הרעלת חמצן

הרעלת חמצן או תסמונת הרעלת חמצן (באנגלית: oxygen toxicity או oxygen intoxication) היא פגיעה במערכות שונות בגוף האדם, בדרך-כלל במערכת העצבים המרכזית, בריאות או בעיניים, עקב טיפול בחמצן (O2) הניתן בתוך תא לחץ. הכשל נובע מההשפעות המזיקות של נשימת חמצן בריכוז גבוה בלחץ חלקי מוגבר. זוהי תופעת לוואי מוכרת ומסוכנת של טיפול כזה, אך היא אינה שכיחה. התסמונת עלולה לגרום למותם של תאים רבים במערכות חיוניות של הגוף, ולפיכך להשבית אותן ולגרום מומים ואף מוות.

הרעלת חמצן מתרחשת רק כשלחץ החמצן מגיע לרמה של 0.3 בר או יותר. נשימת יתר (היפרוונטילציה) של אוויר אטמוספירי בלחץ אטמוספירי רגיל אינה גורמת להרעלת חמצן, כיוון שלחץ החמצן באוויר בגובה פני-הים מגיע לרמה של 0.21 בר בלבד (לחץ האוויר כולו הוא בר אחד בערך, ושיעור החמצן בו הוא כ-21%).

הרעלת חמצן פוגעת בעיקר בצוללנים, בפגים המטופלים באינקובטורים ובחולים הזקוקים לטיפול בחמצן בריכוז גבוה ובלחץ גבוה. מסיבות היסטוריות, מקובל לכנות את התסמינים במערכת העצבים המרכזית בשם "אפקט פאול ברט", ואת התסמינים בריאות בשם "אפקט לוריין סמית'", כיוון ששני החוקרים האלה היו הראשונים שהבחינו בתסמונת ותיארו אותה בסוף המאה ה-19.

מניעת הרעלת חמצן נעשית באמצעות הפחתת החשיפה לרמות חמצן גבוהות. מחקרים מראים כי בטווח הארוך, יש אפשרות להתאושש ולהבריא מרוב הסוגים של הרעלת חמצן, כלומר לפחות חלק מהנזק הוא הפיך במקרים שאינם חמורים במיוחד.

 רקע 
התוצאה של נשימת חמצן בלחצים חלקיים גבוהים היא היפראוקסיה, עודף של חמצן ברקמות הגוף. הגוף מושפע בדרכים שונות בהתאם לסוג החשיפה. הרעילות במערכת העצבים המרכזית נגרמת על ידי חשיפה קצרה לחמצן בלחץ חלקי גבוה יותר מאשר הלחץ האטמוספירי. רעילות בריאות ובעיניים נגרמת עקב זמן חשיפה ארוך לכמויות חמצן גדולות בלחץ רגיל. הסימפטומים עשויים לכלול בלבול, בעיות נשימה ושינויים בראייה, כגון קוצר ראייה. חשיפה ממושכת לחמצן בלחץ חלקי רגיל או חשיפות קצרות ללחצים חלקיים גבוהים, יכולים לגרום נזק חמצוני לקרום התא, התמוטטות של נאדיות הריאה, היפרדות הרשתית, והתקפי פרכוסים.

 תסמינים ונזק 
התסמונת עלולה לפגוע בכל תא בגוף, אך הרקמות הרגישות ביותר לפגיעה מסוג זה הן במערכת העצבים המרכזית, בריאות ובעיניים. פגיעה בריאות או בעיניים נפוצה יותר כאשר חמצן בריכוז גבוה ובלחץ גבוה ניתן במסגרת של טיפול בפגים, אך היא קורית גם במהלך טיפול דומה במבוגרים. בנוסף לפגיעות באיברים אלה, התסמונת עלולה לפגוע גם בתאי הדם האדומים (תמס), בכבד, בלב, בכליות, בבלוטות האנדוקריניות (בלוטת יותרת הכליה, האשכים, ובלוטת התריס), או להתבטא בנזק כללי לתאים. פגיעות לא-צפויות ברקמות עלולות לקרות בתנאים יוצאי-דופן - יש חשד כי במהלך טיסות לחלל, ריכוז חמצן גבוה עשוי לתרום לנזק בעצם. כמו כן, חולים עם מחלות ריאה כגון מחלת ריאות חסימתית כרונית או עם בעיות במרכז הנשימה עלולים לסבול מאצירת פחמן דו-חמצני (היפרקפניה) שנגרמת בעקיפין מהיפראוקסיה.

 פגיעה במערכת העצבים המרכזית 
הרעלת חמצן במערכת העצבים המרכזית באה לידי ביטוי בסימפטומים כגון הפרעות בראייה ושינויים חזותיים (במיוחד ראיית מנהרה), צלצולים באוזניים (טינטון), בחילות, עוויתות (במיוחד של הפנים), שינויים התנהגותיים (עצבנות, חרדה, בלבול), וסחרחורת. הדבר עשוי להיות מלווה בפרכוס טוני-קלוני המורכב משני שלבים: התכווצות שרירים אינטנסיבית המתרחשת במשך כמה שניות (השלב הטוני), ולאחריו סדרה מהירה של התכווצויות והרפיות חלופיות של השרירים, הגורמים לטלטולים וזעזועים עזים (שלב הקלונוס).ההתקף מסתיים בפרק זמן של חוסר הכרה (שלב הפוסט-התקף). התפרצות ההתקף תלויה בלחץ החלקי של החמצן בתערובת הגזים הניתנת לנשימה ובמשך החשיפה. עם זאת, זמן החשיפה לפני ההתפרצות הוא בלתי צפוי: ממצאים שעלו בבדיקות הראו מנעד רחב הן בקרב אנשים שונים והן אצל אותו אדם עצמו מיום ליום. בנוסף, גורמים חיצוניים רבים, כגון צלילה, חשיפה לקור ופעילות גופנית, יקטינו את הזמן עד להתפרצות של התסמינים במערכת העצבים המרכזית. ירידה ברף הסיבולת קשורה קשר הדוק לאצירה של פחמן דו-חמצני בגוף.גורמים אחרים, כגון חושך וקפאין, הגדילו את הסיבולת בניסויים שבוצעו על בע"ח, אך תופעות אלו עדיין לא הוכחו בבני אדם.

