吸氢到底安全不安全？这项研究有答案！
在许多临床情况下，包括心肌梗死、中风和心脏骤停，缺血-再灌注损伤(IRI)会导致终末器官损伤，并导致幸存患者发病率显著增加。这些疾病的治疗主要关注于及时恢复最佳灌注和预防继发性损伤；通常缺乏针对IRI本身的治疗方法。一个显著的例外是靶向温度管理【低温疗法】，该方法在大一点的儿童和成人随机对照试验中并没有显示出一致的治疗优势。针对IRI的靶向治疗的必要性显然十分重要。
最近，人们发现氢气通过选择性地减少体内羟基自由基产生治疗作用，羟基自由基是再灌注损伤过程中过量氧自由基形成的有毒中介物，直接损伤DNA和脂质膜。氢气已被证明可以降低活化T细胞的核因子激活钙信号(凋亡的中心)，激活Nrf2通路(上调保护性蛋白的产生，如谷胱甘肽和过氧化氢酶)，下调促炎细胞因子(如白介素-1，肿瘤坏死因子-α)。大量的临床前研究表明，损伤前后吸入氢气对心脏骤停、体外循环、卒中)、缺氧缺血性脑病和败血症动物模型有显著改善作用。
迄今为止，氢气的安全性还缺乏严谨的临床研究。此前，我们的研究小组发现，与对照组暴露在医疗空气中相比，小鼠连续暴露在2.4%的氢气中72小时，神经功能和肺功能没有明显的临床变化。此外，在早期临床试验中已经有大量的临床氢气暴露报告，包括心脏骤停(19例)、中风(20例)、冠状动脉再干预(21例)、结直肠癌(22例)和肺癌(23例)。虽然这些研究中关于不良事件的报道很少，但氢气的剂量和持续时间在这些研究中差别很大，通常限于每天几个小时。此外，由于这些患者在其他方面都患有疾病，与氢气相关的改变可能被与疾病本身变化混淆。最后，尽管这些研究都进行得很好，但没有提到临床良好的实践严格性，也没有打算筛查不良事件的研究。
本研究目的是严格筛选健康受试者在我们打算用于未来氢气功效研究的剂量和持续时间下与氢气接触相关的不良反应。
一、试验方法
1.研究设计。
执行的研究是在一个研究者发起的试验性新药(印第安纳州)应用程序(印第安纳州146967),被批准的机构审查委员会(IRB)波士顿儿童医院(IRB-P00031196),已经登记在ClinicalTrials.gov (NCT04046211),并根据执行良好的临床实践指南。该研究由一个独立的数据和安全监测委员会(DSMB)监测。符合条件的受试者年龄为18-35岁，其他方面健康;有慢性或近期疾病史的受试者，包括2019冠状病毒病(COVID-19)或呼吸系统疾病，如哮喘、慢性阻塞性肺病、既往急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征、炎症疾病、已知遗传性疾病、鼻中隔或鼻窦疾病、烟草使用史、最近的输血或定期使用处方药物(避孕药除外)被排除在外。通过在当地一所大学的广告和ClinicalTrials.gov网站上招募受试者。为参与提供了经济补偿。所有受访者通过电子邮件筛选纳入和排除标准。然后，参与者被随机选中(但目标是性别比例为50/50)进行电话筛选。随后，同意的参与者接受了亲自体检、怀孕和COVID-19检测，并获得了亲自的书面知情同意。在住院期间，同意符合条件的受试者继续参与研究。
2.研究协议。
在住院开始时，完成了完整的体格检查、神经检查、肺功能测试、心电图(ECG)和基线血清学测试(图1)。随后，受试者经历了4小时的高流量鼻插管(HFNC;15 L/min, 21%氧，不含氢)以区分HFNC本身产生的任何症状。参与者随后被分配到24 (n = 2)、48 (n = 2)或72小时(n = 4)(按顺序剂量递增设计，组内性别分配50/50)，在住院期间通过HFNC吸入2.4%的氢气(15 L/min, 21%的氧气，平衡氮)。气体混合物使用良好的制造工艺进行预混，并通过认证(部件号Z03NI76T15A0000, Airgas特种气体，Plumsteadville, PA)，通过医疗空气流量计进行调节(部件号FMAA07442FH, AmVex, Gurnee, IL)，并进行加热和加湿(部件号MR850JHU, Fisher & Paykel Healthcare, Irvine, CA)。由一名工作人员至少每小时观察鼻腔内HFNC的正确放置。在这个流速下，我们预计肺泡会被吸入的气体饱和(即2.4% 氢气)，因为受试者处于休息状态，通常表现为闭口呼吸(24)。
图1: 研究处理和测试的流程图。入院后，受试者接受体格检查、简易精神状态检查(MMSE)、单独详细的神经检查、12导联心电图(ECG)、肺功能测试和基线实验室检查。受试者随后适应高流量鼻导管(HFNC) 4小时，随后暴露于氢气长达72小时。定期筛查受试者的体征和症状，根据临床不良事件通用术语(CTCAEs)进行分级。暴露后，在放电前重复测量。在出院后24小时和3-5天进行了电话随访。
