氫氣醫(yī)學(xué)的三大特點(diǎn)包括安全性、滲透性和選擇性。安全性是氫氣醫(yī)學(xué)最重要的特點(diǎn)，因?yàn)楦叨劝踩詻Q定了氫氣的廣泛實(shí)用性。選擇用氫氣改善疾病不需要過分糾結(jié)于副作用，只需要把重點(diǎn)放在是否有效上。
 

氫氣的人體安全性非常高，自然科學(xué)領(lǐng)域?qū)錃獾纳锇踩杂蟹浅Ｃ鞔_的判讀，把氫氣歸為惰性氣體，就是人和動物吸入氫氣沒有任何毒性，不用擔(dān)心因?yàn)榭諝獗粴錃庀♂尪鴮?dǎo)致缺氧和窒息。站在氫氣醫(yī)學(xué)的角度，氫氣的安全性證據(jù)主要包括潛水醫(yī)學(xué)的應(yīng)用研究、氫氣生物安全性研究和氫氣作為內(nèi)源性氣體的研究報(bào)道。
 

關(guān)于氫氣生物學(xué)作用的探索研究可追溯到200多年前。早在1789年，著名化學(xué)家拉瓦錫和塞奎因利用氫氣作為呼吸介質(zhì)進(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)氫氣對動物機(jī)體非常安全。1937年以后，法國等國家在潛水生理學(xué)領(lǐng)域相繼開展氫氣潛水研究，氫氣潛水人體試驗(yàn)結(jié)果證明，氫氣是一種對人體非常安全的呼吸氣體。氫氣對人體來說是一種內(nèi)源性物質(zhì)，是人體內(nèi)部環(huán)境氣體，人體大腸內(nèi)的許多種微生物可以產(chǎn)生氫氣，這是氫氣具有安全性的重要佐證之一。隨著氫氣醫(yī)學(xué)研究的不斷深入，關(guān)于氫氣安全性的基礎(chǔ)和臨床研究證據(jù)也逐漸增多，到目前為止，沒有任何證據(jù)表明氫氣對動物和人體存在危害性。歐盟和美國政府發(fā)布的關(guān)于氫氣生物安全性的資料顯示，在普通壓強(qiáng)下氫氣對人體沒有任何急性或慢性毒性。
 

一、氫氣潛水醫(yī)學(xué)研究
 

早在1789年，拉瓦錫和塞奎因?qū)錃庾鳛楹粑橘|(zhì)進(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)研究。豚鼠在容器內(nèi)呼吸氫氮氧三元混合氣歷時8~10小時，未發(fā)現(xiàn)氫氣給機(jī)體帶來任何不利影響。1937年，英國凱斯和小霍爾丹把人暴露于11個大氣壓的環(huán)境中，呼吸氫氧混合氣未發(fā)現(xiàn)明顯的生理變化。
 

1941年蘇聯(lián)拉扎列夫(Lazalov)用氫氮氧混合氣順利加壓到91個大氣壓，未發(fā)現(xiàn)小鼠的不良反應(yīng)。這些早期研究初步證明，人和動物吸入氫氣是安全的。
 

為什么科學(xué)家會考慮給潛水員吸入氫氣?這是潛水醫(yī)學(xué)的一個基本知識。潛水時人受到水的重力影響，下潛深度越深水的壓強(qiáng)越大，處于水下高壓狀態(tài)，維持體內(nèi)外壓強(qiáng)平衡就必須呼吸高壓氣體，一般情況下潛水呼吸氣體由必需的氧氣和其他氣體(氮?dú)?、氫氣、氦氣?共同組成，研究分析各種氣體的理化性質(zhì)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)相對于氮?dú)鈦碚f，氦氣和氫氣在高壓狀態(tài)下有麻醉作用小、呼吸阻力比較小、對人體絕對安全的優(yōu)勢，經(jīng)過大量研究后最終選擇氨氣和氫氣作為大深度潛水的呼吸氣體。
 