 פגיעה בריאות 
הסימן המוקדם להרעלת חמצן הוא גירוי עדין בתוך קנה הנשימה (בעומק הלוע) המחמיר בנשימה עמוקה. אחריו מתפתח שיעול קל, ואחריו תחושת צריבה ושיעול שהולך ומחמיר עד לתחושת כאב בעת שאיפת אוויר ושיעול בלתי-נשלט. אם החשיפה לחמצן באותם תנאים נמשכת, האדם יחווה לחץ בחזה וקוצר נשימה. בהמשך, האדם עלול למות מחוסר חמצן, כיוון שהנזק ההולך וגובר לריאות אינו מאפשר מעבר חמצן דרכן אל מחזור הדם. התסמינים נובעים מדלקת שמתחילה בדרכי הנשימה המובילים לריאות, ומתפשטת לאחר מכן לריאות. התסמינים מופיעים בחלק העליון של החזה, באזורי עצם החזה והכארינה (הסתעפות הסימפונות: Carina of trachea). ממצאים פיזיים הקשורים להרעלה בריאות כללו שמיעת רעש מבעבע באמצעות סטטוסקופ (חרחורים), חום גבוה וזרימת דם מוגברת לרירית האף (היפראמיה של רירית האף). צילומי רנטגן של הריאות הראו על שינוי קטן בטווח הקצר, אך חשיפה ממושכת מובילה להשפעות מזיקות משמעותיות בריאות. מדדי תפקוד הריאות מופחתים משמעותית, כפי שניתן לזהות על ידי צמצום כמות האוויר אותם הריאות יכולות להכיל (הקיבולת החיונית) ושינויים בתפקוד הנשימה ובגמישות הריאות. בדיקות בבע"ח הראו על וריאציה בסיבולת בדומה לזו שנמצאה ברעילות במערכת העצבים המרכזית, כמו גם הבדלים משמעותיים בין זנים שונים. כאשר החשיפה לחמצן מעל לחץ של 0.5bar נעשית לסירוגין, ניתנת אפשרות לריאות להשתקם ולדחות את התפרצות ההרעלה.

 פגיעה בעיניים 
חלים שינויים ברשתית העין ובחלקים אחרים של העין הגורמים נזק משמעותי לראייה. בפגים, סימנים של נזק לעין (רטינופתיה של פגות, או ROP) נראים דרך אופתלמוסקופ כמו תיחום בין אזורים בהם ישנה התפתחות של כלי דם לכאלו שלא קיימת אצלם התפתחות כזו (וסקולריים ללא-וסקולריים) ברשתית העין. רמת החומרה של תחימה זו משמשת לזיהוי ארבעה שלבים: (I) התיחום הוא קו בודד; (II) התיחום הופך לרכס; (III) צמיחה של כלי דם חדשים מתרחשת סביב הרכס; (IV) הרשתית מתחילה להתנתק מן הקיר הפנימי של העין (שכבה דמית).

הרעלת חמצן בגובה 27 מטר לחץ חלקי של 3.7 אטמוספירות בתנאי יובש ב-36 נבדקים לפי מדרג הביצועים:
חשיפה (דקות)מספר הנבדקיםסימפטומים961תחושת סחרור ובלבול ממושכת; הקאות מלוות בעוויתות חמורות60-693עוויתות חמורות בשפתיים; איפוריה (זחיחות); בחילה וורטיגו; עוויתות בזרוע50-554עוויתות חמורות בשפתיים; סחרור ובלבול; הלם; שקיעה בשינה31-354בחילות, סחרחורות, שפתיים רועדות; זעזוע21-306זעזוע; נמנום; עוויתות חמורות בשפתיים; אאורה אפיגסטרית; עווית ביד; אמנזיה16-208זעזוע; ורטיגו; עוויתות חמורות בשפתיים; אאורה אפיגסטרית; עויתי נשימה;11-154נשימה לא מוסדרת; עוויתות חמורות בשפתיים; התעלפות; בחילות ובלבול.6-106הלם; עוויתות חמורות בשפתיים; נימלול; ורטיגו; "התכווצות סרעפתית"; בחילות קשות

גורמים
הרעלת חמצן נגרמת על ידי חשיפה לחמצן בלחצים חלקיים גדולים יותר מאשר אלה אשר הגוף בדרך כלל חשוף אליו. מצב זה מתרחש בשלוש סביבות עיקריות: במהלך צלילה, בטיפול בחמצן בלחץ גבוה, ובמתן תוספת חמצן, במיוחד בפגים. בכל מקרה, גורמי הסיכון שונים במידה ניכרת.
רעילות במערכת העצבים המרכזית
חשיפות, בפרקי זמן של כמה דקות עד כמה שעות, בלחצים חלקיים של חמצן מעל 1.6bar—כמעט פי-שמונה מהלחץ החלקי האטמוספירי הנורמלי— בדרך-כלל מקושרות להרעלת חמצן של מערכת העצבים המרכזית ונוטות להתרחש בקרב חולים שעוברים טיפול בחמצן בלחץ גבוה ובצוללנים. מאחר שהלחץ האטמוספירי בגובה פני הים הוא כ־1bar, הרעלה במערכת העצבים המרכזית יכולה להתרחש רק בתנאי לחץ גבוה, במקום בו קיים לחץ סביבתי גבוה מהרגיל.צוללנים אשר נושמים אוויר בעומקים שמעבר ל-60 מטר, עלולים להתמודד עם סיכון רב יותר ל"התקף" של הרעלת חמצן. כמו כן, צוללנים אשר נושמים תערובת גז מועשר בחמצן, כגון נייטרוקס, יכולים באופן דומה לסבול התקף בעומקים רדודים, אם הם יורדים מתחת לעומק הפעולה המרבי אותו מאפשרת התערובת.

