原文來(lái)自：中華全科醫(yī)學(xué) 2017 年10月第15卷第1O期

作者單位1.蚌埠醫(yī)學(xué)院2014級(jí)康復(fù)醫(yī)學(xué)與理療學(xué)專(zhuān)業(yè)在讀研究生;2.云南圣約翰醫(yī)院骨科;3.第二軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院骨科

摘要：氫氣以往被視為惰性氣體，只應(yīng)用于潛水醫(yī)學(xué)，并未受到其他醫(yī)學(xué)學(xué)科重視。自從2007年，日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)氫氣可以有效地清除自由基，改善大腦的缺血再灌注損傷，自此改變了人們的認(rèn)知。此后，各國(guó)科學(xué)家積極開(kāi)展各種實(shí)驗(yàn)以研究氫氣的效應(yīng)。目前，氫氣被證實(shí)的效應(yīng)有抗氧化、抗炎、抗凋亡等，有數(shù)十種疾病模型和人類(lèi)疾病用氫氣改善有效。神經(jīng)損傷是一種既有藥物較難治愈且起效緩慢的疾病，其損傷機(jī)制包括過(guò)氧化損傷和炎癥反應(yīng)等，目前臨床并沒(méi)有有效的解決辦法。越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)人員將目光轉(zhuǎn)移到氫氣生物學(xué)效應(yīng)研究，建立了各類(lèi)中樞神經(jīng)損傷或者外周神經(jīng)損傷模型，用于探討氫氣對(duì)神經(jīng)損傷的保護(hù)作用及機(jī)制研究。目前，氫氣或氫水改善已應(yīng)用于多種神經(jīng)損傷模型，并被證實(shí)有保護(hù)效應(yīng)，其中包括大腦的外傷性腦損傷、缺血缺氧損傷、出血后損傷和脊髓的打擊傷、鉗夾傷、缺血再灌注損傷、外周神經(jīng)缺損損傷、視神經(jīng)損傷以及自身免疫性腦脊髓炎等。本文就氫氣在神經(jīng)損傷保護(hù)中的研究進(jìn)展作一綜述。

氫是自然界最基本的化學(xué)元素，是地球上重要的物質(zhì)組成部分。氫氣曾一直被視為惰性氣體，近年來(lái)卻被廣泛應(yīng)用于多種實(shí)驗(yàn)中。。氫氣分子呈電中性，體積又非常小，因此能輕易穿過(guò)細(xì)胞膜，具有極強(qiáng)的擴(kuò)散性，能到達(dá)身體幾乎任何部位。1975年，Dole M等首先在《Science>)上發(fā)表了關(guān)于氫氣改善疾病的文章，該文探討了高壓氫氣作為一種改善手段改善皮膚鱗狀細(xì)胞癌的可能性。然而由于該試驗(yàn)操作設(shè)備要求高，技術(shù)難度大，并未引起人們的關(guān)注。2007年，日本科學(xué)家證明吸入2%的氫氣可以改善大腦的缺血再灌注損傷，原因是氫氣可以有效清除自由基，該研究成果發(fā)表在《Nature Medicine》上，引起了廣大學(xué)者的關(guān)注與研究熱情。目前研究表明，有數(shù)十種疾病模型和人類(lèi)疾病用氫氣改善有效。同時(shí)，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為氫氣或氫水可以有效防治多種神經(jīng)損傷。氫水是把氫氣溶解于純凈水或者生理鹽水中以方便應(yīng)用，是氫氣的一種存在狀態(tài)。以下就氫氣在神經(jīng)損傷保護(hù)中的研究進(jìn)展作一綜述。

