氢治疗疾病的原理及其应用进展

田一明陈 伟王喜太

1国家康复辅具研究中心,北京市老年功能障碍康复辅助技术重点实验室，民政部神经功能信息与康复工程重点实验室北京市 1001761 2河北工业大学控制科学与工程学院 天津市 300130

氢治疗疾病的原理及其应用进展

田一明1,2陈 伟1王喜太1,2

1国家康复辅具研究中心,北京市老年功能障碍康复辅助技术重点实验室，民政部神经功能信息与康复工程重点实验室北京市 1001761 2河北工业大学控制科学与工程学院 天津市 300130

氢被称为宇宙元素，它是宇宙中最丰富的元素。最近研究发现，氢是良好的抗氧化物质，加之其分子极小，能够轻易地透过脑血屏障以及一些细胞的细胞膜与保护细胞内部的线粒体，DNA等物质不被氧化。氢对于癌症、缺血再灌注、炎症、电离辐射以及代谢综合征等疾病具有潜在的治疗价值，并且副作用极小。与传统的抗氧化物质相比，氢具备许多优势。本文首先介绍了氢气所具有的三种性质:选择性抗氧化、抗炎和抗凋亡作用；其次，就氢气在治疗疾病方面的应用研究进行了综述；最后对氢的给药方式进行了总结和分析。

氧化应激；氢；选择性抗氧化；自由基

据科学观测，组成宇宙的成分中，氢元素90%，氦元素9%，同时氢还是生命元素，人体大部分由水组成，而组成人体元素中含量最高是氧，约占65%，碳排第二，约占18%，氢排第三，约占10%。核外电子的不同，氢分负氢离子、氢阳离子、氢原子三种形式，有着不同的生物学性质。因氢气溶解度较低，无法像氧气与血红和蛋白结合，通过呼吸作用被机体大量吸收，长期以来，人们一直认为氢气只是肠道菌群的代谢废气，不具有生物学作用。

近期研究却颠覆传统观点，例如日本学者的研究发现，癌症其实就是身体被“氧化”了的结果，利用负氢离子很小并且还原能力很强的特点，能对癌症有很好的抑制和消除作用[1]；负氢离子还可预防白内障等其他眼疾的发生。对氢气的相关研究也证实它具有一定的生物学效应。本文将氢所具体的良好性质及其医学的研究进展做了以下见解。

1 氢分子的作用机制

1.1 选择性抗氧化

细胞的老化、癌症等问题普遍认为是因为细胞被活性氧损伤导致的。曾2005年《science》杂志有报道关于细胞老化等问题与细胞内线粒体中的DNA受到氧化损伤有密切关系，现如何避免细胞受到毒性较强氧化物的侵袭就比较重要。机体存在的氧化应激机制，是受到不良刺激时，所产生的活性氧太多以至于机体内抗氧化物的能力下降，而引发机体内氧化系统与抗氧化系统的不平衡状态。导致机体中组织或细胞受到氧化损伤的现象。据研究，源自氧化代谢的氧化应激，会导致基底损害及DNA链断裂。因此，寻求新的抗氧化剂应对氧化应激带来的损伤是很重要的问题。

羟基自由基和亚硝酸阴离子是人体缺氧或缺血的状态时，机体所释放的活性氧。而活性氧内源性氧化物质不能将其清除，氢气可中和羟基自由基和亚硝酸阴离子等毒性强的活性氧，也不影响信号机制具有的物质：一氧化氮、过氧化氢、超氧阴离子等对信号的传导。氢气不仅中和对身体有害的活性氧，还有抗氧化应激作用，因氢气可打通Nrf2/ARE物质在体内的传输通道，使血红素加氧酶1（HO-1）等下游抗氧化酶得到充分的基因转录，可使体内减小对氧化应激的影响。氢气还可提升抗氧化酶的活性，增强机体抗氧水平。氢气的选择性抗氧化作用可提高内源性抗氧化酶活性，为抗氧化损伤提供新选择。