רעילות בריאות
400px|ממוזער|שמאל|העקומות מציגות הפחתה אופיינית בקיבולת החיונית בריאות במהלך נשימת חמצן. למברשטן הסיק בשנת 1987 כי 0.5bar יכול להיות נסבל ללא הגבלת זמן.
הריאות ושאר דרכי הנשימה נחשפים לריכוז הגבוה ביותר של חמצן בגוף האדם ולכן הם האיברים הראשונים להצביע על הרעלה. רעילות ריאתית מתרחשת רק עם חשיפה ללחץ חלקי של חמצן הגדול מ-0.5bar, המקביל לשבר חמצן של 50% בלחץ אטמוספירי נורמלי. את הסימנים המוקדמים ביותר לרעילות ריאתית ניתן להתחיל לזהות לפי התפתחות של טרכאוברונכיטיס או דלקת של דרכי הנשימה העליונות, לאחר פרק זמן אסימטומטי (שבו לא הופיעו תסמינים למחלה) שנע בין 4 ל-22 שעות, ביותר מ-95% חמצן, כאשר ישנם מחקרים המעלים השערה כי התסמינים מתחילים להופיע בדרך כלל לאחר כ-14 שעות ברמה זו של חמצן.

בלחץ חלקי של חמצן של בין 2bar ל-3bar - אשר מהווים 100% חמצן בלחץ של פי 2 ל-3 מהלחץ האטמוספירי הנורמלי - תסמינים אלה עלולים להתחיל כבר כ־3 שעות לאחר החשיפה לחמצן. ניסויים על חולדות אשר הונשמו בחמצן בלחץ של בין 1 ל-3bar מציעים כי ביטויים של הרעלת חמצן יכולים להשתנות עבור תנאים נורמובריים (תחת לחץ נורמלי המקביל ללחץ ברומטרי בגובה פני הים) ותנאים היפרבריים (בלחצים הגבוהים מהלחץ הנורמלי של 1 אטמוספירה (~bar)). ירידה בתפקוד הריאות, כפי שהיא נמדדת על ידי בדיקת תפקוד ריאתית, יכולה להתרחש בתוך 24 שעות לחשיפה ממושכת ל-100% חמצן, עם ראיות לנזק אלוואולרי (DAD) ולתחילתה של תסמונת מצוקה נשימתית חריפה המתרחשים בדרך כלל לאחר 48 שעות ב-100% חמצן. כמו כן, נשימה של 100% חמצן עלולה להוביל בסופו של דבר לקריסתה של נאדית הריאה (תמט הריאות), בעוד שבאותו לחץ חלקי של חמצן - נוכחות משמעותית של לחצים חלקיים של גזים אינרטיים, בדרך כלל חנקן, יכולים למנוע אפקט זה.

ידוע כי פגים נוטים להיות בסיכון גבוה יותר ללקות בדיספלזיה ברונכופולמונרית כאשר הם נחשפים ממושכות למקור חמצן בעל ריכוזיות גבוהה. בנוסף, קבוצות שונות אשר נמצאות גם כן בסיכון גבוה ללקות בהרעלת חמצן הם חולים המטופלים בהנשמה מלאכותית מכנית החשופים לרמות חמצן הגבוהות מ-50%, וכן מטופלים אשר נחשפים לחומרים כימיים המגבירים אצלם את הסיכון ללקות בהרעלת חמצן, כמו מטופלים אשר מקבלים את התרופה הכימותרפית בלאומיצין. על כן, קווים מנחים רפואיים כיום מגדירים כי מטופל אשר עובר הנשמה מלאכותית מכנית בטיפול נמרץ לא יקבל מינון אשר ריכוז החמצן בו גבוה מ-60%. באופן דומה, צוללנים אשר עוברים טיפול למחלת דיקומפרסיה, נמצאים בסיכון גבוה יותר להרעלת חמצן מכיוון שהטיפול כולל חשיפה ממושכת לנשימת חמצן בתנאים היפרבריים (לחץ גבוה מהלחץ האטמוספירי הרגיל), בנוסף לכל חשיפה לחמצן במהלך הצלילה עצמה.

רעילות בעיניים
חשיפה ממושכת לשאיפה של חמצן בריכוז גבוה גורם נזק לרשתית. נזק לעין המתפתחת של תינוקות החשופים לריכוז חמצן גבוה בלחץ רגיל יש מנגנון שונה ותוצאה אחרת מן הנזק הנגרם לעין אצל צוללנים מבוגרים תחת תנאי לחץ. היפראוקסיה עשויה להיות גורם תורם להפרעה הנקרא רטינופתיה של פגות (ROP) אצל תינוקות. בפגים, הרשתית לעיתים קרובות לא מפותחת כדי צורכה מבחינת כלי הדם הרבים. רטינופתיה של פגות מתרחשת כאשר הפיתוח של כלי הדם ברשתית נעצר ולאחר מכן ממשיך באופן חריג. התופעה המזוהה עם צמיחה של כלים חדשים אלו היא רקמה סיבית (רקמת צלקת), העשויה לגרום להיפרדות רשתית בעקבות נסיגה שלה. חשיפה לתוספת חמצן, גם אם מהווה גורם סיכון, היא לא גורם הסיכון העיקרי להתפתחות מחלה זו. הגבלת תוספת חמצן לא בהכרח תפחית את שיעור המחלה, ואף עלולה להעלות את הסיכון של סיבוכים מערכתיים הקשורים להיפוקסיה.

