氫氣劑量效應(yīng)分析是氫氣醫(yī)學(xué)臨床研究的重要內(nèi)容，如何無(wú)創(chuàng)準(zhǔn)確分析氫氣劑量是氫氣醫(yī)學(xué)臨床需要的方法，直接分析呼出氣體中氫氣含量是一種比較理想的方法。
 

氫氣分子在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)代謝有多種檢測(cè)方法。分析動(dòng)物呼出氣體氫氣含量是一種無(wú)創(chuàng)簡(jiǎn)便的研究方法。呼出氣體樣品可以直接分析氣態(tài)氫氣含量，氣體分析的靈敏度非常高，一般呼吸氣體中含有微量氫氣就非常容易檢測(cè)，不需要進(jìn)行萃取濃縮可以直接分析，這不僅能簡(jiǎn)化檢測(cè)方法，而且可以提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。臨床上有現(xiàn)成的呼出氣體氫氣水平分析，結(jié)合甲烷和二氧化碳濃度分析，可以非常方便檢測(cè)，是氫氣臨床醫(yī)學(xué)研究值得選擇的檢測(cè)方法。
 

俄羅斯學(xué)者最近在會(huì)議中報(bào)道了大鼠呼出氫氣含量分析的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組是10只Wistar大鼠，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)平均體重238±13克。實(shí)驗(yàn)過(guò)程動(dòng)物獲得標(biāo)準(zhǔn)能量維生素礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)平衡飲食。
 

一般分析動(dòng)物呼出氣氫氣采用密封分析法，有的研究動(dòng)物呼出氣體不和系統(tǒng)外空氣混合，也有研究是通過(guò)采氣系統(tǒng)從周圍吸入空氣。這些實(shí)驗(yàn)，首先將動(dòng)物放入PVC管，兩端用塑料膜密封(注意：塑料會(huì)有氫氣泄露，但實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，或材料厚度比較大，密封操作嚴(yán)格情況下可以使用)。管內(nèi)氣體被氣泵強(qiáng)制吸入氫氣和二氧化碳分析儀。
 

本實(shí)驗(yàn)采用1.84升玻璃瓶密封大鼠，瓶口用鐵蓋密封，蓋子上安裝氣體閥門(mén)，可以和密封頭或通氣管連接。為提高氣密性，在容器的外螺紋上涂有螺紋連接的密封劑。系統(tǒng)通過(guò)壓縮機(jī)和外界空氣交換?？諝獗猛ㄟ^(guò)三通管持續(xù)對(duì)容器內(nèi)空氣進(jìn)行換氣給分析器采樣。通過(guò)氣體流量計(jì)控制空氣通氣速度為250毫升/分鐘。實(shí)驗(yàn)裝置流程見(jiàn)圖1.

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
 

開(kāi)始分析氫氣濃度時(shí)停止壓縮機(jī)供氣，然后用三通閥門(mén)轉(zhuǎn)換密閉整個(gè)系統(tǒng)。隨后啟動(dòng)空氣泵開(kāi)始進(jìn)行空氣循環(huán)換氣。氫氣分析按照動(dòng)物和容器體積進(jìn)行含量計(jì)算，假定大鼠呼吸率為27.27±2.39 ml/min/100g。氣體分析采樣通過(guò)三通管，采樣經(jīng)過(guò)氫氣分析儀分析濃度。這種分析方法能評(píng)估腸道內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生氫氣和飲用氫水后氫氣的釋放規(guī)律。
 

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，所有動(dòng)物稱重采集血液。18周標(biāo)準(zhǔn)飲食后，連續(xù)5周分析口服乳果糖后呼出氣體中氫氣水平。最后動(dòng)物稱重、收集血液和組織樣本。
 

乳果糖氫氣呼吸分析方法：第一天動(dòng)物禁食16小時(shí)，次日口服乳果糖后每30分鐘分析一次氫氣含量，持續(xù)測(cè)試8小時(shí)。測(cè)試過(guò)程動(dòng)物被密封在容器內(nèi)進(jìn)行持續(xù)空氣泵通風(fēng)，每次封閉容器后平均15分鐘后測(cè)定氫氣濃度(我的理解是，每次測(cè)定數(shù)值為連續(xù)15分鐘內(nèi)經(jīng)過(guò)呼吸排除的氫氣總量，主要是動(dòng)物呼吸氣體量比較小，立刻測(cè)定無(wú)法反應(yīng)呼出氣體中氫氣水平，連續(xù)測(cè)試可能會(huì)破壞氣體平衡)。
 

