1204 第二军医大学学报2009年10月,第30卷 需要特殊的设备,操作比较复杂,在临床上难以推广。因此 持 寻找更加实用的给药方法也是需要探讨的问题。本课题组 经过理论推算,发现如果将纯氢在生理盐水中溶解 3展望 定的处理,使其达到饱和溶解,可制造出氢的生理盐水饱和3.1氫治疗疾病的机制关于氢治疗疾病的机制,有两个 溶液,这样就可通过注射氢溶液的方法给药。目前我们已经方面需要深入研究,一个是氢的选择性抗氧化,由于氢的还 制备出这种溶液,采用腹腔或静脉注射饱和氢盐水,证明该原作用并不十分强,在一定温度条件下气态的氢可与氡发生 注射液对新生儿脑缺血缺氧损伤后行为学、脑梗死体积和组反应,生物体内不存在这样的温度条件,因此不与氧直接发 损伤程度均有明显改善作用特别是我们发现,早期治疗生反应。尽管氢不与氧化作用弱的活性氧直接反应,但是氢 可明显改善新生儿脑缺血缺氧损伤2个月后神经功能和学可与氧化作用很强的活性氧,如羟自由基和亚硝酸阴离子直 习记忆能力。进一步研究还发现,该注射液对小肠缺血接发生反应。虽然离体实验证据提示氢具有选择性抗氧 再灌注损伤、小肠缺血再灌注后引起的肺2、心肌、肝和化作用,但明显缺乏在体的直接证据,因此,在体是否也具有 肾损伤均具有治疗作用。因此,注射含氢生理盐水是一种简 选择性抗氧化作用,还需要深入探讨。另一个是信号机制, 且有效的给氢途径。 从目前的资料看,氢可与羟自由基和亚硝酸阴离子直接发生 氢的生物抗氧化作用有非常鲜明的优点。首先,氢的还反应,其中羟自由基活性强,因为羟自由基活性比较强,其本 原性比较弱,只与活性强和毒性强的活性氧反应,不与具有身选择性应该不会太好,可以与多种还原性物质发生反应, 重要信号作用的活性氧反应,这是氢选择性抗氧化的基础。 虽然氢只能与这样的活性分子反应,不能直接推论为氢可以 其次,潜水医学的长期研究2表明,人即使呼吸高压氢也无 选择性中和它,已有学者提出质疑,因从活性看,羟自由基活 明显不良影响。再次,氢本身结构简单,与自由基反应的产性是氢的10倍,除非氢浓度特别高,香则不应该有选择 物也简单,例如与羟自由基反应生成水,多余的氢可通过呼性。那么羟自由基的衍生产物如果也能与氢发生反应可 吸排出体外,不会有任何残留,这明显不同于其他抗氧化物能更有说服力当然亚硝酸阴离子可能选择性更好一些,因 质,如维生素C与自由基反应后生成对机体不利的代谢产物 为其本身活性相对较弱,更容易与氢发生反应。另外亚硝酸 (氧化型维生素C),这些产物仍需要机体继续代谢清除 阴离子能调节多种信号系统,这些信号系统是否间受到氢的 ,氢的制备容易,价格低廉。因此,作为一种抗氧化物质, 影响,值得深入探讨 氢具有选择性强、无毒、无残留、价格便宜等诸多优点,具有3.2氩可治疗疾病的范国关于氢治疗疾病的范围,显然 很强的临床应用前景 值得广泛研究,由于氧化应激是多种疾病的共同发病机制 2氢的选择性抗氧化作用 所有涉及氧化应激的疾病都有可能具有治疗作用,例如各类 自由基是含有未成对电子的原子、原子团或分子。自由 缺血、炎症、慢性疼痛、药物毒性作用等,由于研究的方法都 基是维持正常生命所必需的物质,自由基反应是能量代谢的比较成熟,这方面将是目前发展最为迅速的研究方向。 3关于内源性氩的作用人类和高等动物体内也存在一 基础,部分自由基是细胞内重要信号分子,自由基也是生物 大分子、细胞的危险杀手。生理情况下,体内自由基不断 定水平的氢气,日前认为,这些氢气不是机体自身组织产生 产生,也不断被清除使之维持在一个正常生理水平上,自由而是来自大肠细菌代谢被人体吸收。有人曾测定正常小鼠 基过多或过少均会给机体造成不利影响甚至伤害。