1氫氣對(duì)中樞神經(jīng)損傷的保護(hù)作用

1.1外傷性腦損傷(TBI)當(dāng)今社會(huì)，導(dǎo)致青年人功能障礙或者死亡的一個(gè)重要原因就是TBI。發(fā)生腦外傷后，患者的學(xué)習(xí)及記憶能力通常有下降表現(xiàn)。TBI是全世界死亡和殘疾的主要原因，可能導(dǎo)致永久的神經(jīng)功能障礙，這給家庭和社會(huì)造成沉重的負(fù)擔(dān)。氧化應(yīng)激和免疫炎癥反應(yīng)是損傷的主要病理機(jī)制。JiX等通過(guò)建立大鼠創(chuàng)傷性腦損傷模型，并于損傷5min后腹腔注射不同劑量的富氫水，與對(duì)照組比較發(fā)現(xiàn)氫水可以有效降低血腦屏障滲透性，減輕大腦水腫，減少損傷面積，可以顯著提高因TBI導(dǎo)致的神經(jīng)功能障礙，并認(rèn)為這些效應(yīng)可能與大腦組織中8異前列腺素F2a、丙二醛(MDA)的減少以及超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(catalase，CAT)的活性升高有關(guān)。因此，氫氣可能具有抗氧化作用。

除此之外，氫水還證明對(duì)腦彌漫性軸索損傷(diffuse axonal injury，DAI)有效。DAI也屬于創(chuàng)傷性腦損傷，但與TBI不同的是，它是以廣泛軸索損傷為主要病理變化，表現(xiàn)為軸索腫脹、斷裂、軸索回縮球形成，它的病理機(jī)制目前仍不清楚。研究人員采用頭顱瞬間旋轉(zhuǎn)損傷裝置制作大鼠DAI模型，實(shí)驗(yàn)組予以腹腔注射高濃度氫氣(10ml/kg)，連續(xù)3d，每天2次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氫氣注射組較對(duì)照組相比大腦皮層星形膠質(zhì)細(xì)胞有所減少，白細(xì)胞介素-6(IL-6)、IL-1p及相關(guān)信號(hào)通路p-JNK表達(dá)降低，說(shuō)明氫氣具有減輕炎性反應(yīng)的作用。

1.2大腦缺血缺氧性損傷腦缺血是臨床上一種十分常見(jiàn)的疾病，病理生理機(jī)制復(fù)雜。一般表現(xiàn)為缺血再灌注損傷，而羥自由基(hydroxylfreeradical，·OH)和亞硝酸陰離子(peroxynitriteanion，ONO0-)等自由基又是損傷的主要因素。OhsawaI等學(xué)者最早對(duì)氫氣對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響進(jìn)行研究，其通過(guò)對(duì)培養(yǎng)的神經(jīng)元實(shí)施氧糖剝奪60min模仿缺血再灌注過(guò)程，24h后觀察，發(fā)現(xiàn)在氫氣環(huán)境下的神經(jīng)元存活率和活性更高，·OH水平有所下降，并通過(guò)阻斷大腦中動(dòng)脈90min，再灌注30min建立大腦缺血再灌注模型，然后吸人不同濃度的氫氣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)動(dòng)物吸人2%的氫氣后，·OH和ONOO-含量下降，大腦的梗死面積明顯變小，氫氣顯著改善了腦缺血再灌注損傷狀態(tài)，得出結(jié)論氫氣可以減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，抑制腦損傷。

吸入高濃度氫氣是近年來(lái)氫氣改善的新方式，并且也取得了確切療效。袁楠楠等¨刮采用四血管阻斷法建立全腦缺血再灌注(Ischemia.reperfusion，I/R)損傷模型，研究高濃度氫氣吸入對(duì)大鼠全腦L/R損傷海馬CA1區(qū)神經(jīng)元的影響。分別于術(shù)后72h、9d觀察，發(fā)現(xiàn)氫氣干預(yù)組海馬CA1區(qū)神經(jīng)元存活數(shù)量明顯較多，形態(tài)接近正常;小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量明顯減少，大鼠的學(xué)習(xí)記憶和空間定位能力提高，提出其機(jī)制可能與氫氣抑制I/R后小膠質(zhì)細(xì)胞的激活與活化有關(guān)。全腦I/R可誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子的激活，并影響全身免疫系統(tǒng)導(dǎo)致?lián)p傷加重，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)與MicroRNA(miRNA)參與了細(xì)胞反應(yīng)過(guò)程。LiQ等在制造大鼠全腦I/R模型后即刻與6h，分別向大鼠腹腔注射氫水，于術(shù)后6、24和96h觀察，發(fā)現(xiàn)對(duì)照組海馬的miR.210表達(dá)顯著增加，氫水可抑制其表達(dá);Treg細(xì)胞數(shù)目在I/R組下降，而氫水處理使之增加;并且發(fā)現(xiàn)24h的Treg轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-B(transforming growth factorTGF)、TNF-a和NF=KB含量存在高度相關(guān)，因此，大鼠的腦復(fù)蘇機(jī)制可能與上調(diào)的Treg細(xì)胞數(shù)有關(guān)。

