血管是機(jī)體運(yùn)送血液的管道，可分為動脈、靜脈與毛細(xì)血管。動脈從心臟將血液帶至身體組織，靜脈將血液自組織間帶回心臟，微血管則連接動脈與靜脈，是血液與組織間物質(zhì)交換的主要場所。血管硬化是指血管彌漫性粥樣硬化、管腔狹窄及小血管閉塞致使腦部血供減少所引起的一系列病理變化。人類最常見心血管疾病就是動脈血管硬化。
 

高血壓、糖尿病、高血脂癥等。但是，肥胖、吸煙、大量飲酒、內(nèi)分泌紊亂、壓力大、精神刺激、不良飲食與生活習(xí)慣、運(yùn)動量不足以及年齡都是動脈硬化的危險因子。所有這些導(dǎo)致心血管疾病的危險因子可通過各種途徑對血管結(jié)構(gòu)造成破壞。
 

血管功能結(jié)構(gòu)主要包括血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞，這些重要結(jié)構(gòu)被破壞會導(dǎo)致動脈硬化。內(nèi)皮細(xì)胞釋放的一氧化氮等血管舒張和收縮等調(diào)節(jié)因子，皮膚血流阻斷反應(yīng)性 (PORH)是分析血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮調(diào)節(jié)血流功能的測定方法，一般以左前臂皮膚為測定點(diǎn)，可用激光多普勒血流儀記錄阻斷前、中、后皮膚血流。反應(yīng)性充血試驗是診斷動脈粥樣硬化的常規(guī)方法，能代表總血流供應(yīng)和調(diào)節(jié)情況，觀察性試驗分為上肢和下肢。下肢反應(yīng)性充血試驗叫Lewis Pickering試驗，用血壓繃帶捆在大腿水平，充氣使氣壓高于收縮期血壓20mmHg，持續(xù)300秒后突然解除壓力，在此期間腳和跖恢復(fù)血流和正常膚色。腳掌正常最大恢復(fù)時間是12秒。上肢反應(yīng)性充血試驗叫Allen試驗，這個試驗有兩個部分，首先壓迫兩側(cè)的尺動脈和橈動脈，并用手壓緊以減少血流，2分鐘后放松橈動脈，橈側(cè)立即充血是為正常，然后同樣放松尺側(cè)。
 

反應(yīng)性充血試驗這種非創(chuàng)傷性快速測定方法能用于評估影響血管內(nèi)皮功能的危險因子，例如衰老、糖尿病、抽煙、高血壓和餐后高血糖等。所有這些血管損傷危險因子會導(dǎo)致不同程度的氧化應(yīng)激過度，氧化還原穩(wěn)態(tài)失衡能嚴(yán)重傷害內(nèi)皮細(xì)胞功能?；钚匝跏茄芄δ艿闹匾{(diào)節(jié)因子，活性氧也參與血管性疾病病理生理過程。超氧陰離子是氧氣獲得一個電子產(chǎn)物，是氧氣第一類活性氧自由基衍生物，細(xì)胞內(nèi)NADPH氧化酶、黃嘌呤氧化酶、線粒體電子傳遞鏈電子泄漏都能產(chǎn)生超氧陰離子。超氧陰離子是滅活一氧化氮的重要因素，超氧陰離子和一氧化氮能直接反應(yīng)產(chǎn)生亞硝酸陰離子。NADPH氧化酶(Nox)能催化產(chǎn)生超氧陰離子和過氧化氫，被認(rèn)為是血管組織中自由基的最重要來源。在血管組織中，Nox1、Nox2和Nox4作用比較大。這些NADPH氧化酶能被血管應(yīng)力應(yīng)激激活，其中Nox1和Nox2能產(chǎn)生超氧陰離子，超氧陰離子與一氧化氮反應(yīng)產(chǎn)生亞硝酸陰離子，這一過程一方面使一氧化氮滅活，另一方面產(chǎn)生亞硝酸陰離子傷害血管組織細(xì)胞。這種發(fā)生在血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的一氧化氮和超氧陰離子氧化還原失衡是血管內(nèi)皮功能紊亂的基礎(chǔ)。過氧化氫雖然不是自由基，也是一種重要活性氧，對血管有生理調(diào)節(jié)功能，也能導(dǎo)致血管氧化損傷。過氧化氫引起組織損傷的重要途徑是與鐵離子發(fā)生芬頓反應(yīng)，產(chǎn)生羥基自由基，羥基自由基是氧化活性極強(qiáng)的自由基，能導(dǎo)致各種生物分子損傷和強(qiáng)氧化應(yīng)激。
 

