東北農(nóng)業(yè)大學張建濤課題組2018年1月在Oncotarget發(fā)表研究論文，證明氫氣皮下注射能改善二氧化碳氣腹肝損傷，這是國際上首次報道氫氣對氣腹導致的內(nèi)臟損傷的研究。

腹腔鏡比傳統(tǒng)手術有更多優(yōu)點，如出血少、切口小、身體傷害更少和恢復時間快。但是腹腔鏡也有不少副作用，其中腹腔器官缺血損傷就是其中比較常見的類型。為實施腹腔鏡手術，需要使用人工氣腹，就是向腹腔內(nèi)注射一定體積的氣體，把腹腔變成一個類似氣球一樣的結(jié)構，這樣可產(chǎn)生強于打開腹腔的視覺效果。人工氣腹比較常用的氣體是二氧化碳，常見壓力是11–14毫米汞柱，這個壓力比正常門靜脈血壓高7–10毫米汞柱。腹腔高氣壓會導致肝血流不足導致缺血損傷，氣腹放氣后可恢復組織血流，但也能導致缺血再灌注損傷。缺血和缺血再灌注損傷都可以導致氧化應激和氧化損傷。

肝缺血和缺血再灌注損傷導致氧化應激和活性氧增加，導致嚴重肝損傷。除了氧化應激，組織缺血再灌注也能導致細胞凋亡和炎癥反應和炎癥因子釋放。雖然缺血再灌注損傷發(fā)生的分子過程十分復雜，但是活性氧導致的氧化損傷是其中比較重要的基礎。許多研究表明，氫氣能通過抗氧化作用減少組織活性氧，對抗各種組織缺血再灌注損傷。作為一種改善性氣體，氫氣對許多疾病具有改善作用，例如對帕金森病、急性胰腺炎、肝硬化和膿毒癥等。氫氣能減少氧化損傷和炎癥反應減少組織缺血再灌注損傷。不過過去沒有研究評估氫氣對氣腹導致的器官損傷尤其是肝臟損傷的作用，最新研究主要針對這一想法進行驗證。

論文摘要：二氧化碳氣腹經(jīng)常用于腹腔鏡手術，隨著腹腔鏡技術的廣泛應用，氣腹導致的肝臟和內(nèi)臟器官損傷越來越受到人們的關注。氣腹導致的內(nèi)臟器官損傷主要是腹腔氣壓升高導致的腹腔內(nèi)器官血流灌注不足引起的缺血損傷，以及隨后排氣后血流恢復導致再灌注損傷。二氧化碳氣腹還存在組織二氧化碳增加的酸中毒因素。研究中將大鼠隨機分為三組，分別為對照組、氣腹組和氫氣組。對照組動物僅麻醉90分鐘，氣腹組和氫氣組動物在腹腔內(nèi)注入二氧化碳，壓力為15毫米汞柱90分鐘。氣腹10分鐘后，氫氣組動物皮下注射了氫氣(0.2毫升/公斤) 。丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶分析評估肝功能，丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽含量測定來評估氧化應激，mRNA和蛋白表達檢測核因子E2相關因子2(Nrf2)和Nrf2下游靶基因，凋亡相關基因和炎性細胞因子等。顯微鏡分析肝組織病理改變。研究結(jié)果顯示，氣腹動物肝功能、抗氧化劑含量、炎癥因子和肝病理損傷后均出現(xiàn)明顯改變，氫氣皮下注射能改善這些指標。研究結(jié)果顯示，皮下氫氣注射可以減少二氧化碳氣腹導致的肝損傷，其作用是通過減少氧化應激、細胞凋亡及炎性細胞因子釋放實現(xiàn)的。

研究亮點：氣腹器官損傷是氫氣醫(yī)學最新研究，氫氣皮下注射也是比較少采用的方法，研究設計和研究指標選擇方面都是比較常規(guī)的研究內(nèi)容，其中Nrf2相對比較新。Nrf2是代表身體內(nèi)源抗氧化系統(tǒng)，氫氣提高該系統(tǒng)功能是氫氣抗氧化和抗炎癥的一種說法。

關鍵論文結(jié)果

Figure 3: Hypodermic injection of hydrogen gas protectedagainst liver histology injury induced by pneumoperitoneum. Histopathology examination at 6 h. (A, B)C group. (C, D) P15 group. (E, F) H2 group.

