氫治療疾病的原理及其應(yīng)用進(jìn)展

田一明陳 偉王喜太

1國(guó)家康復(fù)輔具研究中心,北京市老年功能障礙康復(fù)輔助技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，民政部神經(jīng)功能信息與康復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京市 1001761 2河北工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院 天津市 300130

氫治療疾病的原理及其應(yīng)用進(jìn)展

田一明1,2陳 偉1王喜太1,2

1國(guó)家康復(fù)輔具研究中心,北京市老年功能障礙康復(fù)輔助技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，民政部神經(jīng)功能信息與康復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京市 1001761 2河北工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院 天津市 300130

氫被稱為宇宙元素，它是宇宙中最豐富的元素。最近研究發(fā)現(xiàn)，氫是良好的抗氧化物質(zhì)，加之其分子極小，能夠輕易地透過(guò)腦血屏障以及一些細(xì)胞的細(xì)胞膜與保護(hù)細(xì)胞內(nèi)部的線粒體，DNA等物質(zhì)不被氧化。氫對(duì)于癌癥、缺血再灌注、炎癥、電離輻射以及代謝綜合征等疾病具有潛在的治療價(jià)值，并且副作用極小。與傳統(tǒng)的抗氧化物質(zhì)相比，氫具備許多優(yōu)勢(shì)。本文首先介紹了氫氣所具有的三種性質(zhì):選擇性抗氧化、抗炎和抗凋亡作用；其次，就氫氣在治療疾病方面的應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述；最后對(duì)氫的給藥方式進(jìn)行了總結(jié)和分析。

氧化應(yīng)激；氫；選擇性抗氧化；自由基

據(jù)科學(xué)觀測(cè)，組成宇宙的成分中，氫元素90%，氦元素9%，同時(shí)氫還是生命元素，人體大部分由水組成，而組成人體元素中含量最高是氧，約占65%，碳排第二，約占18%，氫排第三，約占10%。核外電子的不同，氫分負(fù)氫離子、氫陽(yáng)離子、氫原子三種形式，有著不同的生物學(xué)性質(zhì)。因氫氣溶解度較低，無(wú)法像氧氣與血紅和蛋白結(jié)合，通過(guò)呼吸作用被機(jī)體大量吸收，長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為氫氣只是腸道菌群的代謝廢氣，不具有生物學(xué)作用。

近期研究卻顛覆傳統(tǒng)觀點(diǎn)，例如日本學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，癌癥其實(shí)就是身體被“氧化”了的結(jié)果，利用負(fù)氫離子很小并且還原能力很強(qiáng)的特點(diǎn)，能對(duì)癌癥有很好的抑制和消除作用[1]；負(fù)氫離子還可預(yù)防白內(nèi)障等其他眼疾的發(fā)生。對(duì)氫氣的相關(guān)研究也證實(shí)它具有一定的生物學(xué)效應(yīng)。本文將氫所具體的良好性質(zhì)及其醫(yī)學(xué)的研究進(jìn)展做了以下見(jiàn)解。

1 氫分子的作用機(jī)制

1.1 選擇性抗氧化

細(xì)胞的老化、癌癥等問(wèn)題普遍認(rèn)為是因?yàn)榧?xì)胞被活性氧損傷導(dǎo)致的。曾2005年《science》雜志有報(bào)道關(guān)于細(xì)胞老化等問(wèn)題與細(xì)胞內(nèi)線粒體中的DNA受到氧化損傷有密切關(guān)系，現(xiàn)如何避免細(xì)胞受到毒性較強(qiáng)氧化物的侵襲就比較重要。機(jī)體存在的氧化應(yīng)激機(jī)制，是受到不良刺激時(shí)，所產(chǎn)生的活性氧太多以至于機(jī)體內(nèi)抗氧化物的能力下降，而引發(fā)機(jī)體內(nèi)氧化系統(tǒng)與抗氧化系統(tǒng)的不平衡狀態(tài)。導(dǎo)致機(jī)體中組織或細(xì)胞受到氧化損傷的現(xiàn)象。據(jù)研究，源自氧化代謝的氧化應(yīng)激，會(huì)導(dǎo)致基底損害及DNA鏈斷裂。因此，尋求新的抗氧化劑應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激帶來(lái)的損傷是很重要的問(wèn)題。

