氧化應(yīng)激是許多疾病的病理生理學(xué)基礎(chǔ)，這些疾病不僅包括急性損傷如重要器官缺血再灌注損傷，也包括許多慢性疾病如糖尿病和動(dòng)脈硬化，所以通過(guò)飲食成分調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激成為促進(jìn)健康的重要策略之一。
 

研究表明，腸道非消化糖類在結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生大量氫氣具有抗氧化應(yīng)激效應(yīng)。雖然離體研究發(fā)現(xiàn)氫氣能特異性中和羥基自由基，但氫氣生物學(xué)效應(yīng)分子機(jī)制并沒(méi)有闡述清楚。羥基自由基是活性最強(qiáng)的自由基，有非常高的氧化還原電位(2340 mV)，意味著可以和多種物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氣在活體內(nèi)是否可以提供電子中和羥基自由基并沒(méi)有直接證據(jù)。氫氣的氧化還原電位是−420 mV，羥基自由基和氫氣的氧化還原電位相差2760 mV。根據(jù)氧化還原電位關(guān)系和吉布斯自由能變化的能斯特方程，氫氣給羥基自由基提供電子還會(huì)釋放巨大的吉布斯自由能 (ΔG0−267焦每摩爾)，相當(dāng)于9摩爾ATP(ΔG0−30.5焦每摩爾)水解釋放能量。這樣的反應(yīng)如果發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，來(lái)自氫氣電子釋放的能量也可能會(huì)造成細(xì)胞損傷。這不符合氫氣能緩解氧化損傷的證據(jù)，因此，氫氣可能不是直接給羥基自由基提供電子。
 

Ishida Y, HinoS, Morita T, et al. Hydrogen produced in rat colon improves in vivo redoxbalance due to induced regeneration of α-tocopherol[J]. British Journal ofNutrition, 1-25.
 

氫氣是一種非極性疏水分子，在水中溶解度很低，20度大約為0.8mM，稍低于氧氣的溶解度1.34mM。氫氣在油等有機(jī)溶劑內(nèi)溶解度高于水。因此有人推測(cè)氫氣可能更容易局限在在細(xì)胞膜和脂肪組織內(nèi)發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。過(guò)去研究曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，給大鼠不消化糖類食物后結(jié)腸產(chǎn)氫氣進(jìn)入身體后脂肪組織含量超過(guò)非脂肪組織。意味著氫氣對(duì)脂肪組織的生物效應(yīng)可能更強(qiáng)。研究作者據(jù)次推測(cè)，氫氣能和脂類物質(zhì)發(fā)生相互作用產(chǎn)生抗氧化效應(yīng)。α生育酚在體可給細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化物提供電子，自身變成α生育酚自由基，α生育酚(維生素E)自由基氧化還原電位為370 mV。生物體內(nèi)，α生育酚自由基可被維生素C(80 mV)還原再生，避免氧化應(yīng)激發(fā)生。α生育酚自由基和氫氣的氧化還原電位相差790mV，電子轉(zhuǎn)移釋放自由能是−76.1 kJ/mol。接近一種高能化合物，也是糖酵解中間代謝產(chǎn)物，磷酸烯醇丙酮酸水解釋放能量為−61.9 kJ/mol。因此，氫氣在體給α生育酚自由基提供電子發(fā)生存在可能性和合理性。
 

為確認(rèn)來(lái)自腸道細(xì)菌產(chǎn)生的氫氣能在體直接清除羥基自由基，本研究使用谷胱甘肽缺失大鼠，喂低聚果糖促進(jìn)腸道細(xì)菌產(chǎn)氫氣，測(cè)定肝臟內(nèi)酪氨酸異構(gòu)體含量反映羥基自由基水平，酪氨酸異構(gòu)體是苯丙氨酸被羥基自由基攻擊產(chǎn)物。另外分析了維生素C缺乏大鼠脂肪組織內(nèi)α生育酚自由基和α生育酚含量，評(píng)估喂低聚果糖對(duì)α生育酚再生的效應(yīng)。
 

芬頓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氫氣能降低苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為酪氨酸(從92%降低到72%)。用佛爾酮去除動(dòng)物肝臟谷胱甘肽后，未發(fā)現(xiàn)喂低聚果糖動(dòng)物和對(duì)照組動(dòng)物肝臟內(nèi)酪氨酸存在差異。在維生素C缺乏動(dòng)物，喂低聚果糖動(dòng)物能顯著提高脂肪組織內(nèi)氫氣含量和α生育酚再生。這些研究結(jié)果說(shuō)明，來(lái)自腸道內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生的氫氣進(jìn)入脂肪組織可幫助α生育酚再生，但并沒(méi)有產(chǎn)生中和羥基自由基的效應(yīng)。
 

服用低聚果糖動(dòng)物體內(nèi)氫氣產(chǎn)生測(cè)定
 

AC動(dòng)物服用生理劑量240 mg/L維生素C，DC服用20 mg/L維生素C，DCF服用20 mg/L維生素C和4%低聚果糖。
 

該表中顯示脂肪組織內(nèi)維生素E水平相差巨大，得益于氫氣的作用。