氫氣-無色無味的健康衛士
已有 1006 次閱讀 2013-11-27 15:58 |個人分類:氫氣生物學|系統分類:論文交流
作者:馬菲菲 孫學軍
說起氫氣，人們聯想到的首先是諸如氫氣球、新型燃料、工業焊接等基於其理化特性的用途。氫氣——無色、無味、無毒的雙原子氣體分子，密度比空氣小，難溶于水，在一定壓強和溫度下可轉變成無色的液體和雪狀固體，常溫下性質穩定，不易與其他物質發生化學反應，具有可燃性、還原性和氧化性。可如果有人對你說氫氣可以用來治病，或許你會覺得這是天方夜譚，然而氫氣確實就是具有如此神奇的作用。近幾年，氫氣在醫學方面的研究越來越多，相關的文章數量更是呈爆發式增長。
2007年在世界著名雜誌《自然醫學》上，發表了來自日本醫科大學老年病研究所太田成男教授課題組關於氫氣選擇性抗氧化以及對大鼠腦缺血再灌注損傷治療作用的報導，掀起了氫氣分子生物學的研究熱潮。到目前為止，國際上發表的相關研究論文已有400餘篇。中國學者在這一領域做出了非常突出的貢獻，發表相關論文200餘篇，承擔國家自然科學基金28項，碩士博士學位論文40餘篇。並在國際上率先報導多種氫氣可治療的疾病，包括新生兒缺血性腦病、一氧化碳中毒遲發性腦病、關節炎、胰腺炎、膿毒症、放射損傷、潛水減壓病、氧中毒、糖尿病視網膜病變等。
1．氫氣的作用機制
氫氣發揮其治療作用的機制現已被廣泛接受的是它的選擇性抗氧化作用。講到這一作用機制，我們首先需要瞭解自由基、活性氧和氧化損傷的概念。
自由基是原子核外存在不成對電子的原子、原子團或分子。活性氧是在生物體內與氧代謝有關的含氧自由基和易形成自由基的過氧化物的總稱。自由基和活性氧是體內重要的活性物質，正常情況下起著維持人體正常功能的重要作用，但有少部分毒性自由基，活性較強，是產生氧化損傷的關鍵，例如羥自由基和過氧亞硝基陰離子。
氧化應激是指機體在遭受各種有害刺激時，體內各種高活性分子如活性氧和活性氮產生過多，氧化程度超出細胞對氧化物的清除能力，氧化系統和抗氧化系統失衡，從而導致氧化損傷。簡而言之，衰老和疾病的產生是由於氧化系統和抗氧化系統的失衡，抗衰老和疾病治療不能僅僅依靠單純的抗氧化，而是需要維持氧化系統與抗氧化系統的平衡，過分的抗氧化不但達不到抗氧化的效果，反而可能適得其反。
氫氣具備選擇性抗氧化作用，它選擇性清除體內毒性較大的羥自由基和過氧亞硝基陰離子，而對於對人體有重要生物學作用、毒性較低的自由基並不產生作用，同時，由於其分子小的特點，氫分子幾乎可彌散到機體的各個位置去發揮作用，並且目前未發現任何毒副作用。此外氫氣還對炎症反應、細胞凋亡和血管異常增生具有一定的治療作用。不過儘管目前關於氫氣的作用機制有大量研究，但對氫氣作用的分子細節仍不清楚，進一步的深入研究仍需要更多研究。
2．氫氣治療疾病的研究進展
中樞神經系統作為人體一切活動的總指揮，是人體最重要的系統之一。中樞神經系統疾病主要包括急性和慢性中樞神經系統功能紊亂，急性中樞神經系統功能紊亂主要包括創傷和腦血管疾病，腦血管疾病分為出血性和缺血性兩大類，可導致腦出血、腦血栓和腦梗塞，慢性主要包括神經退行性疾病，如阿爾茨海默病、帕金森病等。上述疾病的發病病理過程均涉及氧化應激和（或）炎症反應，科學家據此進行大量研究，結果顯示，氫氣對上述疾病具有明顯的保護作用，目前關於腦缺血和阿爾茨海默病均已開展了初步臨床研究。
