第二军医大学 蒋春雷 徐伟刚 陶恒沂
随着高压氧 (HBO) 治疗临床疾病的普及和作业、娱乐潜水的日趋频繁，人们接触高气压的机会越来越多。已有报导多种高压气体对免疫机能有影响。早在 40 年前就发现 HBO 具有免疫抑制效应，并成功应用于临床抑制免疫反应。随着潜水作业的增多，潜水状态下机体免疫机能的变化也引起了人们的注意。本文针对 HBO 治疗、潜水和减压等有关高气压暴露时，机体所发生的细胞和体液免疫的变化，分析了它们在全身免疫反应中的实际影响和可能机制，以期能够全面理解高气压对机体免疫机能的影响及意义。
1. 高气压对各免疫组份的影响
研究者已从外周血白细胞总数、白细胞亚类的数量和功能、淋巴细胞增殖力、以及可溶性免疫成份 ( 细胞因子、免疫球蛋白、补体和急性期反应物 ) 的血浆浓度的变化等方面，获得了高气压下免疫机能改变的直接证据。
1.1 细胞成份及功能的变化
主要会发生以下一些指标的改变： CD4+ 细胞计数及 CD4+/CD8+ 比值下降，巨噬细胞功能抑制，中性粒细胞增多，嗜酸细胞减少。
1.1.1 白细胞总数 在 39.6 m 空气潜水后出现了显著的白细胞下降，这次潜水历时 10 min ，未减压出水，但随后的 4 次潜水 ( 潜水时间 25 min) 采用了充分的减压方案，未出现白细胞数的降低。可能与减压时的气泡形成有关，因发现在血气界面聚集有白细胞，可能是减压阶段局部蛋白发生变性而引起的继发现象。但也有发现潜水后白细胞增高的，可能与潜水引起的感染有关。还有研究发现，白细胞数与减压时的气泡等级 (bubble score) 之间有相关性，推测在某些特殊情况下，白细胞数增高可能预示着减压病的发生。
1.1.2 淋巴细胞增殖 几可肯定，一定压力的 HBO 对动物淋巴细胞增殖具有抑制作用。潜水后也会出现淋巴细胞对致分裂原反应的降低。我们的研究显示，潜水时的这种现象可能与呼吸气中高分压氧有关。
1.1.3 T 细胞 T 细胞在细胞介导的免疫防预反应中起主要作用 ,CD4+ 细胞和 CD8+ 细胞是其两个亚群，通过它们对免疫应答的辅助和制约而调节机体免疫平衡。
HBO 暴露可引起起人和动物循环血 CD4+/CD8+ 比值的显著降低，在暴露后即刻明显， 24 h 后基本复原。动物研究显示， CD4+/CD8+ 比值在肺和淋巴结有升高，而在脾则降低，提示是由细胞的重新分布所致。在反复空气模拟潜水及饱和潜水过程中也观察到了 T 细胞、 CD4+ 细胞及 CD4+/CD8+ 比值的降低，而且这种下降与暴露强度有关。我们在 60 m 模拟空气潜水实验中，也观察到了这种量 - 效关系。
各淋巴细胞亚型对 HBO 的敏感性有不同，如胸腺中 CD4 、 CD8 双阳性细胞比单阳性细胞敏感，脾脏中 B220+ B 细胞比 Thy-1+ T 细胞敏感。
在空气潜水训练中出现了 NK 细胞数的显著升高。 400 m 39 天及 140 m 2 天的饱和潜水也引起了 NK 细胞增加。对职业潜水员来讲， NK 细胞数量的升高可弥补潜水中细胞因子分泌受抑所带来的 NK 活性的降低。
1.1.4 B 细胞 B 细胞对 HBO 也有一定的敏感性。以绵羊红细胞免疫小鼠，暴露于 252 kPa 的 HBO 下每天 1 h ，随着暴露天数的增多，脾脏 B 细胞形成的溶血空斑数的减少逐渐明显，进一步实验发现 HBO 可抑制小鼠 B 细胞分泌 IgG 。