生物体 体内不同器官氢气水平,结果发现,小鼠大肠、脾、肝、胃黏膜 内自由基类型有很多如半醌类、氧、碳和氮自由基等,其中等部位氢气水平非常高,如在肝脏可达到42 umol/L,大肠和 研究较多的是氧自由基和氮自由基。氧自由基包括超氧阴牌的水平更高。十分巧合地是,采用PC2细胞氧化损伤 离子、单线态氧和羟自由基,因过氧化氢等在生物学作用上 模型研究表明,只要培养基内氢气浓度达到25molL(水中 与氧自由基类似,常把氧自由基和过氧化氢等共称为活性最大可溶解600mo…,脂肪最大可溶解120mol/L),就 氧。比较重要的氮自由基有一氧化氮和过氧亚硝基阴离子。可显示出明显的抗氧化作用·这说明,在正常小鼠肝脏等 发生缺血或炎症时,体内会大量产生各类活性氧,在这些活腹腔器官内,内源性氢气已经明显超过抗氧化所需要的水 性氧中,过氧化氢和一氧化氮等具有非常重要的信号作用,平。正常人终末呼吸气氢水平大约(5~10)×10-(VV) 毒性作用很弱,而羟自由基和过氧亚硝基阴离子毒性强,是乳糖不耐受和菌群紊乱等疾病患者呼吸气中氢水平可明显 然导致内源性氧化还原状态的失衡,甚至是导致抗氧化治狞发现提示我们需要重新评价人体内氢的生物学效业多x 导致细胞氧化损伤的主要介质251。过去针对氧化损伤治增加到(100~200×10v/v),临床上可通过检测呼吸 疔的研究思路是寻找足够强的还原性物质,还原性太强,必中的氢水平用来诊断上述疾病。氢气在体抗氧化作用的 无效的关键原因。因此,寻找可选择性中和羟自由基和过氧 总之,氢气具有选择性抗氧化作用的发现具有十分重要 亚硝基阴离子的物质,是治疗各类氧化损伤的有效方法,是的意义,不仅会引起基础和临床医学领域的很大兴趣,而且 抗氧化应该选择的正确思路之 可能对人类疾病的防治产生深远影响。但由于该领域的研 目前,人们在寻找选择性抗氧化物质的研究方面的进展究深度和广度有限,目前尚难以进行更加全面清晰描述和准 仍然比较慢,比较明确的选择性抗氧化物质比较少,氢是否确推测。我们将不断关注和总结该领域的发展,也希望引起 就是一种理想的选择性抗氧化物质还需要更多的研究来支更多人对氢分子医学的关注。· 12O4 · 第 二 军 医 大 学学 报 2009年 l()月 ，第 30卷 需要特殊的设备 ，操作 比较复杂 ，在临床上难 以推广 。因此， 寻找更加实用 的给 药方法也 是需要 探讨 的问题。本课题 组 经 过 理 论 推算 ，发 现 如 果 将 纯 氢 在 生 理 盐 水 中 溶 解 ，经 过 一 定 的 处 理 ，使 其 达 到 饱 和 溶 解 ，可 制 造 出 氢 的 生 理 盐 水 饱 和 溶 液 ．这 样 就 可 通 过 注射 氢溶 液 的 方 法 给药 。 目前 我 们 已 经 制备出这种溶液 ．采用腹 腔或静 脉注射饱 和氢盐水 。证 明该 注 射 液 对 新 生儿 脑 缺 血 缺 氧 损 伤 后行 为 学 、脑 梗 死体 积 和 组 织损伤程度均有 明显改善作 用 ，特别是我 们发现 ，早期 治疗 可 明显 改 善新 生儿 脑 缺 血 缺 氧 损 伤 2个 月 后 神 经 功 能 和 学 习记 忆 能 力 0 。进 一 步 研 究 还 发 现 ，该 注 射 液 对 小 肠 缺 血 再灌注损伤一。]、小肠 缺血再 灌注后 引起的肺[2 、心肌 、肝和 肾损 伤 均 具 有 治疗 作 用 。因 此 ，注 射 含 氢 生 理 盐 水 是 一 种 简 便 且 有 效 的 给 氢 途 径 。 氢 的 生 物抗 氧化 作 用 有 非 常 鲜 明 的优 点 。首 先 ，氢 的 还 原性 比较 弱 ，只 与 活 性 强 和 毒 性 强 的 活 性 氧 反 应 ，不 与 具 有 重要信号作用的活性氧反 应 ，这 是氢选择 性抗 氧化 的基 础。 