氢气在医学五大领域研究进展

高 丽, 董 润，代华平

1.内蒙古自治区人民医院 呼吸与危重症医学科，内蒙古 呼和浩特 010017；2.郑州市中心医院 呼吸与

危重症医学科，河南 郑州 450003；3.中日友好医院 呼吸中心呼吸与危重症医学科，北京 100029

中图分类号：R56 DOI∶10.16048/j.issn.2095-5561.2020.05.22文章编号：2095-5561(2020)05-0388-03

氢是自然界中含量最丰富的元素,还原性较弱，且分子量小，扩散能力强，可以轻易且快速穿过生物膜而扩散至靶点部位与细胞毒性活性氧发生反应，是极好的抗氧化剂[1]。氢作为一种选择性的抗氧化剂，可以选择性地减少细胞毒性的氧自由基。氢的给药方式及途径多样，包括吸入给氢、饮用饱和氢气水，氢生理盐水饱和溶液腹腔或静脉注射也被广泛应用于动物实验的研究中[2-3]。人肠道内的细菌可以产生氢气[4-5]。有研究表明，他汀类调脂药物及阿卡波糖对心脏的保护作用与其直接或间接增加肠道内氢气含量相关[6-7]。本研究对近年来氢气在医学领域的研究现状作一综述。现报道如下。

1 氢气与神经系统疾病

氢气作为抗氧化剂，可以有效抑制氧化应激，保护神经细胞。有研究表明，氢气可以选择性降低活性氧中有细胞毒性的羟基自由基，不与其他具有生理作用的活性氧发生反应，从而有效的保护细胞，且可以通过抑制氧化应激减轻脑损伤[8]。另有研究表明，氢水可明显减轻维生素C合成障碍大鼠脑组织的氧化应激损伤，明显减缓记忆力下降；可以减慢帕金森病的进展，减轻1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶对神经元的损伤。同时，氢气可以减少新生大鼠缺血缺氧导致的神经元凋亡，从而减轻新生大鼠脑组织损伤，富氢生理盐水可以明显改善缺血缺氧新生大鼠的神经功能及学习记忆能力[9-10]。

2 氢气与呼吸系统疾病

近年来，氢气在慢性阻塞性肺疾病模型，支气管哮喘模型等呼吸系统疾病模型中的应用及相关机制研究日益增多。Mao等[11]发现富氢生理盐水可以降低肺组织中核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)、白细胞介素(interleukin，IL)-1的含量，并减少肺组织的炎性浸润以及脂质过氧化，从而减轻肠缺血再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)引起的肺损伤。Fang等[12]发现富氢生理盐水可以降低肺组织中炎症介质和髓过氧化物酶含量，减轻肺损伤程度，且腹腔注射富氢生理盐水可以减少严重烧伤引起的急性肺损伤患者的氧化应激和炎症反应，从而改善肺功能。Kawamura等[13]发现吸入氢气可以减弱肺移植大鼠的肺损伤。肺I/R损伤引起多种促炎介质的快速生成和释放，引起上皮细胞凋亡，氢气可以显著抑制促炎性介质的产生，并通过诱导抗凋亡分子来降低细胞凋亡。另有研究通过暴露于香烟建立慢性阻塞性肺疾病模型小鼠，随后给予氢气吸入，同时，在体外用双氧水处理上皮细胞，并予氢气治疗后，吸氢气组较不吸氢肺功能改善，接近正常组，且吸入氢气组肺泡平均内径、气道杯状细胞增生程度较单纯吸烟组轻微，肺气肿程度减轻，接近正常小鼠；吸氢气组小鼠的肺泡灌洗液细胞计数、IL-6、肿瘤坏死因子-α、血清角质细胞诱导因子、黏蛋白5AC分泌较单纯吸烟组显著降低，与正常小鼠接近；气道上皮16HBE细胞予双氧水处理，并分别暴露或不暴露于浓度为42%氢气中，氢气组炎症因子IL-6和IL-8分泌显著减少。Western Blot测定吸烟小鼠肺组织ERK1/2磷酸化水平和细胞核内NF-κB表达水平发现，氢气能显著降低丝裂原活化蛋白激酶和NF-κB通路的激活，在分子水平证实氢气能降低吸烟导致的氧化应激[14]。Xiao 等[15]给卵清蛋白诱导的哮喘小鼠模型腹腔注射含氢生理盐水可减少支气管肺泡灌洗液总细胞数及炎症因子水平，减少黏蛋白 muc5ac、胶原蛋白Ⅲ及血管内皮生长因子表达，抑制气道重塑，提示氢气具有抗哮喘的作用，可能通过抑制NF-κB信号通路实现。氢气可抑制肺癌细胞生长，吸入氢气可通过抑制染色体蛋白维持结构3的表达，抑制肺癌的发展，随着氢气浓度增加，两种肺癌细胞存活数量减少。染色体蛋白维持结构3对癌的发生发展有关键的促进作用，氢气治疗后肿瘤细胞表达显著减少，最终导致癌细胞增殖、迁移能力减弱[16]。

