Przeciwzapalne i ochronne działanie tlenu hiperbarycznego – co pokazały badania

Stan zapalny i stres oksydacyjny – dlaczego tlen może pomagać

Stan zapalny to naturalna reakcja obronna organizmu na uraz, zakażenie czy niedokrwienie: komórki odpornościowe wydzielają cytokiny prozapalne (białka sygnałowe nasilające odczyn), a w tkankach przybywa wolnych rodników. Gdy odpowiedź jest zbyt silna lub się przedłuża, szkodzi zdrowym komórkom – przewagę wolnych rodników nad obroną antyoksydacyjną nazywa się stresem oksydacyjnym. Szczególną postacią takiej szkody jest uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne, pojawiające się, gdy do niedokrwionej tkanki wraca krew.

Tlenoterapia hiperbaryczna (HBOT) to oddychanie czystym tlenem w komorze pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego. Przegląd poświęcony urazom sportowym zwraca uwagę, że połączenie ciśnienia i tlenu zwiększa ilość tlenu rozpuszczonego w osoczu i prawdopodobnie sprzyja też zwężeniu naczyń w całym organizmie, a zarazem hamuje ich skurcz w miejscu urazu, dzięki czemu ogranicza obrzęk¹. Podstawy metody wyjaśniamy w artykule Czym jest tlenoterapia hiperbaryczna.

Hormeza: łagodny bodziec, który wzmacnia obronę komórek

Można by sądzić, że więcej tlenu oznacza więcej wolnych rodników. Badania laboratoryjne pokazują jednak, że łagodny, kontrolowany bodziec tlenowy działa jak trening: skłania komórki do uruchomienia własnych systemów ochronnych – to zjawisko, zwane hormezą, znane jest też z wysiłku fizycznego czy działania ciepła². W hodowlach ludzkich komórek śródbłonka (warstwy wyściełającej naczynia krwionośne) tlen hiperbaryczny włączał geny obrony antyoksydacyjnej i białek opiekuńczych, pomagających naprawiać uszkodzone białka, a komórki szybciej się namnażały, lepiej znosiły silny stres oksydacyjny i sprawniej tworzyły struktury przypominające sieć naczyń³. Czysty tlen bez podwyższonego ciśnienia wywoływał jedynie minimalne zmiany – kluczowe okazało się połączenie obu czynników³.

Podobnie było u zwierząt. U myszy z przyspieszonym starzeniem (wywołanym D-galaktozą) codzienne ekspozycje podnosiły poziom enzymów antyoksydacyjnych, zmniejszały ilość produktów utleniania tłuszczów oraz stężenie czynnika martwicy nowotworów (TNF-α) i interleukiny 6, a zwierzęta lepiej się uczyły i zapamiętywały⁴. U szczurów z uszkodzeniem wątroby po podwiązaniu przewodu żółciowego czternaście dni ekspozycji zwiększyło zdolność antyoksydacyjną tkanki i zmniejszyło ilość białek uszkodzonych przez utlenianie⁵. W szczurzym modelu popromiennego zapalenia pęcherza moczowego seria 20 ekspozycji całkowicie przywróciła do normy wywołany napromienianiem wzrost markerów stresu oksydacyjnego i czynników sprzyjających włóknieniu, nie zmieniając wskaźników u zdrowych zwierząt⁶. Przegląd prac nad chorobami jelit odnotował w modelach zwierzęcych podobne spadki markerów stresu oksydacyjnego – z jednym wyjątkiem, w którym ilość utlenionych białek w osoczu wzrosła⁷.

Mniej cytokin zapalnych w modelach doświadczalnych

U myszy po doświadczalnym urazie mózgu tlen hiperbaryczny zmniejszał obszar uszkodzenia i obrzęk, poprawiał sprawność ruchową i funkcje poznawcze oraz obniżał poziom prozapalnych interleukin 1β i 6⁸. Rosło za to stężenie interleukiny 10, która wycisza odczyn zapalny – u myszy pozbawionych jej genu korzystny wpływ tlenu na zapalenie i obrzęk zanikał⁸. U szczurów z urazem rdzenia kręgowego tlen obniżał poziom białek HMGB1 i NF-κB, napędzających kaskadę zapalną, a zwierzęta sprawniej poruszały kończynami tylnymi⁹.