其次 ，潜 水医学 的长期研究 表 明 ，人即使呼吸高压 氢也无 明 显 不 良影 响 。再 次 ，氢 本 身 结 构 简 单 ．与 自 由基 反 应 的 产 物也简单 ，例如与羟 自由基反 应生成水 ，多余 的氢可通 过呼 吸排 出体 外 ，不 会 有 任 何 残 留 ，这 明 显 不 同 于 其 他 抗 氧 化 物 质 ，如维生素 C与 自由基反应后生成对机体不利的代谢产物 (氧化型维 生素 c)，这些产物仍需要机体继续 代谢清 除。最 后 ，氢 的 制备 容 易 ，价 格 低 廉 。 因此 ，作 为 一 种 抗 氧 化 物 质 ， 氢具有 选择性强 、无毒 、无残 留、价格便宜 等诸多优点 ，具有 很 强 的 临床 应 用 前 景 。 2 氢 的 选 择 性 抗 氧化 作 用 自由基 是 含 有 未 成 对 电 子 的 原 子 、原 子 团或 分 子 。 自由 基是维持正 常生命所必需的物质 ，自由基反应是能量代谢 的 基 础 ，部 分 自由基 是 细 胞 内 重 要 信 号 分 子 ，自 由基 也 是 生 物 大分子、细胞的危险杀手 。生理情 况下 ，体 内 自由基不 断 产生 ，也不断被清除，使之维持在一个 正常生理水平上 ，自由 基过多或过少均会 给机体 造成不利 影响甚 至伤害 。生物 体 内自由基类 型有很多 ，如半醌类 、氧 、碳 和氮 自由基 等 ，其 中 研 究 较 多 的是 氧 自由 基 和 氮 自 由基 。氧 自 由基 包 括 超 氧 阴 离 子 、单 线 态 氧 和 羟 自 由 基 ，因 过 氧 化 氢 等 在 生 物 学 作 用 上 与氧 自由基类似 ，常把 氧 自由基 和 过氧 化氢 等共称 为活 性 氧 。比较 重 要 的 氮 自由 基 有 一 氧化 氮 和 过 氧 亚 硝 基 阴 离 子 。 发 生 缺 血或 炎症 时 ，体 内 会 大 量 产 生 各 类 活 性 氧 ，在 这 些 活 性 氧中，过氧化氢和一 氧化氮等 具有非 常重要 的信号作用 ， 毒 性 作 用很 弱 ，而 羟 自 由 基 和 过 氧 亚 硝 基 阴 离 子 毒 性 强 ，是 导致细胞氧化损 伤的主要 介质 。过 去针对 氧化损伤 治 疗 的研 究思 路 是 寻 找 足 够 强 的 还 原 性 物 质 ，还 原 性 太 强 ，必 然 导致 内源 性 氧 化还 原 状 态 的 失 衡 ，甚 至 是 导 致 抗 氧 化 治 疗 无 效 的 关 键 原 因 。 因此 ，寻找 可 选 择 性 中 和羟 自由 基 和 过 氧 亚 硝 基 阴 离 子 的物 质 ，是 治 疗 各 类 氧 化 损 伤 的 有 效 方 法 ，是 抗 氧化 应 该 选 择 的 正确 思 路 之 一 。 目前 ，人们 在 寻 找 选 择 性 抗 氧 化物 质 的 研 究 方 面 的进 展 仍 然 比较 慢 ，比较 明 确 的 选 择 性 抗 氧 化 物 质 比 较 少 ，氢 是 否 就 是一 种 理 想 的 选择 性 抗 氧化 物 质 ，还 需 要 更 多 的研 究 来 支 持 。 3 展 望 3．1 氢 治 疗 疾病 的机 制 关 于 氢 治 疗 疾 病 的 机 制 ，有 两 个 方 面 需 要 深 入 研 究 ，一 个 是 氢 的 选 择 性 抗 氧 化 ，由 于 氢 的 还 原作用并不十分强 ，在一定温度条件 下气态的氢可 与氧发生 反应 ，生物体 内不存 在这样 的温度 条件 ，因此 不与氧直接 发 生反应 。尽管氢不与氧化作用弱 的活性 氧直接反应 ，但 是氢 可与 氧化 作 用 很 强 的 活 性 氧 ，如 羟 自 由基 和 亚 硝 酸 阴 离 子 直 接发生反应_5]。