קוצר ראייה היפראוקסי אירע במקרה של נשימת חמצן במעגל סגור הסופח את הפחמן הדו-חמצני, אצל צוללנים עם חשיפות ממושכות. כמו כן, תופעה זו מתרחשת לעיתים קרובות במטופלים שעברו טיפולים חוזרים ונשנים בחמצן בלחץ גבוה. הדבר נגרם בשל עלייה בכוח השבירה של העדשה, מאחר שקריאות קרטומטריות (באמצעות מכשיר הנקרא קרטומטר או אופטלמומטר, הבודק את המרחב הקדמי של הקרנית ובוחן שינויים ונזקים) של צירי האורך ומשטח הקרנית לא חושפות בסיס לשינוי כלשהו בקרנית המביא לקוצר ראייה. תופעה זו בדרך כלל הפיכה עם הזמן.

מנגנון התגובה
250px|ממוזער|מנגנון התגובה של פראוקסידצית ליפידים מציגה רדיקל יחיד המתחיל תגובת שרשרת אשר ממירה ליפידים בלתי רווים לליפידים פראוקסידיים.

הבסיס הביוכימי לרעילות החמצן היא ההפחתה החלקית של חמצן באחד או שני אלקטרונים כדי ליצור צורוני חמצן ריאקטיביים, אשר הם למעשה תוצרי לוואי של חילוף חומרים נורמלי של חמצן, ולהם תפקידים חשובים בתקשורת התאית. סוג אחד המיוצר על ידי הגוף, אניון הסופראוקסיד (O2−), ככל הנראה מעורב בסיפוח ברזל. כמו כן, חמצן הכרחי עבור חילוף חומרים תקין של התא, והדם מספק אותו לכל חלקי הגוף. מנגד, ריכוזי חמצן גבוהים מהרגיל עלולים להביא ליצירת רמות גבוהות של סוגי חמצן ראקטיביים. בעקבות נשימת חמצן בלחצים חלקיים גבוהים מהרגיל, מתפשט במהירות מצב היפרוקסי בגוף, כאשר הרקמות העשירות בכלי דם הן הפגיעות ביותר. בנוסף, בתקופות של לחץ סביבתי, רמות סוגי החמצן הריאקטיבי יכולות לגדול באופן דרמטי, דבר אשר יכול לגרום נזק למבנה התא, ולייצר לחץ חמצוני.

בעוד כל מנגנוני התגובה של מיני חמצן אלה בתוך הגוף עדיין לא מובנים במלואם, אחד התוצרים הריאקטביים ביותר של לחץ חמצוני הוא רדיקל הידרוקסיל (·OH), אשר יכול ליזום תגובת שרשרת מזיקה של פראוקסידציית ליפידים בליפידים הלא רוויים בתוך קרום התא. כמו כן, ריכוזים גבוהים של חמצן אף מגדילים את היווצרותם של רדיקלים חופשיים שונים, כגון תחמוצת החנקן, פרוקסיניטריט וטריאוקסידן, אשר פוגעים בדנ"א ובעוד מולקולות ביולוגיות. אף על פי שלגוף יש הרבה מערכות נוגדות חמצון כמו גלוטתיון אשר שומרות על הגוף מפני לחץ חמצוני, מערכות אלה בסופו של דבר מוכרעות על ידי הריכוז הגדול של החמצן החופשי, ושיעור הנזק לתאים עולה על היכולת של המערכות למנוע או לתקן זאת, כך שהתוצאה היא נזק חמור לתא ואפילו מוות של תאים.

אבחון
אבחון של הרעלת חמצן במערכת העצבים המרכזית בצוללנים לפני ההתקף הוא קשה, מכיוון שסימפטומים של הפרעות ראייה, בעיות אוזניים, סחרחורת, בלבול ובחילה, יכולים להיגרם בשל גורמים רבים הנפוצים בסביבה התת-ימית, כגון שכרון מעמקים, דחיסות ועומס קור. עם זאת, תסמינים אלה עשויים להיות שימושיים לאבחון בשלבים הראשונים של הרעלת חמצן בחולים שעברו טיפול בחמצן בלחץ גבוה. בכל מקרה, אלא אם כן יש היסטוריה קודמת של אפילפסיה או בדיקות המצביעות על היפוגליקמיה, התקף המתרחש בתנאי נשימת חמצן בלחץ חלקי הגדול מ-1.4bar מעיד על אבחנה של הרעלת חמצן.

אבחון של דיספלסיה ברונכופולמונרית בפגים עם קשיי נשימה קשה בשבועות הראשונים. עם זאת, אם נשימת התינוק לא משתפרת במהלך זמן זה, בדיקות דם וצילומי רנטגן יכולים להועיל כדי לאשש את האבחנה. בנוסף, אקו-קרדיוגרם יכול לעזור לשלול גורמים אפשריים אחרים כגון מומי לב מולדים או יתר לחץ דם ריאתי.

האבחנה של רטינופתיה של פגות אצל תינוקות בדרך כלל נקבעת לפי התנאים הקליניים הספציפיים. פגות, משקל לידה נמוך והיסטוריה של חשיפה לחמצן הם האינדיקטורים העיקריים, בעוד שגורמים תורשתיים הוכחו כחסרי השפעה בעניין.

מניעה
250px|ממוזער|בתווית שעל בלון החמצן ניתן לראות כי היא מכילה גז עשיר בחמצן (36%), והוא מודגש כמתאים לעומק פעולה מקסימלי של עד 28 מטרים.

