最新WHO數(shù)據(jù)表明，人類大約1/10已經(jīng)感染過(guò)新冠病毒，根據(jù)這個(gè)估計(jì)，大約應(yīng)該有數(shù)千萬(wàn)人死于這一病毒，而且這個(gè)趨勢(shì)沒(méi)有得當(dāng)有效扼制，未來(lái)人類面臨的挑戰(zhàn)依然非常嚴(yán)峻。當(dāng)然有效的措施是隔離和疫苗，但規(guī)模巨大的感染人群讓隔離的難度巨大，疫苗也很難快速發(fā)揮作用。尋找簡(jiǎn)單有效的針對(duì)病毒感染的方法措施仍然是當(dāng)下最重要的工作。日本學(xué)者最近發(fā)表論文，提出應(yīng)該充分利用氫氣抗炎癥的作用，發(fā)揮這一簡(jiǎn)單方法的優(yōu)勢(shì)，用于新冠狀肺炎的改善中。當(dāng)然中國(guó)在這方面已經(jīng)走在前面，只是接受和效仿者不多。
 

氫氣具有廣泛健康促進(jìn)作用，不僅能改善健康預(yù)防疾病，也能用于疾病改善。氫氣對(duì)健康人的好處包括改善情緒、減少焦慮，對(duì)抗過(guò)度活躍的交感神經(jīng)。在疾病防治方面，氫氣已經(jīng)被用于許多疾病的試驗(yàn)性改善，特別是肥胖和糖尿病等生活方式疾病、異位性皮炎、枯草熱、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎，呼吸系統(tǒng)疾病如哮喘慢性阻塞性肺疾病、COVID-19肺炎，神經(jīng)系統(tǒng)疾病如抑郁、癡呆、腦卒中、心搏停后綜合征、蛛網(wǎng)膜下腔出血、爆震波創(chuàng)傷性損傷，慢性腎病，膿毒癥和失血性休克，癌癥等等。
 

氫氣促進(jìn)健康改善疾病的基礎(chǔ)是具有抗炎癥抗氧化作用，其分子基礎(chǔ)是氫氣和強(qiáng)毒性羥基自由基中和的選擇性抗氧化作用，在此基礎(chǔ)上抑制自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，減少氧化應(yīng)激損傷。臨床和動(dòng)物研究表明，氫氣改善能降低氧化應(yīng)激相關(guān)分子，抑制炎癥因子表達(dá)水平。
 

氫氣可通過(guò)氣瓶提供，也可以用固體存儲(chǔ)產(chǎn)生，更多的采用電解水現(xiàn)場(chǎng)制備的技術(shù)。利用固體電解質(zhì)電解水產(chǎn)生氫氣可以獲得高純度氫氣，由于操作簡(jiǎn)便，這種方法已經(jīng)在醫(yī)院、診美容院和健身俱樂(lè)部被廣泛應(yīng)用。
 

中國(guó)學(xué)者最近報(bào)道吸入氫氣改善COVID-19肺炎患者，這這項(xiàng)研究中，研究人員使用氫氣發(fā)生器作為氫氣和氧氣的來(lái)源，通過(guò)鼻導(dǎo)管給予氫氣和氧氣混合氣吸入(氫氣66%氧氣33%)，臨床癥狀改善明顯高于接受經(jīng)典氧療的患者。由于現(xiàn)場(chǎng)氫氣發(fā)生器產(chǎn)生的氫氣流量較小，臨床醫(yī)生擔(dān)心通過(guò)鼻腔插管吸入氫氣時(shí)，氫氣從鼻孔泄漏導(dǎo)致攝取減少，血液中氫氣濃度不足。本研究假設(shè)在鼻導(dǎo)管周圍佩戴吸氧面罩，這樣可以更好地將氫氣限制在鼻周圍，保證氫氣被充分吸收，本研究使用小型豬進(jìn)行試驗(yàn)，主要考慮到這種動(dòng)物和人在器官大小、解剖學(xué)和生理學(xué)特征方面的相似性。
 

本研究以3只體重分別為16.8 kg、15.5 kg和16.8 kg的微型豬為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，飼養(yǎng)在溫光控制條件下(光照/暗循環(huán)12小時(shí))，隨機(jī)提供食物和水。手術(shù)前禁食12小時(shí)，自由飲水。肌肉注射鹽酸哌嗪誘導(dǎo)15分鐘后異氟醚維持麻醉。
 

手術(shù)方法。插入中心靜脈導(dǎo)管，豬都被置于仰臥位，在右側(cè)頸部垂直切開約10 cm，露出約3 cm的右側(cè)頸外靜脈和右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈。右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈外周用1-0絲線結(jié)扎，內(nèi)側(cè)用牛頭犬夾扎，切開，導(dǎo)管進(jìn)動(dòng)脈約5cm固定。外科手術(shù)由資深外科醫(yī)生完成，他是日本移植學(xué)會(huì)的指導(dǎo)成員和永久理事，完成了200多例臨床移植手術(shù)。氫氣吸入后0、10、30、60分鐘從血管內(nèi)導(dǎo)管取血，用氣相色譜法測(cè)定血液中氫氣濃度。
 

