氫氣是生物學(xué)界的學(xué)者公認(rèn)的生理惰性氣體，在通常的臨床條件下，氫氣對于人體組織無作用，與細(xì)胞亦無實(shí)質(zhì)性的相互作用。盡管高壓氫氣對于嚴(yán)重的皮膚癌具有一定的治療作用，但由于高壓氫氣制備技術(shù)要求高、操作難度大，難以在基礎(chǔ)設(shè)施較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行推廣，因此高壓氫氣的使用在后續(xù)鮮有報道。近年有學(xué)者發(fā)現(xiàn)氫氣分子可選擇性清除人體細(xì)胞中的不良自由基，定量吸入氫氣對于神經(jīng)系統(tǒng)損傷患者的腦缺血再灌注具有顯著的修復(fù)及抗氧化作用，氫氣的醫(yī)療應(yīng)用價值再次成為生物醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。鑒于氫氣的選擇性抗氧化機(jī)制，同時兼具高彌散性、分子量低和制備成本低的特點(diǎn)，氫氣不僅在臨床疾病治療中具有重要價值，在康復(fù)療養(yǎng)領(lǐng)域也具有廣闊前景。本文結(jié)合氫氣的特性及其在臨床中抗氧化、抗炎、抗凋亡和神經(jīng)保護(hù)作用，對氫氣吸入、富氫水及富氫溶液在康復(fù)療養(yǎng)中應(yīng)用的價值及研究進(jìn)展做一綜述。

 

１氫氣的特性

 

氫氣，作為自然界已知相對分子質(zhì)量最小的氣體，由于其低密度、低質(zhì)量和難溶于水的特性，通過簡單的排水集氣法即可以收集，早在１６世紀(jì)，氫氣便開始被人工所制備。氫氣為無色無臭氣體，不溶于水、乙醇或乙醚。氫氣與空氣混合后，遇溫度急劇上升或明火時會發(fā)生爆炸。同時，氫分子在高溫狀態(tài)下較不穩(wěn)定，易與其他元素反應(yīng)生成化合物，與氟、氯、溴等鹵素極易發(fā)生劇烈反應(yīng)。工業(yè)主要采用天然氣分解或水煤氣分解收集制備氫氣，而不采用耗能較高的水電解法進(jìn)行制備。一般情況下氫氣會制備成高度壓縮的氣體并儲藏于特殊材料的鋼瓶中，制得的氫氣大量用于石化行業(yè)的裂化反應(yīng)或用于生產(chǎn)氨氣。由于氫氣分子量低，容易進(jìn)入許多金屬的晶格中，從而使氫氣溶于鋼中產(chǎn)生“氫脆”的現(xiàn)象，因此氫氣的存儲和運(yùn)輸?shù)牟牧闲枰訌?fù)雜設(shè)計的合金鋼鐵，在存儲中也應(yīng)當(dāng)單獨(dú)存放，避免與其他元素合并存放。

 

２氫氣在疾病治療中的作用和機(jī)制

 

２.１氫氣的選擇性抗氧化作用

 

在自由基氧化反應(yīng)模型中，氫氣對人體中常見的羥自由基和過氧亞硝酸自由基具有顯著的清除和抑制作用，同時增加局部組織超氧化物歧化酶的水平，使多種抗氧化物參與抵抗自由基的反應(yīng)。無論是羥基自由基還是過氧亞硝酸自由基，當(dāng)氫氣參與到普通生物膜的自由基鏈反應(yīng)中時，氫氣能夠與生物膜上的不飽和脂肪酸發(fā)生反應(yīng)，從而避免自由基對組織細(xì)胞帶來的過度氧化作用。

 

２.２氫氣的抗炎作用

 

早年高壓氫氣被證明能夠用于寄生蟲型肝炎和皮膚鱗狀細(xì)胞癌的治療，但是由于高壓氫氣制備難度較高，因此并未得到更多推廣和研究。而近年多項研究表明，常壓氫氣和富氫水能夠參與多個炎性因子基因表達(dá)信號通路的調(diào)節(jié)。如ｐ38-MAPK信號通路，可有效降低核因子及腫瘤壞死因子等炎性因子的表達(dá)。而在細(xì)胞間的炎性因子關(guān)聯(lián)來看，富氫化處理能夠顯著降低典型炎性因子受體髓樣分化因子88（Mydd88）的細(xì)胞表達(dá)，從而有效避免因脂多糖介導(dǎo)的炎性因子反應(yīng)出現(xiàn)。富氫水對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等慢性免疫系統(tǒng)疾病也具有較為顯著的抗炎作用。同時，由于氫氣的滲透性，用于人體時能夠有效保證其作用在炎癥反應(yīng)過程中的多個蛋白質(zhì)與酶，從而阻斷多種炎性反應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，因此氫氣可能對于多種炎癥的治療都有其臨床價值。

 

２.３氫氣的抗凋亡及神經(jīng)保護(hù)作用

 