מניעת הרעלת חמצן תלויה לגמרי בתנאים הסביבתיים. הן מתחת למים והן בחלל, אמצעי זהירות ראויים יכולים לחסל את רוב תופעות הלוואי הקטלניות. בדרך כלל, אצל פגים נדרשת תוספת חמצן לשם טיפול בסיבוכים של לידה מוקדמת. במקרה זה, מניעת דיספלסיה ברונכופולמונרית ורטינופתיה של פגות חייבת להתבצע מבלי להתפשר על אספקה נאותה של חמצן כדי לשמור על התינוק בחיים.

מתחת לפני המים
הרעלת חמצן מהווה סיכון קטסטרופלי בצלילה, מאחר שהתקף עלול לגרום למוות כמעט בטוח בעקבות טביעה. מה עוד, שהתקף יכול להתרחש באופן פתאומי, בלי שום סימפטומים מקדימים. ההשפעות באות לידי ביטוי בעוויתות פתאומיות ובחוסר הכרה, שבמהלכו קורבנות יכולים לאבד את ווסת הצלילה ולטבוע. אחד היתרונות של מסכת חמצן אשר מכסה את כל הפנים היא מניעה של אובדן הרגולטור במקרה של התקף. כפועל יוצא מהסיכון המוגבר של מערכת העצבים המרכזית ללקות בהרעלת חמצן במהלך צלילות עמוקות, ארוכות או כל צלילה אשר מערבת שימוש בגזים עשירים בחמצן, צוללנים לומדים לחשב את עומק הצלילה המקסימלי של גזי נשימה עשירים בחמצן, ובלוני גז המכילים תערובות כגון אלו חייבים להיות מסומנים בבירור עם העומק המתאים.

בחלק מהאימונים שצוללנים עוברים במהלך קורסים עבור סוגים אלה של צלילות, צוללנים לומדים לתכנן ולעקוב אחר מה שנקרא שעון החמצן של הצלילה. זהו שעון מעורר רעיוני, אשר נע במהירות גדולה יותר ככל שלחץ החמצן עולה, והוא מכוון כך שיתחיל לפעול כאשר מגיעים לגבול החשיפה המומלץ במדריך הצלילה של מנהל האוקיינוסים והאטמוספירה הלאומי. ללחצי החמצן החלקיים הבאים, הגבולות הם כדלהלן:
45 דקות ב-1.6 בר;
120 דקות ב-1.5 בר;
150 דקות ב-1.4 בר;
180 דקות ב-1.3 בר;
210 דקות ב-1.2 בר.
למרות זאת, קשה לחזות באופן מדויק מתי או אם בכלל יתרחשו תסמינים של הרעלת חמצן. מחשבי צלילה רבים המבוססים על נייטרוקס מסוגלים לחשב עומס חמצן ויכולים לעקוב אחריו על פני מספר רב של צלילות. המטרה היא למנוע הפעלת האזעקה על ידי הפחתת הלחץ החלקי של החמצן בגז הנשימה, או על ידי צמצום הזמן המושקע בנשימת גז בעל חמצן עם לחץ חלקי גבוה. כפי שלחץ חלקי של חמצן עולה עם החלק של החמצן בגז הנשימה ועם עומק הצלילה, הצוללן מקבל יותר זמן בשעון החמצן על ידי צלילה בעומקים רדודים יותר, על ידי נשימה של גז פחות עשיר בחמצן, או על ידי קיצור משך הזמן של החשיפה לגזים עתירי חמצן.

צלילה מתחת ל-56 מטר על אוויר עלולה לחשוף צוללן לסיכון גדול יותר ללקות בהרעלת חמצן, מכיוון שהלחץ החלקי של החמצן עולה ל-1.4 בר. לכן, תערובת הגז הננשמת חייבת להכיל פחות מ-21% חמצן. הגדלת חלקו של החנקן הוא לא בר קיימא, מכיוון שהוא ייצר תערובת נרקוטית חזקה. עם זאת, הליום אינו נרקוטי, וניתן להשתמש בו לייצור תערובות בהן הוא יחליף לגמרי את החנקן (תערובות מסוג זה נקראות הליוקס) או שיחליף רק חלק מהחנקן, וליצור טרימיקס.

רעילות חמצן בריאות בזמן צלילה היא אירוע שניתן למנוע אותו לחלוטין. משך הזמן המוגבל והאופן המקוטע שמאפיין את רוב הצלילות הופך תופעה זו לנדירה יחסית (וגם אז, הפיכה) עבור צוללנים. בנוסף, הנחיות מוגדרות מאפשרות לצוללנים לחשב מתי הם נמצאים בסיכון לרעילות ריאתית.

תנאי על-לחץ (היפרבריים)
נוכחות של חום או היסטוריה של התקפים מהוות למעשה התווית נגד לטיפול בחמצן בלחץ גבוה. במהלך לוח הזמנים של טיפול במחלת דקומפרסיה, ישנם פרקי זמן בהם מתבצעת נשימת אוויר רגילה ולא ב-100% חמצן (הפסקות חמצן) כדי להקטין את הסיכוי של התקף או נזק לריאות. דוגמה מעשית לדבר ניתן לראות בצי ארצות הברית אשר משתמש לטובת הטיפול בטבלאות המתבססות על תקופות הנעות לסירוגין בין 100% חמצן ואוויר. לדוגמה, טבלה 6 דורשת 75 דקות (שלוש תקופות של 20 דקות חמצן/5 דקות אוויר) בסביבה בה הלחץ הוא של 2.8 אטמוספירות (1 אטמוספירה מקבילה כמעט ל-1 בר), לחץ שווה ערך לשהייה בעומק של 18 מטר. בשלב הבא של התהליך נעשית הפחתת לחץ אטית ל-1.9 אטמוספירות לפרק זמן של 30 דקות על חמצן. לאחר מכן, המטופל נשאר באותו לחץ עוד 150 דקות, אשר מורכבות משני מחזורים של 15 דקות אוויר/60 דקות חמצן, עד שהלחץ מופחת לרמת הלחץ האטמוספירי לזמן של 30 דקות על חמצן.

