Transcript 陶恒沂

高气压医学基础概论
陶恒沂
021-81871143(o); 0531-871143(军)
18602170650
[email protected]
上海第二军医大学
第二军医大学陶恒沂
高气压医学的定义
高气压医学是专门研究和解决
沉箱、隧道和潜水等高气压作业及
高压氧治疗时所发生的各种医学问
题的综合性学科。高压氧治疗学是
高气压医学最重要的分支。有人形
容高压氧治疗学相当于外科学中的
普通外科学。
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•高压氧治疗的发展简史
•高压氧治疗相关的基本概念
•高压氧治疗的基本原理
•高压氧治疗的适应证与禁忌证
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1 高压氧治疗的发展简史
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1.1 Discovery and Isolation of O2
In 1667, Robert Hooke (16351703) discovered a particular
substance in the air which is
essential to life but he didn’t
know what it was.
He was an English scientist who made
contributions to many different fields including
architecture,
astronomy,
mathematics,
mechanics and optics.
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1.1 Discovery and Isolation of O2
In 1674, John Mayow (16411679) showed that fire is
supported not by the air as a
whole but by a more active and
subtle part of it. He called this
part “spiritus nitro-aereus”.
He was a chemist, physician, and physiologist
who is remembered today for conducting early
research into respiration and the nature of air.
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1.1 氧气的发现与提取
1770年Scheele在瑞典的乌普
萨拉(Uppsala)Lokk实验室进一
步证实了Mayow的发现,他当时把
空气中的那种有助燃作用的物质称
为“fire air”。
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1.1 Discovery and Isolation of O2
Carl Wilhelm Scheele (1742 –
1786) was a German-Swedish
pharmaceutical chemist. Isaac
Asimov called him "hard -luck
Scheele" because he made a
number of chemical discoveries
before others who are generally
given the credit.
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1.1 氧气的发现与提取
但是在世界上首先获得纯氧的是
Priestly , 他 是 通 过 加 热 氧 化 汞
(mercuric oxide)而获得的,他当
时 将 其 称 为 “ dephlogistigated air
(脱燃素空气)”。
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Discovery and Isolation of O2
He was an 18th-century English
theologian, dissenting clergyman, natural
philosopher, educator, and political theorist
who published more than 150 papers/works.
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1.1 氧气的发现与提取
然而,通过加热使液体中气体
蒸发出来的技术是Scheele首先发明
的,因此客观地讲,他们俩应该共
享“氧气发现者”的盛誉。但有少
数学者仅将Priestly认为是“氧气
发现者”。
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1.1 氧气的发现与提取
然而,严格意义上讲,“氧气
发现者”应该是Hooke和Mayow。而
Priestly则是利用Scheele发明的加
热蒸发技术首先分离出了氧气。总
而言之,他们4个人都为氧气的发现
和获得做出了重大贡献。
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1.1 氧气的发现与提取
为避免称谓发生混乱,1777年
由 Lavoisier
AL 提 出 将
“ spiritus-nitro-aereus” 、
“ dephlogistigated air” 和
“ fire air”统 一称 为“ oxygen” 。
后来得到了世界一致公认。
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1.1 氧气的发现与提取
我国清末学者徐寿把上述气
体取名为“羊气”,后来为了
统一(何时何地由何人提出已
无从考证),把“羊气”二字
合二为一,即当今的“氧”。
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Fathers of Emergency Medicine
Thomas Beddoes (1760-1808) was
a physician and philosopher who
first put forward a suggestion that
oxygen can be used to save
seriously ill patients but the French
physician Caillens was the first
doctor reported to have used
oxygen therapy as a remedy.
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Fathers of Emergency Medicine
James Watt (1736–1819) was a
Scottish inventor and mechanical
engineer, renown e d fo r his
improvements in steam engine
technology.
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1.2 氧气可用于临床
由于临床实践证明氧气用于临
床救治病人效果广泛而又明显,不
断地启发人们在必要时可以用更多
的氧,有什么方法才能使病人得到
更多的氧呢?
