氧气(想不到，“氧气”竟然是个两面派)

Posted 2023-05-30

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氧气(想不到，“氧气”竟然是个两面派)

我们都知道，氧气是人类生存必不可少的一种气体，没有氧气的话，生命在分秒间就会流逝。但万万没想到的是，氧气含量过高竟然对人体也有损害！到底是怎么回事儿？这还要从氧气被发现说起......

氧气被发现的坎坷经历

人类关于氧气的研究，可以追溯到遥远的古代。早期化学家认为物体燃烧时，好像有某种东西逃走掉了。在很长一段时期中，大家认为这种东西是硫，普鲁士王的御医斯塔尔把它叫做“燃素”，意即火的元素。

“燃素说”的提出是氧气发现过程中最大的障碍。错误却又盛极一时的“燃素说”经历了比较漫长的历史过程，几乎贯串于整个十八世纪。直到“氧化学说”的出现，才取代这一墨守成规的说法，成为近代化学史上第一个科学的化学理论。

1774年英国化学家普利斯特里在给氧化汞加热时，得到一种既能助燃，又能支持人的呼吸的新的气体，他称这种气体为“去燃素空气”。考虑到蜡烛在氧气环境中燃烧速度加快，进而提出呼吸这样的气体可能会因为生命物质被快速消耗而加快衰老，或者说这种气体存在毒性（也是蛮有前瞻性！）。

普利斯特里

后来，法国化学家拉瓦锡重复了普利斯特里的实验，也得到燃烧与空气较纯净部分化合的结论，推翻“燃素说”。于1777年正式将其命名为(Oxygene)“氧”，含义是酸的元素。自此，氧气有了自己的名字。

拉瓦锡和他的实验室

1887年，法国著名的气体生理学家Paul Bert在《气压生理学》著名专著中，详细描述了氧气的毒性。他发现氧气对昆虫、软体动物、蚯蚓、真菌、发芽的种子、鸟和其他各种动物都有毒性。这种中毒是以迅速的神经系统功能异常（惊厥）为特点，因此称为急性氧中毒（中枢神经系统氧中毒，也称Bert 效应）。这是人类第一次系统证明氧气有毒性。

Paul Bert（1833.10.17-1886.11.11）

1897年，病理学家James Lorrain Smith发现，即使呼吸常压高浓度氧气，也可以造成类似于支气管肺炎的肺损伤，由于这种损伤发生时间比较长，又称为慢性氧中毒（Lorrain Smith效应）。他的儿子小Haldane曾经尝试在高压下呼吸氧气，并发生了癫痫大发作，亲身冒险尝试高压氧毒性（是个狠人！）。这也是第一次关于人类急性氧中毒的文献记录。

John Burdon Sanderson Haldane FRS(1892-1964)

开始科学家发现氧气具有毒性，似乎只针对大脑和肺组织，但随着深入研究逐渐发现，氧气的毒性广泛存在，几乎对所有的组织器官都有毒性。

氧气真的有“毒”吗？

目前关于氧中毒的发生机制主要有以下几种假说：氧自由基学说、酶抑制学说、氨基酸递质失衡学说、神经-体液学说等。

研究发现，高压氧能直接刺激血管平滑肌，造成血管收缩，使毛细血管通透性增加，组织水肿；此外，高压氧对机体内多种酶的活性产生抑制作用，尤其是含有巯基的酶类。体内包括三羧酸循环在内的多种代谢途径过程中的酶活性受到抑制。对三羧酸循环的抑制使得葡萄糖有氧代谢障碍造成代谢活跃的组织和器官如心、肝、肾等能量供给障碍，功能受损；高压氧还可以抑制多神经递质代谢酶的活性；研究还发现，长期处于高压氧环境，可引起肺神经-内分泌细胞的肽类发生紊乱。

自1964年Ge rschman和Gillbert提出关于氧中毒是由于氧自由基产生过多而引起这一认识以来，目前普遍认为氧中毒的根本原因是高压氧条件下氧自由基产生过多，并且超出机体的防御能力而造成的损害。

我们都知道，氧气是人体进行一系列组织代谢、维持多器官正常功能等所必需的物质，一般人常通过呼吸外界的空气来吸入氧气。

但其实氧气本身是没有毒的，只有吸入纯氧和高氧，也就是氧分压过高的氧气时，才可能导致血液与组织细胞之前的氧分压差增大，引起氧气加速扩散，超过身体清除的能力，进而引发氧气中毒，损害机体内的细胞和组织。氧中毒主要分为肺型氧中毒、脑型氧中毒、眼型氧中毒三种。

1、肺型氧中毒：可出现鼻咽部疼痛、胸骨后疼痛、咳嗽、呼吸困难等表现，肺活量减少、动脉血氧分压也会下降；

2、脑型氧中毒：主要表现为视觉与听觉障碍、恶心、抽搐、晕厥等，严重时可出现昏迷，甚至危及生命；

3、眼型氧中毒：常有视力下降、视野缩小等表现，会诱发近视、白内障、急性眼底缺血等眼部疾病，甚至会诱发视网膜脱落，造成失明。

氧气中毒主要好发于长时间、高流量吸入纯氧的人。一般见于患有疾病需要吸氧的患者，也可能是要进行潜水等活动需要的人。

氧中毒了该怎么办？

出现此类情况时应及时控制吸氧，进行紧急处理。有条件的情况下要及时就医，在医生指导下停止吸氧，或是将氧气调节到合适的吸氧浓度。

目前，常规高压氧治疗方案均采用间断吸氧模式。广泛采用的方案是吸纯氧 20min 之后吸压缩空气 5min。

药物治疗方面，抗氧化剂和自由基清除剂等都可以起到减轻氧化应激损伤的作用，此外，NO 抑制剂、调节脑内氨基酸代谢药物等也可以显著对抗氧惊厥。

没想到啊没想到，氧气原来还有这么一段坎坷经历。不过，氧气中毒这件事还真是不容小觑呢~

参考资料：科学网孙学军.氧气毒性的发现

[1]盛根玉. 各自独立发现氧气的化学家——普利斯特里和舍勒[J]. 化学教学, 2011, 000(002):59-62.

[2]陈炜. 拉瓦锡与氧气发明权的评判[J]. 中国科技财富, 2009, 000(016):94.

[3]吴桂英, 廖忠莉, 李宁. 氧中毒发生及其防治研究进展[J]. 重庆医学, 2009, 38(8):3.