論文討論

本研究旨在確定氫氣皮下注射對二氧化碳氣腹誘導肝損傷的保護作用。二氧化碳是氣腹期間最常用的氣體。二氧化碳吹入可導致內(nèi)臟器官的缺血顯著，隨后增加再灌注損傷通縮。因此，二氧化碳氣腹可引起對人體健康的負面影響。內(nèi)臟器官如肝，腎，脾，腸，卵巢和睪丸易受氣腹不利影響。肝臟受到肝動脈和門靜脈的供血，是受缺血影響最敏感的器官之一。據(jù)報道，10 mmHg氣腹導致肝動脈，門靜脈和微血管灌注顯著減少。此外，氣腹增加從10到15毫米汞柱可以通過39%減少肝流動，引起肝缺血損傷，和放氣手術導致肝缺血再灌注損傷的血液再灌注后的結(jié)果。一些研究表明，二氧化碳氣腹影響肝酶的功能，并且使組織損傷。我們的結(jié)果顯示了類似結(jié)果。事實上，我們的結(jié)果顯示，氣腹和氫氣組的ALT和AST水平均升高，但氫氣組的水平低于氣腹組。反映肝損傷程度的組織病理學檢查顯示，氫氣組損傷小于氣腹組。因此，氫氣皮下注射可以減少二氧化碳氣腹期間的肝損傷。

氫氣有許多優(yōu)點。氫氣的生物效應可以緩解多種疾病。將氫氣引入體內(nèi)的方法可以不同，包括吸入氫氣，吸入氫氣和富氫注射鹽水。已經(jīng)證明，氫氣皮下注射的保護作用與氫水腹腔注射所獲得的保護作用相同。此外，與氫氣吸入和富氫鹽水注射相比，皮下注射氫氣更方便，更安全和迅速被吸收。在我們的研究中，生化分析和組織病理學檢查的結(jié)果顯示皮下注射氫氣減少了二氧化碳氣腹引起的肝損傷。這種保護作用與降低的氧化應激，細胞凋亡和炎性細胞因子的產(chǎn)生有關。

缺血再灌注損傷導致一些內(nèi)源性抗氧化酶(如SOD)的下調(diào)和活性氧產(chǎn)生過量。SOD是一種具有特定生物催化功能的金屬酶。超氧自由基可被SOD催化并轉(zhuǎn)化為過氧化氫。MDA起源于氧化蛋白和脂質(zhì)過氧化自由基的分解，其含量反映了脂質(zhì)過氧化程度。SOD和MDA水平通常估計組織的抗氧化能力。GSH是重要內(nèi)源性抗氧化劑。GSH通過活性氧解毒保護組織免受氧化應激損傷。我們的結(jié)果顯示氫氣皮下注射通過降低MDA水平和增加SOD和GSH水平來降低肝臟氧化應激，提示氫對氧化應激的保護作用。Nrf2是一種轉(zhuǎn)錄因子，通過介導內(nèi)源性抗氧化劑的水平來抵抗氧化應激損傷。Keap1通常與Nrf2結(jié)合抑制它并將其保留在細胞質(zhì)中。然而，Keap-1-Nrf2復合物在Nrf2激活后由于氧化損傷而解離，使得Nrf2易位至細胞核中。在此，結(jié)合到抗氧化反應元件，并且致抗氧化劑酶，包括HO-1和NQO1。最近的研究表明Nrf2可以保護肝臟免受缺血再灌注損傷。HO-1和NQO1都是關鍵效應基因，它們激活可防止細胞氧化損傷。HO-1通過抑制炎癥和凋亡來發(fā)揮細胞保護作用。還可將血紅素降解為CO、鐵和膽綠素，發(fā)揮間接抗氧化作用。NQO1是一種黃素蛋白，其黃素輔因子在直接清除超氧化物中起關鍵作用。因此，NQO1可直接發(fā)揮抗氧化保護作用。我們的結(jié)果顯示氣腹后肝臟Nrf2、HO-1和NQO1的mRNA和蛋白水平均增加。皮下注射氫氣后，mRNA和蛋白質(zhì)水平均顯著增加，表明在二氧化碳氣腹期間通過增加抗氧化劑水平提高了對抗缺血再灌注損傷的肝保護作用。

