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氫氣知識

讓人著迷的氫氣

發布時間:2017-05-12 瀏覽次數:次 字號:  【關閉】
         自然界有一種物質,最為簡單,而分布最為廣泛,占據宇宙物質組成的90%左右,這種物質就是氫。有人認為,對于高等生命來講,吸入氧氣,呼出二氧化碳,與氫何干?現在看這種看法未免有失偏頗。別忘了,自然不行無用之舉,既然氫無處不在,肯定就有它存在的價值。隨著科學研究的逐漸深入,我們漸漸發現氫氣對生命具有巨大的貢獻,原來氫是如此讓人著迷。
  潛水中的氫氣
  承受著海水的巨大壓力,感受絕對安靜的無聲世界,潛入海中,和魚蝦做一次親密接觸吧。雖然美妙迷人的海底世界能讓我們暫時忘記一切,但費力的呼吸動作和寂靜背景下的呼吸聲音會給我們留下深刻的印象。
  潛入水下時,人們需要呼吸與周圍環境下同樣的高壓氣體,因此深度越大,所呼吸的氣體壓力越高。潛水時最常用最方便的高壓氣體是壓縮空氣。不過,人們很早就發現,達到60~100米水下時,呼吸壓縮空氣會遇到一個無法克服的障礙。因為空氣的主要組成成分是氮氣,而高壓氮氣可以使人發生氮麻醉。對潛水員來講,這顯然非常危險,因此,國際上一般都規定呼吸壓縮空氣潛水的最大深度不能超過60 米。
  我們肯定希望超過60米,那么該怎么辦呢?人們已經想到一個最簡單的方法,就是換用麻醉作用小的其他氣體替代氮,其中最常用的是氦和氫。目前,國際上最大的潛水深度記錄701米就是采用呼吸氫、氦和氧混合氣的方法實現的。
  隨著一門新興的應用性邊緣學科——潛水醫學(又稱水下醫學,是研究和解決潛水作業過程中各種醫學問題的一門學科)的興起,氫也受到了更多科研人員的關注。
  初露頭角的氫
  使用氫作為呼吸氣體的重要前提是,人們認為氫與氦一樣,屬于生理學惰性氣體,就是說這種氣體被人體呼吸后,不與體內任何物質發生反應。常識告訴我們,氫氣本身具有還原性,因此,早期仍有少數人認為,氫氣在生物體內具有抗氧化作用。1975年,有人曾在《科學》發表論文證明,連續呼吸8個大氣壓97.5%氫氣(2.5%氧)14天,可有效治療動物皮膚惡性黑色素瘤,并認為是通過抗氧化作用來實現的。2001年,法國潛水醫學家證明,呼吸8個大氣壓高壓氫氣可治療肝曼森血吸蟲感染引起的炎癥反應,首次證明氫氣具有抗炎作用,并提出氫氣與羥自由基(活性氧的一種,能殺死細菌等病原微生物,也能破壞DNA、細胞膜和多糖化合物等,給人體造成直接傷害)直接反應是治療炎癥損傷的基礎。但上述研究并沒有引起廣泛注意,一方面可能是因為高壓氫難以作為一般臨床治療手段,另一方面是有人曾采用同位素標記的方法沒有獲得呼吸氫與體內物質發生反應的直接證據。
  大顯身手的氫
  2007年7月,日本醫科大學太田成男教授在《自然-醫學》中報道,動物呼吸2%的氫氣就能有效清除自由基,顯著改善腦缺血再灌注損傷(缺血性腦血管病的一種,是威脅人類生命健康的一種主要疾病),基礎就是氫氣在體內的選擇性抗氧化作用。該研究迅速引起廣泛關注,并掀起研究氫氣治療疾病的熱潮。日本醫科大學甚至專門建立了氫分子醫學研究中心,我們的許多研究正是在他的思路啟發下開展的。
  隨后,該研究組又用肝和心肌缺血(心臟的血液灌注減少,導致心臟的供氧減少,心肌能量代謝不正常,不能支持心臟正常工作的一種病理狀態)動物模型,證明呼吸2%的氫氣可治療肝和心肌缺血再灌注損傷。美國匹斯堡大學移植中心對氫在器官移植方面非常關注,他們證明,呼吸2%的氫可治療小腸移植引起的炎癥損傷,對小腸缺血和心臟移植后損傷同樣具有保護作用。四川華西醫院麻醉科發現,呼吸2%的氫可治療腎缺血再灌注損傷。我們通過大量動物實驗證明,呼吸2%氫可治療新生兒腦缺血缺氧損傷,研究結果與日本學者的結果類似。
  上述研究表明,作為一種選擇性抗氧化物質,氫對很多疾病具有治療作用,具有十分廣泛的應用前景,也徹底推翻了氫氣屬于生理性惰性氣體的傳統觀點,并啟動一個新的研究方向:氫分子醫學。
  改頭換面的氫
  一些人在提到氫氣時未免會感到害怕,的確,關于氫氣球爆炸致人傷殘的報道也偶見報端,歷史上最著名的氫氣球爆炸要屬德國的興登堡氣球爆炸空難。即使氫氣是治療某些疾病最好的良藥,可是畢竟不能排除在氣體混合過程中存在爆炸的危險,而且需要比較特殊的設備,操作比較復雜。這就給研究人員出了一道難題,怎么才能把氫氣安全有效地送入人體呢?因此,他們開始尋找更加實用的給藥方法。
