常言說，他山之石可以攻玉。最近一篇關(guān)于金屬鎂釋放氫氣效應(yīng)的研究，可以說給氫氣的效應(yīng)提供了很好的證據(jù)。這一研究發(fā)現(xiàn)，氫氣對(duì)破骨效應(yīng)可產(chǎn)生抑制效應(yīng)。這一效應(yīng)的醫(yī)學(xué)意義在于，可以解釋過去發(fā)現(xiàn)氫氣對(duì)抗微重力情況下骨質(zhì)丟失預(yù)防效應(yīng)。對(duì)氫氣健康效應(yīng)來說，可以根據(jù)這一研究，考慮到氫氣對(duì)預(yù)防老年人骨質(zhì)疏松防治效應(yīng)。對(duì)長(zhǎng)期臥床患者，氫氣減少骨質(zhì)丟失是具有重要意義的。因?yàn)槠乒羌?xì)胞是骨組織特異性巨噬細(xì)胞，氫氣對(duì)這種細(xì)胞的抑制作用，也給氫氣對(duì)其他組織巨噬細(xì)胞激活抑制作用提供重要參考。關(guān)于氫氣抑制巨噬細(xì)胞激活，前幾天我也專門整理過。
 

金屬鎂和鎂合金是一種新型生物可降降材料，用于骨組織修復(fù)。與其他已經(jīng)使用的如鈦合金和不銹鋼等金屬生物材料相比，金屬鎂材料在骨誘導(dǎo)和骨傳導(dǎo)能力等方面有更突出優(yōu)點(diǎn)。但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，仍然存在一些問題需要克服。其中一個(gè)比較重要的問題就是金屬鎂在生物組織內(nèi)被腐蝕降解過程會(huì)釋放出氫氣。氫氣對(duì)骨骼組織愈合和重構(gòu)的具體作用仍然需要回答。
 

氫氣曾經(jīng)被認(rèn)為是生理惰性氣體，但是最近研究證明氫氣具有廣泛生理功能，并對(duì)166多種人類疾病和疾病模型具有改善作用。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，氫氣具有抗氧化活性，能減少各種活性氧增加導(dǎo)致的組織氧化損傷。在肌肉骨骼方面，也有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)氫氣能緩解微重力骨質(zhì)丟失，氫水也能抑制牙周炎導(dǎo)致的牙槽骨吸收。
 

破骨細(xì)胞是骨吸收的主要功能細(xì)胞，在骨發(fā)育、生長(zhǎng)、修復(fù)、重建中具有重要的作用。破骨細(xì)胞起源于血系單核－巨噬細(xì)胞系統(tǒng)，是一種特殊的終末分化細(xì)胞，它可由其單核前體細(xì)胞通過多種方式融合形成巨大的多核細(xì)胞。早期未成熟的增殖性單核吞噬細(xì)胞被稱為破骨細(xì)胞前體，在化學(xué)因子的作用下進(jìn)入血液循環(huán)，再在基底多細(xì)胞單位所釋放的信號(hào)因子的作用下進(jìn)入骨結(jié)構(gòu)腔體，在各種化學(xué)因子、轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞因子等信號(hào)因子的刺激下融合為多核細(xì)胞并最終活化為破骨細(xì)胞。
 

組織蛋白酶K（Ctsk）、降鈣素受體（Calcr）和基質(zhì)金屬蛋白酶(Mmp9)屬于破骨細(xì)胞標(biāo)識(shí)分子。破骨細(xì)胞的功能是降解和消化骨組織的專門細(xì)胞。異常破骨細(xì)胞產(chǎn)生是良性或惡性骨疾病發(fā)生的病理基礎(chǔ)。破骨細(xì)胞來源于骨髓單核細(xì)胞，造血干細(xì)胞經(jīng)過NF-κB、MAPK和Akt等途徑可誘導(dǎo)產(chǎn)生骨髓單核細(xì)胞。
 

鎂合金植入骨骼后，釋放出的氫氣和骨骼單核細(xì)胞之間的關(guān)系應(yīng)是骨整合和穩(wěn)定性至關(guān)重要的因素，但過去對(duì)這種作用了解很少，這就是本研究需要解決的問題。
 