2001年法國科學家的研究表明，高壓氫對肝損傷有治療作用，但由於實驗條件要求過高，並未引起學術界關注。2007年日本學者發表小劑量呼吸氫氣對腦缺血再灌注損傷具有一定治療作用的研究後，隨後另一日本學者的研究證明，小劑量呼吸氫氣對肝臟缺血再灌注損傷具有一定的治療作用。2009年哈佛大學口腔醫院的學者做了這樣一個實驗，讓大鼠喝下具有產氫作用的細菌，發現對伴刀豆球蛋白誘導的肝炎具有預防作用。同年，Tsai等人發現，飲用富氫電解水對小鼠四氯化碳誘導的急性肝損傷有一定的治療作用。隨後，中國學者孫漢勇等人發現，腹腔注射飽和氫鹽水對急性肝損傷、肝纖維化和肝臟細胞增生有顯著的抑制作用。劉渠等人研究證明，腹腔注射飽和氫鹽水一定程度上可治療膽管阻塞後黃疸和肝損傷。甚至有人報導氫氣對酒精性肝損傷具有保護作用，提示氫氣具有解酒的作用。日本學者最近對非酒精性肝硬化的研究證明，長時間飲用氫水可以對抗高脂飲食引起的脂肪肝，顯著減少脂肪肝轉化成肝癌的比例。以上研究均顯示出氫氣在肝臟疾病治療方面具有十分廣闊的應用前景。
Kajiyama等人報導了30例2型糖尿病隨機雙盲安慰劑對照和6名糖耐量異常患者的臨床研究。患者每天飲用氫氣飽和水或普通水連續8周，用13種生物分子指標分析糖代謝和脂肪代謝。結果表明所有指標都顯示出氫氣對疾病的有利趨勢，其中負電性低密度脂蛋白膽固醇、小密度脂蛋白和尿液中前列腺素得到顯著改善，6名糖耐量異常患者4例恢復正常。但該實驗受限於樣本少，觀察週期短，實驗結果的統計學意義受到一定影響，若增加樣本，延長觀察週期，或可得到理想的結果。
Nakao等人報導了氫氣水治療20例代謝綜合症的初步臨床觀察，受試者每天飲用氫氣水1.5L~2.0L，連續8周。結果顯示患者的糖代謝和脂代謝均有不同程度的改善，尿液中SOD升高39%，巴比妥酸反應產物下降43%，高密度脂蛋白膽固醇升高8%，總膽固醇和高密度脂蛋白膽固醇比值下降13%，穀草轉氨酶和穀丙轉氨酶活性無明顯改變，γ-穀氨醯胺轉移酶活性升高24%，仍在正常範圍內。該研究飲水量較大或成為結果理想的一個重要原因。
Nakayama等人開展了血液透析患者的臨床實驗，研究發現透析液中溶解氫氣可降低患者透析前後的收縮壓。其短期實驗發現，患者血漿中甲基胍（正常人血漿中含量甚微，尿毒癥患者血漿中高達正常值的80倍）顯著下降，長期實驗發現，反映炎症反應程度的MCP-1和MPO亦顯著下降。
Kinji等人觀察了一項14個肌肉病患者的開標實驗和22名皮肌炎和線粒體肌肉病患者的開標雙盲隨機對照試驗。開標實驗患者每天飲用氫氣飽和水1L，連續12周，結果顯示反映線粒體電子傳遞系統功能敏感的生物標誌物乳酸/丙酮酸比值比對照組下降了28%，反映炎症反應程度的MMP3下降了27%。雙盲對照試驗發現，只有線粒體肌肉病患者血清乳酸水準明顯改善，肌肉病患者乳酸/丙酮酸比值和皮肌炎患者MMP3雖然也有下降，但無統計學差異。缺乏顯著性改變的原因可能是治療劑量比較低和治療週期比較短。
