氢气-无色无味的健康卫士

  说起氢气,人们联想到的首先是诸如氢气球、新型燃料、工业焊接等基于其理化特性的用途。氢气——无色、无味、无毒的双原子气体分子,密度比空气小,难溶于水,在一定压强和温度下可转变成无色的液体和雪状固体,常温下性质稳定,不易与其他物质发生化学反应,具有可燃性、还原性和氧化性。可如果有人对你说氢气可以用来治病,或许你会觉得这是天方夜谭,然而氢气确实就是具有如此神奇的作用。近几年,氢气在医学方面的研究越来越多,相关的文章数量更是呈爆发式增长。

  2007年在世界著名杂志《自然医学》上,发表了来自日本医科大学老年病研究所太田成男教授课题组关于氢气选择性抗氧化以及对大鼠脑缺血再灌注损伤治疗作用的报道,掀起了氢气分子生物学的研究热潮。到目前为止,国际上发表的相关研究论文已有700余篇。中国学者在这一领域做出了非常突出的贡献,发表相关论文300余篇,承担国家自然科学基金58项,硕士博士学位论文100余篇。并在国际上率先报道多种氢气可治疗的疾病,包括新生儿缺血性脑病、一氧化碳中毒迟发性脑病、关节炎、胰腺炎、脓毒症、放射损伤、潜水减压病、氧中毒、糖尿病视网膜病变等。

  1.氢气的作用机制

  氢气发挥其治疗作用的机制现已被广泛接受的是它的选择性抗氧化作用。讲到这一作用机制,我们首先需要了解自由基、活性氧和氧化损伤的概念。

  自由基是原子核外存在不成对电子的原子、原子团或分子。活性氧是在生物体内与氧代谢有关的含氧自由基和易形成自由基的过氧化物的总称。自由基和活性氧是体内重要的活性物质,正常情况下起着维持人体正常功能的重要作用,但有少部分毒性自由基,活性较强,是产生氧化损伤的关键,例如羟自由基和过氧亚硝基阴离子。

  氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时,体内各种高活性分子如活性氧和活性氮产生过多,氧化程度超出细胞对氧化物的清除能力,氧化系统和抗氧化系统失衡,从而导致氧化损伤。简而言之,衰老和疾病的产生是由于氧化系统和抗氧化系统的失衡,抗衰老和疾病治疗不能仅仅依靠单纯的抗氧化,而是需要维持氧化系统与抗氧化系统的平衡,过分的抗氧化不但达不到抗氧化的效果,反而可能适得其反。

  氢气具备选择性抗氧化作用,它选择性清除体内毒性较大的羟自由基和过氧亚硝基阴离子,而对于对人体有重要生物学作用、毒性较低的自由基并不产生作用,同时由于其分子小的特点,氢分子几乎可弥散到机体的各个位置去发挥作用,并且目前未发现任何毒副作用。此外氢气还对炎症反应、细胞凋亡和血管异常增生具有一定的治疗作用。不过尽管目前关于氢气的作用机制有大量研究,但对氢气作用的分子细节仍不清楚,进一步的深入研究仍需要更多研究。

  2.氢气治疗疾病的研究进展

  从2007年至2017年底,人们使用多种动物模型和临床观察,先后确定氢气对170多种疾病有不同程度的治疗作用,其中临床观察疾病为17种。氢气在多种组织和疾病中存在生物学效应,如大脑、脊髓、肝、心、肺、肾、胰腺、小肠、血管、肌肉、软骨、代谢系统、围生期疾病和炎症等,其中对具有氧化应激效应的疾病的疗效最为显著,比如新生儿脑缺氧、帕金森病、组织缺血再灌注损伤等。大量研究证实,氢气的生物学效应相对典型的疾病类型有神经系统疾病、肝脏疾病。