虽然离 体实验证 据提 示氢具有选 择性抗 氧 化作用 ，但明显缺乏在体的直接证据 ，因此 ，在 体是 否也具有 选择 性 抗 氧 化 作 用 ，还 需 要 深 入 探 讨 。 另 一 个 是 信 号 机 制 ， 从 目前 的资 料 看 ，氢可 与羟 自由基 和 亚 硝 酸 阴 离 子 直 接 发 生 反应 ，其中羟 自由基活性强 ，因为羟 自由基活性 比较强 ，其本 身选 择 性 应 该 不 会 太 好 ，可 以 与 多 种 还 原 性 物 质 发 生 反 应 ， 虽然 氢 只能 与 这 样 的 活 性 分 子 反应 ，不 能 直 接 推论 为 氢 可 以 选择 性 中 和它 ，已 有学 者提 出质 疑 ，因 从 活 性 看 ．羟 自由 基 活 性是氢的 1000倍 ，除非氢 浓度 特别高 ，否则不 应该有 选择 性 。那 么羟 自由基 的 衍 生 产 物 如 果 也 能 与 氢 发 生 反 应 可 能更 有说 服力 ，当 然 亚 硝 酸 阴 离 子 可 能 选 择 性 更 好 一 些 ，因 为 其 本 身 活性 相 对 较 弱 ，更 容易 与氢 发 生 反 应 。另 外 亚 硝 酸 阴离 子能调节多种信号系统 ．这些信 号系统是否间受到 氢的 影 响 ，值 得 深 入 探 讨 。 3．2 氢 可治 疗 疾 病 的 范 围 关 于 氢 治 疗 疾 病 的 范 围 ，显 然 值 得 广 泛 研究 ，由于 氧 化 应 激 是 多 种 疾 病 的 共 同 发 病 机 制 ， 所有涉及氧化 应激 的疾病都有可能具有治疗作 用，例如各类 缺血 、炎症 、慢 性疼痛 、药物毒性 作用等 ，由于研 究的方法都 比较 成 熟 ，这 方 面 将 是 目前 发 展 最 为迅 速 的研 究 方 向 。 3．3 关于内源性 氢的作用 人类 和高等动物体 内也存在一 定水平的氢气 ，目前认为 ，这些氢气不是机 体 自身组织产生 ， 而是来 自大肠细菌代谢 被人 体吸收 。有 人曾测定 正常小 鼠 体 内不 同 器 官 氢气 水平 ，结 果 发 现 ，小 鼠大 肠 、脾 、肝 、胃 黏膜 等部位氢气水平非常高 ，如在肝脏可达到 42fmol／L，大肠和 脾 的水平更高_2 。十分巧合地是 ，采用 PC12细胞 氧化 损伤 模 型研究表明 ，只要培养基 内氢气浓度达到 25 tool／L(水中 最 大 可 溶 解 600gmol／I，脂 肪 最 大 可 溶 解 1200 mot／I)，就 可显 示 出 明 显 的抗 氧化 作 用 一 。这 说 明 。在 正 常 小 鼠肝 脏 等 腹腔器官 内，内源 性氢 气 已经 明显超 过抗 氧化 所需 要 的水 平。正常人终末呼吸气 氢水 平大约 (5～ 10)×l0 ( ／V)。 乳 糖 不 耐 受 和 菌 群 紊 乱 等疾 病 患 者 呼 吸 气 中 氢 水 平 可 明 显 增 加 到 (1OO～ 200)×10一 (v／v)，l临床 上 可 通 过 检 测 呼 吸 气 中的氢水平用来诊断上述疾病 。氢气 在体抗氧 化作 用的 发现 ，提示我们需要重新评价人体 内氢的生物学效 应_8。 总之 ，氢气具有选择性抗氧化作用的 发现 具有 十分重要 的意义，不仅会引起基础 和临床 医学领域 的很大兴 趣 ，而且 可能对人类疾病 的防治 产生深远 影响 。但 由于该领域 的研 究 深 度 和 广度 有 限 ，目前 尚难 以进 行 更 加 全 面 清 晰 描 述 和 准 确推测 。我们将不断关注和总结该领域的发展 。也希望引起 更 多 人 对 氢分 子 医学 的关 注