1.2 抗炎作用

富氢水在清除自由基、抑制炎症因子的释放具有重大作用。有学者通过大鼠的心肌梗死模型，并对其进行腹腔注射氢生理盐水实验发现，氢气可通过抑制炎症因子水平和降低氧化应激损伤来减少因缺血再灌注而引起心肌梗死的面积，此对提升心肌细胞活性起到相应的促进作用。氢气可调节炎症因子的释放，近研究表明，氢气可通过抑制验证因子核转录因子（NFKB）含量，降低相应疾病的炎症水平，提高实验标本的成活率。通过氢气UI炎症进行干预和控制将是一种新的抗炎手段。

1.3 抗细胞凋亡作用

氢气对抗细胞老化与凋亡有抑制作用。有研究对富氢生理盐水在急性脊髓损伤的大鼠上进行研究，采取对大鼠进行腹腔注射富氢生理盐水的方式，在不同时间阶段观察效果，结果大鼠体内凋亡的细胞数得到有效的抑制，且相应的细胞凋亡蛋白酶含量以及活性降低，大鼠的后肢运动能力也有提高。另有研究表明，在急性肺损伤的大鼠上通过采用静脉注射的方式来证明氢气不仅可降低肺组织的凋亡指数还可起到抑制相关促进细胞凋亡物质的活性。氢气对提升肾组织活性，减缓细胞凋亡速度，提升SOD等体内自身抗氧化物质的活性也有一定作用。目前对氢气的抗凋亡机制已有很多研究和进展，但对其确切机制的了解还尚且不充分，需做进一步研究。

2 氢气对疾病的预防和治疗作用

2.1 氢气对癌症防治

肿瘤的发生、发展与炎症和氧化应激存在重要的联系。减少机体氧化应激以及炎症水平能有效抑制肿瘤的发生。通过良好的预防和保健，大部分大肠癌是可以被预防的。氢气除了选择性抗氧化之外，氢气还可通过调节细胞内的信号分子，如MEK、VEGF等对细胞增殖和细胞通路进行调控，VEGF能促进癌症部位的血管生成，氢分子能够抑制VEGF的作用效果与细胞增殖的通路，从而在一定程度上抑制癌症的发展。杨庆玺通过对照试验表明，富氢分子水能够降低癌症患者化疗后的副作用，提高其心脏和其他器官的机能，提升癌症患者的生活质量。

2.2 氢气对心肌损伤的防护

氢分子对于对缺血而造成的氧化应激损伤有缓解效果，所以，其可用于即将移植心脏的离体保存。通过在一定温度下对将要做移植的离体大鼠心脏用不同含量的HTK保存6小时后进行再灌注实验，结果发现实验组比对照组的凋亡基因Bax活性降低，肿瘤坏死因子α下降，心脏细胞的8-OHDG及MDA水平降低。实验者采用结扎左冠状动脉前降支30min后再灌注120min的方法制备大鼠心肌缺血再灌注模型，通过实验表明饱和氢盐水可以改善由于缺血再灌注引起的心电图异常和血流动力异常，起到对心肌的保护作用。因氢是分子量为1的宇宙中最小超级元素，其渗透能力很强，且具有高扩散性，不仅透过血脑屏障，还穿过各种细胞膜进入胞浆、线粒体、细胞核和内质网等亚细胞结构。氢分子可对心肌线粒体的损伤起到防护作用，一些研究表明，富氢水似乎可通过调节心肌线粒体功能的紊乱来起到对心脏的保护功能。