理論上，氫氣醫(yī)學(xué)效應(yīng)基礎(chǔ)是氫氣能和強(qiáng)自由基發(fā)生反應(yīng)，使這些自由基被還原為無毒的中性物質(zhì)。由于氫氣還原作用比較弱，只能和強(qiáng)氧化活性氧發(fā)生中和反應(yīng)，不會和弱氧化作用的活性氧發(fā)生反應(yīng)，所以氫氣具有選擇性抗氧化作用。正是因為氫氣抗氧化具有選擇性，在中和毒性自由基同時，不會影響具有生理功能的弱氧化活性氧。一項小規(guī)模臨床研究發(fā)現(xiàn)，飲用500毫升高濃度(7ppm)氫水的16人(8男8女)反應(yīng)性充血試驗顯著升高，從6.80% ± 1.96%升高到 7.64% ± 1.68%。18名(10男8女)安慰劑對照組則明顯下降，從8.07% ± 2.41%下降到 6.87% ± 2.94%。反應(yīng)性充血試驗改變率顯示高濃度氫水組比安慰劑對照組改變有顯著性。氫氣可能通過中和血管應(yīng)力應(yīng)激產(chǎn)生的羥基自由基，維持血管內(nèi)皮一氧化氮功能的血管調(diào)節(jié)功能。
 

除了衰老、糖尿病、抽煙血管硬化等經(jīng)典風(fēng)險因子，肥胖和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎也能引起血管硬化。活性氧也是有氧代謝中電子傳遞過程中不可避免的副產(chǎn)物。動脈硬化是類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的伴隨疾病，心血管疾病也是這類患者死亡的重要原因。炎癥反應(yīng)是類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和動脈硬化的共同表現(xiàn)，氧化自由基損傷和炎癥因子是這些疾病的共同損傷因子。這些炎癥通路會影響血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)，也會影響關(guān)節(jié)滑膜組織。血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞通過Nox產(chǎn)生的超氧陰離子參與內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂和動脈硬化的發(fā)生。氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)是這些過程的下游結(jié)果，ox-LDL是動脈硬化斑塊產(chǎn)生的關(guān)節(jié)因素。ox-LDL不能經(jīng)LDL受體代謝，但能由清道夫受體識別、結(jié)合、內(nèi)吞飲入細(xì)胞，喪失正常膽固醇代謝途徑，引起細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)沉積，泡沫樣變。
 

關(guān)節(jié)炎患者動脈硬化發(fā)生源于大量有毒物質(zhì)對血管內(nèi)皮細(xì)胞的破壞，各種細(xì)胞粘附分子如ICAM-1、血管細(xì)胞粘附分子VCAM-1和E選擇素等表達(dá)增加，促炎癥因子如腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素1和γ干擾素分泌增加，氧化應(yīng)激和上述改變相互加強(qiáng)，導(dǎo)致血管功能被破壞。
 

給健康志愿者血管內(nèi)注射腫瘤壞死因子α，30分鐘連續(xù)注射80或240 ng/分鐘可導(dǎo)致急性血管炎癥反應(yīng)和血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞。最近研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤壞死因子α抗體能緩解類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者動脈硬化發(fā)展，改善包括動脈硬化特征性病理改變，腫瘤壞死因子α和活性氧相關(guān)炎癥通路。Slezak小組研究發(fā)現(xiàn)，氫氣對低氧后適應(yīng)、放射性心臟損傷等有改善作用，這種保護(hù)效應(yīng)伴隨微小RNA-1、15b和21改變。
 

在各種活性氧中，超氧陰離子是最基礎(chǔ)的氧氣衍生物，能釋放在細(xì)胞外基質(zhì)，也能停留在細(xì)胞內(nèi)溶酶體內(nèi)。超氧陰離子自發(fā)或在SOD催化下變成過氧化氫。
 

圖 321篇?dú)溽t(yī)學(xué)論著的分析(2015)
 

氫氣的作用非常廣泛，2007年后科學(xué)家對大量疾病模型和人類臨床疾病都進(jìn)行了探討。Ichihara等2015年對321篇原創(chuàng)論著進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)這些論文大多數(shù)來自中國、日本和美國學(xué)者。大約3/4的論文是使用小鼠和大鼠進(jìn)行的疾病模型研究。使用的方法包括氫水和氫氣，也包括氫氣生理鹽水。許多早期研究報道氫氣能中和羥基自由基和亞硝酸陰離子，但是自由基清除效應(yīng)不能全面解釋氫氣的顯著效應(yīng)。氫氣的效應(yīng)也包括通過激活各種生物活性分子，例如Lyn、ERK、p38、JNK、ASK1、Akt、GTP-Rac1、iNOS、Nox1、NF-κB p65、IκBα、STAT3、NFATc1、c-Fos和ghrelin等。但是誰是氫氣發(fā)揮效應(yīng)的原始啟動分子，或者氫氣通過那種靶分子發(fā)揮效應(yīng)仍然沒有闡述清楚，這也是氫氣生物醫(yī)學(xué)研究的重要內(nèi)容。
 

Sakai T , Sato B ,Hara K , et al. Consumption of water containing over 3.5 mg of dissolvedhydrogen could improve vascular endothelial function[J]. Vascular Health &Risk Management, 2014, 10(10):591-7.

Beneficial biologicaleffects and the underlying mechanisms of molecular hydrogen - comprehensivereview of 321 original articles -[J]. Medical Gas Research, 2015, 5(1):12.