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氢气是一种独特的医学气体

最近10年,氢气具有医学作用受到国际学术和医学界广泛关注[1]。国际上最早的氢气医学效应研究论文见于1975年《科学》杂志,美国贝勒大学学者Dole M等报道,连续14天暴露高压(8个大气压)氢气对皮肤鳞状细胞癌的改善作用[2]。2001年法国科学家证明同样压力的氢气对血吸虫感染肝炎具有改善作用。

氢气一度被作为生理惰性气体看待,也就是说,过去没有人认为氢气具有医学生物学作用。直到2007年,当日本医科大学老年病研究所太田成男教授课题组在《自然医学》发表呼吸2%的氢气对脑和肝脏缺血再灌注损伤的改善作用,随后证明动物饮用氢气饱和水也具有类似的医学作用[3],这些研究结果提示氢气可以非常方便安全地应用于临床疾病的改善,氢气医学效应潜在应用前景才真正受到重视[4]。

2007年太田成男教授课题组在《自然医学》论文中报道,给大鼠呼吸2%氢气,可显著降低脑缺血再灌注后24小时脑梗死体积。氢气对脑缺血的改善效果比临床应用的自由基清除药依达拉奉效果更好,而且没有任何副作用[图1]。该研究还证明,溶解在细胞培养基的氢气具有选择性清除羟基自由基的作用,但对其他具有生理功能活性氧,如过氧化氢、一氧化氮和超氧阴离子等均没有影响。

图1 氢气吸入对脑缺血梗死面积的作用

氢气的生物医学研究仍然是初期阶段,国际上大约有3000名研究学者发表大约1000篇学术论文,这些论文提示氢气对涉及各种器官170多种人类和动物疾病模型具有改善效果[5]。氢气发挥作用可能通过信号分子调节、蛋白磷酸化和基因表达等方式 [4]。

医学气体并不是新概念。最著名的医学气体是一氧化氮,一氧化氮刚开始曾被认为是错误的,但后来被广泛认可和接受,1998年一氧化氮生物学效应研究获得医学生理学诺贝尔奖。另外,一氧化碳和硫化氢也被发现具有重要生物学作用[6]。相对这三种成熟的医学气体来说,氢气具有生物学作用则更难被人接受。因为氢气不是自由基、化学活性低、没有极性、扩散性极大,这些特征使氢气很难具有特异性蛋白结合位点,或者不可能拥有特异性受体分子[7]。

从生物进化角度看,氢气具有生物学效应并不奇怪[8]。氢元素是宇宙的起源,氢气是地球生命起源的关键能量分子,氢气在真核生物进化过程中发挥关键作用[9]。在千万年进化过程中,植物和动物都进化出和产氢细菌的互惠关系,植物和动物体内都存在一定水平氢气,也有研究认为植物细胞本身具有制造氢气的能力。理论上,细菌氢化酶作为氢气产生的关键酶,在动物包括人类的氢化酶后裔分子可能保留着氢气的作用靶点。也有可能人类等真核生物已经进化出对氢气分子更敏感的感受方式[7, 10]。

参考文献

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Ohsawa, I., etal., Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducingcytotoxic oxygen radicals. Nat Med, 2007. 13(6): p. 688-694.

Ohta, S.,Molecular hydrogen as a preventive and therapeutic medical gas: initiation,development and potential of hydrogen medicine. Pharmacol Ther, 2014.

Ichihara, M., etal., Beneficial biological effects and the underlying mechanisms of molecularhydrogen - comprehensive review of 321 original articles. Med Gas Res, 2015. 5:p. 12.

Fandrey, J.,Rounding up the usual suspects in O2 sensing: CO, NO, and H2S! Sci Signal,2015. 8(373): p. fs10.

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Ohta, S.,Molecular hydrogen is a novel antioxidant to efficiently reduce oxidativestress with potential for the improvement of mitochondrial diseases. Biochimicaet Biophysica Acta, 2012. 1820(5): p. 586-94.

Martin, W. and M.Muller, The hydrogen hypothesis for the first eukaryote. Nature, 1998.392(6671): p. 37-41.

Chen, O., Z.-h.Y., and C. Li., Meeting report: Second Hydrogen Molecule Biomedical Symposiumin Beijing, China. Medical Gas Research, 2016. 6(1): p. 57. (See LeBaron)

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