1.3大腦出血后損傷蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)是一種具有高病死率、高致殘率和不良預(yù)后的毀滅性腦血管疾病。早期腦損傷(early braininjury，EBI)，即在SAH后72h內(nèi)發(fā)生的損傷，是SAH不良預(yù)后的原因。在EBI中起關(guān)鍵作用的是氧化應(yīng)激，主要由氧合血紅蛋白刺激產(chǎn)生。另一個(gè)參與EBI病理生理過(guò)程的重要因素是炎癥。一些文章證明，氫氣誘導(dǎo)的保護(hù)效應(yīng)與NFKB通路有關(guān)，這種信號(hào)通路會(huì)導(dǎo)致腦水腫、炎癥、神經(jīng)元凋亡和血腦屏障破壞，NFKB在SAH后被激活。因此，終止激活NFKB的易位過(guò)程可以阻斷許多與炎癥相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄，并且最終減輕SAH相關(guān)的EBI。Shao A等探討了在SAH后早期通過(guò)腹膜內(nèi)注射氫水對(duì)NFKB途徑和NLRP3炎癥小體的影響，采用血管內(nèi)穿孔法制作SAH模型，隨機(jī)分為假手術(shù)組，SAH組，SAH+生理鹽水組和SAH+氫水組。所有大鼠在SAH后24h處死，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)氫水改善可以通過(guò)抑制NFKB活化和SAH后NLRP3炎癥小體形成，來(lái)減弱炎癥反應(yīng)。Hong Y等進(jìn)一步探討了氫氣在SAH中抗凋亡的分子機(jī)制，于即刻和8h分別給予大鼠腹腔注射富氫水，并于術(shù)后24h檢測(cè)Akt、pAkt、GSK3B、pGSK3b、Bcl-2、Bax和caspase 3等，通過(guò)對(duì)照發(fā)現(xiàn)，氫水可以減輕EBI中神經(jīng)細(xì)胞凋亡，可能是通過(guò)AKT/GSK3B通路發(fā)生作用。

腦內(nèi)出血(intracerebralhemorrhage，ICH)后的肥大細(xì)胞的活化會(huì)增加血腦屏障(blood—brain barrier，BBB)滲透性，形成腦水腫，因而造成大腦損傷。Manaenko A等利用ICH模型通過(guò)觀察氫氣對(duì)肥大細(xì)胞的影響來(lái)驗(yàn)證氫氣對(duì)神經(jīng)的保護(hù)作用。8周齡的雄性小鼠，分別制作膠原酶誘導(dǎo)模型和自體血液注射模型，然后吸入含2.9%氫氣和2l%氧氣的混合氣體，結(jié)果顯示：在ICH后24和72h，血腦屏障被破壞，出現(xiàn)腦水腫和神經(jīng)缺陷，同時(shí)Lyn激酶的磷酸化和類(lèi)胰蛋白酶釋放，證明了肥大細(xì)胞的活化，氫氣吸入減少了此反應(yīng)，因此認(rèn)為氫氣吸人通過(guò)防止肥大細(xì)胞活化，阻止了血腦屏障的破壞。

1.4實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)多發(fā)性硬化是一種遲發(fā)性變態(tài)反應(yīng)性疾病，發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，屬于自身免疫性疾病，具有慢性、反復(fù)發(fā)作性、中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘性等特點(diǎn)，由髓鞘蛋白抗原主動(dòng)免疫實(shí)驗(yàn)動(dòng)物誘發(fā)，EAE是其動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｖx建平等使用大鼠制作EAE模型，每日腹腔注射不同劑量的富氫鹽水，連續(xù)20d，記錄大鼠體重、行為學(xué)評(píng)分變化;干預(yù)結(jié)束后進(jìn)行脊髓白介素.17(IL-17)、.干擾素(INF-y)以及SOD活性檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)氫水干預(yù)明顯降低了疾病發(fā)病率，抑制發(fā)病后體重下降，并且減少了炎癥因子釋放，并且6ml/kg劑量比3ml/kg效果更佳。