含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（caspase）是人體細(xì)胞中廣泛存在的蛋白酶，主要控制真核細(xì)胞的生長、分化和凋亡。對患有急性腹膜炎的大鼠進(jìn)行飽和氫氣鹽水灌注治療后，炎癥反應(yīng)得到了有效控制。從作用機(jī)制上看，一方面是由于氫氣能夠抑制細(xì)胞組織中炎性因子的表達(dá)，從而減輕局部組織的炎癥反應(yīng)；另一方面是因為氫氣能夠降低caspase蛋白酶的酶原的激活，從而在源頭上阻斷其對特定細(xì)胞的蛋白切割，以減少局部組織細(xì)胞因炎性因子表達(dá)而發(fā)生凋亡。而在阿爾茨海默癥等神經(jīng)疾病的研究模型中，氫氣在減少炎癥反應(yīng)的同時，還可有效減少組織內(nèi)活性氧引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)，抑制促凋亡分子，保護(hù)神經(jīng)末端的細(xì)胞免受c-Jun氨基末端激酶（JNK）的影響，從而在神經(jīng)疾病的治療中起到有效的神經(jīng)組織保護(hù)作用。

 

３氫氣在康復(fù)療養(yǎng)中的應(yīng)用研究

 

３.１氫氣吸入的應(yīng)用

 

相較于靜脈注射或口服等其他途徑，氫氣吸入是氫氣分子進(jìn)入人體循環(huán)系統(tǒng)的快速手段。同時，由于氫氣的低密度和高彌散性特點(diǎn)，氫氣吸入不會對人體的血壓、心率、體溫等生命體征帶來影響，且能夠較快分散到達(dá)患者的全身病灶。近年來國內(nèi)外多項研究先后證明，氫氣吸入對多種疾病具有潛在的治療效果。氫氣吸入對２型糖尿病有良好治療作用，并且有預(yù)防２型糖尿病和胰島素抵抗的潛能。氫氣治療可顯著降低膽固醇水平，同時也能促進(jìn)體質(zhì)指數(shù)和腰臀比下降，氫氣對代謝綜合征具有潛在預(yù)防和治療作用。對急性腦梗死、急性心肌梗死有治療效果，同時保護(hù)多器官缺血再灌注損傷。得益于氫氣的選擇性抗氧化及細(xì)胞組織保護(hù)作用，氫氣對于因大量化療藥物而產(chǎn)生的臟器應(yīng)激反應(yīng)的恢復(fù)治療也有著較好的應(yīng)用價值，對化療藥物“減毒”，對放療治療“保護(hù)增效”，對組織器官起到重要的保護(hù)作用。雙盲對照臨床研究結(jié)果提示，氫氣對阿爾茨海默癥有潛在治療作用，尤其對攜帶APOE4基因型的效果更佳。在新冠病毒肺炎疫情流行期間，氫氣因其分子量小、易擴(kuò)散及抗炎抗凋亡作用，《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七、八版）》已經(jīng)把氫氣治療作為推薦治療方法，應(yīng)用于新冠肺炎患者的輔助治療。氫氣吸入療法制備簡易，使用方便，在常規(guī)康復(fù)療養(yǎng)中具有很好的應(yīng)用價值，但氫氣吸入濃度有限，需較長時間才能體現(xiàn)療效。通常情況下，在醫(yī)院、康復(fù)療養(yǎng)機(jī)構(gòu)或患者的居住環(huán)境下即可開展氫氣吸入的治療，以１％～４％濃度的氫氣混合到正?？諝庵羞M(jìn)行制備，或通過醫(yī)用制氫機(jī)產(chǎn)生，利用面罩、導(dǎo)管或呼吸機(jī)等輔助吸入，即可作為日常低濃度氫氣的治療手段。因此氫氣吸入療法在多種疾病的康復(fù)療養(yǎng)中簡便易行，療效可靠。

 

３.２富氫水的應(yīng)用

 

除了氫氣吸入，氫氣的另一攝入方式為飲用富氫水。糖尿病患者保持較長時間的富氫水飲用習(xí)慣后，在排除其他干擾因素的前提下，患者的胰島素抵抗和糖耐量異常情況得到了較為顯著的改善，其總膽固醇和低密度脂蛋白水平也顯著降低，血脂和血糖水平更加穩(wěn)定。長期飲用富氫水也能有效降低類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者的疼痛程度，增強(qiáng)其免疫力，從而顯著改善關(guān)節(jié)炎的癥狀。相較于其他治療手段，飲用富氫水的優(yōu)勢在于安全且實(shí)施難度低，實(shí)際應(yīng)用中可以將普通飲用水更換為富氫水，從而使康復(fù)患者每日保持２Ｌ左右的富氫水飲用量，且不會帶來其他治療方式可能產(chǎn)生的心理負(fù)擔(dān)。缺點(diǎn)在于富氫水的制備和普及成本較高，需要富氫水制備技術(shù)的成熟和市場上相關(guān)產(chǎn)品的豐富。

 

３.３富氫溶液的應(yīng)用

 