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1.2 氧气可用于临床
后来有人发现如果让病人
在高压环境下呼吸纯氧可达此
目的,即现在所称的高压氧治
疗。
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1.2 氧气可用于临床
但何时将高压氧治疗付诸于临床
实践,要追溯到1887年,Valenzuela
首次在2 ATA下用纯氧治疗临床疾病,
并取得了令人满意的效果。这可以被
看成是高压氧治疗学的萌芽。同时
Valenzuela也被认为是高压氧治疗学
的先驱。
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1.2 氧气可用于临床
20世纪50年代末至60年代初,
荷兰医学专家Boerema在3 ATA
氧压下率先进行心脏直视手术
取得成功;
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1.2 氧气可用于临床
接着又报道,有人将猪的血红蛋白全
部去除,然后让其暴露于高压氧环境下,结
果仍能正常生活。而去除血红蛋白仍暴露在
正常空气环境中的猪,仅几分钟就死亡了。
此即著名的“无血”生命试验;后又有人用
高压氧成功地治愈了梭状芽孢杆菌感染等,
使高压氧治疗的临床应用得到了飞速发展。
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应该铭记的伟人
•
•
•
•
•
•
•
Mayow和Hooke 首先发现了氧气
Pristly和Scheele 首先分离出了氧气
Beddoes 首次提出氧气可以用于临床急救
Caillens 首次将氧气用于临床急救实践
Watt 发明了首台制氧机
Henshaw首次采用压缩空气治疗疾病
Valenzuela首次用高压氧治疗疾病
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应该铭记的伟人
有人说高压氧从业人员不知道
Valenzuela就如同数学人不知道华罗
庚、陈景润;物理人不知道爱因斯坦、
杨政宁;化学人不知道门捷列夫、卢
锡家;普外科人不知道黄家駟,肝外
科人不知道吴孟超;或者说中国人不
知道毛泽东和邓小平一样。
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1.3 高气压医学学术交流
1963年在荷兰首都阿姆斯特丹召
开了第一届国际高气压医学会议,会
后出版了以Boerema等为主编的《高压
氧的临床应用》一书,实际上划时代
地宣告了现代高压氧治疗学的开始。
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1.3 高气压医学学术交流
从此以后,世界各国用高压氧治疗
疾病的工作风起云涌。每3年左右分别
地在不同国家举行了学术会议交流经
验,迄今已有17届,其中第11届和第
16届分别在我国的福州和北京举行。
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1.3 高气压医学学术交流
1.
2.
3.
4.
5.
1963
1964
1965
1969
1973
Amsterdam,Holland
Glasgow, Scotland
Duke University, USA
Sapporo, Japan
Vancouver, Canada
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1.3 高气压医学学术交流
6.
7.
8.
9.
1977
1981
1984
1987
Aberdeen,Scotland
Moscow, Russia
California, USA
Sydney, Australia
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1.3 高气压医学学术交流
10.
11.
12.
13.
1990
1993
1996
1999
Amsterdam, Holland
Fuzhou, China
Milan, Italy
Kobe, Japan
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1.3 高气压医学学术交流
14.
15.
16.
17.
2002
2005
2008
2011
San Francisco, USA
Barcelona, Spain
Beijing, China
Cape Town, S. A
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2 基本概念
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2.1 高压氧
超过一个大气压的纯氧
叫 高 压 氧 (hyperbaric
oxygen, HBO)。
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Hyperbaric Oxygen
Hyperbaric oxygen, hyperoxia
(i.e. pure oxygen) at pressures
greater than 1 atm, is used as
a therapeutic modality for a
variety of diseases.
