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日本学者倡议氢气抗新冠!

最新WHO数据表明,人类大约1/10已经感染过新冠病毒,根据这个估计,大约应该有数千万人死于这一病毒,而且这个趋势没有得当有效扼制,未来人类面临的挑战依然非常严峻。当然有效的措施是隔离和疫苗,但规模巨大的感染人群让隔离的难度巨大,疫苗也很难快速发挥作用。寻找简单有效的针对病毒感染的方法措施仍然是当下最重要的工作。日本学者最近发表论文,提出应该充分利用氢气抗炎症的作用,发挥这一简单方法的优势,用于新冠状肺炎的改善中。当然中国在这方面已经走在前面,只是接受和效仿者不多。
 

氢气具有广泛健康促进作用,不仅能改善健康预防疾病,也能用于疾病改善。氢气对健康人的好处包括改善情绪、减少焦虑,对抗过度活跃的交感神经。在疾病防治方面,氢气已经被用于许多疾病的试验性改善,特别是肥胖和糖尿病等生活方式疾病、异位性皮炎、枯草热、类风湿关节炎,呼吸系统疾病如哮喘慢性阻塞性肺疾病、COVID-19肺炎,神经系统疾病如抑郁、痴呆、脑卒中、心搏停后综合征、蛛网膜下腔出血、爆震波创伤性损伤,慢性肾病,脓毒症和失血性休克,癌症等等。
 

氢气促进健康改善疾病的基础是具有抗炎症抗氧化作用,其分子基础是氢气和强毒性羟基自由基中和的选择性抗氧化作用,在此基础上抑制自由基链式反应,减少氧化应激损伤。临床和动物研究表明,氢气改善能降低氧化应激相关分子,抑制炎症因子表达水平。
 

氢气可通过气瓶提供,也可以用固体存储产生,更多的采用电解水现场制备的技术。利用固体电解质电解水产生氢气可以获得高纯度氢气,由于操作简便,这种方法已经在医院、诊美容院和健身俱乐部被广泛应用。
 

中国学者最近报道吸入氢气改善COVID-19肺炎患者,这这项研究中,研究人员使用氢气发生器作为氢气和氧气的来源,通过鼻导管给予氢气和氧气混合气吸入(氢气66%氧气33%),临床症状改善明显高于接受经典氧疗的患者。由于现场氢气发生器产生的氢气流量较小,临床医生担心通过鼻腔插管吸入氢气时,氢气从鼻孔泄漏导致摄取减少,血液中氢气浓度不足。本研究假设在鼻导管周围佩戴吸氧面罩,这样可以更好地将氢气限制在鼻周围,保证氢气被充分吸收,本研究使用小型猪进行试验,主要考虑到这种动物和人在器官大小、解剖学和生理学特征方面的相似性。
 

本研究以3只体重分别为16.8 kg、15.5 kg和16.8 kg的微型猪为实验对象,饲养在温光控制条件下(光照/暗循环12小时),随机提供食物和水。手术前禁食12小时,自由饮水。肌肉注射盐酸哌嗪诱导15分钟后异氟醚维持麻醉。
 

手术方法。插入中心静脉导管,猪都被置于仰卧位,在右侧颈部垂直切开约10 cm,露出约3 cm的右侧颈外静脉和右侧颈内动脉。右侧颈内动脉外周用1-0丝线结扎,内侧用牛头犬夹扎,切开,导管进动脉约5cm固定。外科手术由资深外科医生完成,他是日本移植学会的指导成员和永久理事,完成了200多例临床移植手术。氢气吸入后0、10、30、60分钟从血管内导管取血,用气相色谱法测定血液中氢气浓度。
 

本研究使用氢气吸入器氢气JI1,该设备采用质子交换膜(PEM)电解水系统,可连续产生高纯度(> 99.999%)氢气,流速为250 mL/min,可以365天不间断连续工作。
 

部分鼻插管,为适合猪鼻子,鼻孔插入从原来的12毫米延长到62毫米,外径3毫米,内径1.5毫米。调整了鼻插管的鼻孔插入物,使之适合猪鼻子的形状。将鼻插管深深插入自发呼吸猪的鼻腔,以250 mL/min的流速给予由氢气发生器产生的100%氢气(图1)。

日本学者倡议氢气抗新冠!

氢气制备和吸入模式图

兽医麻醉面罩放置在鼻插管用来提供氧气和异氟烷的混合物,氧气的流量/异氟烷气体混合物维持6 L / min以上以避免二氧化碳被重新吸入(图2)。
 

日本学者倡议氢气抗新冠!

面罩和鼻导管使用图
 

为了测量血液中氢气的浓度,我们首先将一根针插入密封小瓶13.5 mL的橡胶盖中,抽出1 mL空气,注入1 mL血液。为了防止气体逸出,注射血液后立即在橡胶盖子上涂上蜡来密封注射孔。然后血液中氢气在密闭小瓶内缓慢释放到瓶子内空气中。从瓶中采空气样品进行气相色谱法测定(0.2 mL, 0.4 mL,或1 mL,根据氢气浓度),用氢气浓度0、5、50和130 ppm标准气体做浓度曲线,吸入氢气前血液中氢气浓度作为本底。
 

三只猪的颈动脉中,吸入前血液中氢气水平几乎为0,开始吸入10分钟后浓度达到峰值,并在60分钟后保持在大约相同的水平。颈动脉血液中氢气浓度和饱和浓度的平均值(图3)。

日本学者倡议氢气抗新冠!