Po wstrzyknięciu do łapy szczura adiuwantu Freunda (substancji wywołującej silny odczyn zapalny) siedem codziennych ekspozycji trwale zmniejszyło nadwrażliwość na ból i obrzęk, a w rdzeniu kręgowym hamowało aktywację komórek glejowych (podporowych komórek układu nerwowego) i wytwarzanie cytokin prozapalnych¹⁰. W mysim modelu reumatoidalnego zapalenia stawów ekspozycje obniżały stężenie interleukiny 17a i przeciwciał typowych dla tej choroby; dziesięć kolejnych dni działało na interleukinę 17a silniej niż ta sama liczba zabiegów rozłożona z przerwą¹¹. W hodowli komórek chrząstki ze stawu skroniowo-żuchwowego szczura tlen chronił je przed obumieraniem wywołanym interleukiną 1β i zwiększał wytwarzanie składników macierzy chrzęstnej¹².

U szczurów z ubytkiem kości ekspozycje przyspieszały pierwsze etapy naprawy, a według autorów zmniejszały przy tym stan zapalny¹³. W szczurzym modelu choroby Alzheimera pięć dni ekspozycji ograniczało aktywację astrocytów (komórek glejowych reagujących na uszkodzenie) i obumieranie neuronów, a zwierzęta lepiej się uczyły i zapamiętywały¹⁴. W modelu nowotworzenia jelita grubego u szczurów tlen przywracał do normy wytwarzanie zapalnego enzymu cyklooksygenazy 2 (COX-2), zwiększone przez substancję rakotwórczą¹⁵. Sam tlen nie zwiększał liczby ognisk nieprawidłowych krypt – wczesnych zmian w błonie śluzowej jelita, choć wskaźnik namnażania komórek był w tej grupie wyższy niż u zwierząt otrzymujących wyłącznie substancję rakotwórczą¹⁵.

Ochrona przed niedokrwieniem i hartowanie tlenem

Hartowanie (prekondycjonowanie) to łagodny bodziec zastosowany przed spodziewanym obciążeniem, aby tkanki lepiej zniosły późniejsze niedotlenienie. U szczurów, którym po serii ekspozycji hartujących czasowo zamykano tętnicę środkową mózgu (co odtwarza udar z przywróceniem przepływu), tlen prowadził do tolerancji na niedokrwienie i mniejszego zawału, choć nie u każdego zwierzęcia w tym samym stopniu¹⁶. Kluczowa okazała się cystatyna C, białko chroniące szczelność lizosomów (komórkowych „pojemników” z enzymami trawiennymi): hartowanie zwiększało jej stężenie, wyłączenie jej genu znosiło ochronę, a cystatyna podana z zewnątrz sama chroniła mózg przed uszkodzeniem niedokrwienno-reperfuzyjnym¹⁶.

Przegląd prac nad pooperacyjnymi zaburzeniami funkcji poznawczych (pogorszeniem pamięci i koncentracji po operacji) podsumowuje, że hartowanie tlenem hiperbarycznym chroni serce, wątrobę i mózg oraz daje obiecujące wyniki w zapobieganiu tym zaburzeniom; autorzy uznają je za skuteczną i praktyczną metodę, pobudzającą własne systemy obrony antyoksydacyjnej i przeciwzapalnej¹⁷. Możliwość przygotowania pacjenta tlenem przed dużą operacją wskazują też badacze komórek śródbłonka³.

Znaczenie ma także długość serii. U szczurów po przejściowym niedokrwieniu mózgu trzytygodniowy cykl ekspozycji dawał mniejszy deficyt neurologiczny niż cykl dwudniowy, silniej przyciągał do uszkodzonego obszaru komórki macierzyste szpiku i pobudzał powstawanie nowych neuronów, a według autorów łagodził też stan zapalny¹⁸. To istotne, bo w badaniu laboratoryjnym ludzkie komórki macierzyste szpiku wydzielały BDNF (neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego), chroniący hodowane neurony przed obumieraniem¹⁹. U szczurów z urazem rdzenia kręgowego tlen obniżał poziom czynnika niedotlenienia HIF-1α, a zwiększał wytwarzanie VEGF, sprzyjającego tworzeniu naczyń, przy wyraźnie lepszym powrocie sprawności²⁰. Autorzy przeglądu o urazach mózgu nazywają tlen hiperbaryczny obiecującą strategią ochrony układu nerwowego, łączącą działanie przeciwzapalne z hamowaniem apoptozy (zaprogramowanej śmierci komórek)²¹.