Kang等人對肝癌放射治療開展了一項臨床試驗，物件為49名接受放射治療的惡性肝癌患者，每天飲用1.5L~2.0L濃度為0.55~0.65mmol/L的氫氣水，連續6周，患者總過氧化氫水準升高、血抗氧化能力下降和生活品質下降等均獲得明顯改善，尤其對食欲下降有非常明顯的改善。
Ono等人開展了一項靜脈注射氫氣飽和鹽水聯合依達拉奉治療腦幹梗死的臨床研究，與單獨使用依達拉奉進行對照，採用MRI相對擴散加權成像、局部表觀擴散係數等評價治療效果。結果顯示，與單純使用依達拉奉相比，氫氣聯合使用依達拉奉上述檢測指標可獲得更好的改善。
最近日本學者報導了4例伴隨發熱和（或）疼痛的急性紅斑性皮膚疾病患者進行靜脈注射氫鹽水的試驗性治療，研究還對兩名志願者進行氫氣經皮膚釋放的檢測，以確定氫氣可以進入皮膚組織。結果表明，4名患者皮膚紅斑相關臨床表現顯著改善，注射氫氣飽和鹽水治療急性紅斑病安全有效，並且氫氣可以通過皮膚釋放。
氫氣對帕金森病的臨床試驗研究也取得了理想效果，研究發現，連續飲用52周氫氣飽和水對多種帕金森病症狀和體征有顯著改善，停止飲用氫氣水2月後，上述效應仍可以持續，顯示氫氣對這一疾病的強大應用潛力。
3.如何使用氫氣治療疾病
氫氣進入人體的方式主要有呼吸氫氣、飲用氫氣水、注射飽和氫鹽水、經過皮膚擴散和通過誘導大腸桿菌產生內源性氫氣。其中，呼吸氫氣的安全性通常會遭質疑，實則呼吸氫氣最早在潛水醫學中使用，並進行了大量的人體試驗，故其安全性是值得肯定的。在純氧中，氫氣體積分數低於4％或高於94％都不會燃燒和爆炸，在空氣中燃燒的濃度範圍為4％~75％，且即使達到可燃體積分數，若溫度不超過500℃，也不會發生燃燒，故其危險性也是可控的。氫氣水因其可作為日常的飲用水進入人體，簡便易行，早先在日本及臺灣有氫氣水銷售，今年大陸亦有廠商生產及銷售氫氣水。而其他幾種方式基本尚處於實驗階段，注射飽和氫鹽水未來在臨床應用中最具發展前景，至於皮膚擴散的方式給氫，或許將來會有“氫氣浴”之類的服務應用於市場。
4．目前氫氣生物學研究存在的問題
雖然氫氣的作用非常廣泛並得到認可，但氫氣的作用機制目前尚處於研究階段。氫氣臨床治療疾病的應用案例比較有限，其量效關係尚不清楚。此外針對其副作用的研究目前為零，現在的臨床應用中有發現部分病人在飲用氫水之初的幾天會有輕微的嗜睡現象，但並不影響正常生活。
5．展望
氫氣在醫療應用領域的前景非常值得期待，儘管中國學者在這一領域有眾多貢獻，但臨床應用研究偏少，主要是因為過去沒有成熟可靠的氫氣水產品可以使用。最近國內已有一些公司生產並銷售氫水等氫氣相關保健品，給國內學者開展相關研究提供了便利條件。另外氫治療疾病作用機制的研究仍是一項長期艱巨的任務，相信在不久的未來，隨著基礎理論和臨床應用研究的不斷深入，氫氣會為人類健康帶來更大福音，對提高國人健康水準發揮重要作用。
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