羥基自由基和亞硝酸陰離子是人體缺氧或缺血的狀態(tài)時(shí)，機(jī)體所釋放的活性氧。而活性氧內(nèi)源性氧化物質(zhì)不能將其清除，氫氣可中和羥基自由基和亞硝酸陰離子等毒性強(qiáng)的活性氧，也不影響信號(hào)機(jī)制具有的物質(zhì)：一氧化氮、過(guò)氧化氫、超氧陰離子等對(duì)信號(hào)的傳導(dǎo)。氫氣不僅中和對(duì)身體有害的活性氧，還有抗氧化應(yīng)激作用，因氫氣可打通Nrf2/ARE物質(zhì)在體內(nèi)的傳輸通道，使血紅素加氧酶1（HO-1）等下游抗氧化酶得到充分的基因轉(zhuǎn)錄，可使體內(nèi)減小對(duì)氧化應(yīng)激的影響。氫氣還可提升抗氧化酶的活性，增強(qiáng)機(jī)體抗氧水平。氫氣的選擇性抗氧化作用可提高內(nèi)源性抗氧化酶活性，為抗氧化損傷提供新選擇。

1.2 抗炎作用

富氫水在清除自由基、抑制炎癥因子的釋放具有重大作用。有學(xué)者通過(guò)大鼠的心肌梗死模型，并對(duì)其進(jìn)行腹腔注射氫生理鹽水實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氫氣可通過(guò)抑制炎癥因子水平和降低氧化應(yīng)激損傷來(lái)減少因缺血再灌注而引起心肌梗死的面積，此對(duì)提升心肌細(xì)胞活性起到相應(yīng)的促進(jìn)作用。氫氣可調(diào)節(jié)炎癥因子的釋放，近研究表明，氫氣可通過(guò)抑制驗(yàn)證因子核轉(zhuǎn)錄因子（NFKB）含量，降低相應(yīng)疾病的炎癥水平，提高實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的成活率。通過(guò)氫氣UI炎癥進(jìn)行干預(yù)和控制將是一種新的抗炎手段。

1.3 抗細(xì)胞凋亡作用

氫氣對(duì)抗細(xì)胞老化與凋亡有抑制作用。有研究對(duì)富氫生理鹽水在急性脊髓損傷的大鼠上進(jìn)行研究，采取對(duì)大鼠進(jìn)行腹腔注射富氫生理鹽水的方式，在不同時(shí)間階段觀察效果，結(jié)果大鼠體內(nèi)凋亡的細(xì)胞數(shù)得到有效的抑制，且相應(yīng)的細(xì)胞凋亡蛋白酶含量以及活性降低，大鼠的后肢運(yùn)動(dòng)能力也有提高。另有研究表明，在急性肺損傷的大鼠上通過(guò)采用靜脈注射的方式來(lái)證明氫氣不僅可降低肺組織的凋亡指數(shù)還可起到抑制相關(guān)促進(jìn)細(xì)胞凋亡物質(zhì)的活性。氫氣對(duì)提升腎組織活性，減緩細(xì)胞凋亡速度，提升SOD等體內(nèi)自身抗氧化物質(zhì)的活性也有一定作用。目前對(duì)氫氣的抗凋亡機(jī)制已有很多研究和進(jìn)展，但對(duì)其確切機(jī)制的了解還尚且不充分，需做進(jìn)一步研究。