1.5脊髓外傷脊髓受到外來(lái)暴力打擊后，會(huì)產(chǎn)生一系列病理生理變化，其造成的損傷可分為原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。繼發(fā)性損傷的具體機(jī)制尚不明確，目前公認(rèn)的因素有氧自由基介導(dǎo)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)、興奮性氨基酸、鈣離子超載、前列腺素等。因此，減少ROS的產(chǎn)生就能夠減輕脊髓繼發(fā)損傷的損傷程度，從而為神經(jīng)功能恢復(fù)創(chuàng)造有利條件。

中樞神經(jīng)損傷后，星形膠質(zhì)細(xì)胞增生肥大，特異性膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)表達(dá)隨之增加。增生的星形膠質(zhì)細(xì)胞聚集于損傷處形成瘢痕，形成了一道機(jī)械屏障和化學(xué)性屏障，不利于神經(jīng)再生。氫水被證明可以抗炎及抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞活性。Liu FT等建立大鼠Allen脊髓打擊模型，每12h進(jìn)行一次氫水腹腔注射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氫水對(duì)照組在術(shù)后1dSTAT3、p-STAT3、GFAP和促炎性細(xì)胞因子就有所下降。在術(shù)后7和14d觀察到星形膠質(zhì)細(xì)胞活性被抑制，大鼠運(yùn)動(dòng)功能有所提高，尤其是注射氫水減少了星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)活性氧含量，減少了促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生以及星形膠質(zhì)細(xì)胞的聚集。蛛網(wǎng)膜下腔注射氫水可以抑制細(xì)胞凋亡，減輕脊髓損傷。孫建鋒通過(guò)對(duì)大鼠脊髓損傷模型進(jìn)行局部蛛網(wǎng)膜下腔間斷注射富氫鹽水(0.25ml/kg)，證明富氫鹽水能上調(diào)SOD水平，減輕氧化應(yīng)激損傷，抑制炎癥反應(yīng)，并使降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)表達(dá)水平上調(diào)。CGRP是一種保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞的調(diào)節(jié)肽，通過(guò)上調(diào)保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞功能，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡。脊髓鉗夾損傷模型用來(lái)模擬擠壓應(yīng)力對(duì)脊髓造成的損傷。顧崢嶸等研究了高濃度氫氣吸入對(duì)小鼠脊髓鉗夾損傷的影響，對(duì)改善組給予66.7%氫氣吸入，持續(xù)3d、每天4次的方案改善。結(jié)果表明氫氣改善組小鼠脊髓鉗夾傷后的BMS評(píng)分、BBB評(píng)分均升高、caspase 3蛋白的表達(dá)水平降低，小鼠足跡分析結(jié)果和脊髓損傷區(qū)的組織形態(tài)均得到明顯改善。