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2.2 高压氧治疗
应用高于1个大气压的纯
氧治疗疾病的方法称为高压
氧疗法或高压氧治疗。
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Application of Oxygen
Hyperbaric oxygen
multiplace
http://www.azchiropracticandrehab.com/
wp-content/uploads/2010/02/hyperbaric.jpg
Bitterman H, 2009
single occupant
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2.3 高分压氧
在混合气体中,若其中
的氧分压大于0.21ATA,则该
混合气中的氧称为高分压氧
(high partial pressure of
oxygen)。
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2.4 氧含量
血红蛋白实际结合的
氧 量 称 氧 含 量 ( oxygen
content)。
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2.5 氧容量
理论上血红蛋白结合
氧的最大量称氧容量
(oxygen capacity)。
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2.6 氧饱和度
氧含量与氧容量之比称
为 氧 饱 和 度 ( oxygen
saturate degree)。
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2.7 附加压
附加于常压之上或高
于常压那部分的压力,称为
附加压。
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2.8 表 压
由检测气压的仪表
(压力表)量出的压力,
称为表压。
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2.9 绝对大气压
附加压与常压之和称为绝对压,
如以大气压为单位则称为绝对大气压
(atmosphere absolute,ATA)。
1992年国际水下和高气压医学会规定
绝对大气压的英文缩写改为atm abs。
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常用压力单位的英文缩写
•
•
•
•
•
atm
mmHg
m
kPa
MPa
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常用压力单位之间的相互换算
1个大气压=760 mmHg
1个大气压=100 kPa
1个大气压=0.1 MPa
1个大气压=10 m
绝对压=附加压+常压
(使用的压力单位必须前后一致)
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3 高压氧治疗的基本原理
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3.1 提高血氧张力,增加物
理溶解氧量: 高压下气体溶解
量遵循Henry定律,即气体在液
体中的溶解量与该气体的分压呈
正比,分压越高,溶解量也越多,
否则相反。而机体新陈代谢所用
的氧气正是溶解氧。
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3.2 增加组织中的氧储量 :机
体暴露到200 kPa的高压氧环境下,
体内每公斤组织的氧储量就能从原
来的13 ml增加到53 ml,此刻再加
上低温麻醉,使组织的氧耗量大大
降低,从而可使循环安全阻断的时
间延长到27-30 min。
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表2 不同条件下循环阻断的安全时限
呼吸气体
air
O2
O2+2%CO2
air
O2
O2
O2+2%CO2
O2+2%CO2
压力(ATA) 温度 安全时限(min)
1
常温
3-3.5
3
常温
8-12
3
常温 17-26
1
低温
6-8
1
低温 20-25
3
低温 27-30
3
低温 45-64
3
深低温 75-80
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3.3 提高血氧有效扩散距离 :
呼吸常压空气时,氧气在脑灰质
的有效扩散半径为30微米,在200
kPa的高压氧下,其扩散半径可增加
到100微米。
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3 .4 促进血管收缩,加速侧枝循
环的建立:高压氧条件下,血管反射
性收缩,导致灌流范围内的血流量减
少(平均下降10%,但氧供却明显增
加)。用高压氧针对性的治疗不同原
因引起的脑缺氧、脑水肿、治疗创伤