2 氫氣對(duì)疾病的預(yù)防和治療作用

2.1 氫氣對(duì)癌癥防治

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與炎癥和氧化應(yīng)激存在重要的聯(lián)系。減少機(jī)體氧化應(yīng)激以及炎癥水平能有效抑制腫瘤的發(fā)生。通過(guò)良好的預(yù)防和保健，大部分大腸癌是可以被預(yù)防的。氫氣除了選擇性抗氧化之外，氫氣還可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)分子，如MEK、VEGF等對(duì)細(xì)胞增殖和細(xì)胞通路進(jìn)行調(diào)控，VEGF能促進(jìn)癌癥部位的血管生成，氫分子能夠抑制VEGF的作用效果與細(xì)胞增殖的通路，從而在一定程度上抑制癌癥的發(fā)展。楊慶璽通過(guò)對(duì)照試驗(yàn)表明，富氫分子水能夠降低癌癥患者化療后的副作用，提高其心臟和其他器官的機(jī)能，提升癌癥患者的生活質(zhì)量。

2.2 氫氣對(duì)心肌損傷的防護(hù)

氫分子對(duì)于對(duì)缺血而造成的氧化應(yīng)激損傷有緩解效果，所以，其可用于即將移植心臟的離體保存。通過(guò)在一定溫度下對(duì)將要做移植的離體大鼠心臟用不同含量的HTK保存6小時(shí)后進(jìn)行再灌注實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組的凋亡基因Bax活性降低，腫瘤壞死因子α下降，心臟細(xì)胞的8-OHDG及MDA水平降低。實(shí)驗(yàn)者采用結(jié)扎左冠狀動(dòng)脈前降支30min后再灌注120min的方法制備大鼠心肌缺血再灌注模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明飽和氫鹽水可以改善由于缺血再灌注引起的心電圖異常和血流動(dòng)力異常，起到對(duì)心肌的保護(hù)作用。因氫是分子量為1的宇宙中最小超級(jí)元素，其滲透能力很強(qiáng)，且具有高擴(kuò)散性，不僅透過(guò)血腦屏障，還穿過(guò)各種細(xì)胞膜進(jìn)入胞漿、線粒體、細(xì)胞核和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。氫分子可對(duì)心肌線粒體的損傷起到防護(hù)作用，一些研究表明，富氫水似乎可通過(guò)調(diào)節(jié)心肌線粒體功能的紊亂來(lái)起到對(duì)心臟的保護(hù)功能。

2.3 其他疾病的研究

氫醫(yī)學(xué)在其他疾病領(lǐng)域的研究也相當(dāng)廣泛。例如有學(xué)者將氫氣應(yīng)用于皮瓣移植方面，通過(guò)對(duì)患者進(jìn)行腹腔注射富氫液的方法提高了皮瓣移植的成功率。一些研究采用內(nèi)毒素誘導(dǎo)大鼠葡萄膜炎模型，通過(guò)讓受試大鼠接受腹腔注射富氫水以及吸入一定濃度的氫氣兩種方式，研究氫氣對(duì)普通膜炎的治療效果和作用。李德東等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了氫分子對(duì)糖尿病大鼠周圍神經(jīng)病變血紅素氧合酶1表達(dá)的影響作用，結(jié)果表明氫分子能夠上調(diào)血紅素氧合酶1的表達(dá)，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的抗氧化作用，減小糖尿病對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的損傷。氫氣的抗氧化應(yīng)激和抗炎癥作用能夠?qū)δI結(jié)晶以及腎間質(zhì)纖維化起到很好的抑制作用。此外，富氫水在治療肝臟疾病，如肝硬化、改善肝功能障礙方面也具有一定的效果。

3 氫的給藥方式

目前，用氫氣治療疾病的方法包括呼吸、飲用或注射氫氣溶液、促進(jìn)體內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生氫氣等。

3.1 呼吸給氫

由于一定濃度的氫氣具有易燃易爆性，但是當(dāng)氫氣在空氣中的濃度小于4%時(shí)是安全的。鑒于此日本學(xué)者Ohsawa等通過(guò)呼吸的方式給氫，將氫氣、氧氣和氮?dú)獍幢壤旌?，用于治療局灶性腦缺血再灌注損傷。此后，通過(guò)呼吸方式供給氫氣在小腸移植手術(shù)、以及心肌缺血等大量模型中取得了很好的抗氧化效果。

