氫治療疾病的原理及其應(yīng)用進展

田一明陳 偉王喜太

1國家康復(fù)輔具研究中心,北京市老年功能障礙康復(fù)輔助技術(shù)重點實驗室，民政部神經(jīng)功能信息與康復(fù)工程重點實驗室北京市 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)用進展

田一明1,2陳 偉1王喜太1,2

1國家康復(fù)輔具研究中心,北京市老年功能障礙康復(fù)輔助技術(shù)重點實驗室，民政部神經(jīng)功能信息與康復(fù)工程重點實驗室北京市 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，能夠輕易地透過腦血屏障以及一些細胞的細胞膜與保護細胞內(nèi)部的線粒體，DNA等物質(zhì)不被氧化。氫對于癌癥、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。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)用研究進行了綜述；最后對氫的給藥方式進行了總結(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，組成宇宙的成分中，氫元素90%，氦元素9%，同時氫還是生命元素，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，氫分負氫離子、氫陽離子、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，無法像氧氣與血紅和蛋白結(jié)合，通過呼吸作用被機體大量吸收，長期以來，人們一直認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，例如日本學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，癌癥其實就是身體被“氧化”了的結(jié)果，利用負氫離子很小并且還原能力很強的特點，能對癌癥有很好的抑制和消除作用[1]；負氫離子還可預(yù)防白內(nèi)障等其他眼疾的發(fā)生。對氫氣的相關(guān)研究也證實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)的研究進展做了以下見解。

1 氫分子的作用機制

1.1 選擇性抗氧化

細胞的老化、癌癥等問題普遍認為是因為細胞被活性氧損傷導(dǎo)致的。曾2005年《science》雜志有報道關(guān)于細胞老化等問題與細胞內(nèi)線粒體中的DNA受到氧化損傷有密切關(guān)系，現(xiàn)如何避免細胞受到毒性較強氧化物的侵襲就比較重要。機體存在的氧化應(yīng)激機制，是受到不良刺激時，所產(chǎn)生的活性氧太多以至于機體內(nèi)抗氧化物的能力下降，而引發(fā)機體內(nèi)氧化系統(tǒng)與抗氧化系統(tǒng)的不平衡狀態(tài)。導(dǎo)致機體中組織或細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)對氧化應(yīng)激帶來的損傷是很重要的問題。

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，機體所釋放的活性氧。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的活性氧，也不影響信號機制具有的物質(zhì)：一氧化氮、過氧化氫、超氧陰離子等對信號的傳導(dǎo)。氫氣不僅中和對身體有害的活性氧，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)減小對氧化應(yīng)激的影響。氫氣還可提升抗氧化酶的活性，增強機體抗氧水平。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)者通過大鼠的心肌梗死模型，并對其進行腹腔注射氫生理鹽水實驗發(fā)現(xiàn)，氫氣可通過抑制炎癥因子水平和降低氧化應(yīng)激損傷來減少因缺血再灌注而引起心肌梗死的面積，此對提升心肌細胞活性起到相應(yīng)的促進作用。氫氣可調(diào)節(jié)炎癥因子的釋放，近研究表明，氫氣可通過抑制驗證因子核轉(zhuǎn)錄因子（NFKB）含量，降低相應(yīng)疾病的炎癥水平，提高實驗標(biāo)本的成活率。通過氫氣UI炎癥進行干預(yù)和控制將是一種新的抗炎手段。

1.3 抗細胞凋亡作用

氫氣對抗細胞老化與凋亡有抑制作用。有研究對富氫生理鹽水在急性脊髓損傷的大鼠上進行研究，采取對大鼠進行腹腔注射富氫生理鹽水的方式，在不同時間階段觀察效果，結(jié)果大鼠體內(nèi)凋亡的細胞數(shù)得到有效的抑制，且相應(yīng)的細胞凋亡蛋白酶含量以及活性降低，大鼠的后肢運動能力也有提高。另有研究表明，在急性肺損傷的大鼠上通過采用靜脈注射的方式來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)促進細胞凋亡物質(zhì)的活性。氫氣對提升腎組織活性，減緩細胞凋亡速度，提升SOD等體內(nèi)自身抗氧化物質(zhì)的活性也有一定作用。目前對氫氣的抗凋亡機制已有很多研究和進展，但對其確切機制的了解還尚且不充分，需做進一步研究。