性肢体肿胀等疾患,能达到减少渗出、
促进静脉回流和改善微循环的目的。
用混合氧抵抗高压氧缩血管效应实无必要
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3 .4 促进血管收缩,加速侧枝循
环的建立: 根据实验观察,在HBO下,
移植皮瓣中的血管的形成比在空气中
早、多、快,后经细胞和组织培养发
现,在HBO条件下,血管成纤维细胞的
分裂及胶原纤维的形成加快。这是
HBOT皮瓣移植、断肢再植和心肌梗塞
的理论基础之一。
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3.5 促进体内气泡的缩小和消
失: 气泡随压力增高而体积缩小,
并逐步溶解到体液中直至完全消
失 ( Boyle-Mariotte law and
Henry law)。这是高压氧治疗气
体栓塞性疾病的理论基础。
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压力对气泡体积和形状的影响
压力
气泡体积
直径
1
100
100
2
50
79
4
25
63
6
16.6
55
8
12.5
50
10
46
10
气泡
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3. 6 抗 感 染 作 用 : 1 9 8 4 年
Beaman提出白细胞的杀菌作用在很大
程度上依赖充足的氧供。白细胞杀菌
分两个阶段:1.白细胞脱颗粒阶段;
2.氧化阶段(此时依赖于白细胞获取
氧分子并将其转化成高能基团,如超
氧化物、羟自由基、次氯酸醛和次氯
酸等继而起到杀菌的作用)。1980年
John就提出自由基产生的速率和杀菌
的能力均依赖于局部的氧张力。
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3.6 抗感染作用: 到了二十世
纪九十年代有人明确提出氧气也是一
种抗生素。HBO对抗厌氧菌的作用早
在六十年代就已明确。HBO对需氧菌
有什么作用呢?大量的研究资料表明,
HBO对需氧菌具有双重作用,氧压小
于1.3ATA时对需氧菌有促进生长繁殖
的作用,氧压大于1.3ATA时对需氧菌
有抑制甚至杀灭的作用,但不同的菌
种所需的氧压存在明显的差异。
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3.6 抗感染作用:例如:对结核
菌氧压必须大于1.8 ATA才能产生
抑制作用,当氧压达到2.87 ATA
时才起到杀灭作用。抗干酪乳杆
菌感染氧压必须达到2.8 ATA。对
粘膜双球菌和脑膜炎双球菌仅需2
ATA的氧压。
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3 .6 抗感染作用:有资料表明
HBO可以提高细菌对药物的敏感性,
Gottlieb1974 年 报 道 2 . 8 7 ATA 的
HBO可以使磺胺异恶唑的疗效增加
5 - 1 0 倍 。 通 常 呋 喃 坦 啶
(nitrofurantoin)的最小抑菌浓
度 为 2 . 4 g/ml, 加 上 HBO 后 仅 需
1.07g/ml。
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3.6 抗感染作用:1986年
Thom用间歇性HBO疗法治疗大鼠实
验性腹膜炎(将鼠粪便用生理盐
水溶解后注入鼠的腹腔),分对
照组和治疗组。对照组不加任何
处理,死亡率为100%,而HBO治疗
组为8%,相差非常显著。
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3.6 抗感染作用: 由于HBO
对革兰氏阳性菌和阴性菌都有效,
因此有人把HBO看成是一种广谱抗
生 素 ( broad
spectrum
antibiotic)。不过,HBO对厌氧
菌特别有效,因为厌氧菌缺乏甚
至没有细胞色素氧化酶、过氧化
氢酶和过氧化物酶。
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3.7 增强放疗和化疗
对恶性肿瘤的作用
自从1966年Johnson等首次报道高
压氧可能具有抑癌和促癌的双重效应
以来,人们对高压氧与肿瘤的关系已
进行了大量的研究,到目前为止,有
97%以上的报道认为,高压氧治疗有
助于提高放疗或化疗的疗效,或能减
少放疗和化疗的剂量或减轻放疗和化
疗的负作用。
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3.7 增强放疗和化疗
对恶性肿瘤的作用
可能机理是:1 提高肿瘤细胞对放射
线或化学药物的敏感性。2 HBO的毒性与
放射线或化学药物抑制、破坏肿瘤细胞的
作用具有协同作用。有人认为上述两种作
用的本质是OFR对肿瘤细胞的破坏和杀伤
作用。3 实验证明大多数肿瘤细胞为乏氧
细胞而且习惯于在乏氧的条件下生长繁殖,
而在HBO条件下生长繁殖受到抑制。
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3.8 减少L-型钙通道开放
