哈佛：氢气保护新生儿大脑
2009年哈佛大学口腔医院学者让大老鼠喝能产氢气细菌，发现对肝炎具有预防作用，用抗生素杀灭这些细菌，抗肝炎的作用消失，说明来自肠道内细菌产生的氢气能发挥抗炎症作用。10年后2019年，哈佛大学儿童医院发表论文，让新生儿小猪吸入氢气，观察对心脏停跳引起的脑损伤的保护作用。
图1 研究摘要图：猪脑缺血受损，吸入氢气脑损伤减轻!
Cole, A.R. et al. J Am Coll Cardiol Basic Trans Science. 2018;
严重先天性心脏病新生儿接受手术改善经常需要使用心肺分流术(CPB)。影像学研究证据表明，CPB手术本身会引起缺血性脑损伤。新生儿左心阻塞性病变是脑损伤最高风险因子。新生儿进行主动脉弓重建手术后，70%以上会新出现大脑白质损伤，其中40%至50%属于中重度脑白质损伤，约1/3比例出现脑梗死。接受先天性心脏病手术和长期深低温循环后的新生儿20%会出现癫痫发作，亚临床发作比例更高。术后癫痫是潜在缺血性损伤的重要特征，患儿可能会表现为生长发育迟缓等后遗症。虽然先天性心脏病婴儿神经发育异常存在多种因素，包括子宫内、遗传和社会经济因素，但CPB是比较重要的。
图 2 研究方案设计
临床上为了克服CPB带来的脑损伤，所有过程都尽量在低温情况下操作。低体温能抑制脑耗氧量，节省高能磷酸盐，减少有毒代谢物的积累，对脑损伤有明确保护效果。大脑缺氧程度和持续时间是后续神经损伤的关键因素，使用脑近红外光谱能对脑组织氧饱和度进行连续检测。如果新生儿脑组织经历氧合血红蛋白饱和度指数小于40%的情况，孩子2岁后语言交流能力就会出现障碍。先天性心脏手术期间努力减少大脑缺氧导致神经功能改善，如在低体温期间增加二氧化碳浓度可以促进大脑血管扩张，增加脑血流供应，这样处理可使异常脑电图恢复更迅速。研究表明，CPB期间维持红细胞压积也有利于1岁后神经运动发育指数的评分结果。
细胞水平上，CPB期间脑缺氧会导致线粒体膜内发生损伤反应，产生大量超氧阴离子自由基，在SOD催化下变成过氧化氢，过氧化氢通过芬顿反应产生羟自由基。羟自由基是最强的氧化剂，具有极大氧化活性，可不加选择地与核酸、脂类和蛋白质发生反应，导致这些生物大分子损伤引起细胞损伤和凋亡。由于体呢没有针对羟自由基的特异性解毒系统，如何清除这种自由基成为抗氧化改善的重要策略。
图3 氢气选择性抗氧化作用机制
最近10多年发现，氢气能有选择性中和羟基自由基。2007年日本学者发现，呼吸2%或4%氢气能显著缩小90分钟大脑中动脉闭塞后大鼠脑梗死体积，改善神经功能评分，增加体重，改善体温调节功能。这一发现后来被多家独立研究机构验证。啮齿动物经历5分钟心脏骤停后，氢气改善能改善神经功能评分和心肌功能，提高96小时生存率。该研究论文2019年4月发表在JACC: BASIC TOTRANSLATIONAL SCIENCE.通信作者Dr. John Kheir,Department of Cardiology, Harvard Medical School,300 Longwood Avenue, Boston, Massachusetts 02115.
E-mail:john.kheir@childrens.harvard.edu
http://www.childrenshospital.org/directory/physicians/k/john-kheir
本研究主要目的，是探讨氢气吸入对新生儿猪发生缺氧缺血性脑损伤后神经系统损伤的保护效果。研究结果发现，新生儿猪插管心肺旁路和暴露于长期循环中断后，吸入2.4%氢气24小时能改善脑损伤，量化临床检查、血清学、脑MRI影像分级和组织病理学等结果也符合氢气改善有效。氢吸入改善也减少了肾损伤。通过标准的麻醉呼吸机吸入2.4%氢气的混合气是可行的，即使在使用电刀手术操作情况也是安全的。
美国人用的氢气瓶
该研究在医学知识能力的意义。氢气吸入减少缺血性损伤已成功应用在几个啮齿动物模型，最近在人类中风、急性心肌梗塞和心脏骤停也取得了有效证据。将来用健康志愿者开展试验证明使用氢气的安全性基础上，开展氢气对先天性心脏手术和其他临床疾病改善的前瞻性研究，证明氢气吸入对这些疾病的有效性应有计划地推进。副作用小和方便使用让氢气吸入作为临床辅助疗法有非常强的转化应用前景。
Kajiya M, Sato K, Silva MJ, Ouhara K, Do PM, Shanmugam KT, Kawai T.Hydrogen fromintestinal bacteria is protective for Concanavalin A inducedhepatitis. BiochemBiophys Res Commun. 2009; 386(2):316-21.
Alexis R. Cole, Dorothy A. Perry, Ali Raza, Arthur P. Nedder, ... John N.Kheir. Perioperatively Inhaled Hydrogen Gas Diminishes Neurologic InjuryFollowing Experimental Circulatory Arrest in Swine. JACC: BASIC TOTRANSLATIONAL SCIENCE