  要知道呼吸氫治療疾病的本質是氫首先溶解在血液中,如果把氫氣先溶解在水中飲用會怎么樣呢?好像主意不錯。
  2008年7月,日本醫科大學學者發現,給動物喝一段時間氫水后,可以抑制應激引起的記憶力下降,增加神經干細胞數量,這項研究成果在美國《神經精神藥理學》雜志上發表,是有關含氫水的首次報道。隨后,他們又發現,飽和氫氣水可以治療多種疾病,如人類II型糖尿病、小鼠基因缺陷引起的動脈硬化、維生素C缺乏引起的神經損傷、化療藥順鉑引起的腎損傷和帕金森病等。
  正是在這種思路的啟發下,我們制造出飽和氫生理鹽水,并與國內外30多家科研單位合作進行廣泛深入研究。通過注射氫溶液的方法給藥以后證明,氫生理鹽水對新生兒腦缺血缺氧損傷具有一定的治療作用。我們還發現,早期治療可明顯改善新生兒神經功能和學習記憶能力。該注射液對小腸缺血再灌注損傷、小腸缺血再灌注后引起的肺損傷,對心肌、肝和腎缺血再灌注損傷和吸煙引起的肺損傷等也均有治療作用。更加不可思議的是,我們發現,中樞系統少量注射該注射液具有一定鎮痛作用。
  現在日本學者已經把溶解氫的水——類似汽水——推向市場。據了解,國內上海鴻儒科技發展有限公司等多家單位已經開發出中國自己的含氫飲用水產品。可以預見,將來會有越來越多的氫氣產品被開發出來,小小氫分子將廣泛造福于人類健康。
  抗氧化衰老的氫
  氫的生物學作用主要是抗氧化作用,為什么它會有如此功效呢?我們要先從自由基開始說起。               
  自由基是維持正常生命所必需的物質,同時也是生物大分子、細胞的危險殺手。所以正常生理情況下,體內自由基不斷產生,也不斷被清除,使之維持在一個正常生理水平上。可以想像,自由基過多或過少對機體均是有害的。生物體內自由基類型有很多,其中研究比較多的是氧自由基和過氧化氫一起被稱為的活性氧。發生缺血或炎癥時,體內會產生大量的各類活性氧,在這些活性氧中,羥自由基和過氧亞硝基陰離子毒性強,能直接導致細胞氧化損傷。過去的研究思路是尋找足夠強的還原性物質,但是必然導致機體氧化還原狀態的失衡,甚至還導致抗氧化治療無效。因此,尋找可選擇性中和羥自由基和過氧亞硝基陰離子的物質,是治療各類氧化損傷的有效方法,是抗氧化應該選擇的正確思路之一。
  氫具有選擇性、無毒、無殘留、價格便宜等諸多優點,是否就是一個理想的選擇性抗氧化物質,需要更多研究來支持。自由基是衰老、炎癥、缺血等常見疾病的重要介質,氫作為選擇性抗氧化物質,將來能否走向臨床,在人類與衰老和疾病的戰斗中發揮重要作用,非常值得期待。
  由來已久的氫
  在生物進化的歷史上,氫曾經發揮過非常重要的作用。在生命的最初階段,厭氧細菌(在無氧條件下生活的細菌)依靠氫來對抗氧自由基的損傷。那么,在人這樣的高級生物里還有沒有內源的氫呢?
  實際上,人和動物體內有很多氫,這些氫的來源是大腸內的細菌分解產物,被血液吸收后運送到身體各部分。正常人終末呼吸氣氫水平大約在5~10 ppm之間,乳糖不耐受和菌群紊亂等疾病患者呼吸氣中氫水平可明顯增加到100~200 ppm,臨床上可通過檢測呼吸氣中的氫水平來診斷上述疾病。2002年有《科學》文章證明,小鼠體內氫的水平,在肝臟等組織達到50微摩爾以上,而日本學者的實驗證明,25微摩爾就能保護細胞抗氧化損傷。因此,體內的氫水平足夠產生抗氧化的能力。當然,當機體發生嚴重的氧化損傷時,這種保護作用不能完全發揮,特別是在血液循環發生障礙時,局部氫水平也受到影響,從而產生一定傷害。這也許就是為什么補充氫能治療這些疾病的原因。
  總之,氫氣具有選擇性抗氧化作用的發現,是具有里程碑意義的,不僅會引起人們對基礎和臨床醫學領域的很大興趣,而且可能對人類疾病的防治產生深遠影響。一個大膽的推想是,如果氫確實能在臨床上發揮重要作用,這項研究有望問鼎醫學生理學諾貝爾獎。但由于目前研究的深度和廣度限制,筆者很難給出更加清晰的描述和展望。我們將不斷關注和總結該領域的更新和發展,也希望有更多人對氫分子醫學引起關注。
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