降低细胞内钙浓度
这是最新发现的HBOT基本原理之一。
因为缺血、缺氧后,细胞内钙浓度上升对
脑损伤起重要作用,实验证明细胞内钙超
载可导致脑细胞的死亡。而细胞内钙浓度
升高与钙通道开启数目增多,使细胞外钙
大量内流有关。实验表明,HBO可使L-型
钙通道开启减少,钙内流也相应减少,从
而可以明显地减轻脑损伤。
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3.9 促进神经再生
HBO既可促进中枢神经再生也可促进周
围神经再生。它首先保证了神经再生所必
须的足够的氧供。有实验表明,要保证神
经再生正常进行其氧耗量为通常的5-8倍,
这是其他任何治疗手段都无法达到的。另
外,HBO还能刺激促突起生长因子产生、减
缓失神经支配效应器的组织萎缩。甚至有
人认为HBO也是神经营养因子之一,并获得
了相当的证据可以证明这一点。
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3.10 对免疫功能的双向调节作用
HBO对免疫功能的影响最近十几年来,
受到了人们愈来愈多的重视,尽管时间不
长,但由于HBO试用于类风湿关节炎、系
统红斑狼疮等自身免疫性疾病取得了相当
的疗效,这引起了人们研究HBO对免疫功
能影响的极大兴趣。研究者们从整体、细
胞以及分子水平进行了广泛的探讨,尽管
结论尚不完全一致,但HBO对免疫功能有
影响则在世界范围内取得了公认。
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3.10 对免疫功能的双向调节作用
有实验表明HBO可非特异地引起
免疫细胞包括中性粒细胞、巨噬
细胞、T细胞和B细胞的损伤。
Gadd发现HBO可使T细胞增生分化
抑制,Th/Ts的比值明显降低。
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3.10 对免疫功能的双向调节作用
Saito发现HBO可直接抑制B细
胞而使抗体生成减少。Mader等发
现HBO对中性粒细胞功能的影响与
组织局部的氧张力有关。
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3.10 对免疫功能的双向调节作用
由于有大量实验表明HBO对免
疫功能有抑制作用,所以有不少
单位已把HBO由于临床治疗自身免
疫性疾病和组织和器官移植的抗
排异反应。
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3.10 对免疫功能的双向调节作用
也有部分实验表明HBO对免疫功能
不但没有抑制作用,有的甚至有增强
作用。为什么会出现这种矛盾现象呢?
有人分析可能与用氧的压力、时程、
机体的免疫功能状态等因素有关。甚
至有人认为机体免疫功能亢进时则有
抑制作用反之亦然。
今年获得军队科技进步二等奖
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3.11 干细胞动员作用
2006年美国Pennsylvania大学
的Thom教授首先发现高压氧具有
促进骨髓干细胞动员作用。接受
高压氧治疗的病人血循中的干细
胞数量可增加8倍。
中美联合培养博士生
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3.11 干细胞动员作用
干细胞是损伤修复的关键。
干细胞通常存在于人类和动物
的骨髓中,并且能够成为不同
器官和组织的一部分。
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3.11 干细胞动员作用
受伤时,这些细胞从骨髓中迁移
到受伤位置,并在那里分化成有
助于伤愈过程的细胞。干细胞的
运动能够由多种刺激物引发,其
中包括一些药物和高压氧气治疗。
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3.11 干细胞动员作用
但是,用药物促进干细胞动员
可能对患者造成较为严重的副
作用,相比之下高压氧治疗的
副作用风险则明显较低,甚至
几乎觉察不到任何副作用。
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3 高压氧治疗的
适应(证、症、征)
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3.1 急救科适应证
⒈急性CO和其他有害气体(硫化氢、氨
气、汽油、液化石油气) 中毒
⒉窒息(烟熏、溺水、自缢、麻醉意外
等)
⒊心肺脑复苏后缺氧性脑功能障碍
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3.1 急救科适应证
⒋出血性休克
⒌氰化物、锑剂、奎宁、有机磷、巴比
妥等药物中毒、安眠药等中毒及其肺、
脑水肿、视力障碍和意识障碍
⒍气栓症、减压病
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3.2 神经系统
及脑血管疾病的适应证
1.
2.
3.
4.
5.