龚志晶等[17]通过氢气吸入对雾霾暴露肺的保护性进行研究发现，吸入氢-氧气组环卫工人的用力肺活量、最大呼气中期流量、IL-10、IL-2、基质金属蛋白酶-12、超氧化物歧化酶3和丙二醛均较对照组降低，表明吸入氢氧气可改善雾霾暴露工人肺功能，降低痰液和血清炎症因子，证实氢气对雾霾暴露肺有一定保护性作用。吸入氢氧混合气体也能降低气管狭窄患者的气道阻力[18]。

特发性肺纤维化的发病率逐年增高，中位生存期较短，但其有效的治疗药物较少，寻找新的治疗方式迫在眉睫[19]。特发性肺纤维化的发病机制与氧化应激密切相关[20]，氧化应激可以诱导肺泡上皮细胞坏死及凋亡、促进炎症介质的释放、破坏蛋白酶/抗蛋白酶平衡等，从而在特发性肺纤维化的发生发展中起重要作用[21]。氢作为一种选择性抗氧化剂可能对其具有一定的治疗作用。且氢气优点明显，给药途径多样，有望成为治疗特发性肺纤维化的新型治疗途径。

3 氢气与内分泌系统疾病

氧化应激是肥胖相关代谢综合征的重要致病机制，而抗氧化是其有效的治疗手段[22]。有研究表明，肥胖大鼠长期饮用氢气水可以显著控制脂肪和体质量，且饮用氢气水可降低血糖、胰岛素和甘油三酯[23]，对高血糖的效果与饮食限制相似，提示氢气对改善肥胖、糖尿病和代谢综合征有益处。Kajiyama等[24]研究富氢水摄入对2型糖尿病或糖耐量受损患者的脂质和葡萄糖代谢的影响发现，富氢水的摄入可以显著降低低密度脂蛋白、胆固醇及尿液中的8-异构前列腺素的水平；富氢水的摄入也可使血清中游离脂肪酸的浓度降低、血浆中脂联素和细胞外超氧化物歧化酶水平升高，提示补充富氢水可能对预防2型糖尿病和胰岛素抵抗有好处。Nakao等[25]也发现富氢水可以增加高密度脂蛋白的含量。

4 氢气与循环系统疾病

氧化应激与动脉粥样硬化形成及心肌缺血再灌注损伤密切相关。Ohsawa等[26]研究发现，饮用含氢水可以降低载脂蛋白E敲除大鼠主动脉氧化应激水平，减少巨噬细胞的集聚，从而延缓动脉粥样硬化的发展，提示饮用含氢水有可能预防动脉硬化。Song 等[27]发现，氢气可能通过抑制细胞因子诱导血凝素样氧化低密度脂蛋白受体的表达，抑制NF-κB的活化，从而起到抗动脉粥样硬化的作用。Hayashida等[28]研究发现，因氢气扩散能力较强，可以在闭塞的冠状动脉血流恢复前到达“危险”的缺血心肌，从而促进缺氧再氧后左心室功能的恢复；且在缺血再灌注时吸入氢气，可以减少梗死面积而不改变血流动力学参数，从而防止有害的左心室重构。因此，吸入氢气是减轻心肌缺血再灌注的有效策略。氢气还可以减轻脑、肝、心肌缺血再灌注损伤，且对脊髓、肠道、肾等的缺血再灌注损伤也有一定的保护作用[29-31]。

5 氢气与消化系统疾病

Fukuda等[32]证明吸入氢气可以抑制大鼠肝脏缺血/再灌注引起的肝细胞坏死，降低血清丙氨酸氨基转移酶和肝丙二醛的水平。Zheng等[29]研究发现，缺血再灌注损伤后血清二胺氧化酶活性、肿瘤坏死因子-α、IL-1、IL-6、组织丙二醛、蛋白羰基和髓过氧化物酶活性均显著升高，而富氢生理盐水干预后，这些标志物显著降低，从而减轻肠损伤程度，表明富氢生理盐水可能通过减少炎症和氧化应激保护小肠免受缺血再灌注损伤。

6 结语

氢气虽被广泛的应用于医学领域，并取得许多研究成果，但是仍存在一些问题值得深思：(1)氢气对人体的毒理作用尚不明确；(2)氢气的作用机制尚不完全明确，目前的研究只是明确其在体外具有选择性抗氧化的作用，尚不能确定其在体内的作用机制；(3)氢气在体内维持的时间较短，但在体内的生物学效应强大，故其在体内的具体作用机制还需进一步研究。