三只小猪氢气吸入后不同时间浓度

根据氢气发生器产生的氢气流量计算吸入氢气的比例,氢气流量每分钟250毫升,每秒则是250/60毫升,按照每分钟呼吸20次计算,每次呼吸氢气预期吸入3秒积聚在鼻咽的氢气,大约是250/20=12.5毫升。如果氢气从鼻孔周围无泄露,每次小猪吸入空气150毫升,氢气的吸入浓度是12.5/150 = 0.083,则氢气吸入浓度8.3%。动脉血中氢气的测定浓度非常接近这个理论计算值。按照这个计算方式,人的吸入空气是500毫升,相当于12.5/500=2.5%。
 

日本学者倡议吸氢气抗击新冠
 

本实验为了建立一种利用现场氢气发生器高效输送100%氢气的方法,我们通过带氧气面罩的鼻插管给3只猪吸入氢气。研究表明,这样可以获得足够的有效的血液氢气浓度,说明使用低流量氢气发生器能满足改善疾病的需要。
 

本研究使用的氢气JI1氢气发生器始终以250 mL/min的流速提供100%纯度大于99.999%的氢气。如果这样氢气吸入设备被用来给一个成人,在一个500毫升潮气量和每分钟20次呼吸次数,预期氢气浓度将是2.5%。因为老年人和儿童潮气量较低,氢气浓度在老年人和儿童会更高。
 

本研究小组曾经对st段抬高心肌梗死患者进行过氢气吸入的安全性和有效性临床研究评价试验。过去试验采用高压气体钢瓶供气,通过一个面罩给人吸入1.3%氢、氧、氮三元混合气,供气流量为10升/分钟。选择这个流速是为了确保吸入的氢气浓度为1.3%,因为在使用犬进行的临床前研究中使用这个浓度能明显减少心肌梗塞体积。按照日本《高压气体安全法》规定,氧气和氢气在压力下混合时,氢气浓度不得大于1.3%。
 

在目前的研究中,氢气发生器现场提供的纯氢气流量很低,如果氢气从覆盖着吸氧面罩的鼻导管吸入体内,动脉血液氢气饱和度可以增加到10升1.3%氢气混合气吸入同样水平,这显然能大大减少操作难度。氢气发生器重量轻,携带方便,只要有电源和纯水就可以在任何地方提供氢气。此外可以长期连续提供氢气。因此氢气发生器是一种安全方便的代替高压气瓶氢气吸入改善方案。这种模式在中国已经遍地开花,日本学者才有这样的认识,有一些落伍的感觉。
 

在患有低氧血症的COVID-19肺炎患者安装氢气发生器,可使患者通过鼻腔插管持续吸入氢气,这在中国也已经有学者进行尝试。可以根据患者的氧合水平,在鼻插管上佩戴合适的面罩,如带储气袋或文丘里管的面罩。使用这种方法患者可以日夜持续吸入氢气,直到肺炎治愈出院。同样等待在医院外的COVID-19轻症患者可吸入氢气,以防治病情恶化。
 

虽然有些人在吸入氢气后会感到头痛,可能是由于颅内血管扩张,也有高血压患者会出现突然血压升高的现象,但目前还不知道其他可被视为不良事件的明显症状。不同于其他生物活性气体,如一氧化氮,一氧化碳和硫化氢, 氢气不结合红细胞内血红蛋白中的血红素。因此在稳态条件下,动脉血中氧饱和度和氧气和二氧化碳分压不受氢气吸入的影响。
 

虽然氢是宇宙中最丰富的元素,但氢气必须人工制造,因为氢在地球上并非气体分子状态存在。氢气已经被广泛应用于实验室许多方面,包括气相色谱和电感耦合等离子体质谱。氢气在化学工业中用于合成氨、环己烷和甲醇,在食品工业中用于氢化油使其更固体。最近氢气作为一种清洁能源得到了人们的关注。按需生产高纯度氢气的最佳方法是电解水。在这一技术中一个值得注意的创新是通用电气在20世纪70年代早期提出的固体聚合物电解质膜电解水。随后的重大研究和发展导致了一项技术,可一天24小时,一年365天有效稳定地从纯水中产生高纯度氢气。这种氢气产生方法已经被工业培养了很长时间,人们也发现了很多用途。我们实验中使用的氢气发生器H2JI1也采用了耐用性在50,000小时以上聚合物电解质膜,装置管路中剩余氢气量较小,保证了使用安全性。此外,该装置不受高压气体安全法约束。虽然氢气发生器本身很昂贵,但电解电池耐用性很长,运行成本几乎为零。每小时使用成本低于0.47美元。
 

根据病人情况,高压气瓶和氢气发生器各有优势。通过呼吸机管理氢气时,医生应选择能够提供高流量气体的高压气瓶。如果医生希望对自发呼吸患者进行长时间连续氢气改善,建议考虑使用能够安全产生低流量纯氢气的氢气气体发生器。
 

医学上吸氧的历史并不太长久。氧气被最早广泛用于焊接和切割等行业,因为氧气能支持燃烧。在1918 - 1920年期间,医生开始使用氧气改善“西班牙流感”。当时市民们冲向工业氧气供应公司,整晚排队等待氧气到来。也就是说为了吸氧,工业氧气也凑活着用了。目前COVID-19大流行,我们建议现在是重新考虑氢气吸入疗法的好处。
 

百年前人类开始大量吸氧改善流感,百年后的今天也许应该用氢气帮助抗击新冠肺炎。
 

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