30%±33.04)%(P<0.0001),衰老细胞毒性细胞显著降低(10.96%±12.59)%(p=0.0004)。

3、得到结论:

高压氧治疗可能诱导显著的抗衰老效应,包括显著增加老年人群中的端粒长度和衰老细胞的清除率。

4、局限性:

首先,样本量有限,观察时间短。二,缺乏对照组。三,未做长期随访持续时间的影响。四,没有评估端粒酶活性,五,测量孤立的高压氧治疗,并没有监测参与者是否有任何生活方式改变(如营养和运动)、药物或任何其他混杂因素的干预。

五、高压氧治疗真的能够阻止和延缓衰老吗?

世界卫生组织公布的结果显示,影响寿命和衰老是多因素的。遗传只占15%左右,最主要的是个人生活习惯大于约60%,其它的还有社会环境约10%、医疗约8%、气候约7%,等。在个人生活习惯中,影响最大的是情绪,大于40%,其它的是饮食和运动约20%、睡眠约15%,等(如图)。高压氧治疗延长端粒是属于遗传因素中的一个因素,减少有毒免疫细胞与多个因素有关。因此,高压氧治疗即使能够延长端粒和减少有毒免疫细胞,是否能够真正显著的抗衰老,还要看每个人其他方面的情况。

一个人如果长期的心胸狭窄、利欲熏心、斤斤计较、心情浮躁、心理压力过大,这种心理状态就会加速衰老。即使高压氧治疗,没有良好的生活习惯和注意保养就会比常人可能更快的衰老。



A、 影响寿命的因素;


B、在个人生活习惯中影响寿命的因素。


六、高压氧治疗的其他作用

高压氧治疗除了对衰老的影响以外,还有很多其他的其他作用,如用于痴呆症、厌氧菌感染、CO中毒、气栓病、减压病、脑病、眼部疾病、勃起功能障碍等的治疗,但也存在一些副作用。

1、高压氧治疗恢复活力和认知能力:

在一份报告中,高压氧治疗通过增加大脑区域的脑血流量,提高老年人的认知能力,特别是注意力和信息处理速度[9]。一项随机对照临床试验本研究发现,高压氧治疗诱导健康老年人认知功能增强,主要包括改进注意力、信息处理速度和执行功能,这些功能通常会随着年龄的增长而下降[10]。高压氧治疗可减轻衰老和老年肥胖模型中的代谢紊乱、认知能力下降和海马病变,改善认知障碍、海马老化和病理学,恢复了衰老和肥胖模型的胰岛素敏感性、海马功能和认知功能[11]

2、压氧辅助治疗血管性痴呆疗效:

一项高压氧治疗血管性痴呆荟萃分析,系统检索临床研究25项涉及1954名患者的随机临床试验入选。结果表明,高压氧治疗显著改善了简易精神状态(P<0.00001)、日常生活活动(P<0.00001),并提高了总有效率(P<0.00001)。高压氧治疗组和对照组之间的不良事件发生率无统计学意义(P=0.79)。因此得出结论:鉴于高压氧治疗的有效性和安全性,该荟萃分析表明高压氧疗法可作为血管性痴呆治疗的有效和安全的补充疗法[12]

3、高压氧对眼部疾病的治疗作用及安全性:

高压氧治疗增加氧气压力和血液及组织中活性氧的浓度,增加氧压有益于某些疾病,如治疗糖尿病腿溃疡和糖尿病视网膜病变;高压氧治疗白内障晶状体生物化学、生理学和光学的影响发现,可以改善晶状体屈光读的变化[13]。但视网膜功能对血红蛋白氧浓度的变化和活性氧产生的相关变化非常敏感。高压氧治疗使眼睛暴露在氧气浓度增加的环境中,易感个体存在氧化损伤的风险。然而,如果高压氧通过面罩输送,使眼表面暴露于高于正常水平的氧气,则房水中的氧气浓度和小梁网细胞受损的风险可能会更大。在这些病例中,需要使用口鼻面罩进行高压氧治疗。抗氧化剂饮食补充与任何高压氧治疗结合使用 [14]

4、高压氧治疗煤气中毒:

煤气中毒的症状从头痛、头晕、精神错乱到心脏和神经紊乱。氧是治疗的基石,它加速一氧化碳从血红素蛋白质中的分解。治疗一氧化碳中毒的标准护理是100%常压氧,这将使血液中一氧化碳的半衰期从5小时减少到1小时。高压氧是一种有用的辅助手段,可迅速将煤气的半衰期缩短至20分钟,并降低延迟性神经后遗症的发生率,可以减少一氧化碳中毒的神经后遗症。建议在12小时的时间窗口内,高压氧治疗仅用于中度和重度煤气中毒。然而,随机临床试验结果并不明确,高压氧在煤气中毒治疗中的作用仍然值得怀疑,只有少数随机对照研究进行过,其结果不一致[15]

