王群光醫師的中道自然醫學

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【氫分子生物學】氫分子醫學研究進展

 前言

氫是自然界最簡單的元素,氫氣是無色、無臭、無味、具有一定還原性的雙原子氣體。氫元素占宇宙物質組成的90%左右,可以說是宇宙的最基本化學元 素。與氧和氮等類似,氫的溶解度比較低,但氧可與血紅蛋白結合,能夠順利通過呼吸被機體大量吸收,而氫和氮則不能被大量吸收,人們一直沒有重視氫在高等生 物體內的作用。在輻射化學領域,曾有人證明在溶液中氫氣可與羥自由基直接反應[1],但這沒有受到生物學家重視。在潛水醫學領域,氫氧混合氣潛水過程存在 呼吸數十個大氣壓高壓氫的情況,因氣體在液體中溶解量隨分壓增加而增加,科學家曾試圖證明高壓情況下,氫氣或許可與氧在溶解狀態下反應,或與高活性自由基 發生反應,但研究並沒有獲得該反應存在的直接證據[2]。因此,過去大部分生物學家一直認為,氫氣屬於生理學惰性氣體。最近的研究發現,氫氣不僅不是生理 學惰性氣體,而且是一種非常理想的抗氧化物質,並啟動一個新的研究方向:氫分子醫學。


氫分子醫學研究進展

早期有少數人認為,氫氣在生物體內具有抗氧化作用。1975年,曾有人在《科學》發表論文證明,連續呼吸8個大氣壓97.5%氫氣(2.5% 氧)14天。高壓氫氣可有效治療動物皮膚惡性腫瘤,並認為是通過抗氧化作用[3]。2001年,法國潛水醫學家證明,呼吸8個大氣壓高壓氫氣可治療肝曼森 血吸蟲感染引起的炎症反應,首次證明氫氣具有抗炎作用,並提出氫氣與羥自由基直接反應是治療炎症損傷的基礎[4]。但上述研究並沒有引起廣泛注意主要原因 可能是高壓氫難以作為一般臨床治療手段。2007年7月,有人在《自然醫學》報導,動物呼吸2%的氫氣就可有效清除自由基,顯著改變腦缺血再灌注損傷,他 們採用化學反應、細胞學等手段證明,氫氣溶解在液體中可選擇性中和羥自由基和亞硝酸陰離子,然後兩者是氧化損傷的最重要介質,目前體內尚未找到內源性特異 性清除途徑。因此認為,氫氣治療腦缺血再灌注損傷的基礎是選擇性抗氧化作用[5]。該研究迅速引起廣泛關注[6-8],並引起了研究氫氣治療疾病的熱潮。 隨後,有人又用肝和心肌缺血動物模型,證明呼吸2%的氫氣可治療肝和心肌缺血再灌注損傷[9,10]。採用飲用飽和氫氣水可治療應激引起的神經損傷、人類 2型糖尿病、小鼠基因缺陷慢性氧化應激損傷、化療藥順鉑引起的腎損傷和帕金森病[11-16]。呼吸2%的氫氣可治療小腸移植引起的炎症損傷[17],對 小腸缺血和心臟移植後損傷同樣具有保護作用(會議資料)。四川華西醫院麻醉科發現,呼吸2%的氫氣可治療腎缺血再灌注損傷(會議資料)。我們也證明,呼吸 2%的氫氣可治療新生兒腦缺血缺氧損傷[18]。上述研究表明,作為一種選擇性抗氧化物質,氫氣對很多疾病具有治疾作用,具有十分廣泛的應用前景,也推翻 了氫氣屬於生理學惰性氣體的觀點。