1.6脊髓缺血再灌注損傷I/R損傷屬于脊髓的繼發(fā)性損害，是造成神經(jīng)損傷的重要因素之一。實(shí)驗(yàn)證明吸人氫氣或注射氫水均可減輕脊髓I/R損傷。Zhou L等對(duì)新西蘭大白兔進(jìn)行20min腎下主動(dòng)脈夾閉，建立脊髓I/R模型，分別在夾閉前后5min進(jìn)行氫水(5mL/kg或10ml/kg)靜脈注射，結(jié)果較對(duì)照組相比，氫水注射提高了損傷后脊髓中SOD和CAT活性，減少了前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡和TNF及HMGB1的產(chǎn)生，降低caspase3活性，明顯提高了后肢功能評(píng)分，并提出激活mitoKATP通道可能是氫水改善脊髓損傷的保護(hù)機(jī)制，預(yù)防性注射氫水對(duì)于脊髓損傷同樣有效。孫延卿等通過(guò)ZIVIN法制備脊髓I/R兔模型，并采用氫鹽水改善，于再灌注后6、12、24、72h與模型組相比，發(fā)現(xiàn)氫鹽水組兔后肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分明顯較高，72h時(shí)脊髓MDA濃度降低、SOD濃度升高，前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元凋亡及炎性細(xì)胞浸潤(rùn)減少，認(rèn)為其作用與其抗氧化有關(guān)。腹腔注射氫水還可以增加血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)的表達(dá)VEGF是一種多肽類(lèi)糖蛋白，能夠特異性的促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)和血管形成，因此能改善脊髓的微循環(huán)障礙，從而發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)作用l。研究人員采取開(kāi)腹并夾閉腹主動(dòng)脈35min的方法建立兔脊髓缺血再灌注模型，于術(shù)前5min及8h通過(guò)腹腔注射富氫鹽水(5ml/)，發(fā)現(xiàn)氫水注射可以減少炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及細(xì)胞凋亡，減輕神經(jīng)纖維的排列紊亂，與生理鹽水對(duì)照組相比，降低了MDA含量，升高了CAT活性，緩解了紅素氧合酶1(HO-1)的下降，髓過(guò)氧化物酶(MPO)、細(xì)胞間黏附分子-1(CAM1)和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)含量顯著下降，而血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子VEGF的表達(dá)則明顯增加。

2氫氣對(duì)外周神經(jīng)的保護(hù)作用

2.1外周神經(jīng)再生外周神經(jīng)損傷在臨床中極為常見(jiàn)，盡管軸突有自發(fā)再生能力，但沒(méi)有手術(shù)干預(yù)，軸突再生進(jìn)入殘端彌補(bǔ)缺損、恢復(fù)功能仍然比較困難。自體神經(jīng)移植目前是最常見(jiàn)的修復(fù)策略，組織工程神經(jīng)移植(TENGs)也已被批準(zhǔn)用于臨床的外周神經(jīng)修復(fù)。然而，他們的效果通常不太令人滿(mǎn)意。藥物療法是外周神經(jīng)損傷的重要輔助改善，許多藥物通過(guò)抗氧化或抗凋亡機(jī)制發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用;因此，具有抗氧化和抗凋亡的物質(zhì)在外周神經(jīng)損傷后具有改善應(yīng)用的潛力，氫氣的應(yīng)用也開(kāi)始報(bào)道。ZhangYG等使用60只雌性SD大鼠，采用臀肌分離切口暴露右坐骨神經(jīng)切除坐骨神經(jīng)的10mm節(jié)段并在手術(shù)顯微鏡下反轉(zhuǎn)后與神經(jīng)切口連接?？p合傷口后對(duì)實(shí)驗(yàn)組大鼠每天腹膜內(nèi)注射5ml/kg氫生理鹽水。通過(guò)進(jìn)行行為分析、電生理評(píng)價(jià)、Fluoro.Gold(FG)逆行跟蹤和再生神經(jīng)和腓腸肌肌肉的組織形態(tài)學(xué)觀察，評(píng)估軸突再生和功能恢復(fù)情況。結(jié)果表明通過(guò)富氫水減輕了外周神經(jīng)損傷，對(duì)神經(jīng)再生改善有效果。

2.2視神經(jīng)損傷(ONC)氫水可以保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(RGC)。視神經(jīng)(目前有學(xué)者認(rèn)為視神經(jīng)屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng))損害由視神經(jīng)傳導(dǎo)通路上某種病因引起，表現(xiàn)為傳導(dǎo)功能的異常。Sun JC等通過(guò)手術(shù)建立ONC模型，并于早上6點(diǎn)和晚上6點(diǎn)對(duì)大鼠進(jìn)行腹腔注射氫水(5ml/kg)，發(fā)現(xiàn)氫水可以降低RGC凋亡，降低MDA水平，而且可以提高閃爍誘發(fā)電位和瞳孔對(duì)光反射反應(yīng)。證明氫水對(duì)視神經(jīng)損傷有保護(hù)作用。

通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)，氫氣可對(duì)各類(lèi)神經(jīng)損傷有效，如果能將氫氣進(jìn)一步應(yīng)用于臨床或許能改善當(dāng)前現(xiàn)狀，使之成為神經(jīng)損傷的一種輔助改善措施或是康復(fù)手段。