Poprawa u pacjentów z chorobami zapalnymi

Nieswoiste choroby zapalne jelit

W wieloośrodkowym badaniu fazy 2 wzięło udział 20 chorych hospitalizowanych z powodu zaostrzenia wrzodziejącego zapalenia jelita grubego; u trzech czwartych z nich zawiodło wcześniej leczenie biologiczne²². Tlen dołączono do dożylnych steroidów i już po trzech dniach odpowiedź uzyskało 11 osób: zmniejszyły się częstość wypróżnień, krwawienie i stężenie białka C-reaktywnego (CRP, wskaźnika zapalenia)²². Osoby z odpowiedzią losowo przydzielano do 3 lub 5 dni zabiegów – dłuższa seria silniej wyciszała chorobę²². Leczenia ratunkowego lub usunięcia jelita wymagało tylko 3 z 20 chorych, choć przewidywane ryzyko sięgało 80%; nikt z osób z odpowiedzią nie wymagał w ciągu trzech miesięcy ponownej hospitalizacji ani operacji, a zabiegi nie wywołały działań niepożądanych²².

Przegląd systematyczny obejmujący 18 badań, połączony z metaanalizą, wykazał zbiorczy odsetek odpowiedzi na leczenie z udziałem HBOT na poziomie 83% we wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego i 82% w chorobie Leśniowskiego-Crohna, a w jej postaci przetokowej przetoki goiły się całkowicie u blisko połowy chorych²³. Działania niepożądane były w większości łagodne, a korzystne dane pochodzą głównie z badań obserwacyjnych – badania randomizowane we wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego przyniosły sprzeczne wyniki²³. Wcześniejszy przegląd systematyczny, obejmujący chorych z ciężką postacią oporną na standardowe leki, odnotował poprawę u 31 z 40 osób z chorobą Leśniowskiego-Crohna i u wszystkich 39 z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego⁷. Więcej – w artykule o chorobach jelit i wątroby.

Stawy, blizny i przewlekły ból

W pilotażowej serii przypadków dziesięciu chorych z reumatoidalnym zapaleniem stawów odbyło po 30 zabiegów w ciągu 6–10 tygodni; u osób z aktywną chorobą wskaźnik DAS28 (łączna ocena bolesnych i obrzękniętych stawów, parametrów zapalnych i samopoczucia) był po 3 i 6 miesiącach istotnie niższy niż przed leczeniem, a pod koniec serii istotnie zmniejszył się ból²⁴ (więcej w artykule o kręgosłupie i stawach). W badaniu z udziałem 30 osób porównano tkankę bliznowców (nadmiernie rozrośniętych blizn) od chorych leczonych z użyciem HBOT i bez niej oraz zdrową skórę; poziomy czterech mediatorów zapalnych istotnie się różniły, co autorzy wiążą z wyciszaniem odpowiedzi zapalnej przez tlenoterapię²⁵. Opisano też chorą z długotrwałym zespołem wieloobjawowego bólu miejscowego (CRPS, pourazowym schorzeniem neurozapalnym), której objawy opanowywały tylko bardzo duże dawki sterydów; dwa cykle zabiegów pozwoliły zmniejszyć dawkę do poziomu fizjologicznego przy zachowanej kontroli objawów²⁶.

Co to oznacza dla pacjentów i sportowców

W badaniach tlen podawany pod zwiększonym ciśnieniem wyciszał nadmierny odczyn zapalny^8,10 i wzmacniał własne mechanizmy obronne komórek^3,4. HBOT jest metodą wspierającą: uzupełnia leczenie gastroenterologiczne, reumatologiczne czy neurologiczne, a nie je zastępuje.