3.2 飲用富氫水

一些學(xué)者提出負(fù)氫離子水的概念，所謂負(fù)氫離子水是指在電解水過(guò)程中靠近陰極的還原水具有較高的pH、低溶氧、極高溶氫量和極端負(fù)還原電位。這種還原水不僅可以有效地清除超氧陰離子、過(guò)氧化氫，而且能清除單線氧和羥自由基。還有學(xué)者通過(guò)用氫氣溶于水中的方法，制備富氫水，一些研究表明，通過(guò)飲用者中富氫水，能夠達(dá)到與吸入給氫相似的治療效果。這使DNA免受過(guò)度氧化所造成損傷，避免了癌細(xì)胞的產(chǎn)生。這種還原水對(duì)于阿脲引起的細(xì)胞凋亡和糖尿病其有較好的抑制作用。

3.3 注射含氫鹽水

在手術(shù)中更多采用的是注射氫鹽水的方式，第二軍醫(yī)大學(xué)的孫學(xué)軍通過(guò)腹腔注射濃度為0.8 mmol?L-1含氫鹽水的方式在阿爾茨海默病、缺血再灌注導(dǎo)致的損傷等多種動(dòng)物模型上取得了成功。

4 綜述

氫具有良好的生物學(xué)效應(yīng)，相對(duì)于傳統(tǒng)抗氧化劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）氫分子具有選擇性抗氧化作用，會(huì)中和羥自由基以及過(guò)氧亞硝酸陰離子但不會(huì)影響具有信號(hào)機(jī)制的分子作用；（2）氫分子本身沒(méi)有毒性，與自由基反應(yīng)的產(chǎn)物簡(jiǎn)單，產(chǎn)物對(duì)身體不會(huì)構(gòu)成傷害；（3）氫分子分子量小，極易通過(guò)血腦屏障以及深入細(xì)胞內(nèi)部起到對(duì)DNA和線粒體抗氧化的作用。基于以上優(yōu)勢(shì)，確立了氫分子優(yōu)良的抗氧化物地位。但是目前由于給藥方式以及濃度等差異，加之氫的極易擴(kuò)散性質(zhì)，很難確定何何種給氫方式和劑量對(duì)疾病最有效。盡管現(xiàn)在對(duì)氫治療疾病的機(jī)理研究的尚不明確，但是氫的生物學(xué)效應(yīng)在多種病理模型上已經(jīng)得到驗(yàn)證，這具有十分重要的意義，不僅會(huì)引起基礎(chǔ)和臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的很大興趣，而且可能對(duì)人類疾病的防治產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

[1]郭薇.《負(fù)氫離子與健康革命》翻譯實(shí)踐報(bào)告[D].大連外國(guó)語(yǔ)大學(xué),2015.

[2]賈倩,霍甜甜,馮榮芳等.阿爾茨海默病氧化應(yīng)激機(jī)制及抗氧化治療進(jìn)展[J].臨床薈萃,2015,30(04):446-449.

[3]李德東,李波,孫岳楓等.富氫液對(duì)糖尿病大鼠周圍神經(jīng)病變血紅素氧合酶1表達(dá)的影響[J].臨床麻醉學(xué)雜志,2015,31(11):1095-1098.Inflamm,2015:1-13.

田一明（1988-），男，河北省唐山市人。河北工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院控制科學(xué)與工程專業(yè)2015級(jí)在讀博士生。研究方向：康復(fù)機(jī)器人、專業(yè)化養(yǎng)老等。

陳偉（1988-），男，山東省濰坊市人。碩士學(xué)位。國(guó)家康復(fù)輔具研究中心實(shí)習(xí)研究員。研究方向?yàn)榭祻?fù)工程、控制工程。

王喜太（1956-），男，河北省涉縣人。碩士學(xué)位。國(guó)家康復(fù)輔具研究中心研究員。研究方向?yàn)閷I(yè)化養(yǎng)老、康復(fù)工程。