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其他(细胞学研究,综述等)
抑制体内部分活性氧继而产生抗氧化效应谁能做
发布时间:2016-10-28 16:23 来源:弘皓电子科技 阅读:
关于氢气生物学效应的综述也已经有许多,许多国外的综述也没有这篇更全面更系统,小编推荐这篇文章给大家阅读,对迅速了解氢气的研究非常有帮助。
氢气医学系统综述
关于氢气生物学效应的综述也已经有许多,许多国外的综述也没有这篇更全面更系统,小编推荐这篇给大家阅读,对迅速了解氢气的研究非常有帮助。
摘要
近年研究发现,氢气可以有效抑制体内部分活性氧继而产生抗氧化效应,在动物实验中显示出对多种氧化应激相关疾病的良好防治作用,并在初步的临床试验中取得类似的防治效果。有关氢气生物学效应的报道从少到多,在生物医学领域展现出广阔的应用前景。目前氢气防治疾病的作用机制尚不清楚,氢气防治多种疾病的现象难以解释,不少研究者认为氢气可能是继一氧化氮、一氧化碳和硫化氢等气体之后又一个具有重要生物活性的气体分子,在疾病防治方面可能具有独特的发展优势。本文围绕氢气生物学效应的发现,对缺血再灌注损伤的防治作用,对电离辐射损伤的防护效应,对炎症性疾病的防治作用,对代谢性和神经退行性疾病的作用,对减轻药物诱导损伤的影响,以及氢气生物学效应的分子机制等方面的研究进展,做一系统概述。
引言
氢气是自然界中最小的分子,长期以来生物学家误认为它是生理上的惰性气体,不能与生物体内的物质发生反应,如潜水医学领域,使用高压氢作为呼吸介质,是一种先进的潜水技术,世界上最大潜水深度记录就是采用呼吸氢-氧混合气的潜水方式但是,2007年ohsawa等研究发现,溶解于无细胞系统中的不同浓度的氢气可以有效选择性清除羟自由基和过氧化硝酸阴离子,显示较强的抗氧化效应,而不影响超氧阴离子基团、过氧化氢和一氧化氮自由基等具有重要生理功能的活性氧。他们利用在体大鼠插线阻断大脑中动脉脑缺血再灌注损伤模型,发现呼吸少量氢气,能有效清除动物大脑内氧化损伤终产物水平,显著改善大鼠脑缺血后脑梗死体积,并抑制小胶质细胞增生,其治疗脑缺血的效果类似免疫抑制剂FK-506,治疗作用明显超过目前临床上唯一的抗氧化药物衣达拉奉。这一报道的问世,立即引起了国内外学者的高度重视,有关氢气生物活性以及在多种疾病防治中的作用迅速成为研究热点,氢气对其他多种疾病的防治作用相继被学者们研究发现。例如,氢气对实验动物的放射损伤、器官缺血、动脉硬化、肝硬化、氧中毒、糖尿病、器官和系统炎症、创伤、巴金森病、老年性痴呆、一氧化碳中毒、百草枯中毒等,均有很好防治作用,在生物医学领域展现出广阔的研究发展前景。氢气具有选择性抗氧化作用的发现,彻底推翻了氢气属于生理性惰性气体的传统观点。但是,目前绝大部分的研究集中在氢气防治疾病的现象观察上面,对其作用机理基本处于研究起步阶段,仍是以氢气抗氧化,从而发挥抗炎、抗细胞凋亡为基础,许多现象尚难解释,随着对其作用机制研究的不断深入,很可能还有其它未知的重要作用,相信氢气对伤病的防治作用还将有重要新发现,加之已有研究尚未发现分子氢对机体有毒副作用,经过全面系统的毒理学评价证实之后,极有可能在临床上得到推广应用。
氢气生物学效应的发现
目前认为人体内没有可催化产生氢气的酶类,机体新陈代谢过程中一般不产生氢气,但是,人类和高等动物体内存在极微量的氢气,即内源性氢气。内源性氢气来自于机体大肠内厌氧细菌的代谢,这些细菌降解肠道内未被吸收的多糖,通过氢化酶产生氢气,氢气再经肠道扩散至全身。在肠道内,细菌可将氢气转化为硫化氢、甲烷和乙酸,在肠道外,氢气可以从肺脏和皮肤排出。正常生理条件下,人体每天大肠内厌氧细菌产生大于12L的氢气,终末呼气时氢气的浓度可达5-10ppm。在小鼠的某些组织器官中也可检测到较高浓度的氢气,如结肠、胃粘膜、肝和脾等,小鼠肝脏内氢气浓度可达42μ。值得注意的是,在Ohsawa等的实验中,采用PC12细胞氧化损伤模型的研究表明,只要培养体系内氢气浓度达到25mmol/L(一个大气压下水中可溶解氢气6mmol/L),就可以显示出显著的抗氧化效果。这说明了生物体内内源性氢气的水平已达到氢气发挥生物学效应所需的浓度,暗示内源性氢气可能具有一定的生理功能,例如影响肠道菌群的抗生素产生的一些副作用也许与其抑制内源性氢气的生成有关。