Dla osób aktywnych szczególnie ciekawy jest przegląd o urazach sportowych: jego autorzy wiązali potencjalne korzyści z ograniczeniem pierwotnego uszkodzenia – m.in. dzięki kontroli przylegania neutrofilów (komórek zapalnych) i uwalniania wolnych rodników – oraz ze wsparciem procesów wymagających tlenu, takich jak tworzenie kolagenu¹. Przytaczali wstępne badania u ludzi i zwierząt, w których gojenie przebiegało obiecująco, a niekiedy istotnie szybciej, i wymienili potencjalne przeciwwskazania u zdrowych sportowców, m.in. gorączkę, infekcję górnych dróg oddechowych czy uraz klatki piersiowej z podejrzeniem odmy¹. Więcej w artykule HBOT w regeneracji sportowców.

W Baromedical zabieg trwa 90 minut i odbywa się pod ciśnieniem 2,0–3,2 ATA. O kwalifikacji, liczbie zabiegów i ewentualnych przeciwwskazaniach decyduje specjalista.

Kierunki dalszych badań

Badacze wrzodziejącego zapalenia jelita grubego podkreślają potrzebę większych badań fazy 3, które mają potwierdzić skuteczność tlenoterapii w zaostrzeniach²², a autorzy metaanalizy – randomizowanych badań o odpowiedniej liczebności²³. W reumatoidalnym zapaleniu stawów kolejnym etapem mają być badania z większą liczbą uczestników i grupą kontrolną²⁴, a przegląd prac nad chorobami jelit zachęca do dalszej oceny wpływu tlenu na markery zapalenia i stresu oksydacyjnego u chorych⁷.

Najczęstsze pytania

Czy tlenoterapia hiperbaryczna działa przeciwzapalnie?

W badaniach na komórkach i zwierzętach tlen hiperbaryczny wielokrotnie obniżał poziom cytokin prozapalnych, takich jak interleukina 1β, interleukina 6 czy TNF-α, i ograniczał stres oksydacyjny. U ludzi korzystne zmiany opisano przede wszystkim w nieswoistych chorobach zapalnych jelit oraz w pilotażowym badaniu w reumatoidalnym zapaleniu stawów. HBOT stosuje się jako wsparcie leczenia podstawowego, a nie jego zamiennik.

Czy tlen pod zwiększonym ciśnieniem nie nasila stresu oksydacyjnego?

Tlen hiperbaryczny działa na komórki jak łagodny bodziec prooksydacyjny, ale badania laboratoryjne pokazują, że skłania je to do uruchomienia własnych systemów obronnych – to zjawisko nazywa się hormezą. W modelach zwierzęcych po serii ekspozycji markery uszkodzeń oksydacyjnych zwykle spadały, a w części prac rósł poziom enzymów antyoksydacyjnych.

Na czym polega hartowanie (prekondycjonowanie) tlenem hiperbarycznym?

To zastosowanie serii ekspozycji na tlen hiperbaryczny przed spodziewanym obciążeniem, na przykład niedokrwieniem lub dużą operacją, aby przygotować tkanki na stres. W badaniu na szczurach takie przygotowanie zmniejszało uszkodzenie mózgu po niedokrwieniu, a autorzy przeglądu prac nad powikłaniami pooperacyjnymi oceniają je jako obiecującą metodę ochrony pamięci i koncentracji. O zastosowaniu u konkretnej osoby decyduje specjalista.

Czytaj także

• Regeneracja mięśni, więzadeł i nerwów a tlen hiperbaryczny – co pokazały badania
• HBOT w bólu przewlekłym, CRPS i migrenie: mniej bólu, obrzęku i zmęczenia w badaniach