  中枢神经系统作为人体一切活动的总指挥,是人体最重要的系统之一。中枢神经系统疾病主要包括急性和慢性中枢神经系统功能紊乱,急性中枢神经系统功能紊乱主要包括创伤和脑血管疾病,脑血管疾病分为出血性和缺血性两大类,可导致脑出血、脑血栓和脑梗塞,慢性主要包括神经退行性疾病,如阿尔茨海默病、帕金森病等。

  上述疾病的发病病理过程均涉及氧化应激和(或)炎症反应,科学家据此进行大量研究,结果显示,氢气对上述疾病具有明显的保护作用,目前关于脑缺血和阿尔茨海默病均已开展了初步临床研究。

  2001年法国科学家的研究表明,高压氢对肝损伤有治疗作用,但由于实验条件要求过高,并未引起学术界关注。2007年日本学者发表小剂量呼吸氢气对脑缺血再灌注损伤具有一定治疗作用的研究后,随后另一日本学者的研究证明,小剂量呼吸氢气对肝脏缺血再灌注损伤具有一定的治疗作用。2009年哈佛大学口腔医院的学者做了这样一个实验,让大鼠喝下具有产氢作用的细菌,发现对伴刀豆球蛋白诱导的肝炎具有预防作用。同年,Tsai等人发现,饮用富氢电解水对小鼠四氯化碳诱导的急性肝损伤有一定的治疗作用。随后,中国学者孙汉勇等人发现,腹腔注射饱和氢盐水对急性肝损伤、肝纤维化和肝脏细胞增生有显著的抑制作用。刘渠等人研究证明,腹腔注射饱和氢盐水一定程度上可治疗胆管阻塞后黄疸和肝损伤。甚至有人报道氢气对酒精性肝损伤具有保护作用,提示氢气具有解酒的作用。日本学者最近对非酒精性肝硬化的研究证明,长时间饮用氢水可以对抗高脂饮食引起的脂肪肝,显著减少脂肪肝转化成肝癌的比例。以上研究均显示出氢气在肝脏疾病治疗方面具有十分广阔的应用前景。

  到目前为止,共有7个氢气治疗疾病的初步临床研究报道,分别为2型糖尿病、代谢综合症、血液透析、炎症/线粒体肌肉病、脑干缺血、放射治疗副作用和系统性红斑狼疮。

  Kajiyama等人报道了30例2型糖尿病随机双盲安慰剂对照和6名糖耐量异常患者的临床研究。患者每天饮用氢气饱和水或普通水连续8周,用13种生物分子指标分析糖代谢和脂肪代谢。结果表明所有指标都显示出氢气对疾病的有利趋势,其中负电性低密度脂蛋白胆固醇、小密度脂蛋白和尿液中前列腺素得到显著改善,6名糖耐量异常患者4例恢复正常。但该实验受限于样本少,观察周期短,实验结果的统计学意义受到一定影响,若增加样本,延长观察周期,或可得到理想的结果。

  Nakao等人报道了氢气水治疗20例代谢综合症的初步临床观察,受试者每天饮用氢气水1.5L~2.0L,连续8周。结果显示患者的糖代谢和脂代谢均有不同程度的改善,尿液中SOD升高39%,巴比妥酸反应产物下降43%,高密度脂蛋白胆固醇升高8%,总胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇比值下降13%,谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性无明显改变,γ-谷氨酰胺转移酶活性升高24%,仍在正常范围内。该研究饮水量较大或成为结果理想的一个重要原因。

  Nakayama等人开展了血液透析患者的临床实验,研究发现透析液中溶解氢气可降低患者透析前后的收缩压。其短期实验发现,患者血浆中甲基胍(正常人血浆中含量甚微,尿毒症患者血浆中高达正常值的80倍)显著下降,长期实验发现,反映炎症反应程度的MCP-1和MPO亦显著下降。