ויטמין E וסלניום הוצעו, ומאוחר יותר נדחו, כשיטה פוטנציאלית של הגנה מפני רעילות חמצן בריאות. עם זאת, יש כמה ראיות מניסויים בחולדות, כי ויטמין E וסלניום מסייעים במניעת פראוקסידציית ליפידים אין ויוו ונזק של רדיקלים חופשיים, ולכן מונעים שינויים ברשתית בעקבות חשיפות חוזרות ונשנות לחמצן בלחץ גבוה.

תנאי לחץ אטמוספיריים
דיספלזיה ברונכופולמונרית הפיכה בשלביה המוקדמים על ידי שימוש בתקופות הפסקה בחמצן בלחצים נמוכים יותר, אך הדבר עלול בסופו של דבר להיגרר לכדי פציעה בלתי הפיכה בריאה, אם מתאפשרת התקדמות של נזק חמור. למעשה, אחד או שני ימים של חשיפה ללא הפסקות חמצן נדרשים כדי לגרום כזה נזק.

רטינופתיה של פגות ניתנת במידה רבה למניעה על ידי סקירה. ההנחיות הנוכחיות מחייבות כי כל התינוקות הנולדים בגיל של פחות מ-32 שבועות או בעלי משקל לידה נמוך מ-1.5 ק"ג, צריכים לעבור סקירה עבור רטינופתיה של פגות לפחות כל שבועיים. מחקר שנעשה בשנת 1954 הראה על קשר סיבתי בין תוספת חמצן לרטינופתיה של פגות, אך מנגד, קיצוץ של תוספת חמצן גרמה לעלייה בתמותת התינוקות. כיום כדי לאזן את הסיכונים של היפוקסיה ורטינופתיה של פגות, פרוטוקולים מודרניים דורשים ניטור של רמות החמצן בדם בפגים שמקבלים תוספת חמצן.

תנאי תת-לחץ
בסביבה של לחץ נמוך הרעלת חמצן ניתנת למניעה מאחר שהרעילות נגרמת על ידי לחץ חלקי גבוה של חמצן, ולא רק על ידי חלק חמצן גבוה. זה מודגם על ידי השימוש המודרני בחמצן טהור בתוך חליפות חלל, אשר חייב לפעול בלחץ נמוך (גם מבחינה היסטורית, אחוז חמצן מאוד גבוה ולחץ אטמוספירי נמוך מהרגיל היו בשימוש בחלליות בעבר, כמו למשל ג'מיני והחללית אפולו). כמו כן, ביישומים כגון בפעילות חוץ רכבית, חמצן בריכוז גבוה אינו רעיל, אפילו כאשר נושמים חלקי תערובות המתקרבים ל-100%, מאחר שעל החמצן בלחץ החלקי אסור כרונית לעלות על 0.3 בר.

טיפול
200px|ממוזער|הרשתית (באדום) מנותקת בחלקה העליון של העין.

200px|ממוזער|חגורת סיליקון (חגורת סקלרה, בכחול) נתפרת במהלך הניתוח סביב גבולות לובן העין, ובכך מביא את דופן העין במגע עם הרשתית המופרדת, דבר המאפשר לרשתית להתחבר מחדש.

במהלך טיפול בחמצן בלחץ גבוה, החולה בדרך כלל ינשום 100% חמצן דרך מסיכה בזמן שנמצא בתוך תא לחץ עם לחץ אוויר של 2.8 בר (280 kPa). התקפים במהלך הטיפול, מטופלים על ידי הסרת המסכה מן המטופל, ובכך ניתן להוריד את הלחץ החלקי של החמצן הנשאף מתחת ל-0.6 בר (60 kPa).

התקף מתחת למים מחייב להעלות את הצוללן אל מעל לפני המים כמה שיותר מהר. אמנם במשך שנים רבות ההמלצה הייתה לא להעלות את הצוללן במהלך ההתקף עצמו, בשל הסכנה לתסחיף גז עורקי (AGE), אך כיום יש כמה ראיות כי שפתות הקול (glottis) לא חוסמות באופן מלא את דרכי הנשימה. דבר זה הוביל להמלצה הנוכחית של ועדת הצלילה התת-ימית והחברה הרפואית ההיפרברית, כי יש להעלות צוללן במהלך שלב ההתקף הקלוני (עוויתי) אם הרגולטור לא נמצא בפה – מאחר שהסכנה לטביעה תהיה רבה יותר מאשר זו של היווצרות תסחיף – אך במצב שונה, העלייה צריכה להיות מושהית עד סוף השלב הקלוני. מצילים מוודאים כי הבטיחות שלהם לא נפגעת במהלך השלב העוויתי, ולאחר מכן הם מוודאים כי קיימת אספקת אוויר יציבה ורציפה ומבצעים את העלאת הצוללן, כאשר למעשה, הרמת גוף חסר הכרה נלמדת ברוב קבוצות ההכשרות לצוללנים. בזמן ההגעה לפני השטח, יש ליצור קשר עם שירותי החירום, שכן, קיימת אפשרות של סיבוכים נוספים הדורשים טיפול רפואי. מעבר לכך, בצי ארצות הברית ישנם נהלים ברורים להשלמת שלבי הדקומפרסיה במצב שבו תא לחץ אינו זמין באופן מיידי.