呼吸一定濃度的氫氣可治療腦缺血再灌注損傷,但是,通過呼吸的方法不僅在氣體混合過程中存在爆炸的危險,而且需要比較特殊的設備,操作比較複雜,在臨床上 難以推廣。因此,尋找更加實用的給藥方法也是需要探討的問題。我們課題組經過理論推算,發現如果將純氫在生理鹽水中溶解,經過一定的處理,使其達到飽和溶 解,可制造出氫的生理鹽水飽和溶液,這樣就可通過注射氫溶液的方法給藥。目前我們已經制備出這種溶液,採用腹腔或靜脈注射飽和氫鹽水,證明該注射液對新生 兒腦缺血缺氧損傷後行為學、腦梗死體積和組織損傷程度均有明顯改善作用,特別是早期治療可明顯改善新生兒腦缺血缺氧損傷2月後神經功能和學習記憶能力 [19]。另外,該注射液對小腸缺血再灌注損傷[20]、小腸缺血再灌注後引起的肺損傷[21]、心肌、肝和腎(未發表)也均有治療作用。因此,注射含氫 生理鹽水是一種簡便而且有效的給氫途徑。

氫的生物抗氧化作用有非常鮮明的優點。首先,氫的還原性比較弱,只與活性強和毒性強的活性氧反應,不與具有重要信號作用的活性氧反應,這是氫選擇性抗氧化 的基礎。其次,潛水醫學的長期研究表明,人即使呼吸高壓氫也無明顯不良影響[22]。再次,氫本身結構簡單,與自由基反應的產物也簡單,例如與羥自由基反 應生成水,多餘的氫可通過呼吸排出體外,不會有任何殘留,這明顯不同於其他抗氧化物質,如維生素C與自由基反應後生成對機體不利的代謝產物(氧化型維生 C),這些產物仍需要機體繼續代謝清除。最後,氫氣的制備容易,價格低廉。因此,作為一種抗氧化物質,氫氣具有選擇性、無毒、無殘留、價格便宜等諸多優 點,具有很強的臨床應用前景。


氫氣與選擇性抗氧化

自由基是含有未成對電子的原子、原子團或分子。自由基是維持正常生命所必需的物質,自由基反應是能量代謝的基礎,部分自由基是細胞內重要信號分子, 自由基也是生物大分子、細胞的危險殺手[23]。生理情況下,體內自由基不斷產生,也不斷被清除,使之維持在一個正常生理水平上,自由基過多或過少均會給 機體造成不利影響甚至傷害。生物體內自由基類型有很多,例如半醌類、氧、碳和氮自由基等,其中研究比較多的是氧自由基和氮自由基。氧自由基包括超氧陰離 子、單線態氧和羥自由基。因過氧化氫等在生物學作用上與氧自由基類似,常把氧自由基和過氧化氫等共稱為活性氧。比較重要的氮自由基有一氧化氮和過氧亞硝基 陰離子。發生缺血或炎症時,體內會大量產生各類活性氧,在這些活性氧中,過氧化氫和一氧化氮等具有非常重要的信號作用,毒性作用很弱,而羥自由基和過氧亞 硝基陰離子毒性強,是導致細胞氧化損傷的主要介質[24-25]。過去針對氧化損傷治療的研究思路是尋找足夠強的還原性物質,還原性太強,必然導致內源性 氧化還原狀態的失衡,甚至是導致抗氧化治療無效的關鍵原因。因此,尋找可選擇性中和羥自由基和過氧亞硝基陰離子的物質,是治療各類氧化損傷的有效方法,是 抗氧化應該選擇的正確思路之一。

