酸素中毒
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2024/03/18 00:48 UTC 版)
潜水と酸素中毒
酸素は、ヒトの生体活動になくてはならないものであるが、潜水中に呼吸するガスに含まれる酸素の分圧が2気圧程度を超えると、全身の激しい痙攣などを発症し最悪の場合は死亡する。このような症状を急性の酸素中毒と呼ぶ。また酸素分圧が急性の酸素中毒を発症するほど高くなくても、ある程度高い分圧の酸素を長時間にわたって呼吸すると、肺の障害などさまざまな症状が発生する。これを慢性の酸素中毒と呼ぶこともある。
これら急性あるいは慢性の酸素中毒を防ぐためには、呼吸ガス中の酸素分圧は通常で1.4気圧以下、特別な場合でも1.6気圧以下に保つとともに、酸素分圧に応じた潜水時間の制限を設けることが必要とされている。
例えばスクーバダイビングで空気潜水を行う場合、水深約70mで酸素分圧が1.6気圧に達するので、このような大深度まで潜水すると酸素中毒の危険性が高くなる。
分類
酸素中毒の影響は、3つの主要な症状を呈し、影響を受ける臓器別に分類することができる[3][4][5]。
- 中枢神経系
- 高圧条件下で発生する意識喪失に引き続いた痙攣を特徴とする。
- 肺
- 長時間の酸素加圧下の環境で呼吸困難と胸の痛みが発生する。
- 眼(網膜症)
- 長時間の酸素加圧下の環境での呼吸時に発生する、眼の変化が特徴である。
中枢神経系の酸素中毒は、痙攣、意識喪失に引き続く短時間の硬直の発作が発生する可能性があり、大気圧よりも高い気圧にさらされるダイバーに懸念されている。肺への酸素中毒は、胸の痛みや呼吸困難を伴う肺の損傷をもたらす。眼に対する酸化的損傷は、近視や網膜の部分的な剥離を引き起こす可能性がある。肺や眼への損傷は、特に新生児の治療の一環として行われる酸素補給の際に最も発生する可能性が高く、また、高圧酸素療法中にも同様な損傷が懸念される。
酸化的損傷は、体の任意の細胞で発生する可能性があるが、影響を受けやすい三大臓器への影響が最初に懸念される。また、酸化的損傷は、赤血球の破壊(溶血)[6][7]、肝臓への損傷(肝炎)[8]、心臓(心筋)[9]、内分泌腺(副腎、生殖腺、甲状腺)[10][11][12]、または腎臓(腎炎)[13]に関与する可能性があり、細胞へ一般的な損傷を与え得る[3][14]。
異常な状況下では、他の組織への影響が観察されることがある。それは宇宙飛行時における高酸素濃度は、骨の損傷に影響するかもしれないことが疑われている[15]。高濃度酸素も間接的に慢性閉塞性肺疾患や呼吸中枢抑制のような肺疾患患者に「二酸化炭素酔い」を引き起こす可能性がある[15]。酸素の毒性は、常に大気圧の空気を呼吸する過換気に関連付けられていない。なぜなら大気圧の空気は0.21バール(21 kPa)の酸素分圧(ppO2)であり、酸素中毒の下限値が0.3バール(30 kPa)であるためである[16]。
メカニズム
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酸素中毒の生化学的基礎は、酸素の正常な代謝の自然な副産物として形成され[17]、細胞シグナル伝達に重要な役割を持っている酸素の1つまたは2つの電子の部分的な還元により活性酸素種が形成されることである[18]。体内で形成されるスーパーオキシドアニオン(O2-)は[19]、多分鉄の捕捉に関与していると考えられる[20]。通常の濃度よりも高い酸素は、活性酸素種の濃度を高める[21]。酸素は細胞の代謝に必要であり、血液は身体のすべての部分に酸素を供給する。高分圧の酸素を吸い込むと、高酸素状態が急速に広がっていき、最も血管が張り巡らされた臓器が最も弱い立場となる。環境的なストレスのもとで活性酸素種の濃度は劇的に増加し、細胞構造に損傷を与え、酸化ストレスを形成し得る[22][23]。
体内でのこれらの活性酸素種のすべての反応メカニズムはまだ完全には解明されていないが[24]、最も反応性の高い酸化ストレスはヒドロキシルラジカル(·OH)であり、これは細胞膜の不飽和脂肪酸に対して有害な過酸化脂質の形成の連鎖反応を発生させる脂質過酸化反応を引き起こし得る[25]。高濃度の酸素は、DNAや他の生体分子を傷つける窒素酸化物、ペルオキシニトライト及びトリオキシダン(三重酸素)などの他のフリーラジカルの形成を増加させる[22][26]。生体内の酸化ストレスに対する防御機構は、酸化ストレスに対抗するグルタチオンなどの多くの抗酸化システムを持っているが、最終的には非常に高い濃度の遊離した酸素に圧倒され、細胞の損傷率が高まり、それを修復するシステムの容量を超えてしまう[27][28][29]。細胞の損傷と細胞死はその結果である[30]。
- ^ Donald 1947a
- ^ “酸素中毒について”. エア・ウォーター防災. 2024年3月18日閲覧。
- ^ a b Brubakk & Neuman 2003, pp. 358–60
- ^ Acott, Chris (1999). “Oxygen toxicity: A brief history of oxygen in diving”. South Pacific Underwater Medicine Society Journal 29 (3): 150–5. ISSN 0813-1988. OCLC 16986801 2008年4月29日閲覧。.
- ^ Beehler, CC (1964). “Oxygen and the eye”. Survey of Ophthalmology 45: 549–60. PMID 14232720.