法国著名化学家拉瓦锡是最早研究氢气生理作用的科学家。早在1789年,拉瓦锡和塞奎因曾经将氢气作为呼吸介质进行动物实验研究。实验中,拉瓦锡等把豚鼠放入钟形玻璃容器内,使容器中维持生命的氮和氧保持一定量,然后添加氢,豚鼠在容器内呼吸氢氮氧三元混合气,历时8-10h,未发现来自外界的氢气(外源性氢气)给机体带来任何不利影响。为了解决大深度潜水氮麻醉问题,增加人员潜水深度,科学家把氢气作为潜水呼吸气进行人体实验研究。例如,1937年,英国Case和Haldane把人暴露于1.1MPa压力下,呼吸氢氧混合气5min,未发现明显的生理变化;1941年前苏联Lazarev等把小鼠加压到9.1MPa,呼吸氢氮氧混合气,停留3min,尔后经过约1h的减压,获得成功;在数十个大气压下,应用氢氧、氢氦氧混合气潜水取代氮气,潜水员呼吸氢气未发现任何毒副作用。在辐射化学领域,Buxton等[15]发现溶解在水中的氢气可以减少光解水与辐解水来源的羟自由基,但对生命体系中氢气是否具有同样的作用未做研究。在潜水医学领域,氢-氧混合气的潜水过程中存在着潜水员呼吸数十个大气压高压氢气的情况,于是Kayar等[16]试图应用同位素的方法,希望在高气压条件下证明氢气能与体内溶解状态下的氧气或其它高活性自由基直接反应,但由于氢气能反应的目标物质较少,他们的研究未获得任何发现。长期以来,潜水医学家认为氢气属于生理性惰性气体,氢气在生物体内不能表现出还原性,氢气无法与生物体内的任何物质发生反应。但少数人依然认为氢气具有抗氧化作用,最早报道氢气生物学作用的是Dole等[17],他们发现在8个大气压下,连续呼吸97.5%的氢气,两周后小鼠皮肤鳞状细胞癌显著缩小,他们推测氢气可能是一种自由基反应的催化剂,由于实验条件特殊,可重复性差,这一研究未能继续进行下去。随后Gharib等[18]发现呼吸7个大气压的氢气对小鼠肝脏寄生虫感染后的炎症具有显著治疗作用,首次证明氢气具有抗炎作用,并提出氢气与OH的直接反应是其治疗炎症损伤的分子基础,但他们同样没有展开任何后续的研究工作。虽然这些个别研究显示了氢气在治疗某些疾病中的一些现象,但是由于机理不明、研究不深、需要高气压条件等原因,未引起其他学者兴趣。
真正使得分子氢进入医学和生命科研究领域并且迅速成为研究热点的是Ohsawa等。他们通过多年的深入研究,在2007年5月Nature Medicine上发表研究结果,发现在非高压条件下,给予小量氢气能够治疗大鼠脑缺血再灌注损伤,并提出了氢气具有选择性抗氧化作用的观点。所谓选择性抗氧化是指氢气只与OH和ONOO-发生反应,并不与其它在生理过程中发挥作用的活性氧反应,如O2??、H2O2和NO?等。细胞内的O2和H2O2是重要的信号传导分子,同时它们调节细胞凋亡、增殖和分化等生理过程;H2O2可以通过髓过氧化物酶转变为次氯酸,后者在细菌入侵机体时起到保护作用;NO?是重要的神经递质,也是血管舒张过程的重要参与者。因为氢气的还原性比较温和,不足以干扰体内正常的氧化还原代谢反应,也不足以破坏与活性氧相关的细胞信号传导,不像很多强还原性的抗氧化剂那样会影响到体内必须的生理过程。目前?OH是学界公认的活性最强的自由基,ONOO-的活性也明显高于其它活性氧。OH和ONOO-比其它活性氧活泼的多,Setsukinai等[20]使用HPF、APF和DCFH三种荧光素研究了OH、ONOO-、次氯酸根(ClO-)、单态氧(1O2)、O2、H2O2和NO,发现OH对上述三种荧光素的反应活性是其它活性氧的100到400倍,而ONOO-的反应活性也是其它活性氧的20到60倍,还原性比较温和的氢气只与这些强自由基发生反应。除抗氧化作用温和以外,氢气的高气体扩散性也是其他抗氧化剂所不具备的[21],目前大多数的抗氧化剂是无法高效到达作用靶点的,但氢气可以轻而易举穿透生物膜,到达细胞质、线粒体和细胞核等,有效地清除OH。因此从理论上分析,使用氢气可能不会产生任何副作用,与已有其他抗氧化物质相比医学应用前景可能更乐观。自Ohsawa论文发表之后,有关氢气生物活性以及对多种疾病防治的研究,呈现飞速发展的强劲态势。

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