本研究使用氫氣吸入器氫氣JI1，該設(shè)備采用質(zhì)子交換膜(PEM)電解水系統(tǒng)，可連續(xù)產(chǎn)生高純度(> 99.999%)氫氣，流速為250 mL/min，可以365天不間斷連續(xù)工作。
 

部分鼻插管，為適合豬鼻子，鼻孔插入從原來(lái)的12毫米延長(zhǎng)到62毫米，外徑3毫米，內(nèi)徑1.5毫米。調(diào)整了鼻插管的鼻孔插入物，使之適合豬鼻子的形狀。將鼻插管深深插入自發(fā)呼吸豬的鼻腔，以250 mL/min的流速給予由氫氣發(fā)生器產(chǎn)生的100%氫氣(圖1)。

氫氣制備和吸入模式圖

獸醫(yī)麻醉面罩放置在鼻插管用來(lái)提供氧氣和異氟烷的混合物，氧氣的流量/異氟烷氣體混合物維持6 L / min以上以避免二氧化碳被重新吸入(圖2)。
 

面罩和鼻導(dǎo)管使用圖
 

為了測(cè)量血液中氫氣的濃度，我們首先將一根針插入密封小瓶13.5 mL的橡膠蓋中，抽出1 mL空氣，注入1 mL血液。為了防止氣體逸出，注射血液后立即在橡膠蓋子上涂上蠟來(lái)密封注射孔。然后血液中氫氣在密閉小瓶?jī)?nèi)緩慢釋放到瓶子內(nèi)空氣中。從瓶中采空氣樣品進(jìn)行氣相色譜法測(cè)定(0.2 mL, 0.4 mL，或1 mL，根據(jù)氫氣濃度)，用氫氣濃度0、5、50和130 ppm標(biāo)準(zhǔn)氣體做濃度曲線，吸入氫氣前血液中氫氣濃度作為本底。
 

三只豬的頸動(dòng)脈中，吸入前血液中氫氣水平幾乎為0，開始吸入10分鐘后濃度達(dá)到峰值，并在60分鐘后保持在大約相同的水平。頸動(dòng)脈血液中氫氣濃度和飽和濃度的平均值(圖3)。

三只小豬氫氣吸入后不同時(shí)間濃度

根據(jù)氫氣發(fā)生器產(chǎn)生的氫氣流量計(jì)算吸入氫氣的比例，氫氣流量每分鐘250毫升，每秒則是250/60毫升，按照每分鐘呼吸20次計(jì)算，每次呼吸氫氣預(yù)期吸入3秒積聚在鼻咽的氫氣，大約是250/20=12.5毫升。如果氫氣從鼻孔周圍無(wú)泄露，每次小豬吸入空氣150毫升，氫氣的吸入濃度是12.5/150 = 0.083，則氫氣吸入濃度8.3%。動(dòng)脈血中氫氣的測(cè)定濃度非常接近這個(gè)理論計(jì)算值。按照這個(gè)計(jì)算方式，人的吸入空氣是500毫升，相當(dāng)于12.5/500=2.5%。
 

日本學(xué)者倡議吸氫氣抗擊新冠
 

本實(shí)驗(yàn)為了建立一種利用現(xiàn)場(chǎng)氫氣發(fā)生器高效輸送100%氫氣的方法，我們通過(guò)帶氧氣面罩的鼻插管給3只豬吸入氫氣。研究表明，這樣可以獲得足夠的有效的血液氫氣濃度，說(shuō)明使用低流量氫氣發(fā)生器能滿足改善疾病的需要。
 

本研究使用的氫氣JI1氫氣發(fā)生器始終以250 mL/min的流速提供100%純度大于99.999%的氫氣。如果這樣氫氣吸入設(shè)備被用來(lái)給一個(gè)成人，在一個(gè)500毫升潮氣量和每分鐘20次呼吸次數(shù)，預(yù)期氫氣濃度將是2.5%。因?yàn)槔夏耆撕蛢和睔饬枯^低，氫氣濃度在老年人和兒童會(huì)更高。
 

本研究小組曾經(jīng)對(duì)st段抬高心肌梗死患者進(jìn)行過(guò)氫氣吸入的安全性和有效性臨床研究評(píng)價(jià)試驗(yàn)。過(guò)去試驗(yàn)采用高壓氣體鋼瓶供氣，通過(guò)一個(gè)面罩給人吸入1.3%氫、氧、氮三元混合氣，供氣流量為10升/分鐘。選擇這個(gè)流速是為了確保吸入的氫氣濃度為1.3%，因?yàn)樵谑褂萌M(jìn)行的臨床前研究中使用這個(gè)濃度能明顯減少心肌梗塞體積。按照日本《高壓氣體安全法》規(guī)定，氧氣和氫氣在壓力下混合時(shí)，氫氣濃度不得大于1.3%。
 

