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氫氣知識

抑制體內部分活性氧繼而產生抗氧化效應誰能做到

發布時間:2017-04-21 瀏覽次數:次 字號:  【關閉】
 
氫氣醫學系統綜述
關于氫氣生物學效應的綜述也已經有許多,許多國外的綜述也沒有這篇更全面更系統,小編推薦這篇文章給大家閱讀,對迅速了解氫氣的研究非常有幫助。
     摘要:
近年研究發現,氫氣可以有效抑制體內部分活性氧繼而產生抗氧化效應,在動物實驗中顯示出對多種氧化應激相關疾病的良好防治作用,并在初步的臨床試驗中取得類似的防治效果。有關氫氣生物學效應的報道從少到多,在生物醫學領域展現出廣闊的應用前景。目前氫氣防治疾病的作用機制尚不清楚,氫氣防治多種疾病的現象難以解釋,不少研究者認為氫氣可能是繼一氧化氮、一氧化碳和硫化氫等氣體之后又一個具有重要生物活性的氣體分子,在疾病防治方面可能具有獨特的發展優勢。本文圍繞氫氣生物學效應的發現,對缺血再灌注損傷的防治作用,對電離輻射損傷的防護效應,對炎癥性疾病的防治作用,對代謝性和神經退行性疾病的作用,對減輕藥物誘導損傷的影響,以及氫氣生物學效應的分子機制等方面的研究進展,做一系統概述。
引言
氫氣是自然界中最小的分子,長期以來生物學家誤認為它是生理上的惰性氣體,不能與生物體內的物質發生反應,如潛水醫學領域,使用高壓氫作為呼吸介質,是一種先進的潛水技術,世界上最大潛水深度記錄就是采用呼吸氫-氧混合氣的潛水方式但是,2007年ohsawa等研究發現,溶解于無細胞系統中的不同濃度的氫氣可以有效選擇性清除羥自由基和過氧化硝酸陰離子,顯示較強的抗氧化效應,而不影響超氧陰離子基團、過氧化氫和一氧化氮自由基等具有重要生理功能的活性氧。他們利用在體大鼠插線阻斷大腦中動脈腦缺血再灌注損傷模型,發現呼吸少量氫氣,能有效清除動物大腦內氧化損傷終產物水平,顯著改善大鼠腦缺血后腦梗死體積,并抑制小膠質細胞增生,其治療腦缺血的效果類似免疫抑制劑FK-506,治療作用明顯超過目前臨床上唯一的抗氧化藥物衣達拉奉。這一報道的問世,立即引起了國內外學者的高度重視,有關氫氣生物活性以及在多種疾病防治中的作用迅速成為研究熱點,氫氣對其他多種疾病的防治作用相繼被學者們研究發現。例如,氫氣對實驗動物的放射損傷、器官缺血、動脈硬化、肝硬化、氧中毒、糖尿病、器官和系統炎癥、創傷、巴金森病、老年性癡呆、一氧化碳中毒、百草枯中毒等,均有很好防治作用,在生物醫學領域展現出廣闊的研究發展前景。氫氣具有選擇性抗氧化作用的發現,徹底推翻了氫氣屬于生理性惰性氣體的傳統觀點。但是,目前絕大部分的研究集中在氫氣防治疾病的現象觀察上面,對其作用機理基本處于研究起步階段,仍是以氫氣抗氧化,從而發揮抗炎、抗細胞凋亡為基礎,許多現象尚難解釋,隨著對其作用機制研究的不斷深入,很可能還有其它未知的重要作用,相信氫氣對傷病的防治作用還將有重要新發現,加之已有研究尚未發現分子氫對機體有毒副作用,經過全面系統的毒理學評價證實之后,極有可能在臨床上得到推廣應用。
氫氣生物學效應的發現
目前認為人體內沒有可催化產生氫氣的酶類,機體新陳代謝過程中一般不產生氫氣,但是,人類和高等動物體內存在極微量的氫氣,即內源性氫氣。內源性氫氣來自于機體大腸內厭氧細菌的代謝,這些細菌降解腸道內未被吸收的多糖,通過氫化酶產生氫氣,氫氣再經腸道擴散至全身。在腸道內,細菌可將氫氣轉化為硫化氫、甲烷和乙酸,在腸道外,氫氣可以從肺臟和皮膚排出。正常生理條件下,人體每天大腸內厭氧細菌產生大于12L的氫氣,終末呼氣時氫氣的濃度可達5-10ppm。在小鼠的某些組織器官中也可檢測到較高濃度的氫氣,如結腸、胃粘膜、肝和脾等,小鼠肝臟內氫氣濃度可達42μ。值得注意的是,在Ohsawa等的實驗中,采用PC12細胞氧化損傷模型的研究表明,只要培養體系內氫氣濃度達到25mmol/L(一個大氣壓下水中可溶解氫氣6mmol/L),就可以顯示出顯著的抗氧化效果。這說明了生物體內內源性氫氣的水平已達到氫氣發揮生物學效應所需的濃度,暗示內源性氫氣可能具有一定的生理功能,例如影響腸道菌群的抗生素產生的一些副作用也許與其抑制內源性氫氣的生成有關。