הופעתם של סימפטומים לדיספלזיה ברונכופולמונרית או תסמונת מצוקה נשימתית חריפה מטופלת על ידי הורדת החלק היחסי של החמצן הניתן, יחד עם הפחתה בפרקי הזמן לחשיפה ועלייה בזמני ההפסקה שכוללים אספקת אוויר נורמלי. במקום שתוספת חמצן נדרשת לשם טיפול של מחלה אחרת (במיוחד אצל תינוקות), מכונת הנשמה עשויה להיות נחוצה כדי להבטיח כי רקמת הריאה תישאר מנופחת, כאשר הפחתת לחץ וחשיפה יבוצעו בצורה הדרגתית. כמו כן, תרופות אשר אחראיות להרחבת הסמפונות או להפחתת מתח הפנים בריאות עשוית אף הן להימצא בשימוש.

רטינופתיה של פגות יכולה ליסוג באופן ספונטני, אבל אם המחלה מתקדמת מעבר לסף מסוים (אשר מוגדר חמש שעות רצופות או שמונה שעות מצטברות של רטינופתיה של פגות בשלב 3), הן ניתוח בהקפאה והן ניתוח לייזר הוכחו כיעילות בהפחתת הסיכון לעיוורון כתוצאה מהמחלה. במקום שבו המחלה התקדמה עוד יותר, טכניקות כגון עטיפה סקלרית או ניתוח להסרת הג'ל מתוך העין עשויות לסייע להצמדת הרשתית מחדש.

פרוגנוזה
אף על פי שהעוויתות הנגרמות על ידי רעילות חמצן במערכת העצבים המרכזית עלולות להוביל לפציעה של הקורבן, במשך שנים רבות נשאר לא ברור האם יכול להתרחש נזק למערכת העצבים בעקבות התקף, ומספר מחקרים חיפשו ראיות לנזק שכזה. סקירה של מחקרים אלה שנעשתה בשנת 2004 הגיעה למסקנה, כי בעקבות הסרה של גזי נשימה המכילים חלק יחסי גבוה של חמצן, לא נשאר סימן לנזק נוירולוגי מהתקפים אלו לטווח הארוך.

הרוב המכריע של התינוקות אשר שרדו אירוע של דיספלזיה ברונכופולמונרית בסופו של דבר מצליחים לשחזר כמעט לגמרי את תפקוד הריאות הנורמלי, מאחר שהריאות ממשיכות לגדול במהלך 5–7 השנים הראשונות והנזק שנגרם על ידי דיספלזיה ברונכופולמונרית היא במידה מסוימת הפיכה (גם אצל מבוגרים). עם זאת, הם נוטים להיות רגישים יותר לזיהומים בדרכי הנשימה למשך שארית חייהם וחומרת זיהומים מאוחרים יותר הוא לעיתים קרובות גדול יותר מזה של בני גילם.

אפידמיולוגיה
350px|ממוזער|רטינופתיה של פגות (ROP) ב-1997 הייתה שכיחה יותר בקרב מדינות בעלות הכנסה בינונית, במקום ששירותי טיפול נמרץ ביילודים היו בתהליך צמיחה. למרות זאת, מודעות רבה יותר של הבעיה, אשר תוביל לאמצעי מניעה, עדיין לא התרחשה.

מאז מלחמת העולם השנייה, יש ירידה בשכיחות הרעילות במערכת העצבים המרכזית בקרב צוללנים, כאשר הגורם המרכזי להפחתה היה ניסוח פרוטוקולים אשר פותחו כדי להגביל את החשיפה ואת הלחץ החלקי של החמצן הנשאף. למעשה, ב-1947 ההמלצה על הגבלת העומק המותר עבור נשימת חמצן טהור הייתה 7.6 מטר, אשר שווה לחמצן בלחץ חלקי של 1.8 בר (180 kPa). עם הזמן, מגבלה זו צומצמה, עד שהיום ההמלצה באופן כללי על הגבלת הלחץ היא של־1.4 בר במהלך צלילה חופשית, ו-1.6 בר (160 kPa) במהלך עצירות דיקומפרסיה רדודות. כיום, הרעלת חמצן הפכה לאירוע נדיר, ומצטמצמת למקרים בהם היא נגרמת על ידי ציוד תקול או טעות אנוש בלבד. מבחינה היסטורית, צי ארצות הברית ליטש את טבלאות הצלילה שלו כדי להפחית אירועי הרעלת חמצן. בין 1995 ו-1999, דוחות הראו על 405 צלילות שאירעה בהן תמיכה חיצונית וצורך בהעלאה לפני המים באמצעות טבלאות הליום–חמצן; מתוכם, אירועים בהם נצפו תסמינים להרעלת חמצן הסתכמו ב-6 צלילות (1.5%). כתוצאה מכך, צי ארצות הברית החליט בשנת 2000 לשנות את התוכניות ונערכו ניסויי שטח של 150 צלילות, כאשר באף אחת מהן לא הופיעו סימפטומים של הרעלת חמצן. טבלאות מתוקנות פורסמו ב-2001.

השונות בסיבולת ובמשתנים אחרים כמו עומס עבודה, הביאו לנטישת סקירת סיבולת חמצן בצי ארצות הברית וכך, מתוך 6,250 בדיקות של סיבולת חמצן שבוצעו בין השנים 1976 ו-1997, נצפו רק 6 מקרים של הרעלת חמצן (0.1%).

הרעלת חמצן במערכת העצבים המרכזית בקרב חולים שעברו טיפול בחמצן בלחץ גבוה נדיר, ומושפעת על ידי מספר גורמים: רגישות המטופל ופרוטוקול הטיפול, וככל הנראה גם מהתוויה רפואית ומציוד בו משתמשים לטובת הטיפול. מחקר שנעשה ב-1996 דיווח על 16 מקרים מתוך אוכלוסייה של 107,264 חולים (0.015%), בעוד מחקר אחר ב-2003 מצא שיעור של 0.03%. בסיכום אחר של 36,500 טיפולים שניתנו לחולים בין השנים 1996 ו-2003, דווח רק שלושה אירועים של הרעלת חמצן, ממצא אשר נותן שיעור של 0.008%. מאוחר יותר סקירה של יותר מ-80,000 טיפולים בחולים גילתה שיעור נמוך אף יותר: 0.0024%. הפחתת השכיחות עשויה להיות בחלקה בשל השימוש במסכה לשם אספקת החמצן (ולא בברדס).

