【连载一】第一章 氢医学概述

（一）医用气体的一般概念

医用气体学是涉及医用气体发生、使用、抽排以及医用气体相关使用设备和管理的一门科学。最常用的医用气体为氧气，使用比较多的还有二氧化碳（carbon dioxide，CO2）、氮气、惰性气体、氢气、麻醉用气体等。在20世纪90年，代，人们已经清楚地发现，某些气体或其分子可以用于疾病治疗。最典型的例子就是气体分子—一氧化氮（Nitric oxide，NO），可以舒张血管，降低血压。后来的研究证实NO还涉及多种疾病的发病机制和治疗，有鉴于此，1998年，NO研究成果获得了诺贝尔生理学或医学奖。这一发现极大地促进了生物学和药理学的发展。从那时起，对医用气体治疗疾病的研究获得了更广泛的关注。众所周知，由分解的血红素产生的一氧化碳和分解甲硫氨酸产生的硫化氢都在生物体内产生，具有很强的抗氧化作用，被认为是极其重要的神经递质。NO、一氧化碳和硫化氢3种气体分子被称为体内的气体信号分子。NO已在临床上用于治疗心脏和肺部疾病，一氧化碳已被用于肾脏移植患者的治疗，硫化氢已被用于肾功能不全和冠状动脉搭桥术患者的治疗。在这个气体医学备受重视的年代，氢气走进了人们的视野，成为第4种医用气体分子成为研究对象，其实验研究和临床应用研究正在如火如荼地进行。

氢气

氢分子医学的研究和应用最初来自潜水医学。早期，当人类进入深海潜水领域时会出现一种致命性的疾病—潜水减压病。为解决这个问题，1937年，英国两位科学家把氢气作为置换压缩空气中氮气的介质进行潜水呼吸气体人体研究。他们在研究过程中，没有发现吸入氢氧混合气体会导致潜水员发生明显的生理变化。此后，美国、苏联、瑞典等国家开展了系列的将氢气体作为潜水气体的研究，显示了氢气作为呼吸气体相对于氮气的优越性。20世纪80年代，为了配合海上石油开采，法国科麦斯公司进行了深潜91~300米的潜水实验，潜水员在潜水过程中，吸入了95%氢、5%氧的混合气或74%氢、24氦%、2%氧的混合气，未发现氢麻醉作用，对比发现，呼吸氢氧混合气时呼吸阻力低于使用氦介质，潜水员的视觉反应时间、计算能力、记忆能力无明显下降，氢麻醉反应较氮麻醉反应明显减轻。1986年，在美国得克萨斯休斯敦第18届海上技术大会上，这些研究成果充分展示了吸入高浓度氢气的安全性。

（二）氢分子的物理、化学性质

氢气是世界上已知密度最小的气体，是相对分子质量最小的物质。氢气在空气中含量极低，几乎只占整体空气的1/200万，而且大多数集中在大气层的顶层。氢气是由无数的氢分子构成的。氢分子在常温常压下以气体形式存在，无色无臭，难溶于水，在1个大气压时氢气在1升水中的溶解度仅为0.8毫摩尔。作为化学元素，它普遍存在于整个地球及大气空间中，主要以复合物的形态大量存在，最常见的复合物形式是水。氢气与特定的催化剂一起放置或在高温、高压、明火环境下易燃、易爆，因此过去认为将氢气视为药物用于治疗似乎难以掌握、控制。但实际上，当氢气喷气口体积分数低于4%时，氢气不会在空气中燃烧。在没有明火的条件下，室内低浓度的氢气不会与氧气发生反应而爆炸。因此只要控制大气中的氢气浓度就可以在常温常压下安全使用氢气。

在动物肠道厌氧发酵环境中产生的氢气，被称为内源性氢气[1]。产生的氢气量因个体而异，平均每天在150毫升至12升之间。对于自身氢气合成不足者，可能需要进行体外补充，量化的评价指标尤为重要。美国波士顿的福赛斯研究所曾报道，清除由药物诱发的肝炎小鼠肠道细菌时，会导致小鼠肝炎加剧[2]，表明内源性氢气在生物的生理功能维持中起着非常重要的作用。另一个有趣的现象是，肠易激综合征患者会从肛门排放大量甲烷，比肠道细菌释放出高水平氢气的患者更易便秘[3]。类似地，当腹泻型肠易激综合征伴有产氢细菌过度生长的患者被抑菌药物抑制氢气的产生时，可以防止消化道的不规则收缩，并且腹泻症状变少[4]。因此科学家认为由肠道细菌产生的氢气有助于促进肠道的正常功能，并且已经确认了肠道细菌菌群的重要性。

（三）氢分子的治疗机理及研究领域

氢气作为一种新的抗氧化剂而备受医学关注。氢分子属于最小的无极性的分子，可以在组织间弥散，透过生物膜到达线粒体内，参与能量的氧化还原反应。日本医科大学曾报道氢气具有抗氧化作用，可以选择性地消除有毒的氧自由基，例如羟基和亚硝基[5]，能改善脑缺血再灌注引起的损伤，起到保护脑组织的作用。尽管可以通过氢气抑制由氧自由基引起的应激反应，但其机制不能简单通过氢分子直接反应并消除氧自由基的理论来解释，其可能涉及的机制可以在这些研究中看出端倪：①在摄入氢气的动物实验以及人类临床试验中，都报告了抗氧化的SOD含量的增加；②美国匹兹堡大学证明了氢分子可以诱导强抗氧化酶—血红素加氧酶的产生[6, 7]；③氢分子可诱导多种抗凋亡分子的产生[6]；④氢分子还与缺血再灌注损伤大鼠心脏中的三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）水平升高以及线粒体呼吸链中酶的活性增加有关，包括复合物II / III和复合物V的活性[8]；⑤氢能抑制I型过敏反应信号[3]。

目前已有研究证据表明氢分子具有以下生物学作用：①可以通过选择性地清除有毒自由基产物而起抗氧化作用；②抗炎和抗脓毒血症作用；③参与细胞信号通路传导过程；④可以稳定细胞生物膜结构，具有抗辐射的作用。

随着氢分子谱系逐渐变得清晰，氢分子的各种生物机制也将逐渐被阐明。目前，氢分子治疗和应用研究主要在以下领域和疾病中展开：①恶性肿瘤；②心、脑血管疾病；③神经系统退化性疾病和老年，性疾病，如帕金森病、阿尔茨海默病；④消化系统疾病，如反流性食管炎、肝硬化；⑤代谢综合征，如糖尿病、高血压、高脂血症和高尿酸血症；⑥呼吸系统疾病，如过敏性鼻炎、肺气肿；⑦血液透析；⑧运动损伤和关节炎；⑨皮肤病，如压疮、皮肤溃疡、银屑病和皮肤老化。

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