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让人着迷的氢气
发布时间:2016-11-03 09:20 来源:弘皓电子科技 阅读:
自然界有一种物质,最为简单,而分布最为广泛,占据宇宙物质组成的90%左右,这种物质就是氢。有人认为,对于高等生命来讲,吸入氧气,呼出二氧化碳,与氢何干?现在看这种看法未免有失偏颇。别忘了,自然不行无用之举,既然氢无处不在,肯定就有它存在的价值。随着科学研究的逐渐深入,我们渐渐发现氢气对生命具有巨大的贡献,原来氢是如此让人着迷。
  潜水中的氢气
  承受着海水的巨大压力,感受绝对安静的无声世界,潜入海中,和鱼虾做一次亲密接触吧。虽然美妙迷人的海底世界能让我们暂时忘记一切,但费力的呼吸动作和寂静背景下的呼吸声音会给我们留下深刻的印象。
  潜入水下时,人们需要呼吸与周围环境下同样的高压气体,因此深度越大,所呼吸的气体压力越高。潜水时最常用最方便的高压气体是压缩空气。不过,人们很早就发现,达到60~100米水下时,呼吸压缩空气会遇到一个无法克服的障碍。因为空气的主要组成成分是氮气,而高压氮气可以使人发生氮麻醉。对潜水员来讲,这显然非常危险,因此,国际上一般都规定呼吸压缩空气潜水的最大深度不能超过60 米。
  我们肯定希望超过60米,那么该怎么办呢?人们已经想到一个最简单的方法,就是换用麻醉作用小的其他气体替代氮,其中最常用的是氦和氢。目前,国际上最大的潜水深度记录701米就是采用呼吸氢、氦和氧混合气的方法实现的。
  随着一门新兴的应用性边缘学科——潜水医学(又称水下医学,是研究和解决潜水作业过程中各种医学问题的一门学科)的兴起,氢也受到了更多科研人员的关注。
  初露头角的氢
  使用氢作为呼吸气体的重要前提是,人们认为氢与氦一样,属于生理学惰性气体,就是说这种气体被人体呼吸后,不与体内任何物质发生反应。常识告诉我们,氢气本身具有还原性,因此,早期仍有少数人认为,氢气在生物体内具有抗氧化作用。1975年,有人曾在《科学》发表论文证明,连续呼吸8个大气压97.5%氢气(2.5%氧)14天,可有效治疗动物皮肤恶性黑色素瘤,并认为是通过抗氧化作用来实现的。2001年,法国潜水医学家证明,呼吸8个大气压高压氢气可治疗肝曼森血吸虫感染引起的炎症反应,首次证明氢气具有抗炎作用,并提出氢气与羟自由基(活性氧的一种,能杀死细菌等病原微生物,也能破坏DNA、细胞膜和多糖化合物等,给人体造成直接伤害)直接反应是治疗炎症损伤的基础。但上述研究并没有引起广泛注意,一方面可能是因为高压氢难以作为一般临床治疗手段,另一方面是有人曾采用同位素标记的方法没有获得呼吸氢与体内物质发生反应的直接证据。
  大显身手的氢
  2007年7月,日本医科大学太田成男教授在《自然-医学》中报道,动物呼吸2%的氢气就能有效清除自由基,显著改善脑缺血再灌注损伤(缺血性脑血管病的一种,是威胁人类生命健康的一种主要疾病),基础就是氢气在体内的选择性抗氧化作用。该研究迅速引起广泛关注,并掀起研究氢气治疗疾病的热潮。日本医科大学甚至专门建立了氢分子医学研究中心,我们的许多研究正是在他的思路启发下开展的。
  随后,该研究组又用肝和心肌缺血(心脏的血液灌注减少,导致心脏的供氧减少,心肌能量代谢不正常,不能支持心脏正常工作的一种病理状态)动物模型,证明呼吸2%的氢气可治疗肝和心肌缺血再灌注损伤。美国匹斯堡大学移植中心对氢在器官移植方面非常关注,他们证明,呼吸2%的氢可治疗小肠移植引起的炎症损伤,对小肠缺血和心脏移植后损伤同样具有保护作用。四川华西医院麻醉科发现,呼吸2%的氢可治疗肾缺血再灌注损伤。我们通过大量动物实验证明,呼吸2%氢可治疗新生儿脑缺血缺氧损伤,研究结果与日本学者的结果类似。
  上述研究表明,作为一种选择性抗氧化物质,氢对很多疾病具有治疗作用,具有十分广泛的应用前景,也彻底推翻了氢气属于生理性惰性气体的传统观点,并启动一个新的研究方向:氢分子医学。
  改头换面的氢
  一些人在提到氢气时未免会感到害怕,的确,关于氢气球爆炸致人伤残的报道也偶见报端,历史上最著名的氢气球爆炸要属德国的兴登堡气球爆炸空难。即使氢气是治疗某些疾病最好的良药,可是毕竟不能排除在气体混合过程中存在爆炸的危险,而且需要比较特殊的设备,操作比较复杂。这就给研究人员出了一道难题,怎么才能把氢气安全有效地送入人体呢?因此,他们开始寻找更加实用的给药方法。