氫氣飽和生理鹽水具有顯著的抗炎、抗氧化及神經(jīng)保護(hù)作用。對心臟驟停的大鼠給予氫氣飽和生理鹽水腹腔注射后，大鼠的存活率顯著升高，經(jīng)心肺復(fù)蘇后的預(yù)后情況也更好。富氫溶液靜脈注射對于動脈粥樣硬化斑塊及急性一氧化碳中毒型神經(jīng)損傷均具有保護(hù)作用，能夠在短時間內(nèi)減少心臟或腦神經(jīng)組織因缺氧或血液毒素導(dǎo)致的損傷，從而有效降低急性發(fā)病導(dǎo)致的死亡，且能夠有效改善患者的預(yù)后情況。

 

４氫氣在康復(fù)療養(yǎng)應(yīng)用中的安全性、可行性及局限性

 

４.１氫氣的安全性

 

氫氣在臨床及康復(fù)療養(yǎng)應(yīng)用中具有較高的安全性。

 

①雖然氫氣是易燃易爆的氣體，但臨床應(yīng)用中很難達(dá)到氫氣可燃爆的條件。只有當(dāng)氫氣濃度≥４.２％且遇明火才出現(xiàn)燃爆的可能性，目前普遍應(yīng)用的吸入型氫氣為混合型氣體，氫氣的濃度在２％左右，未達(dá)到可燃爆的下限濃度。

 

②目前氫氣的儲存與應(yīng)用材料為合金材料鋼瓶，吸入式用具也可調(diào)節(jié)氫氣吸入的濃度和壓力，無論通過呼吸機(jī)還是導(dǎo)管吸入氫氣都具有很高的安全性。

 

③目前氫氣的應(yīng)用都在常溫常壓下進(jìn)行，不會因為操作中的減壓不當(dāng)而導(dǎo)致氣栓的出現(xiàn)。因此目前氫氣仍然具有較好的安全性和應(yīng)用價值。

 

４.２氫氣制備來源的可行性

 

目前制備氫氣作為一項醫(yī)療或療養(yǎng)資源是否能夠大規(guī)模推廣主要表現(xiàn)在以下３個方面：

 

①合金鋼瓶制作運(yùn)輸成本高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣。加壓后的氫氣易燃易爆，需要單獨(dú)開設(shè)運(yùn)輸線，其運(yùn)輸儲藏成本也會增加，不符合日常應(yīng)用的需求。

 

②富氫水制備工藝復(fù)雜，前期投入成本高。同時對容器、裝量、壓強(qiáng)和過濾設(shè)備都具有嚴(yán)格要求。

 

③目前國內(nèi)外醫(yī)用中小型氫氣（水）制造技術(shù)專利相對集中在少數(shù)幾家公司，市場可選擇的產(chǎn)品比較有限，且價格較高。

 

④雖然醫(yī)用氫氣（水）設(shè)備價格較高，但在康復(fù)療養(yǎng)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用更便捷和安全，可直接購買產(chǎn)品或?qū)で罂蒲泻献鞯确绞浇o予技術(shù)支持。

 

４.３氫氣在康復(fù)療養(yǎng)應(yīng)用中的局限性

 

氫氣療養(yǎng)見效慢，療程長。在康復(fù)療養(yǎng)項目中，多數(shù)療養(yǎng)時間控制在３０ｄ內(nèi)，且多為慢性疾病，氫氣吸入療法在短期內(nèi)無法讓療養(yǎng)患者感受到明顯的改善效果，使其對氫氣療法產(chǎn)生懷疑和心理負(fù)擔(dān)。因此在氫氣療養(yǎng)項目中需要對流程進(jìn)行優(yōu)化，協(xié)同富氫水飲用、富氫水沐浴、氫倉等多種氫療項目有機(jī)結(jié)合以增強(qiáng)療效，同時配合定期體檢，使療養(yǎng)患者感受到氫氣療法的實(shí)際效果。相關(guān)研究和宣傳落后，民眾對于氫氣治療以及與康復(fù)療養(yǎng)結(jié)合的認(rèn)識度和接受度都比較差。因此在未來應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對氫氣與康復(fù)療養(yǎng)的研究和開發(fā)，同時做好氫氣醫(yī)療的宣傳，適時推出成熟的氫氣康復(fù)療養(yǎng)項目。

 

５小結(jié)

 

綜上所述，氫氣的廣泛存在和生物分子醫(yī)學(xué)的進(jìn)步為氫氣的應(yīng)用研究奠定了理論基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用中也不斷對氫氣的用法和用途做出新的探索和嘗試，而且多數(shù)研究均取得了令人滿意的成果。雖然氫氣的康復(fù)療養(yǎng)應(yīng)用仍然存在較多的挑戰(zhàn)和問題，但目前多項病理模型及臨床應(yīng)用研究表明，氫氣具有較為明確的安全性，對多種疾病的治療和康復(fù)具有較好的有效性，因此氫氣在康復(fù)療養(yǎng)中的應(yīng)用具有廣闊的前景和價值，值得進(jìn)行更多探索嘗試。