不過，單核巨噬細(xì)胞并不只形成破骨細(xì)胞這一種，幾乎每種組織都存在組織特異性巨噬細(xì)胞，這種細(xì)胞在控制炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。例如研究發(fā)現(xiàn)，新冠狀病毒肺炎就和肺泡組織中巨噬細(xì)胞存在非常密切的關(guān)系。且病毒可以定居于巨噬細(xì)胞，可能是導(dǎo)致炎癥反應(yīng)不能正常中斷的重要因素之一。所以本研究雖然是立足于鎂材料相關(guān)問題，但對(duì)理解氫氣和巨噬細(xì)胞激活之間的關(guān)系也有重要意義。
 

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氫氣在50%和75%能明顯抑制破骨細(xì)胞形成，功能和破骨細(xì)胞誘導(dǎo)骨髓單核細(xì)胞破骨相關(guān)基因表達(dá)。氫氣（50%）能降低骨髓單核細(xì)胞分裂、促進(jìn)細(xì)胞凋亡和抑制破骨相關(guān)基因表達(dá)。總之，氫氣可顯著抑制小鼠骨髓單核細(xì)胞形成破骨細(xì)胞的多個(gè)過程。
 

氫氣誘導(dǎo)5天，各種濃度（2、25、50和75%）對(duì)骨髓單核細(xì)胞破骨相關(guān)基因表達(dá)都沒有影響。但是但氫氣處理達(dá)到7天和10天后，雖然2%的氫氣沒有作用，但25%、50%和75%的氫氣可產(chǎn)生明顯作用。特別是50和75%的效果最明顯。這一結(jié)果說明，不同氫氣濃度可產(chǎn)生不同作用，這屬于劑量依賴關(guān)系，是說明氫氣效應(yīng)可靠性的重要證據(jù)。這些破骨相關(guān)基因主要是Ctsk, Calcr和Mmp9。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，研究選擇50%氫氣作為更長(zhǎng)時(shí)間和更多效應(yīng)的觀察，如對(duì)7天50%氫氣處理后骨髓單核細(xì)胞的增殖和凋亡的影響。
 

本研究結(jié)果和過去研究存在一定差異，例如2007年日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)2%的氫氣短時(shí)間就可產(chǎn)生顯著保護(hù)效應(yīng)?？赡艿脑蚴羌?xì)胞類型不同，這一研究只是細(xì)胞學(xué)研究。過去動(dòng)物吸入氫氣的研究一般沒有研究氫氣在組織中的水平。在50%氫氣對(duì)細(xì)胞增值的效應(yīng)中，少于3天沒有發(fā)現(xiàn)抑制作用。這可能是細(xì)胞增值需比較長(zhǎng)時(shí)間才能完成（好吧）。研究發(fā)現(xiàn)氫氣阻斷細(xì)胞周期的G1~S期。一些研究發(fā)現(xiàn)，骨髓單核細(xì)胞形成和分化為破骨細(xì)胞和活性氧有關(guān)。氫氣發(fā)揮抗氧化作用會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧水平不足。這可能是抑制骨骼單核細(xì)胞分化為破骨細(xì)胞的生物化學(xué)基礎(chǔ)。這是首次關(guān)于氫氣對(duì)破骨誘導(dǎo)骨髓單核細(xì)胞效應(yīng)的研究。結(jié)果表明氫氣能顯著抑制破骨形成，功能和基因表達(dá)都符合其效應(yīng)。氫氣能抑制細(xì)胞增值，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，抑制相關(guān)基因表達(dá)。這可能為鎂合金生物材料用于對(duì)抗骨破壞相關(guān)疾病提供了一種可能。
 

實(shí)話說，對(duì)于氫氣醫(yī)學(xué)研究來說，我們樂于見到發(fā)現(xiàn)氫氣的生物學(xué)效應(yīng)。這一研究也完全符合我們的希望。但對(duì)于鎂合金生物材料來說，這種效應(yīng)并不是最好的現(xiàn)象。存在任何生物學(xué)效應(yīng)都存在兩面性的問題，例如這里對(duì)破骨效應(yīng)的抑制作用，這并不是病理效應(yīng)，完全可以認(rèn)為是生理功能。一種外來物質(zhì)，會(huì)對(duì)生理功能產(chǎn)生干擾。不能簡(jiǎn)單判斷好壞。氫氣在金屬鎂材料中，比較棘手的是產(chǎn)生局部氣泡帶來的壓力效應(yīng)，這是對(duì)使用這種材料比較不利的問題。當(dāng)然，氫氣的生物安全性非常高，真不需要擔(dān)心其不良效應(yīng)。
 

上內(nèi)容摘自《孫學(xué)軍 氫思語》，僅限于知識(shí)科普，不代表對(duì)本公司產(chǎn)品的宣傳。