目前,人們在尋找選擇性抗氧化物質的研究方面的進展仍然比較慢,比較明確的選擇性抗氧化物質比較少。而氫氣是否就是一個理想的選擇性抗氧化物質,也需要更多時間來支持。

展望
1.氫氣治療疾病的機制


關於氫氣治療疾病的機制,有兩個方面需要深入研究,一個是氫的選擇性抗氧化,由於氫的還原作用並不十分強,在一定溫度條件下氣態的氫可與氧發生 反應,生物體內不存在這樣的溫度條件,因此不與氧直接發生反應。儘管氫不與氧化作用弱的活性氧直接反應,但是氫可與氧化作用很強的活性氧,如羥自由基和亞 硝酸陰離子直接發生反應[5]。雖然離體實驗證據提示氫具有選擇性抗氧化作用,但明顯缺乏在體的直接證據,因此,在體是否也具有選擇性抗氧化作用,需要深 入探討。另一個是信號機制,從目前的資料看,氫可與羥自由基和亞硝酸陰離子直接發生反應,其中羥自由基活性強,因為羥自由基活性比較強,其本身選擇性應該 不會太好,可以與多種還原性物質發生反應,雖然氫只能與這樣活性分子反應,不能直接推論為氫可以選擇性中和它,這個觀點也有學者提出來,是從反應速度上 看,羥自由基的反應速度是與氫反應的1000倍,除非氫濃度特別高,否則不應該有選擇性[6]。那麼羥自由基的衍生產物如果也能與氫發生反應可能更有說服 力,當然亞硝酸陰離子可能選擇性更好一些,因為它本身活性相對較弱,更容易與氫發生反應。另外亞硝酸陰離子能調節多種信號系統,這些信號系統是否間接受到 氫的影響,值得深入探討。

2.氫氣可治療疾病的範圍

關於氫氣治療疾病的範圍,顯然值得廣泛研究,由於氧化應激是多種疾病的共同發病機制,所有涉及氧化應激的疾病都有可能具有治療作用,例如各類缺血、炎症、慢性疲痛、藥物毒性作用等。由於研究的方法都比較成熟,這方面將是目前發展最為迅速的研究方向。

3.關於內源性氫氣的作用

人類和高等動物體內也存在一定水平的氫氣,目前認為,這些氫氣不是機體自身組織產生,而是來自大腸細菌代謝被人體吸收。有人曾測定正常小鼠體內不同器官氫氣水平,結果發現,小鼠大腸、脾、肝、胃黏膜等部位氫氣水平非常高,例如在肝臟可達到42umol/L,大腸和脾的水平更高[26]。十分巧合的是,採用PC12細胞氧化損傷模型研究表明,只要培養基內氫氣濃度達到25 umol/L(水中最大可溶解600umol/L,脂肪最大可溶解1200umol/L),就可顯示出明顯的抗氧化作用[5]。這說明,在正常小鼠肝臟等腹腔器官,內源性氫氣已經明顯超過抗氧化所需要的水平。正常人終末呼吸氣氫氣水平(5~10)×10-6,乳糖不耐受和菌群紊亂等疾病患者呼吸氣中氫氣水平可明顯增加到(1.0~2.0)×10-4,臨床上可通過檢測呼吸氣中的氫氣水平用來診斷上述疾病[27]。氫氣的體在抗氧化作用的發現,提示我們需要重新評價人體內氫氣的生物學效應[8]。

總之,氫氣具有選擇性抗氧化作用的發現,具有十分重要的意義,不僅會引起基礎和臨床醫學領域的很大興趣,而且可能對人類疾病的防治產生深遠影響。但由於研 究的深度和廣度限制,很難給出更加清昕的描述和展望。我們將不斷關注和總結該領域的更新和發展,也希望有更多人關注氫分子醫學。