- ^ Goldstein, JR; Mengel, CE (1969). “Hemolysis in mice exposed to varying levels of hyperoxia”. Aerospace Medicine 40 (1): 12–13. PMID 5782651.
- ^ Larkin, EC; Adams, JD; Williams, WT; Duncan, DM (1972). “Hematologic responses to hypobaric hyperoxia”. American Journal of Physiology 223 (2): 431–7. PMID 4403030.
- ^ Schaffner, Fenton; Felig, Philip (1965). “Changes in hepatic structure in rats produced by breathing pure oxygen” (PDF). Journal of Cell Biology 27 (3): 505–17. doi:10.1083/jcb.27.3.505. PMC 2106769. PMID 5885427 .
- ^ Caulfield, JB; Shelton, RW; Burke, JF (1972). “Cytotoxic effects of oxygen on striated muscle”. Archives of Pathology 94 (2): 127–32. PMID 5046798.
- ^ Bean, JW; Johnson, PC (1954). “Adrenocortical response to single and repeated exposure to oxygen at high pressure”. American Journal of Physiology 179 (3): 410–4. PMID 13228600.
- ^ Edstrom, JE; Rockert, H (1962). “The effect of oxygen at high pressure on the histology of the central nervous system and sympathetic and endocrine cells”. Acta Physiologica Scandinavica 55: 255–63. doi:10.1111/j.1748-1716.1962.tb02438.x. PMID 13889254.
- ^ Gersh, I; Wagner, CE (1945). “Metabolic factors in oxygen poisoning”. American Journal of Physiology 144 (2): 270–7.
- ^ Hess, RT; Menzel, DB (1971). “Effect of dietary antioxidant level and oxygen exposure on the fine structure of the proximal convoluted tubules”. Aerospace Medicine 42 (6): 646–9. PMID 5155150.
- ^ Clark, John M (1974). “The toxicity of oxygen”. American Review of Respiratory Disease 110 (6 Pt 2): 40–50. PMID 4613232.
- ^ a b Patel, Dharmeshkumar N; Goel, Ashish; Agarwal, SB; Garg, Praveenkumar; Lakhani, Krishna K (2003). “Oxygen toxicity” (PDF). Journal, Indian Academy of Clinical Medicine 4 (3): 234–7 2008年9月28日閲覧。.
- ^ Clark & Lambertsen 1970
- ^ Brubakk & Neuman 2003, p. 360
- ^ Rhee S.G. (2006). “Cell signaling. H2O2, a necessary evil for cell signaling”. Science 312 (5782): 1882–3. doi:10.1126/science.1130481. PMID 16809515.
- ^ Thom, Steven R. (1992). “Inert gas enhancement of superoxide radical production”. Archives of Biochemistry and Biophysics 295 (2): 391–6. doi:10.1016/0003-9861(92)90532-2. PMID 1316738.
- ^ Ghio, Andrew J.; Nozik-Grayck, Eva; Turi, Jennifer; Jaspers, Ilona; Mercatante, Danielle R.; Kole, Ryszard; Piantadosi, Claude A. (2003). “Superoxide-dependent iron uptake: a new role for anion exchange protein 2”. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology 29 (6): 653–60. doi:10.1165/rcmb.2003-0070OC. PMID 12791678 .
- ^ Fridovich, I. (1998). “Oxygen toxicity: a radical explanation” (PDF). Journal of Experimental Biology 201 (8): 1203–9. PMID 9510531 .
- ^ a b Bitterman, N. (2004). “CNS oxygen toxicity”. Undersea and Hyperbaric Medicine 31 (1): 63–72. PMID 15233161 2008年4月29日閲覧。.
- ^ Piantadosi, Claude A. (2008). “Carbon monoxide, reactive oxygen signaling, and oxidative stress”. Free Radical Biology & Medicine 45 (5): 562–9. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2008.05.013. PMC 2570053. PMID 18549826 .
- ^ Imlay, J.A. (2003). “Pathways of oxidative damage”. Annual Review of Microbiology 57: 395–418. doi:10.1146/annurev.micro.57.030502.090938. PMID 14527285.
- ^ Bowen, R. “Free Radicals and Reactive Oxygen”. Colorado State University. 2008年9月26日閲覧。
- ^ Oury, T.D.; Ho, Y.S.; Piantadosi, Claude A.; Crapo, J.D. (1992). “Extracellular superoxide dismutase, nitric oxide, and central nervous system O2 toxicity” (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 89 (20): 9715–9. doi:10.1073/pnas.89.20.9715. PMC 50203. PMID 1329105 .
- ^ Thom, Steven R.; Marquis, R.E. (1987). “Free radical reactions and the inhibitory and lethal actions of high-pressure gases”. Undersea Biomedical Research 14 (6): 485–501. PMID 2825395 2008年9月26日閲覧。.
- ^ Djurhuus, R.; Svardal, A.M.; Thorsen, E. (1999). “Glutathione in the cellular defense of human lung cells exposed to hyperoxia and high pressure”. Undersea and Hyperbaric Medicine 26 (2): 75–85. PMID 10372426 2008年9月26日閲覧。.
- ^ Freiberger, John J.; Coulombe, Kathy; Suliman, Hagir; Carraway, Martha-sue; Piantadosi, Claude A. (2004). “Superoxide dismutase responds to hyperoxia in rat hippocampus”. Undersea and Hyperbaric Medicine 31 (2): 227–32. PMID 15485085 2008年9月26日閲覧。.
- ^ Kim, Y.S.; Kim, S.U. (1991). “Oligodendroglial cell death induced by oxygen radicals and its protection by catalase”. Journal of Neuroscience Research 29 (1): 100–6. doi:10.1002/jnr.490290111. PMID 1886163.
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