Źródła

1. przegląd literatury Komory hiperbaryczne a leczenie urazów sportowych. Staples J, Clement D. Sports Med. 1996;22(4):219-227. publikacja
2. przegląd literatury Leczenie tlenem hiperbarycznym indukuje ekspresję genów antyoksydacyjnych. Godman CA, Joshi R, Giardina C i wsp. Ann N Y Acad Sci. 2010;1197:178-183. publikacja
3. badanie laboratoryjne (in vitro) Tlen hiperbaryczny wywołuje odpowiedź cytoprotekcyjną i angiogenną w ludzkich mikronaczyniowych komórkach śródbłonka. Godman CA, Chheda KP, Hightower LE i wsp. Cell Stress Chaperones. 2010;15(4):431-442. publikacja · pełny tekst
4. badanie na zwierzętach Ochronne działanie tlenu hiperbarycznego w zaburzeniach funkcji poznawczych wywołanych D-galaktozą u myszy. Chen X, Li Y, Chen W i wsp. Neurochem Res. 2016;41(11):3032-3041. publikacja
5. badanie na zwierzętach Wpływ tlenoterapii hiperbarycznej na całkowitą zdolność antyoksydacyjną i aktywność prolidazy po podwiązaniu przewodu żółciowego u szczurów. Terzioglu D, Uslu L, Simsek G i wsp. J Invest Surg. 2017;30(6):376-382. publikacja
6. badanie na zwierzętach Leczenie tlenem hiperbarycznym odwraca wywołane napromienianiem odpowiedzi prowłóknieniowe i związane ze stresem oksydacyjnym w modelu szczurzym. Oscarsson N, Ny L, Mölne J i wsp. Free Radic Biol Med. 2017;103:248-255. publikacja
7. przegląd systematyczny Leczenie tlenem hiperbarycznym w nieswoistych chorobach zapalnych jelit: przegląd systematyczny i analiza. Rossignol DA. Med Gas Res. 2012;2(1):6. publikacja · pełny tekst
8. badanie na zwierzętach Interleukina-10 pośredniczy w neuroprotekcyjnym działaniu tlenoterapii hiperbarycznej w urazowym uszkodzeniu mózgu u myszy. Chen X, Duan XS, Xu LJ i wsp. Neuroscience. 2014;266:235-243. publikacja
9. badanie na zwierzętach Tlen hiperbaryczny łagodzi doświadczalne uszkodzenie (rdzenia kręgowego) poprzez obniżenie ekspresji HMGB1/NF-κB. Yang J, Liu X, Zhou Y i wsp. Spine (Phila Pa 1976). 2013;38(26):E1641-8. publikacja
10. badanie na zwierzętach Powtarzana tlenoterapia hiperbaryczna łagodzi ból wywołany pełnym adiuwantem Freunda i zmniejsza neurozapalenie zależne od gleju w rdzeniu kręgowym. Hui J, Zhang ZJ, Zhang X i wsp. J Pain. 2013;14(7):747-758. publikacja
11. badanie na zwierzętach Tlen hiperbaryczny w zwierzęcym modelu reumatoidalnego zapalenia stawów: analiza HIF-1α, ACPA i IL-17a. Harnanik T, Prihartono S, Juliandhy T. Infect Dis Rep. 2020;12(suppl 1):8766. publikacja · pełny tekst
12. badanie laboratoryjne (in vitro) Tlen hiperbaryczny chroni chondrocyty wyrostka kłykciowego żuchwy przed apoptozą indukowaną interleukiną-1β za pośrednictwem szlaku sygnałowego PI3K/AKT. Chen H, Wu G, Sun Q i wsp. Am J Transl Res. 2016;8(11):5108-5117. publikacja · pełny tekst
13. badanie na zwierzętach Wpływ tlenu hiperbarycznego na początkowe etapy gojenia kości. Rocha FS, Gomes Moura CC, Rocha Rodrigues DB i wsp. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 2015;120(5):581-587. publikacja
14. badanie na zwierzętach Wstępne zastosowanie tlenu hiperbarycznego poprawia funkcje poznawcze i zmniejsza uszkodzenie hipokampa za pośrednictwem kinazy białkowej p38 aktywowanej mitogenami w modelu szczurzym. Zhao B, Pan Y, Wang Z i wsp. Yonsei Med J. 2017;58(1):131-138. publikacja · pełny tekst
15. badanie na zwierzętach Tlenoterapia hiperbaryczna zmniejsza ekspresję COX-2 w szczurzym modelu kancerogenezy jelita grubego indukowanej dimetylohydrazyną. Gois E, Daniel RA, Parra RS i wsp. Undersea Hyperb Med. 2012;39(3):693-698. publikacja