在目前的研究中，氫氣發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)提供的純氫氣流量很低，如果氫氣從覆蓋著吸氧面罩的鼻導(dǎo)管吸入體內(nèi)，動(dòng)脈血液氫氣飽和度可以增加到10升1.3%氫氣混合氣吸入同樣水平，這顯然能大大減少操作難度。氫氣發(fā)生器重量輕，攜帶方便，只要有電源和純水就可以在任何地方提供氫氣。此外可以長(zhǎng)期連續(xù)提供氫氣。因此氫氣發(fā)生器是一種安全方便的代替高壓氣瓶氫氣吸入改善方案。這種模式在中國(guó)已經(jīng)遍地開花，日本學(xué)者才有這樣的認(rèn)識(shí)，有一些落伍的感覺(jué)。
 

在患有低氧血癥的COVID-19肺炎患者安裝氫氣發(fā)生器，可使患者通過(guò)鼻腔插管持續(xù)吸入氫氣，這在中國(guó)也已經(jīng)有學(xué)者進(jìn)行嘗試。可以根據(jù)患者的氧合水平，在鼻插管上佩戴合適的面罩，如帶儲(chǔ)氣袋或文丘里管的面罩。使用這種方法患者可以日夜持續(xù)吸入氫氣，直到肺炎治愈出院。同樣等待在醫(yī)院外的COVID-19輕癥患者可吸入氫氣，以防治病情惡化。
 

雖然有些人在吸入氫氣后會(huì)感到頭痛，可能是由于顱內(nèi)血管擴(kuò)張，也有高血壓患者會(huì)出現(xiàn)突然血壓升高的現(xiàn)象，但目前還不知道其他可被視為不良事件的明顯癥狀。不同于其他生物活性氣體，如一氧化氮，一氧化碳和硫化氫， 氫氣不結(jié)合紅細(xì)胞內(nèi)血紅蛋白中的血紅素。因此在穩(wěn)態(tài)條件下，動(dòng)脈血中氧飽和度和氧氣和二氧化碳分壓不受氫氣吸入的影響。
 

雖然氫是宇宙中最豐富的元素，但氫氣必須人工制造，因?yàn)闅湓诘厍蛏喜⒎菤怏w分子狀態(tài)存在。氫氣已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室許多方面，包括氣相色譜和電感耦合等離子體質(zhì)譜。氫氣在化學(xué)工業(yè)中用于合成氨、環(huán)己烷和甲醇，在食品工業(yè)中用于氫化油使其更固體。最近氫氣作為一種清潔能源得到了人們的關(guān)注。按需生產(chǎn)高純度氫氣的最佳方法是電解水。在這一技術(shù)中一個(gè)值得注意的創(chuàng)新是通用電氣在20世紀(jì)70年代早期提出的固體聚合物電解質(zhì)膜電解水。隨后的重大研究和發(fā)展導(dǎo)致了一項(xiàng)技術(shù)，可一天24小時(shí)，一年365天有效穩(wěn)定地從純水中產(chǎn)生高純度氫氣。這種氫氣產(chǎn)生方法已經(jīng)被工業(yè)培養(yǎng)了很長(zhǎng)時(shí)間，人們也發(fā)現(xiàn)了很多用途。我們實(shí)驗(yàn)中使用的氫氣發(fā)生器H2JI1也采用了耐用性在50,000小時(shí)以上聚合物電解質(zhì)膜，裝置管路中剩余氫氣量較小，保證了使用安全性。此外，該裝置不受高壓氣體安全法約束。雖然氫氣發(fā)生器本身很昂貴，但電解電池耐用性很長(zhǎng)，運(yùn)行成本幾乎為零。每小時(shí)使用成本低于0.47美元。
 

根據(jù)病人情況，高壓氣瓶和氫氣發(fā)生器各有優(yōu)勢(shì)。通過(guò)呼吸機(jī)管理氫氣時(shí)，醫(yī)生應(yīng)選擇能夠提供高流量氣體的高壓氣瓶。如果醫(yī)生希望對(duì)自發(fā)呼吸患者進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)氫氣改善，建議考慮使用能夠安全產(chǎn)生低流量純氫氣的氫氣氣體發(fā)生器。
 

醫(yī)學(xué)上吸氧的歷史并不太長(zhǎng)久。氧氣被最早廣泛用于焊接和切割等行業(yè)，因?yàn)檠鯕饽苤С秩紵?。?918 - 1920年期間，醫(yī)生開始使用氧氣改善“西班牙流感”。當(dāng)時(shí)市民們沖向工業(yè)氧氣供應(yīng)公司，整晚排隊(duì)等待氧氣到來(lái)。也就是說(shuō)為了吸氧，工業(yè)氧氣也湊活著用了。目前COVID-19大流行，我們建議現(xiàn)在是重新考慮氫氣吸入療法的好處。
 

百年前人類開始大量吸氧改善流感，百年后的今天也許應(yīng)該用氫氣幫助抗擊新冠肺炎。