1.1.5 单核和巨噬细胞 在潜水和 HBO 下循环血中单核细胞数的改变较小。 HBO 可引起单核细胞数的短暂升高。在 12 天的 45.7 m 的反复空气潜水过程中，单核细胞比例在第 6 天升至最高，随后下降。在 39.6 m 的数次潜水中，也发现单核细胞数在第 2 天有升高，但在第 4 天即下降，可能与采用了充分的减压方案有关。
HBO 可降低循环血、肺和腹腔巨噬细胞功能，抑制小鼠巨噬细胞介导的皮肤接触敏感性。巨噬细胞辅佐促进细胞免疫应答的第一步是吞噬加工抗原。短期 HBO 暴露对小鼠脾脏巨噬细胞对乳汁的吞噬能力及对玻璃的粘附性没有影响，时间延长则引起豚鼠肺泡巨噬细胞吞噬性及粘附性下降。 HBO 可抑制小鼠巨噬细胞分泌 PGE2 ，过氧化氮盐的合成降低， iNOS 的 mRNA 转录受抑制。
1.1.6 中性粒细胞 中性粒细胞的数量和吞噬活性在对抗细菌感染和清除被调理素 ( 抗体、补体、急性期蛋白 ) 识别的损伤组织中起重要作用。在潜水和高压环境下，都有中性粒细胞的增多。同时这些细胞被激活并迁移至高氧分压或气泡形成之处，导致炎症反应或蛋白质变性。
1.1.7 嗜酸性粒细胞 在 57.3 m 的模拟空气潜水中， 2 名潜水员在进行间隔 3 天的第 2 次潜水减压后出现了明显的嗜酸性粒细胞增多血症。
1.1.8 嗜碱性粒细胞 嗜碱性粒细胞富含组氨颗粒，它们在炎症反应中尤为活泼。在 12 天 47.5 m 的空气潜水过程中，嗜碱性粒细胞比例逐渐上升。 Eckenhoff 等认为这可能反映了在气泡生成部位蛋白质变性引起反应。
1.1.9 红细胞免疫 红细胞具有多种与免疫有关的物质，参与机体免疫调控。在许多疾病的免疫发病机理中，红细胞免疫功能紊乱占有很重要的地位。动物经过 HBO 暴露后，可出现红细胞 C3b 受体花环率及免疫复合物花环率的下降。 350 m 饱和潜水后，潜水员红细胞 C3b 受体及 IC 花环率也有下降。
1.2 细胞因子
在空气潜水及 HBO 暴露后，均发现外周血 IL-2 减少、 sIL-2R 下降，分离外周血 T 细胞或脾淋巴细胞与致分裂原共同培养后，培养上清中亦出现相同结果。 HBO 暴露后，巨噬细胞分泌 IL-1 和 TNF 减少。我们发现在 60 m 模拟空气反复潜水或高压氧暴露后，大鼠血浆及脾淋巴细胞分泌的 IL-2 及腹腔巨噬细胞分泌 TNF 均显著下降。
1.3 免疫球蛋白
HBO 治疗数天后，免疫球蛋白分泌减少，血清 IgG 水平降低，引起这种现象的一个可能原因是巨噬细胞分泌 IL-1 减少，从而影响了 B 细胞的增殖和成熟。饱和潜水后也出现血清 IgG 下降。然而，血清 IgG 半衰期较长 ( 约 3 周 ) ，因此血清浓度的改变可能还涉及到其它影响因素，如蛋白在体内的重新分布。
1.4 补体
有研究报道潜水后补体受激活，可能与减压引起的气 - 血界面蛋白质变性、而免疫系统将其视作外来蛋白有关。所以有人把补体激活的程度与减压病症状相联系起来。在数次深潜之后会出现适应，补体激活减少，不易发生减压病。 HBO 暴露后豚鼠补体立即被激活，导致补体水平下降 25% 。在体外如果血液中蛋白受空气或氮气气泡损伤变性，也会激活补体。
1.5 矛盾现象