請(qǐng)注意，這種測(cè)定方法沒(méi)有進(jìn)行二氧化碳清除和氧氣的補(bǔ)充，這可能會(huì)影響動(dòng)物的生理功能，特別是呼吸和循環(huán)功能，這給氫氣的測(cè)定會(huì)產(chǎn)生一定的影響。不過(guò)總體體積比較大。短時(shí)間內(nèi)不足以導(dǎo)致嚴(yán)重二氧化碳中毒和缺氧。
 

進(jìn)一步發(fā)展這種分析方法，由于和外界沒(méi)有氣體交換，密閉空間內(nèi)動(dòng)物無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間生存。為達(dá)到長(zhǎng)期持續(xù)分析，長(zhǎng)期密閉生存的目的，必需給系統(tǒng)提供生命支持系統(tǒng)，包括自動(dòng)給飲水系統(tǒng)、二氧化碳清除、氧氣濃度分析和補(bǔ)充系統(tǒng)。二氧化碳吸收劑是堿石灰，吸收二氧化碳和水后產(chǎn)生碳酸鈉和碳酸鈣，不會(huì)釋放氣體成分。氧氣濃度分析隨時(shí)檢測(cè)氧氣濃度，自動(dòng)供氧系統(tǒng)通過(guò)U型壓力計(jì)和液體閥用氣瓶給系統(tǒng)補(bǔ)充氧氣。
 

使用這個(gè)系統(tǒng)研究動(dòng)物飲用氫水后氫氣的代謝，需要避免在密閉系統(tǒng)內(nèi)存在氫水，因?yàn)闅渌矔?huì)釋放氫氣進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)。這需要?dú)渌臍錃鉂舛龋梢允褂靡粋€(gè)系統(tǒng)，給動(dòng)物進(jìn)行按需供水。
 

研究結(jié)果
 

對(duì)這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。經(jīng)典的呼氣氫濃度分析一般是口服乳果糖。測(cè)試是分析口服乳果糖對(duì)基礎(chǔ)飲食后氫氣產(chǎn)生增加的情況。

圖2是測(cè)定結(jié)果。所有大鼠呼吸氣體基礎(chǔ)氫氣水平最大最小值。a圖是只口服乳果糖的情況。b是和標(biāo)準(zhǔn)飲食基礎(chǔ)上口服乳果糖。結(jié)果現(xiàn)實(shí)，乳果糖服用5-7小時(shí)后，氫氣水平顯著升高，這一結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道一致。乳果糖口服后5小時(shí)后到底大腸，此處細(xì)菌利用乳果糖合成氫氣，部分氫氣被腸道粘膜吸收，通過(guò)血液循環(huán)從肺揮發(fā)排到體外。值得注意的是，10只大鼠只有8只發(fā)現(xiàn)氫氣含量明顯升高。一些動(dòng)物在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)沒(méi)有明顯升高。這說(shuō)明部分動(dòng)物大腸內(nèi)產(chǎn)氫氣細(xì)菌缺乏，即使補(bǔ)充乳果糖也不能產(chǎn)生氫氣。相信這些乳果糖仍然可以被一些不產(chǎn)生氫氣的細(xì)菌分解。
 

雖然本研究測(cè)試了小動(dòng)物在密閉空間氫氣釋放規(guī)律，其實(shí)沒(méi)有排除氫氣通過(guò)其他途徑的釋放，例如氫氣可以通過(guò)皮膚釋放到體外，也可以通過(guò)排泄物釋放氫氣。當(dāng)然這樣的密閉系統(tǒng)能把所有氫氣收集起來(lái)，這大概是這種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。做氫氣代謝研究，小動(dòng)物也有不足，使用人體進(jìn)行研究可以更方便采集呼吸氣體，只要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練，測(cè)試起來(lái)更簡(jiǎn)單方便。也更能獲得人體試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其臨床意義更大。
 

研究能量代謝規(guī)律的代謝分析系統(tǒng)，一般沒(méi)有配備氫氣分析，但有氧氣和二氧化碳分析，由于氫氣對(duì)氣密性的要求特別高，只要對(duì)系統(tǒng)的密封系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使用傳統(tǒng)的代謝分析系統(tǒng)就可以進(jìn)行氫氣代謝分析。人體代謝分析系統(tǒng)也可以進(jìn)行類似改進(jìn)。這樣的優(yōu)勢(shì)可以和其他代謝指標(biāo)進(jìn)行同步分析。

Hartmann L , Taras D , Kamlage B , et al. A new technique to determine hydrogen excreted by gnotobiotic rats[J]. Laboratory Animals, 2000, 34(2):162-170.

Experimental Setup for Measurements the Hydrogen Concentration in Exhaled Rat's Air