Nrf2也具有抗炎能力。炎癥反應可導致缺血再灌注期間的肝損傷。炎癥反應與促炎性細胞因子的釋放有關。TNF-α是一種促炎細胞因子，是急性期反應的主要細胞因子。ICAM-1是可以由TNF-α誘導的細胞粘附分子，而IL-10是一種抗炎細胞因子阻遏促炎性反應，從而減少由炎癥引起的組織損傷。以前的研究表明，腹內(nèi)壓升高可以增強促炎細胞因子的表達。事實上，枯否細胞在再灌注的初始階段活化的并且它們因而同時釋放促炎細胞因子如TNF-α和抗炎細胞因子如IL-10。此外，缺血再灌注可以增加肝內(nèi)皮細胞中ICAM-1的表達。在我們的研究中，氣腹后IL-10，TNF-α和ICAM-1的表達增加。然而，氫氣皮下注射增強了IL-10 mRNA和蛋白的表達，降低了TNF-α和ICAM-1 mRNA和蛋白的表達，表明氫氣改善了二氧化碳氣腹導致的炎癥反應。

在肝臟缺血再灌注損傷期間可以刺激細胞凋亡。事實上，肝臟缺血再灌注可以增加Bax和caspase-3的表達。高二氧化碳氣腹壓力導致細胞凋亡增加。Bax和Bcl-2是細胞凋亡過程中的重要基因。Bax是一種促凋亡蛋白，而Bcl-2是一種抗凋亡蛋白。Bax可以誘導caspases激活其他各種凋亡分子。切割的半胱氨酸蛋白酶-3在表征凋亡途徑的半胱天冬酶級聯(lián)中起重要作用。激活的caspase-3導致DNA片段化和凋亡。在我們的研究中，氣腹并不增加Bcl-2的表達，但增加了Bax和caspase-3的表達，提示氣腹誘導肝細胞凋亡。氫氣皮下注射后，Bax和caspase-3表達減少，表明二氧化碳氣腹期間肝細胞凋亡減少。

一些方法可用于降低氣腹誘導的損傷，如缺血預處理，氣腹預處理，低腹內(nèi)壓力，逐步上升二氧化碳吹入，褪黑激素，茶堿，促紅細胞生成素和右旋美托咪。一些試劑也可用來減少缺血再灌注損傷，如沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯，天麻和氧化苦參堿。如果氫氣可以在臨床上使用，因為它比那些方法便宜，雖然它的吸入由于它的易燃和爆炸特性可能是危險的。氫氣的皮下注射比吸入更安全和簡單。而且，與其他藥物相比，氫氣不會留下殘留物。作為一種潛在的抗氧化劑，氫氣具有許多優(yōu)點，如快速擴散，不直接消除功能重要的活性氧，即使在較高濃度下也沒有毒性。因此，我們的研究強調(diào)皮下注射氫氣可以對二氧化碳期間的肝損傷起到保護作用氣腹通過減少氧化應激，細胞凋亡和炎性細胞因子的釋放。因此，皮下注射氫氣可能是針對氣腹引起的肝臟損傷的有前途的方法。