虽然，高气压引起免疫抑制的发现较多，但经各种类型的高气压暴露后，上述各指标未发生变化的报道亦不少，还有不少研究发现出现免疫促进。如 HBO 暴露可促进慢性多发性硬化症 (CMS) 患者的细胞免疫和体液免疫，小鼠红细胞 C3b 受体花环率明显上升；大鼠血、脾、肺单核 / 巨噬细胞体外自发性分泌α -TNF 的活性明显升高，且脾、肺巨噬细胞对细菌脂多糖的反应性升高； IL-1 β和 IL-8 蛋白量和 mRNA 表达增多， NO 水平和 iNOS 活性增高， NF- κ B 和 AP-1 活性上调；离体单核细胞生成趋化因子 IL-8 的量翻倍。我们认为这可能与细胞或机体的状态的不同或氧暴露强度的不同有关。如损伤或缺血后行 HBO 治疗，可显著增强中性粒细胞功能，减少病理损伤，但对正常者则引起中性粒细胞的细胞色素氧化酶、过氧化物酶活性减低及吞噬活性降低。我们通过对淋巴细胞周期的观察，证明高分压氧对免疫细胞的作用由一个从低强度促进功能至高强度抑制功能发挥的过程。
2. 高气压对全身免疫的影响
从以下几个方面可以看出高气压对全身免疫具有抑制作用：易患感染、对抗原反应减弱、自体免疫性疾病进程和移植物排斥反应延缓、遗传损伤和新生物风险增大。
目前还缺乏来自于随机双盲临床对照试验资料。所获结果往往以病人或潜水员自身作为对照，从而不能排除季节或实验环境改变对免疫的影响。由于高气压或深潜耗资大，受试者数量受限，而且受试者往往来自于特殊群体：职业潜水员、潜水训练者，或者需要进行 HBO 治疗的病人，所以结果缺乏很好的代表性。
2.1 感染
NK 细胞对上呼吸道感染提供重要的一线防护。然而，潜水员对病毒和细菌的易感性（易患上呼吸道病毒感染和外耳道细菌感染）不仅反映了免疫机能的紊乱，环境因素也增加了疾病的传播。含氦混合气的使用可能又增加了肺内细胞的代谢活性，增加了病毒的复制。
2.2 抗原反应
皮肤对标准抗原的反应为细胞介导的免疫反应提供了第二个观测指标，这主要依赖巨噬细胞功能。在潜水训练的最后一周，出现皮肤对 PHA 、葡萄球菌毒素、混合疫苗和结核菌素反应降低。小鼠经 250 kPa 氧气暴露 5 h 、连续 4 天后以二硝基氟苯涂沫皮肤，或者涂沫后作 5 天 HBO 暴露，免疫接触反应明显减弱。 HBO 还可抑制结核菌素的超敏反应。
2.3 自体免疫疾病
与抗原反应动物实验结果一致， HBO 可抑制啮齿类动物实验性过敏性脑脊髓炎 (EAE) 和关节炎。小鼠的自体免疫性疾病 ( 蛋白尿、面部红斑、淋巴结病 ) 在 HBO 治疗后也出现了相似的缓解倾向。
2.4 同种异体移植
大量研究显示 HBO 减缓了同种异体移植物如皮肤或甲状腺的排斥反应，但不能完全预防。
3. 免疫机能改变的机制
3.1 环境微生物增多
水下环境使机体呼吸道、外耳、皮肤等易受感染，某些反应如中性粒细胞增多等可能继发于感染。
3.2 应激
各种应激通过神经内分泌免疫网络参与机体免疫调节。被困在密闭的高压舱内对多数病人来说是一个可怕的经历，潜水员也经常会处于应激状态。潜水时，机体应激激素分泌增加，应激蛋白表达增多。但从各个研究结果中可以看出，应激通常发生在应激因素较多的情况下，如 scuba 潜水和创纪录饱和潜水。如稳定于密闭环境或高压环境中，则应激素的变化较小。因此，潜水中发生的应激与潜水员的经验及个性等因素的关系更密切。
3.3 活性氧