5、高压氧治疗创伤:

在动物模型中,高压氧治疗已被证明能减少细胞凋亡、上调生长因子、提高抗氧化水平和抑制炎症细胞因子,因此,高压氧治疗可能有利于治疗至少是创伤性脑损伤段。在脑损伤的动物模型中,高压氧治疗暴露具有预防或预处理益处,治疗的最佳时间框架尚未确定。高压氧治疗具有潜在的副作用,如急性脑毒性和长期使用会产生更多的活性氧,因此,有必要优化暴露时间,以最大限度地获得回报并减少高压氧治疗的有害影响[16]。一项研究探讨了高压氧治疗难愈合皮肤创伤患者的氧化应激作用,得到的结论是难以愈合的皮肤伤口而暴露于高压氧治疗不会显著影响患者外周血中的氧化应激水平,并且从氧化还原过程的角度来看,是治疗慢性伤口的安全治疗方法[17]

6、高压氧治疗对勃起功能障碍患者勃起功能和血清睾酮水平的影响:

一项研究评估了高压氧治疗对勃起功能障碍患者的作用。在高压氧治疗治疗的第一天和最后一天检测血清总睾酮(TT)和游离睾酮(FT)水平。结果发现:共有43例患者被纳入本研究,高压氧治疗后国际勃起功能指数平均得分显著高于患者高压氧治疗前平均得分(p<0.001)。患者在高压氧治疗前和治疗后的血清TT和FT水平之间没有统计学差异(p=0.658)。因此得出结论:高压氧治疗改善勃起功能障碍患者的勃起功能,但在未检测到对睾酮水平的任何影响[18]

7、高压氧的其它功效:

研究发现高压氧治疗可改善紫外线B照射引起的黑色素沉着,减少老年斑的大小[19]、可有效缓解运动诱导的炎症反应和肌肉损伤[20]、减压病、动脉气体栓塞、肝移植、急性肝损伤、非酒精性脂肪性肝炎、纤维化和癌症[21]等。

参考文献

1、Xie Z, Jay KA, Smith DL, Zhang Y, Liu Z, Zheng J, Tian R, Li H, Blackburn EH. Early telomerase inactivation accelerates aging independently of telomere length. Cell. 2015; 160:928–39.

2、Tsoukalas D, Fragkiadaki P, Docea AO, Alegakis AK, Sarandi E, Vakonaki E, Salataj E, Kouvidi E, Nikitovic D, Kovatsi L, Spandidos DA, Tsatsakis A, Calina D. Association of nutraceutical supplements with longer telomere length. Int J Mol Med. 2019; 44:218–26.

3、Barnes RP, Fouquerel E, Opresko PL. The impact of oxidative DNA damage and stress on telomere homeostasis. Mech Ageing Dev. 2019; 177:37–45.

4、von Zglinicki T. Oxidative stress shortens telomeres. Trends Biochem Sci. 2002; 27:339–44.

5、Werner CM, Hecksteden A, Morsch A, Zundler J, Wegmann M, Kratzsch J, Thiery J, Hohl M, Bittenbring JT, Neumann F, Bohm M, Meyer T, Laufs U. Differential effects of endurance, interval, and resistance training on telomerase activity and telomere length in a randomized, controlled study. Eur Heart J. 2019; 40:34–46.

6、Barnes RP, Fouquerel E, Opresko PL. The impact of oxidative DNA damage and stress on telomere homeostasis. Mech Ageing Dev. 2019; 177:37–45.

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8、Hachmo Y, Hadanny  A,Hamed RA。 Et al. Hyperbaric oxygen therapy increases telomere length and decreases immunosenescence in isolated blood cells: a prospective trial. Aging .Albany NY. 2020 Nov 18;12(22):22445-22456.

9、Kamat SM, Mendelsohn AR, Larrick JW. Rejuvenation Through Oxygen, More or Less. Rejuvenation Res. 2021 Apr;24(2):158-163.

10、Hadanny A, Daniel-Kotovsky M, Suzin G,  et al. Cognitive enhancement of healthy older adults using hyperbaric oxygen: a randomized controlled trial. Aging (Albany NY). 2020 Jun 26;12(13):13740-13761.

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