16. badanie na zwierzętach Cystatyna C jest kluczowym endogennym czynnikiem ochronnym w udarze mózgu. Fang Z, Deng J, Wu Z i wsp. Stroke. 2017;48(2):436-444. publikacja
17. przegląd literatury Hartowanie tlenem hiperbarycznym łagodzi pooperacyjne zaburzenia funkcji poznawczych poprzez zmniejszenie stresu oksydacyjnego i stanu zapalnego. Gao ZX, Rao J, Li YH. Neural Regen Res. 2017;12(2):329-336. publikacja · pełny tekst
18. badanie na zwierzętach Długotrwały cykl tlenoterapii hiperbarycznej pobudza neurogenezę i osłabia stan zapalny po udarze niedokrwiennym mózgu. Lee YS, Chio CC, Chang CP i wsp. Mediators Inflamm. 2013;2013:512978. publikacja · pełny tekst
19. badanie laboratoryjne (in vitro) Ludzkie mezenchymalne komórki macierzyste pochodzące ze szpiku kostnego wydzielają neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego, który sprzyja przeżyciu neuronów in vitro. Wilkins A, Kemp K, Ginty M i wsp. Stem Cell Res. 2009;3(1):63-70. publikacja
20. badanie na zwierzętach Wpływ interwencji z użyciem tlenu hiperbarycznego na ekspresję czynnika indukowanego hipoksją 1α oraz czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego w modelach urazu rdzenia kręgowego u szczurów. Zhou Y, Liu XH, Qu SD i wsp. Chin Med J (Engl). 2013;126(20):3897-3903. publikacja
21. przegląd literatury Tlenoterapia hiperbaryczna w urazowym uszkodzeniu mózgu. Huang L, Obenaus A. Med Gas Res. 2011;1(1):21. publikacja · pełny tekst
22. badanie randomizowane (RCT) Randomizowane badanie fazy 2B dotyczące tlenoterapii hiperbarycznej u pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego hospitalizowanych z powodu zaostrzeń o nasileniu umiarkowanym do ciężkiego. Dulai PS, Raffals LE, Hudesman D i wsp. Aliment Pharmacol Ther. 2020;52(6):955-963. publikacja
23. metaanaliza Tlenoterapia hiperbaryczna w nieswoistych chorobach zapalnych jelit: przegląd systematyczny i metaanaliza. Singh AK, Jha DK, Jena A i wsp. Eur J Gastroenterol Hepatol. 2021;33(1s suppl 1):e564-e573. publikacja
24. seria przypadków Wpływ tlenu hiperbarycznego na reumatoidalne zapalenie stawów: badanie pilotażowe. Sit MT, Schmidt TW, Edmonds LD i wsp. J Clin Rheumatol. 2021;27(8):e462-e468. publikacja
25. badanie kliniczne Wpływ tlenoterapii hiperbarycznej na poziomy ekspresji czynników zapalnych: interleukiny 12p40, białka zapalnego makrofagów 1β, płytkopochodnego czynnika wzrostu BB oraz antagonisty receptora interleukiny 1 w keloidach. Hao Y, Dong X, Zhang M i wsp. Medicine (Baltimore). 2020;99(16):e19857. publikacja · pełny tekst
26. opis przypadku Skuteczne leczenie długotrwałego zespołu wieloobjawowego bólu miejscowego za pomocą tlenoterapii hiperbarycznej. Binkley K, Katznelson R. J Neuroimmune Pharmacol. 2020;15(1):1-6. publikacja

Materiał ma charakter wyłącznie informacyjny i edukacyjny — nie stanowi porady medycznej i nie zastępuje konsultacji ze specjalistą. O kwalifikacji do tlenoterapii hiperbarycznej, liczbie zabiegów i przebiegu terapii każdorazowo decyduje specjalista po ocenie stanu zdrowia pacjenta. Artykuł jest autorskim omówieniem wyników publikacji naukowych przygotowanym przez Zespół Baromedical — nie stanowi tłumaczenia tych publikacji. Prawa autorskie do publikacji źródłowych przysługują ich autorom i wydawcom; pełne dane bibliograficzne podano w sekcji „Źródła”.