在高压环境下影响免疫的一个重要因素是增加了活性氧 (ROS) 的浓度。在正常细胞的氧化还原反应中也有 ROS 生成， HBO 下 ROS 产生显著增多。 ROS 半衰期极短，但组织损伤可累积，与暴露的次数和时程有关。肺线粒体在高氧下产生自由基的量可增高 15 ～ 20 倍。免疫细胞的胞膜含高比例的多不饱和脂肪酸，而且自身产生的 ROS 也很高，所以它们对 ROS 特别敏感。我们也检测到了在体脾组织及离体脾淋巴细胞在高分压氧下生成自由基增多，并且与免疫抑制具有明显相关性。
3.4 白细胞再分布
高压暴露后白细胞的快速恢复提示，这种细胞数量的快速变化是由再分布引起，而不是选择性细胞死亡。在某些情况下，细胞迁移至受损伤的肺组织。给予黄嘌呤氧化酶抑制剂别嘌呤醇则减少这种中性粒细胞向肺的迁移，前者可阻断局部炎症反应。
3.5 局部组织反应
实验中观察到的某些现象可能是继发于局部组织对损伤和气泡形成的反应。有作者发现在潜水和减压时出现补体片断的显著变化。发现升高最多的是 C3 片断，它与炎症进程有关。
3.6 减压时气泡生成
减压病的发生与血液中血小板和白细胞的聚集也有关。可能是粘附分子表达上调引起，也可能是继发于蛋白变性、补体激活和非特异性炎症，还可能与其它发生于气泡表面及损伤的内皮细胞表面的一些反应有关。除间接激活外，越来越多的证据显示气泡形成可直接激活粒细胞。对动物反复减压可减少上述反应。这与补体激活减少有关，但不不能分辨孰因孰果。
综述所述，高气压引起免疫抑制的机制可能包括高分压氧的生理和毒性作用和氧自由基的生成、发生于减压时的组织创伤反应、压力机械作用引起的血流的重分布、儿茶酚胺分泌和血管内气泡形成、温度改变、感知上的变化引起相关激素反应。可惜大多作者没有对这些多因素刺激进行明确区分，大都研究针对的是免疫系统单个指标的变化，不能在病理生理机制上得出明确结论。我们有关空气潜水的系列研究，从免疫抑制的现象发现到原因分析、机制探讨，对实验进行了严格对照设计，应能对后续研究有所借鉴。
4. 临床意义
单次潜水引起的数小时的免疫抑制当然不会有太大临床意义，在 30 天的饱和潜水中出现的持续 T 细胞功能抑制则有可能增加对感染和新生物的易感性。不管怎样，从已获得的流行病学资料来看，还未发现有显著的临床问题。这可能与职业潜水员在反复高气压暴露后产生的适应性变化有关。
这种情况在临床 HBO 治疗时可能更为重要。在很多情况下，病人体质虚弱，已患厌氧菌感染或肿瘤，高压舱内氧分压很高，在暴露期内不会产生适应，因此可能比一次常规潜水中遇到的应激因素更多。因此必须防止免疫抑制，使感染和肿瘤恶化。另外，尚有不少研究结果显示，一定程度的 HBO 对免疫有促进作用，这可能与暴露的强度有关。如确有证据表明适度 HBO 暴露促进免疫机能的话，那将扩大 HBO 的临床应用范围。
有关减压病发生与免疫指标改变的关系则较有科学意义，但至今尚无确切证据支持免疫指标的改变可预测减压病的发生。
5. 未来研究
尚需进一步研究以明确 HBO 治疗和潜水所致的免疫反应机制。主要应针对高环境压力和高分压氧，对潜水员还应针对减压时的气泡形成。对 HBO 治疗时和潜水时的各种指标进行对比以及气泡探测新技术的应用将有助于阐明机制。最后，如果发现变化有临床意义，有必要进行量 - 效关系研究。最终目标是控制高气压治疗和潜水中免疫改变于安全范围内。有关 HBO 促进免疫的情况，还得继续补充证据，并须对作用从促进到抑制整个过程作全面研究。经过大量实验，我们已明确提出“高分压氧对免疫机能存在双相作用”的观点，这对后续研究具有重要指导意义。