在暴露期间，研究对象被观察到几个终点，如下所述。总的来说，我们对终点的选择是为了代表对氢气给药后可能出现的症状的全面筛查。由于在临床暴露中没有一致的不良发现报告，我们开始使用一种经常用于编纂不良事件的综合筛查工具:国家癌症研究所不良事件通用术语标准(CTCAEs) 5.0版。我们还特别筛查了可预期由吸入气体引起的症状(例如，呼吸性发现，如喘息或基于肺测量的支气管痉挛)或已知临床神经学影响的症状(如神经学检查)。鉴于我们之前描述过氢气暴露后运动活动减少(尽管是在大量神经终末点中的孤立发现)，我们也进行了详细的神经学检查，以验证人类的这一发现。考虑到氢气在数小时内表现出快速的血浆运输和消除，以下终点出现的时间在暴露期早期更为频繁，并随着时间的推移而减少。暴露后，受试者接受与基线时相同的测试。氢气暴露后1天和3-5天进行电话随访。
3.不良事件筛选。
不良症状和体征由床边护士收集，研究组成员按预定的时间间隔分别收集(即，在每次生命体征测量期间，以及在第1天和第3 - 5天的随访电话中)。任何AEs都由研究小组根据CTCAE评分。床边护士至少每12小时进行一次体检，研究小组的医生至少每24小时进行一次体检，包括呼吸、心血管和神经评估。研究小组的一名成员在基线和每24小时进行一次小型精神状态检查(MMSE)。在氢气暴露前和氢气暴露后(出院前)，由主治神经科医生分别进行一次全面的神经检查(包括深腱反射、力量、协调、精细运动技能、快速交替运动和短期记忆)。AE严重程度分配由研究小组中移除的一名医生和一名护士分别审查，所有AE都报告给DSMB。所有II级和更高级别的AEs和临床显著的I级AEs(例如，需要治疗的)都被报道。
4.肺功能测试。
使用校准的床边肺活量计(Micro I肺活量计，Vyaire Medical)每24小时进行一次肺功能测试。记录每个时间点三次打击的预测1秒用力呼气量(FEV1)、用力肺活量(FVC)、FEV1/FVC比和峰值呼气流速(PEFR)百分比，选择FEV1最高的一次打击作为每个时间点的代表。
5.Twelve-Lead心电图
氢气暴露前后均行12导联心电图检查。标准间隔随时间变化进行比较。所有心电图均由经委员会认证的心脏病专家解释，异常被报告为不良事件。
6.血清学检测
在氢气暴露完成之前和之后的2小时内分析实验室测试的预定义电池。所有检测均在医院的核心实验室进行，包括全血细胞计数、化学指标10、肝功能检测、淀粉酶和脂肪酶水平、凝血指标和心肌肌钙蛋白。
7.统计分析
使用平均值和标准差、中位数和四分位范围、频率和百分比总结患者特征和临床测量。使用混合效应分析方差模型(随机受试者，固定时间点)具有复合对称协方差结构;这些分析使用SAS Version 9.4 (SAS Institute, Cary, NC)进行。使用Wilcoxon配对符号秩和检验对暴露前后的实验室测量和心电图结果进行比较。这些分析是在GraphPad Prism 9.1 (GraphPad Software, San Diego, CA)中进行的(和创建的所有图表)。P<0.05为所有检验具有统计学意义。
二、试验结果
在被筛选的9名受试者中，有8人符合所有的资格标准，并提供了书面知情同意。所有参与者按照描述完成了研究方案，没有提前终止(表1)。年龄为20.8±4.1岁，50%为男性。一名受试者在睡眠中发现套管移位少于1小时，补充暴露时间延长1小时。研究过程中没有发生环境危害事件。所有受试者均未发生临床显著症状或不良事件。具体来说，患者无呼吸窘迫、胸闷、气喘或呼吸急促症状。
神经系统检查(暴露前vs暴露后)和MMSE评分随时间变化也没有临床显著变化(p = 0.607)(图2)。在氢气暴露期间或之后的随访期间，没有出现头痛、不适、疲劳或其他身体症状的抱怨。
1.生命体征与心电图。
与基线结果(HFNC呼吸)相比，随着时间推移，收缩压或舒张压、呼吸频率或氧饱和度没有显著变化(补充图1,http://links.lww.com/CCX/A804)。随着时间的推移，心率下降有统计学意义，但临床效应不显著(p < 0.05)。无线或12导联心电图均未发现异位心律或传导异常(补充图2,http://links.lww.com/CCX/A805)。
2.肺容量测定。
与HFNC呼吸相比，预测FEV1百分比、FVC或FEV1/FVC比值都没有随时间变化(图3)。在氢气呼吸期间和之后，PEFR变化随时间有统计学意义，但无临床显著性改变(p = 0.038)。
3.实验室结果。