需要注意的是這里強(qiáng)調(diào)的是大深度潛水，了解氫氣特性的人都知道，一定合適比例的氫氧混合氣具有爆炸性，潛水技術(shù)如何解決這個問題?雖然氫氣很容易燃燒和爆炸，但燃燒和爆炸是需要條件的，如氧濃度低于4%時就不會燃燒。常壓下4%的氧濃度無法維持生命所需，但在水深超過30米的高壓條件下，4%的氧濃度等價(jià)于常壓的16%氧氣濃度，基本可滿足人體需要，不會造成缺氧，同時也不會出現(xiàn)氫氧混合的燃爆風(fēng)險(xiǎn)。所以當(dāng)潛水深度超過30米才開始使用氫氣作為潛水呼吸氣體。
 

許多科學(xué)家針對氫氣潛水進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，其中最著名的研究是瑞典海軍潛水技術(shù)工程師阿恩·澤特斯特羅姆(Arne Zetterstrom)(見圖3-1)進(jìn)行的氫氧潛水試驗(yàn)。1945年8月7日，為了證明氫氧潛水技術(shù)在援救潛艇方面可以發(fā)揮重要作用，在瑞典海軍最大的潛艇援救艦貝洛斯號上，Zetterstrom成功實(shí)現(xiàn)161米的現(xiàn)場氫氧潛水。但是在上升過程中由于操作人員理解錯誤導(dǎo)致發(fā)生了極其嚴(yán)重的潛水疾病，Zetterstrom因這一事故獻(xiàn)出寶貴生命。
 

1960年起，隨著潛水生理學(xué)和飽和潛水技術(shù)的發(fā)展，同時由于氫氣制備技術(shù)的提高帶來更大價(jià)格優(yōu)勢，氫氣作為深海潛水呼吸氣體更加受到廣泛重視，促使美、英、法、蘇和瑞典等國再次開展氫氧潛水實(shí)驗(yàn)。這期間氫氧潛水研究的動物實(shí)驗(yàn)達(dá)到1000米的深度，吸入氫氣暴露時間達(dá)到24小時。人體試驗(yàn)深度也達(dá)到60米，暴露時間為10~20分鐘。20世紀(jì)70年代，P.O.埃德爾(P.O.Edel)等進(jìn)行氫氧模擬潛水實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氫氣能有效預(yù)防高壓神經(jīng)綜合征，高壓神經(jīng)綜合征是人類增大潛水深度所面臨的最大障礙之一，這個研究展示了潛水吸入氫氣的最重要優(yōu)勢。
 

隨著海洋開發(fā)的不斷推進(jìn)，人們需要更大深度的潛水作業(yè)，這個需求推動氫氧潛水研究的深入。在世界范圍內(nèi)，法國COMEX公司在氫氧潛水領(lǐng)域曾經(jīng)占據(jù)絕對領(lǐng)先地位。1983年，它開始執(zhí)行HYDRA計(jì)劃，證明氫氧潛水后人體血、尿、神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸功能方面等指標(biāo)均未發(fā)現(xiàn)異常，在同期進(jìn)行的動物氫氧潛水實(shí)驗(yàn)中，動物心、肝和肺等組織學(xué)檢查未發(fā)現(xiàn)異常改變。此后，COMEX公司又開展多次氫氣潛水作業(yè)實(shí)驗(yàn)。到20世紀(jì)90年代，COMEX公司順利完成750米人體模擬氫氧潛水實(shí)驗(yàn)，這是目前人類高壓暴露的最大深度記錄。后來，氫氧潛水逐漸引起更多國家的關(guān)注。美國海軍研究了高壓氫對人體的生理作用，確認(rèn)氫對機(jī)體無任何危害，進(jìn)一步證明氫氣可以減輕高壓神經(jīng)綜合征。
 

圖3-1Arme Zetterstrom(1917-1945年)瑞典海軍著名氫氧潛水研究專家
 

這里介紹高壓氫氣的潛水醫(yī)學(xué)研究就是為了說明一個道理，根據(jù)毒理學(xué)和藥理學(xué)的普遍規(guī)律，高壓氫氣對人體安全，常壓和微量氫氣因劑量更低所以更安全。相對于潛水醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，目前改善疾病使用的氫氣劑量非常低，人體安全性非常高。
 

