王群光醫師的中道自然醫學

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【氫分子生物學】氫氣治療疾病的研究概況

 一、氫氣治療疾病的概況

2007年,Ohsawa等關於氫氣選擇性抗氧化和對大鼠腦缺血治療作用的報導是該領域具有開創意義的工作。雖然早在1975年和2001年就有關於氫氣 抗氧化的報導,但這些研究是研究呼吸800 kPa氫氣14天的效應,而2007年報導是呼吸2 kPa氫氣不足1小時的效應,兩者分壓相差400倍,呼呼時間相差600倍,所以這完全是不同性質的工作。該研究將大鼠中動脈臨時阻斷90分鐘(將一根縫 合線插到大腦中動脈起始段),然後再灌流,這是經典的腦卒中動物模型,類似腦缺血後再恢復血流的情況。在恢復血液供應前5分鐘開始給動物呼吸含氫氣1%、 2%、4%的混合氣體35分鐘,結果發現動物腦組織壞死體積非常顯著地減少。他們將這種作用歸因於氫氣可以選擇性中和羥自由基(羥自由基是生物體毒性最強 的自由基),儘管氫氣也可以中和亞硝酸陰離子,但作用比較弱。關於這一點,也有人提出質疑,因為氫氣和這些自由基反應的速度遠低於其他生物體內物質,例如 蛋白質核酸等物質(也是這些物質容易受到自由基攻擊,產生氧化損傷的根本原因)。氫氣又如何發揮這選擇性抗氧化?

該文章發表後,迅速引起國際上的廣泛關注,大批臨床和基礎醫學學者迅速跟進,至今已經有63個疾病類型被用於證明是否可以被氫氣有效治療。每年氫氣生物學 文章數量,如2007年3篇、2008年15篇、2009年26篇、2010年50篇、2011年63篇、2012年95篇,呈現爆發式增長。而引用第一 篇論文的次數更是達到驚人的400次以上。在87篇關於氫氣治療各類疾病效果的文章中,攝取氫氣的方法包括呼吸氫氣21篇、飲用氫氣水23篇,腹腔注射或 局部使用氫氣生理鹽水27篇、氫氣溶解細胞培養液10篇、使用透析液或其他方法6篇。87篇文章中使用5種實驗動物和細胞,其中使用嚙齒類動物67篇、人 類7篇、兔1篇、豬1篇、細胞11篇。

上述研究中,有2篇證明2種疾病使用氫氣無效的文章。儘管呼吸氫氣對大鼠腦缺血、注射氫氣生理鹽水對新生兒腦缺血缺氧效果顯著,但有一項研究表明呼吸氫氣 對重型新生兒腦缺血缺氧治療無效。過去也曾經大量研究發現,許多治療措施對重型疾病治療無效,當然氫氣也不例外。另一個是證明飲用氫氣水對廢用性肌肉萎縮 無效。儘管過去研究證明氧化應激參與廢用性肌肉萎縮的發病過程,但使用氫氣治療該疾病並沒有獲得任何效果。對廢用性肌肉萎縮無效或許暗示氧化應激可能不是 該疾病最重要的病理生理機制。

氫氣的生物學效應可在多種組織和疾病存在,例如大腦、脊髓、眼、耳、肺、心、肝、腎、胰腺、小腸、血管、肌肉、軟骨、代謝系統、圍生期疾病和炎症等。在上 述這些器官,組織和疾病狀態中,氫氣對器官缺血再灌注損傷和炎症相關疾病的治療效果最顯著。有意思的是,目前只有4篇文章涉及惡性腫瘤。首先,有研究證明 氫氣可以對HSC-4人類舌癌細胞和HT-1080人類纖維肉瘤細胞的增殖有顯著抑制作用,但不影響對DOK正常人類舌上皮樣細胞的生長。其次,氫氣可以 抑制血管內皮細胞生長因子(VEGF)的表達,而VEGF是決定癌腫增長中血管生成的關鍵調節因子。在A549人類肺腺癌細胞中,氫氣可以通過下調細胞外 信號調節激酶。等三項研究發現,氫氣可以保護BALB/c小鼠輻射誘導的胸腺淋巴瘤。氫氣清除自由基可能是降低體細胞突變概率的原因。最近有學者在研究非 酒精性脂肪肝病時,發現飲用氫氣水可減少脂肪肝病誘導的原發性肝癌發病率,而且腫瘤體積也明顯減少。關於氫氣對這種原發性肝癌的作用,作者認為這主要是來 自氫氣對脂肪性肝病治療作用。與其他疾病模型不同,惡性腫瘤研究中4篇論文有2篇採用細胞學研究。從腫瘤發生的角度,用清除自由基減少細胞突變來解釋比較 合理,但對腫瘤生長和轉移的作用機制則需要更多深入研究。