參考文獻 [01]Buxton G V, Greenstock C L, Helman W P, et al. Critical review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals in aqueous solution[J]. J Phys Chem, 1988, 17:513-886. [02]Kayar S R, Axley M J, Homer L D, et al. Hydrogen gas is not oxidized by mammalian tissues under hyperbaric conditions[J]. Undersea Hyperb Med, 1994, 21:265-275. [03]Dole M, Wilson F R, Fife W P. Hyperbaric hydrogen therapy: a possible treatment for cancer[J]. Science, 1975, 190: 152-154. [04]Gharib B, Hanna S, Abdallahi O M, et al. Anti-inflammatory properties of molecular hydrogen: investigation on parasite-induced liver inflammation[J]. C R Acad Sci III, 2001, 324:719-724. [05]Ohsawa I, Ishikawa M, Takahashi K, et al. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals[J]. Nat Med, 2007, 13:688-694. [06]Katherine C, Wood, Mark T Gladwin. Thy hydrogen highway to reperfusion therapy[J]. Nat Med, 2007,13:673-674. [07]Singhal A B, Lo E H. Advances in emerging nondrug therapies for acute stroke 2007[J]. Stroke, 2008,39(2):289-91. [08]Sun X J, Zhang J H. Hydrogen-an endogenous antioxidant in the body[J]. 第二軍醫大學學報,2008,29:233-235. [09]Fukuda K I, Asoh S, Ishikawa M, et al. Inhalation of hydrogen gas suppresses hepatic injury caused by ischemia/reperfusion through reducing oxidative stress[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2007, 361:670-674. [10]Hayashida K, Sano M, Ohsawa I, et al. Inhalation of hydrogen gas reduces infarct size in the rat model of myocardial ischemia-reperfusion injury[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2008,373: 30-35. [11]Ohsawa I, Nishimaki K, Yamagata K, et al. Consumption of hydrogen water prevents atherosclerosis in apolipoprotein E knockout mice[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2008, 377:1195. [12]Kajiyama S, Hasegawa G, Asano M, et al. Supplementation of hydrogen-rich water improves lipid and glucose metabolism in patients with type 2 diabetes or impaired glucose tolerance[J]. Nutr Res, 2008,28: 137-143. [13]Sato Y, Kajiyama S, Amano A, et al. Hydrogen-rich pure water prevents superoxide formation in brain slices of vitamin C-depleted SMP30/GNL knockout mice[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2008, 375:346-350. [14]Nagata K, Nakashima-Kamimura N, Mikami T, et al. Consumption of Molecular Hydrogen Prevents the Stress-Induced Impairments in Hippocampus-Dependent Learning Tasks during Chronic Physical Restraint in Mice[J]. Neuropsychopharmacology, 2009, 34:501. [15]Nakashima-Kamimura N, Mori T, Ohsawa I, et al. Molecular hydrogen alleviates nephrotoxicity induced by an anti-cancer drug cisplatin without compromising anti-tumor activity in mice[J]. Cancer Chemother Pharmacol, 2009 in press. [16]Fu Y, Ito M, Fujita Y, et al. Molecular hydrogen is protective against 6-hydroxydopamine-induced nigrostriatal degeneration in a rat model of Parkinson’s disease[J]. Neurosci lett, 2009 in press. [17]Buchholz B M, Kaczorowski D J, Sugimoto R, et al. Hydrogen inhalation ameliorates oxidative stress in transplantation induced intestinal graft injury[J]. Am J Transplant, 2008, 8: 2015-2024. [18]Cai J M, Kang Z M, Liu W, et al. Hydrogen therapy reduces apoptosis in neonatal hypoxia-ischemia rat model[J]. Neurosci Lett, 2008,441: 167-172. [19]Cai J M, Kang Z M, Liu K, et al. Neuroprotective effects of hydrogen saline in neonatal hypoxia-ischemia rat model[J]. Brain Res, 2009,1256: 129-137. [20]Mao Y F, Zheng X F, Cai J M, et al. Hydrogen-rich saline reduces lung injury induced by intestinal ischemia/reperfusion in rats [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2009 in press. [21]Zheng X F, Mao Y F, Cai J M, et al. Hydrogen-rich saline protects against intestinal ischemia/reperfusion injury in rats[J]. Free Radical Res, 2009 in press. [22]Abraini J H, Gardette-Chauffour M C, Martinez E, et al. Psychophysiological reactions in humans during an open sea dive to 500 m with a hydrogen-helium- oxygen mixture[J]. J Appl Physiol, 1994, 76: 1113-1118. [23]Chan P H. Role of oxidants in ischemic brain damage[J]. Stroke, 1996, 27: 1124-1129. [24]Liu S, Liu M, Peterson S, et al. Hydroxyl radical formation is greater in striatal core than in penumbra in a rat model of ischemic stroke[J]. J Neurosci Res, 2003, 71: 882-888. [25]Nanetti L, Taffi R, Vignini A, et al. Reactive oxygen species plasmatic levels in ischemic stroke[J]. Mol Cell Biochem, 2007, 303: 19-25. [26]Olson J W, Maier R J, Molecular hydrogen as an energy source for Helicobacter pylori[J]. Science, 2002, 298: 1788-1790. [27]Simren M, Stotzer P O. Use and abuse of hydrogen breath tests[J]. Gut, 2006, 55: 297-303.

本文出自http://www.ckwang.com.tw/n-H2-903.html

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