  Kinji等人观察了一项14个肌肉病患者的开标实验和22名皮肌炎和线粒体肌肉病患者的开标双盲随机对照试验。开标实验患者每天饮用氢气饱和水1L,连续12周,结果显示反映线粒体电子传递系统功能敏感的生物标志物乳酸/丙酮酸比值比对照组下降了28%,反映炎症反应程度的MMP3下降了27%。双盲对照试验发现,只有线粒体肌肉病患者血清乳酸水平明显改善,肌肉病患者乳酸/丙酮酸比值和皮肌炎患者MMP3虽然也有下降,但无统计学差异。缺乏显著性改变的原因可能是治疗剂量比较低和治疗周期比较短。

  Kang等人对肝癌放射治疗开展了一项临床试验,对象为49名接受放射治疗的恶性肝癌患者,每天饮用1.5L~2.0L浓度为0.55~0.65mmol/L的氢气水,连续6周,患者总过氧化氢水平升高、血抗氧化能力下降和生活质量下降等均获得明显改善,尤其对食欲下降有非常明显的改善。

  Ono等人开展了一项静脉注射氢气饱和盐水联合依达拉奉治疗脑干梗死的临床研究,与单独使用依达拉奉进行对照,采用MRI相对扩散加权成像、局部表观扩散系数等评价治疗效果。结果显示,与单纯使用依达拉奉相比,氢气联合使用依达拉奉上述检测指标可获得更好的改善。

  最近日本学者报道了4例伴随发热和(或)疼痛的急性红斑性皮肤疾病患者进行静脉注射氢盐水的试验性治疗,研究还对两名志愿者进行氢气经皮肤释放的检测,以确定氢气可以进入皮肤组织。结果表明,4名患者皮肤红斑相关临床表现显著改善,注射氢气饱和盐水治疗急性红斑病安全有效,并且氢气可以通过皮肤释放。

  氢气对帕金森病的临床试验研究也取得了理想效果,研究发现,连续饮用52周氢气饱和水对多种帕金森病症状和体征有显著改善,停止饮用氢气水2月后,上述效应仍可以持续,显示氢气对这一疾病的强大应用潜力。

  3.如何使用氢气治疗疾病

  氢气进入人体的方式主要有呼吸氢气、饮用氢气水、注射饱和氢盐水、经过皮肤扩散和通过诱导大肠杆菌产生内源性氢气。其中,呼吸氢气的安全性通常会遭质疑,实则呼吸氢气最早在潜水医学中使用,并进行了大量的人体试验,故其安全性是值得肯定的。在纯氧中,氢气体积分数低于4%或高于94%都不会燃烧和爆炸,在空气中燃烧的浓度范围为4%~75%,且即使达到可燃体积分数,若温度不超过500℃,也不会发生燃烧,故其危险性也是可控的。氢气水因其可作为日常的饮用水进入人体,简便易行,早先在日本及台湾有氢气水销售,今年大陆亦有厂商生产及销售氢气水。而其他几种方式基本尚处于实验阶段,注射饱和氢盐水未来在临床应用中最具发展前景,至于皮肤扩散的方式给氢,或许将来会有“氢气浴”之类的服务应用于市场。

  4.目前氢气生物学研究存在的问题

  虽然氢气的作用非常广泛并得到认可,但氢气的作用机制目前尚处于研究阶段。氢气临床治疗疾病的应用案例比较有限,其量效关系尚不清楚。此外针对其副作用的研究目前为零,现在的临床应用中有发现部分病人在饮用氢水之初的几天会有轻微的嗜睡现象,但并不影响正常生活。

  5.展望

  氢气在医疗应用领域的前景非常值得期待,尽管中国学者在这一领域有众多贡献,但临床应用研究偏少,主要是因为过去没有成熟可靠的氢气水产品可以使用。最近国内已有一些公司生产并销售氢水等氢气相关保健品,给国内学者开展相关研究提供了便利条件。另外氢治疗疾病作用机制的研究仍是一项长期艰巨的任务,相信在不久的未来,随着基础理论和临床应用研究的不断深入,氢气会为人类健康带来更大福音,对提高国人健康水平发挥重要作用。

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