二、氫氣治療疾病的病理生理學機制

氫原子是自然界結構最簡單的原子,由一個質子為原子核和一個原子核外電子組成。氫氣分子由兩個氫原子組成的,是自然界結構最簡單的分子。當氫氣和氧氣混合 時,氫氣可以發生燃燒甚至爆炸,氫氣燃燒的濃度範圍是4%~75%。不過氫氣在常溫下是一種化學性質不活潑的,相對惰性的分子,不太容易和其他物質發生反 應。例如,氫氣和氧陰離子反應可以發生氫原子和羥自由基,反應速度常數k=8.0×107 M-1.s-1





氫氣和強毒性自由基(如羥自由基)的反應速度常數為10-7,但許多其他常見分子和這些強毒性自由基的反應速度常數10-9,也就是說氫氣是身體內許多物質還原性的大約0.1%。因此,單純從還原性角度考慮,氫氣似乎難以發揮抗氧化的作用。

儘管這樣,由於氫氣是一種小分子,可以非常容易地擴散到身體和細胞內,氫氣和其他分子或原子碰撞概率可能會非常高,氫氣的這種強大擴散能力或許是彌補氫氣反應速率低或還原性低的缺陷,使其不僅穩定,而且具備選擇性。這可能就是氫氣具有抗氧化作用特殊優勢的原因。

目前關於氫氣治療疾病病理生理學機制主流觀點仍是氫氣的選擇性抗氧化。在選擇性抗氧化基礎上,人們相繼證明氫氣對各類疾病過程中的氧化損傷、炎症反應、細胞凋亡和血管異常增生等具有治療作用。

活性氧在各類心腦血管疾病和腦卒中和心肌梗死、代謝性疾病如糖尿病、動脈硬化等人類重要急性和慢性疾病的病理生理過程中扮演了重要角色,它是分子氧 在還原過程中的中間產物,包括以氧自由基形式存在和非氧自由基形式存在的兩大類物質,其中氧自由基又包括羥自由基,超氧陰離子、一氧化氮、亞硝酸陰離子等 物質。生理情況下,活性氧在體內不斷產生,也不斷被清除,處於動態平衡。但在缺血、炎症等病理狀態下,機體將產生大量的活性氧。其中,羥自由基和過氧亞硝 基陰離子毒性較強,是細胞氧化損傷的主要介質。而一氧化氮、超氧陰離子和過氧化氫等物質毒性較弱,具有重要的信號轉導作用。既往在抗氧化損傷的治療中,還 原性過強的藥物可能導致機體氧化-還原狀態出現新的失衡,這可能是目前抗氧化治療效果不佳的重要原因。2007年,Ohsawa等研究證實,氫氣能夠選擇 性清除毒性較強的羥自由基和亞硝酸陰離子,而對其他具有重要生物學功能、毒性較低的活性氧影響不大,此即氫氣的選擇性抗氧化作用。該作用為抗氧化治療提供 了新的思路。

早在2001年,Gharib等報導吸入810.5 kPa(8 atm)的氫氣對肝臟血吸蟲感染引起的炎症反應具有治療作用,他們也認為氫氣與羥自由基直接反應是氫氣抗炎作用的基礎。2009年,Kajiya等報導氫 氣能明顯抑制葡聚糖硫酸鈉誘發的結腸炎症反應,減少受損結腸的炎症因子水平,減輕炎症的病理損傷,改善預後。氫氣的抗炎作用與其抑制活性氧產生、中和羥自 由基、抑制促炎因子釋放有關。另外,巨噬細胞在炎症反應和免疫調節中起重要作用,氫氣對巨噬細胞的調節為其抗炎作用奠定了基礎。雖然氫氣的抗炎作用最初並 不是在心血管疾病中發現的。但是鑒於炎症反應在人類各種重要疾病中的重要地位,提示氫氣在這方面有較高的研究價值。

我們2008年的研究發現,氫氣能減少大鼠缺血缺氧模型的組織損傷,呼吸低濃度的氫氣可時間依賴性地減少凋亡酶Caspase-3和 Caspase-12的活性,減少凋亡陽性細胞數量,研究提示氫氣的作用與減少Caspase依賴性凋亡有關。由於氫氣具有抗凋亡作用,因此在缺血-再灌 注損傷、炎症等病理生理過程的研究中正受到越來越多的關注,但是關於氫氣抗凋亡作用的確切機制還未完全清楚,需要進一步深入研究。

活性氧在血管增生過程中起重要作用,有研究表明大量產生的活性氧可誘發血管平滑肌增生。Kubota等報導使用含氫氣的水滴眼具有抗角膜血管增生的作用。其機制可能與氫氣清除角膜損傷後大量產生的活性氧,減少核轉錄因子-kB(一 種重要的和細胞增殖關係密切的基因表達轉錄因子)的基因轉錄,降低內皮細胞血管生長因子表達水平和活性,進而抑制血管增生有關。血管再生不僅是許多血管性 疾病的重要病理生理學機制,也在腫瘤發生過程中發揮重要影響。因此關於氫氣在血管增生中的作用,其病理生理學價值值得深入探討。

以上文章出自http://www.ckwang.com.tw/n-H2-601.html

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