法國著名化學家拉瓦錫是最早研究氫氣生理作用的科學家。早在1789年,拉瓦錫和塞奎因曾經將氫氣作為呼吸介質進行動物實驗研究。實驗中,拉瓦錫等把豚鼠放入鐘形玻璃容器內,使容器中維持生命的氮和氧保持一定量,然后添加氫,豚鼠在容器內呼吸氫氮氧三元混合氣,歷時8-10h,未發現來自外界的氫氣(外源性氫氣)給機體帶來任何不利影響。為了解決大深度潛水氮麻醉問題,增加人員潛水深度,科學家把氫氣作為潛水呼吸氣進行人體實驗研究。例如,1937年,英國Case和Haldane把人暴露于1.1MPa壓力下,呼吸氫氧混合氣5min,未發現明顯的生理變化;1941年前蘇聯Lazarev等把小鼠加壓到9.1MPa,呼吸氫氮氧混合氣,停留3min,爾后經過約1h的減壓,獲得成功;在數十個大氣壓下,應用氫氧、氫氦氧混合氣潛水取代氮氣,潛水員呼吸氫氣未發現任何毒副作用。在輻射化學領域,Buxton等[15]發現溶解在水中的氫氣可以減少光解水與輻解水來源的羥自由基,但對生命體系中氫氣是否具有同樣的作用未做研究。在潛水醫學領域,氫-氧混合氣的潛水過程中存在著潛水員呼吸數十個大氣壓高壓氫氣的情況,于是Kayar等[16]試圖應用同位素的方法,希望在高氣壓條件下證明氫氣能與體內溶解狀態下的氧氣或其它高活性自由基直接反應,但由于氫氣能反應的目標物質較少,他們的研究未獲得任何發現。長期以來,潛水醫學家認為氫氣屬于生理性惰性氣體,氫氣在生物體內不能表現出還原性,氫氣無法與生物體內的任何物質發生反應。但少數人依然認為氫氣具有抗氧化作用,最早報道氫氣生物學作用的是Dole等[17],他們發現在8個大氣壓下,連續呼吸97.5%的氫氣,兩周后小鼠皮膚鱗狀細胞癌顯著縮小,他們推測氫氣可能是一種自由基反應的催化劑,由于實驗條件特殊,可重復性差,這一研究未能繼續進行下去。隨后Gharib等[18]發現呼吸7個大氣壓的氫氣對小鼠肝臟寄生蟲感染后的炎癥具有顯著治療作用,首次證明氫氣具有抗炎作用,并提出氫氣與OH的直接反應是其治療炎癥損傷的分子基礎,但他們同樣沒有展開任何后續的研究工作。雖然這些個別研究顯示了氫氣在治療某些疾病中的一些現象,但是由于機理不明、研究不深、需要高氣壓條件等原因,未引起其他學者興趣。
真正使得分子氫進入醫學和生命科研究領域并且迅速成為研究熱點的是Ohsawa等。他們通過多年的深入研究,在2007年5月Nature Medicine上發表研究結果,發現在非高壓條件下,給予小量氫氣能夠治療大鼠腦缺血再灌注損傷,并提出了氫氣具有選擇性抗氧化作用的觀點。所謂選擇性抗氧化是指氫氣只與OH和ONOO-發生反應,并不與其它在生理過程中發揮作用的活性氧反應,如O2??、H2O2和NO?等。細胞內的O2和H2O2是重要的信號傳導分子,同時它們調節細胞凋亡、增殖和分化等生理過程;H2O2可以通過髓過氧化物酶轉變為次氯酸,后者在細菌入侵機體時起到保護作用;NO?是重要的神經遞質,也是血管舒張過程的重要參與者。因為氫氣的還原性比較溫和,不足以干擾體內正常的氧化還原代謝反應,也不足以破壞與活性氧相關的細胞信號傳導,不像很多強還原性的抗氧化劑那樣會影響到體內必須的生理過程。目前?OH是學界公認的活性最強的自由基,ONOO-的活性也明顯高于其它活性氧。OH和ONOO-比其它活性氧活潑的多,Setsukinai等[20]使用HPF、APF和DCFH三種熒光素研究了OH、ONOO-、次氯酸根(ClO-)、單態氧(1O2)、O2、H2O2和NO,發現OH對上述三種熒光素的反應活性是其它活性氧的100到400倍,而ONOO-的反應活性也是其它活性氧的20到60倍,還原性比較溫和的氫氣只與這些強自由基發生反應。除抗氧化作用溫和以外,氫氣的高氣體擴散性也是其他抗氧化劑所不具備的[21],目前大多數的抗氧化劑是無法高效到達作用靶點的,但氫氣可以輕而易舉穿透生物膜,到達細胞質、線粒體和細胞核等,有效地清除OH。因此從理論上分析,使用氫氣可能不會產生任何副作用,與已有其他抗氧化物質相比醫學應用前景可能更樂觀。自Ohsawa論文發表之后,有關氫氣生物活性以及對多種疾病防治的研究,呈現飛速發展的強勁態勢。
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