דיספלזיה ברונכופולמונרית היא בין הסיבוכים הנפוצים ביותר של תינוקות הנולדים פגים, ושיעור השכיחות גדל בעקבות הגדילה המשמעותית בשיעור ההישרדות של פגים. אף על פי כן, הסיכון ירד בעקבות ניהול טוב יותר של אספקת תוספת חמצן, דבר אשר הביא את המחלה כיום להיות קשורה בעיקר לגורמים אחרים מאשר היפראוקסיה.

סקירה של מחקרים ביחידות טיפול נמרץ ליילודים במדינות מתועשות מ-1997 הראתה כי עד 60% מהתינוקות במשקל לידה נמוך פיתחו רטינופתיה של פגות, אשר עלה ל-72% במשקל לידה נמוך ביותר בתינוקות, המוגדר כפחות מ-1 ק"ג בלידה. עם זאת, תוצאות חמורות תכופות הרבה פחות: עבור תינוקות במשקל לידה נמוך מאוד —אלה בפחות מ-1.5 ק"ג בלידה—שיעור ההיארעות של עיוורון אינו עולה על-8%.

בחברה ובתרבות
צוללנים חובבנים (Recreational divers) בדרך כלל משתמשים בנייטרוקס המכיל עד 40% חמצן, בזמן שצוללנים מקצועיים יותר (Technical divers) נוהגים להשתמש בחמצן טהור או נייטרוקס המכילים עד 80% חמצן. כמו כן, צוללנים אשר נושמים חמצן בחלק יחסי גדול יותר מהאוויר (21%), צריכים להיות מאומנים על הסכנות בהרעלת חמצן וכיצד למנוע אותן. על מנת לקנות נייטרוקס, צוללן חייב להציג ראיות להכשרה כזו.

250px|ממוזער|חלקו הפנימי של בר חמצן
מאז סוף שנות ה-90', שימוש בחמצן למטרות פנאי ובילוי קודם על ידי ברי חמצן, שבו לקוחות נושמים חמצן דרך צינורית אף, כאשר הועלו טענות כי פעולה זו מפחיתה לחץ, מגבירה אנרגיה ומפחיתה תופעות של חמרמורת וכאבי ראש, למרות חוסר עדות מדעית כלשהי בבסיס טענות אלו. כמו כן, קיימים מכשירים למכירה המציעים "עיסוי בחמצן" ו "ניקוי רעלים בחמצן" עם טענות להצלחה בהסרת רעלים בגוף ובהפחתת שומן הגוף. בהמשך לטענות אלו, איגוד הריאות האמריקאי הצהיר כי "אין ראיות לכך שזרימת רמות חמצן נמוכות הנמצאות בשימוש הברים יכול להיות מסוכן לבריאותו של אדם נורמלי", אבל מרכז ההערכה והמחקר לתרופות בארצות הברית מזהיר כי אנשים עם מחלת לב או ריאה זקוקים להשלמה החמצן באופן מוסדר ובזהירות, ועל-כן צריכים להימנע משימוש דומה לזה בחמצן.

לחברה הוויקטוריאנית הייתה משיכה רבה לתחום המדע שהלך והתרחב במהירות באותה תקופה. בסיפור קצר שנכתב על ידי ז'ול ורן בשנת 1872, "ניסויו של ד"ר אוקס", הרופא האפונים משתמש באלקטרוליזה של מים כדי להפריד חמצן ומימן. לאחר מכן, הוא דוחף את החמצן הטהור ברחבי העיר קוויקנדון (Quiquendone), ובכך גורם לתושבים השלווים ולבעלי החיים שלהם להפוך לאגרסיביים, ולצמחים לגדול במהירות. פיצוץ של מימן וחמצן במפעלו, מביא את הניסוי לסופו. ורן סיכם את סיפורו על ידי כך שהסביר כי השפעות החמצן המתוארות בסיפורו הן פרי דמיונו שלו. כמו כן, קיים אירוע קצר של הרעלת חמצן המתואר בספרו "מהארץ לירח".

ראו גם
שכרון מעמקים
מחלות חסימתיות של הריאה
פיזיולוגיה של מערכת הנשימה
סכנות צלילה

לקריאה נוספת
Lamb, John S. (1999). The Practice of Oxygen Measurement for Divers. Flagstaff: Best Publishing, 120 pages.
Lippmann, John; Bugg, Stan (1993). The Diving Emergency Handbook. Teddington, UK: Underwater World Publications.
Lippmann, John; Mitchell, Simon (2005). "Oxygen". Deeper into Diving (2nd ed.). Victoria, Australia: J.L. Publications. pp. 121–4.

קישורים חיצוניים

אסופת מחקרים על הרעלת חמצן (אנגלית)
סקירה קלינית כללית ותמציתית עם מקורות נרחבים בעניין דיספלזיה ברונכופולמונרית (אנגלית)
"מי מפחד מחמצן" - מאמר מסכם על הרעלת חמצן. 
אתר בי"ח "אסף הרופא" בעניין השפעות טיפולי חמצן תחת לחץ על גוף האדם.
מבנה העין האנושית בצורה מורחבת ומפורטת

הערות שוליים

קטגוריה:רפואת צלילה
קטגוריה:חמצן
קטגוריה:מחלות מערכת הנשימה
קטגוריה:תוצאים רעילים של חומרים לא רפואיים