与基线结果相比，WBC计数没有显著变化。暴露前和暴露后血红蛋白(平均增加1.3 g/dL [95% CI, 0.8-1.7 g/dL])、红细胞压积(平均增加4.0%[2.4-5.6%])和血小板计数(平均增加22个细胞/µL[4-41个细胞/µL])均有统计学意义，但临床无显著性差异(补充图3 A-D, http://links.lww.com/CCX/A806)。与基线结果相比，血清化学特征无显著变化(补充图3 E-N, http://links.lww.com/CCX/A806)。血清氯化物降低2.0 mmol/L (0.27-3.7 mmol/L) (p = 0.0391)。同样，肝酶、胰酶、凝血谱和心肌肌钙蛋白均无显著变化(补充图3 O-AA, http://links.lww.com/CCX/A806)。
三、讨论
本研究证明，通过HFNC吸入2.4%氢气似乎是安全的，健康人对吸氢的耐受性良好，所有受试者没有临床显著的不良事件。受试者没有描述任何气味或感觉，也没有任何呼吸异常迹象或症状。临床未发现与氢气吸入相关的神经功能变化，包括注意、记忆、精细运动技能和协调能力。考虑到我们先前(可能是人为的)在暴露于氢气的小鼠中发现的运动活动减弱，这是令人欣慰的。血清学试验也没有证据表明健康受试者长期接触氢会导致任何临床上显著的器官损伤。
没有证据表明有明显的白细胞抑制现象。研究发现氢气暴露后血红蛋白、红细胞压积和血小板浓度升高可能与住院受试者的轻度脱水有关；也可能是氢气刺激骨髓通过细胞增值增加产量或减少红细胞和血小板的破坏，尽管这些似乎不太可能。随着时间推移，心率显著下降(在临床正常范围内)可能与研究早期轻微的短暂性焦虑有关，特别是在遥测没有心律失常的迹象和血流动力学没有损害的情况下。同样，PEFR的显著改善很可能与肺活量测定技术的改进有关，而不是真正的氢气效应。考虑到其他肺活量终点没有显著变化，这不太可能反映真正的氢气效应。这项工作的优势在于研究的严格性，包括检查重要终点(如呼吸和神经症状)的充分，研究质量控制和终点裁定的层次，氢给药的直接观察，以及良好的临床实践。这给了我们对氢气疗法的充分信心，在这项研究中无阳性发现反映这是一个令人放心的安全筛选研究。
已发表的研究中给药方案各不相同，但这些结果与先前关于成人患者氢暴露的报道一致。也许迄今为止最严谨的研究发现，通过非再呼吸面罩1小时连续7天呼吸3% 氢气的中风患者的血液学、肝脏、肾脏、胰腺、心肌酶和电解质谱都没有发现显著变化(20)。另一项研究表明，在经皮冠状动脉再干预期间，少数经面罩接受围手术期1.3% 氢气治疗的患者没有环境安全危害，没有肾损伤，也没有体质症状(特别是头晕、皮疹、便秘或膀胱炎)(21)。类似地，另一项试点研究描述了在少数心脏骤停后患者通过机械呼吸机连续交付2% 氢气 18小时后，没有环境危害和主要可归因于不良事件(19)。
研究有以下局限性。考虑到这种安全性的受试者数量很低，我们的研究仅限于识别多发频繁的不良事件，不足以检测哪些小概率不良事件。此外，我们有意招募健康受试者参与这项初步研究；发病时氢气对患者的效应可能不同于健康人，因此无法判断疾病状态下的安全性。与此相关的是，神经学研究结果必须使用与先前小鼠研究不同的一系列测试(因为没有直接关联)进行测量。因此，缺乏阳性神经学发现并不能完全令人放心。其次，虽然我们通过直接观察套管的放置和气体流量来确保氢气暴露，但我们没有量化测量血清氢气浓度，主要是缺乏经过良好实验室规范验证的仪器来检测。然而，我们以15 L/min的流速给氢气，在此流速下，考虑到受试者处于休息状态，通常表现为闭口呼吸，预计肺泡会被吸入的气体完全饱和，额外空气夹带量最小(24)。第三，这是一项单组研究，研究团队对治疗分配并没有使用盲法。然而，大多数终点仍然是客观的，主观终点(如神经学表现)由多个观察者证实。
四、结论
吸入2.4% 氢气耐受性良好，无明显的临床不良反应。与基线测量值相比，在生命体征、神经系统检查、肺功能测试或心电图改变方面都没有临床显著变化，在任何与72小时氢气吸入相关的实验室变量中也没有。尽管这些数据表明吸入氢气可能具有良好的耐受性，但还需要进一步的研究来进一步评估其安全性。这些数据为进一步研究损伤状态下吸入氢气提供了依据。
参考文献
Cole, Alexis R. BS1; Sperotto, Francesca MD1,2,3; DiNardo, James A. MD4,5; Carlisle, Stephanie6; Rivkin, Michael J. MD7,8,9,10; Sleeper, Lynn A. ScD1,2; Kheir, John N. MD1,2 Safety of Prolonged Inhalation of Hydrogen Gas in Air in Healthy Adults, Critical Care Explorations: October 2021 - Volume 3 - Issue 10 - p e543
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温馨提示：根据《食品药品监督管理条例》，氢气不能替代药物治疗。