2 氫氣對疾病的預(yù)防和治療作用

2.1 氫氣對癌癥防治

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，氫氣還可通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的信號分子，如MEK、VEGF等對細胞增殖和細胞通路進行調(diào)控，VEGF能促進癌癥部位的血管生成，氫分子能夠抑制VEGF的作用效果與細胞增殖的通路，從而在一定程度上抑制癌癥的發(fā)展。楊慶璽通過對照試驗表明，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能，提升癌癥患者的生活質(zhì)量。

2.2 氫氣對心肌損傷的防護

氫分子對于對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。通過在一定溫度下對將要做移植的離體大鼠心臟用不同含量的HTK保存6小時后進行再灌注實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗組比對照組的凋亡基因Bax活性降低，腫瘤壞死因子α下降，心臟細胞的8-OHDG及MDA水平降低。實驗者采用結(jié)扎左冠狀動脈前降支30min后再灌注120min的方法制備大鼠心肌缺血再灌注模型，通過實驗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力異常，起到對心肌的保護作用。因氫是分子量為1的宇宙中最小超級元素，其滲透能力很強，且具有高擴散性，不僅透過血腦屏障，還穿過各種細胞膜進入胞漿、線粒體、細胞核和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等亞細胞結(jié)構(gòu)。氫分子可對心肌線粒體的損傷起到防護作用，一些研究表明，富氫水似乎可通過調(diào)節(jié)心肌線粒體功能的紊亂來起到對心臟的保護功能。

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，通過對患者進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，研究氫氣對普通膜炎的治療效果和作用。李德東等人通過實驗研究了氫分子對糖尿病大鼠周圍神經(jīng)病變血紅素氧合酶1表達的影響作用，結(jié)果表明氫分子能夠上調(diào)血紅素氧合酶1的表達，促進神經(jīng)細胞的抗氧化作用，減小糖尿病對神經(jīng)細胞的損傷。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、促進體內(nèi)細菌產(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%時是安全的。鑒于此日本學(xué)者Ohsawa等通過呼吸的方式給氫，將氫氣、氧氣和氮氣按比例混合，用于治療局灶性腦缺血再灌注損傷。此后，通過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)者提出負氫離子水的概念，所謂負氫離子水是指在電解水過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還原電位。這種還原水不僅可以有效地清除超氧陰離子、過氧化氫，而且能清除單線氧和羥自由基。還有學(xué)者通過用氫氣溶于水中的方法，制備富氫水，一些研究表明，通過飲用者中富氫水，能夠達到與吸入給氫相似的治療效果。這使DNA免受過度氧化所造成損傷，避免了癌細胞的產(chǎn)生。這種還原水對于阿脲引起的細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)，相對于傳統(tǒng)抗氧化劑具有如下優(yōu)點：（1）氫分子具有選擇性抗氧化作用，會中和羥自由基以及過氧亞硝酸陰離子但不會影響具有信號機制的分子作用；（2）氫分子本身沒有毒性，與自由基反應(yīng)的產(chǎn)物簡單，產(chǎn)物對身體不會構(gòu)成傷害；（3）氫分子分子量小，極易通過血腦屏障以及深入細胞內(nèi)部起到對DNA和線粒體抗氧化的作用。基于以上優(yōu)勢，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，加之氫的極易擴散性質(zhì)，很難確定何何種給氫方式和劑量對疾病最有效。盡管現(xiàn)在對氫治療疾病的機理研究的尚不明確，但是氫的生物學(xué)效應(yīng)在多種病理模型上已經(jīng)得到驗證，這具有十分重要的意義，不僅會引起基礎(chǔ)和臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的很大興趣，而且可能對人類疾病的防治產(chǎn)生深遠影響。

[1]郭薇.《負氫離子與健康革命》翻譯實踐報告[D].大連外國語大學(xué),2015.

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

[3]李德東,李波,孫岳楓等.富氫液對糖尿病大鼠周圍神經(jīng)病變血紅素氧合酶1表達的影響[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級在讀博士生。研究方向：康復(fù)機器人、專業(yè)化養(yǎng)老等。

陳偉（1988-），男，山東省濰坊市人。碩士學(xué)位。國家康復(fù)輔具研究中心實習(xí)研究員。研究方向為康復(fù)工程、控制工程。

王喜太（1956-），男，河北省涉縣人。碩士學(xué)位。國家康復(fù)輔具研究中心研究員。研究方向為專業(yè)化養(yǎng)老、康復(fù)工程。