  要知道呼吸氢治疗疾病的本质是氢首先溶解在血液中,如果把氢气先溶解在水中饮用会怎么样呢?好像主意不错。
  2008年7月,日本医科大学学者发现,给动物喝一段时间氢水后,可以抑制应激引起的记忆力下降,增加神经干细胞数量,这项研究成果在美国《神经精神药理学》杂志上发表,是有关含氢水的首次报道。随后,他们又发现,饱和氢气水可以治疗多种疾病,如人类II型糖尿病、小鼠基因缺陷引起的动脉硬化、维生素C缺乏引起的神经损伤、化疗药顺铂引起的肾损伤和帕金森病等。
  正是在这种思路的启发下,我们制造出饱和氢生理盐水,并与国内外30多家科研单位合作进行广泛深入研究。通过注射氢溶液的方法给药以后证明,氢生理盐水对新生儿脑缺血缺氧损伤具有一定的治疗作用。我们还发现,早期治疗可明显改善新生儿神经功能和学习记忆能力。该注射液对小肠缺血再灌注损伤、小肠缺血再灌注后引起的肺损伤,对心肌、肝和肾缺血再灌注损伤和吸烟引起的肺损伤等也均有治疗作用。更加不可思议的是,我们发现,中枢系统少量注射该注射液具有一定镇痛作用。
  现在日本学者已经把溶解氢的水——类似汽水——推向市场。据了解,国内上海鸿儒科技发展有限公司等多家单位已经开发出中国自己的含氢饮用水产品。可以预见,将来会有越来越多的氢气产品被开发出来,小小氢分子将广泛造福于人类健康。
  抗氧化衰老的氢
  氢的生物学作用主要是抗氧化作用,为什么它会有如此功效呢?我们要先从自由基开始说起。
  自由基是维持正常生命所必需的物质,同时也是生物大分子、细胞的危险杀手。所以正常生理情况下,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。可以想像,自由基过多或过少对机体均是有害的。生物体内自由基类型有很多,其中研究比较多的是氧自由基和过氧化氢一起被称为的活性氧。发生缺血或炎症时,体内会产生大量的各类活性氧,在这些活性氧中,羟自由基和过氧亚硝基阴离子毒性强,能直接导致细胞氧化损伤。过去的研究思路是寻找足够强的还原性物质,但是必然导致机体氧化还原状态的失衡,甚至还导致抗氧化治疗无效。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。
  氢具有选择性、无毒、无残留、价格便宜等诸多优点,是否就是一个理想的选择性抗氧化物质,需要更多研究来支持。自由基是衰老、炎症、缺血等常见疾病的重要介质,氢作为选择性抗氧化物质,将来能否走向临床,在人类与衰老和疾病的战斗中发挥重要作用,非常值得期待。
  由来已久的氢
  在生物进化的历史上,氢曾经发挥过非常重要的作用。在生命的最初阶段,厌氧细菌(在无氧条件下生活的细菌)依靠氢来对抗氧自由基的损伤。那么,在人这样的高级生物里还有没有内源的氢呢?
  实际上,人和动物体内有很多氢,这些氢的来源是大肠内的细菌分解产物,被血液吸收后运送到身体各部分。正常人终末呼吸气氢水平大约在5~10 ppm之间,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100~200 ppm,临床上可通过检测呼吸气中的氢水平来诊断上述疾病。2002年有《科学》文章证明,小鼠体内氢的水平,在肝脏等组织达到50微摩尔以上,而日本学者的实验证明,25微摩尔就能保护细胞抗氧化损伤。因此,体内的氢水平足够产生抗氧化的能力。当然,当机体发生严重的氧化损伤时,这种保护作用不能完全发挥,特别是在血液循环发生障碍时,局部氢水平也受到影响,从而产生一定伤害。这也许就是为什么补充氢能治疗这些疾病的原因。
  总之,氢气具有选择性抗氧化作用的发现,是具有里程碑意义的,不仅会引起人们对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。一个大胆的推想是,如果氢确实能在临床上发挥重要作用,这项研究有望问鼎医学生理学诺贝尔奖。但由于目前研究的深度和广度限制,笔者很难给出更加清晰的描述和展望。我们将不断关注和总结该领域的更新和发展,也希望有更多人对氢分子医学引起关注。

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