2.3 其他疾病的研究

氢医学在其他疾病领域的研究也相当广泛。例如有学者将氢气应用于皮瓣移植方面，通过对患者进行腹腔注射富氢液的方法提高了皮瓣移植的成功率。一些研究采用内毒素诱导大鼠葡萄膜炎模型，通过让受试大鼠接受腹腔注射富氢水以及吸入一定浓度的氢气两种方式，研究氢气对普通膜炎的治疗效果和作用。李德东等人通过实验研究了氢分子对糖尿病大鼠周围神经病变血红素氧合酶1表达的影响作用，结果表明氢分子能够上调血红素氧合酶1的表达，促进神经细胞的抗氧化作用，减小糖尿病对神经细胞的损伤。氢气的抗氧化应激和抗炎症作用能够对肾结晶以及肾间质纤维化起到很好的抑制作用。此外，富氢水在治疗肝脏疾病，如肝硬化、改善肝功能障碍方面也具有一定的效果。

3 氢的给药方式

目前，用氢气治疗疾病的方法包括呼吸、饮用或注射氢气溶液、促进体内细菌产生氢气等。

3.1 呼吸给氢

由于一定浓度的氢气具有易燃易爆性，但是当氢气在空气中的浓度小于4%时是安全的。鉴于此日本学者Ohsawa等通过呼吸的方式给氢，将氢气、氧气和氮气按比例混合，用于治疗局灶性脑缺血再灌注损伤。此后，通过呼吸方式供给氢气在小肠移植手术、以及心肌缺血等大量模型中取得了很好的抗氧化效果。

3.2 饮用富氢水

一些学者提出负氢离子水的概念，所谓负氢离子水是指在电解水过程中靠近阴极的还原水具有较高的pH、低溶氧、极高溶氢量和极端负还原电位。这种还原水不仅可以有效地清除超氧阴离子、过氧化氢，而且能清除单线氧和羟自由基。还有学者通过用氢气溶于水中的方法，制备富氢水，一些研究表明，通过饮用者中富氢水，能够达到与吸入给氢相似的治疗效果。这使DNA免受过度氧化所造成损伤，避免了癌细胞的产生。这种还原水对于阿脲引起的细胞凋亡和糖尿病其有较好的抑制作用。

3.3 注射含氢盐水

在手术中更多采用的是注射氢盐水的方式，第二军医大学的孙学军通过腹腔注射浓度为0.8 mmol•L-1含氢盐水的方式在阿尔茨海默病、缺血再灌注导致的损伤等多种动物模型上取得了成功。

4 综述

氢具有良好的生物学效应，相对于传统抗氧化剂具有如下优点：（1）氢分子具有选择性抗氧化作用，会中和羟自由基以及过氧亚硝酸阴离子但不会影响具有信号机制的分子作用；（2）氢分子本身没有毒性，与自由基反应的产物简单，产物对身体不会构成伤害；（3）氢分子分子量小，极易通过血脑屏障以及深入细胞内部起到对DNA和线粒体抗氧化的作用。基于以上优势，确立了氢分子优良的抗氧化物地位。但是目前由于给药方式以及浓度等差异，加之氢的极易扩散性质，很难确定何何种给氢方式和剂量对疾病最有效。尽管现在对氢治疗疾病的机理研究的尚不明确，但是氢的生物学效应在多种病理模型上已经得到验证，这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。

[1]郭薇.《负氢离子与健康革命》翻译实践报告[D].大连外国语大学,2015.

[2]贾倩,霍甜甜,冯荣芳等.阿尔茨海默病氧化应激机制及抗氧化治疗进展[J].临床荟萃,2015,30(04):446-449.

[3]李德东,李波,孙岳枫等.富氢液对糖尿病大鼠周围神经病变血红素氧合酶1表达的影响[J].临床麻醉学杂志,2015,31(11):1095-1098.Inflamm,2015:1-13.

田一明（1988-），男，河北省唐山市人。河北工业大学控制科学与工程学院控制科学与工程专业2015级在读博士生。研究方向：康复机器人、专业化养老等。

陈伟（1988-），男，山东省潍坊市人。硕士学位。国家康复辅具研究中心实习研究员。研究方向为康复工程、控制工程。

王喜太（1956-），男，河北省涉县人。硕士学位。国家康复辅具研究中心研究员。研究方向为专业化养老、康复工程。