脑血栓,短暂性脑缺血发作
脑梗塞(肿瘤细胞栓塞除外)
脑血管硬化、痉挛
脑出血
面瘫
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3.3 心血管疾病的适应证
1.心绞痛
2.急性心肌梗塞
3.心律不齐
4.心脏复苏
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3.4 消化系统疾病适应证
1.消化性溃疡
2.肠梗阻
3.急性胰腺炎
4.肝脏疾病
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3.5 其他内科疾病适应证
1.支气管哮喘
2.扩散性毒性甲状腺肿
3.糖尿病
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3.6 外科疾病适应证
1.脑和脊髓损伤
2.断肢和断指(趾)再植
3.椎-基底动脉供血不足或颈椎病
4.骨折延迟愈合或骨不愈
5.骨髓炎
6.无菌性骨坏死
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Pre-HBO treatment NMR
Scan of right femur of a
41-year old male diver with
Diagnosis of aseptic
necrosis
Post-HBO treatment
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Pretreatment X-ray of left
Femoral head Showing
aseptic osteonecrosis
Post-HBO treatment
(100 sessions) X-ray
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3.7 其他外科疾病适应证
1.慢性皮肤溃疡
2.周围血管疾病(如脉管炎)
3.厌氧菌感染
4.烧伤、植皮
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烧伤HBOT的指征
•
大面积烧伤(总面积大于50%)伴有
三度烧伤的患者,在大量补液和抗休克治
疗的同时,应尽早HBOT。
•
在休克难以控制,或伤后出现明显的
呼吸困难,机体严重缺氧而肺部感染并不
明显的情况下,如病人允许搬动时,则应
积极争取HBOT以挽救病人生命。
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烧伤HBOT的指征
•
烧伤创面经外科处理后,仍有很多体
液外渗,肿胀严重或创面感染长时间不能
控制或出现中毒性休克的患者。
•
头面、手、骨关节等特殊部位的烧伤,
为减轻对功能的影响,应尽早进行HBOT
以促进创面愈合,缩小瘢痕形成和减轻瘢
痕挛缩。
•
烧伤后的创面植皮
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HBOT烧伤的机理
•
血管收缩并促进回流,显著减少创面
渗出,有助于维持有效循环血容量。
•
渗出减少,组织肿胀减轻,血循改善,
坏死组织减少等均对细菌的生长繁殖不利;
加上HBO对多数致病菌,特别是绿脓杆菌
有较好的抑制作用。对防治浓毒血症或败血
症有重要作用。
•
可使细胞分裂活跃,胶原纤维和毛细
血管的新生及表皮细胞的再生加快。
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3.8 五官科疾病适应证
1.突发性耳聋
2.慢性牙周炎
3.慢性口腔溃疡
4.美尼尔氏病和眩晕
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3.9 产科疾病适应证
1.先兆流产和习惯性流产
2.胎盘供血不足
3.妊娠高血压综合征
4. 胎儿宫内发育迟缓
5.心脏病妇女妊娠及分娩
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3.10 儿科疾病适应证
1.早产婴儿
2.出生后窒息的新生儿
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3.11 恶性肿瘤
1.头颈部恶性肿瘤
2. 膀胱癌
3. 其他恶性肿瘤放疗或化疗的辅助治疗
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4 高压氧治疗的禁忌证
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4.1 绝对禁忌证
1.未经处理的气胸、纵膈障气肿
2.活动性出血及出血性疾病
3.结核性空洞形成并咯血
4. Ⅱ°以上房室传导阻滞
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4.2 相对禁忌证
1.重症上呼吸道感染伴咽鼓管阻塞
2.严重肺气肿、肺大泡者
3.重度鼻窦炎
4.视网膜剥离
5.病窦综合征
6.未经处理的血压过高(>160/100mmHg)
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4.2 相对禁忌证
7.化脓性中耳炎
8.青光眼
9.未经处理的恶性肿瘤
10. 癫痫
第二军医大学陶恒沂
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