二、人體內(nèi)的氫氣
 

人體內(nèi)大腸菌群可以產(chǎn)生一定量氫氣，這說明氫氣屬于內(nèi)源性氣體，這個證據(jù)雖然不能證明氫氣絕對安全，但氫氣在人體內(nèi)存在，往往就證明它可能有生理意義，這也是氫氣具有安全性的一個重要證據(jù)。
 

1.氫氣是主要的腸道氣體成分
 

關(guān)于大腸氣體產(chǎn)量和成分的研究已經(jīng)有很長的歷史，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，最早嘗試采集并檢測大腸氣體的研究應(yīng)追溯到1868年，德國學(xué)者、大腸氣體學(xué)創(chuàng)始人RugeE.通過玻璃管采集大腸氣體。1942年，Beazell和Ivey通過收集健康人24小時排氣(屁)并進(jìn)行測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)24小時平均產(chǎn)氣量為380~655毫升/人。后來Kirk證明，食物中纖維素可以增加產(chǎn)氣量。
 

Steggerda分析腸道氣體成分，發(fā)現(xiàn)7.4%為甲烷，19.8%為氫氣，首次證明身體內(nèi)的甲烷和氫氣來自大腸菌群。Levitt等證明，所有健康人的大腸內(nèi)都可產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生氫氣的量幾乎全部依賴于細(xì)菌對食物來源成分的發(fā)酵。美國國家航空航天局在進(jìn)行阿波羅計(jì)劃時，對大腸氣體的成分進(jìn)行過比較詳細(xì)的研究。研究人員經(jīng)過仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，人體大腸氣體成分多達(dá)400種。其中主要的成分是氮?dú)?、氫氣、二氧化碳、甲烷、氧氣等無臭味氣體，另外是微量的氨氣、硫化氫、吲哚、糞臭素、揮發(fā)性胺、揮發(fā)性脂肪酸等惡臭氣體。
 

腸道氣體代謝受到多種因素影響，目前針對這些機(jī)制仍然缺乏充分的研究證據(jù)。腸道氣體不僅受到細(xì)菌種類的影響，而且與宿主生理狀態(tài)關(guān)系密切。二氧化碳、氫氣和甲烷的30%~40%可被大腸黏膜吸收，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到全身，最后經(jīng)過皮膚和肺呼吸釋放到體外。剩余的氣體如氫氣等可以被其他細(xì)菌利用，或者最終經(jīng)過肛門釋放。大腸內(nèi)氫氣主要來源于細(xì)菌合成，但氫氣也會被細(xì)菌大量利用，研究者們對氫氣代謝的具體菌群進(jìn)行分類研究，比較這些菌群與身體健康的關(guān)系。初步確定大腸內(nèi)產(chǎn)生氫氣的細(xì)菌主要包括壁厚菌門(phylum Firmicutes)和擬桿菌門(phylum Bacteroidetes)，利用氫氣的細(xì)菌主要包括產(chǎn)乙酸菌、硫酸鹽還原細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌，這些細(xì)菌利用氫氣產(chǎn)生醋酸、硫化氫和甲烷，導(dǎo)致腸道內(nèi)氫氣的含量一般并不高。
 

比較常用的分析大腸菌群產(chǎn)氫量的方法是呼出氣體氫氣含量測定。這是一種疾病診斷方法，腸道內(nèi)氫氣含量與菌群的種類分布存在密切關(guān)系，呼出氫含量可以反映腸道菌群功能。根據(jù)呼出氣體的氫氣含量可以診斷乳糖不耐受、小腸菌群移位等影響現(xiàn)代人健康的重要疾病。
 

根據(jù)氫氣含量分析腸道菌群的研究目前越來越受到重視。呼出氣體氫氣濃度分析結(jié)果表明，一般健康人呼出氣體中氫氣含量不超過10ppm，相當(dāng)于占總氣體質(zhì)量的百萬分之十。按照氫氣的溶解度換算，血液中的氫氣濃度大約是0.01ppm。這一數(shù)據(jù)表明，腸道內(nèi)細(xì)菌代謝產(chǎn)生的氫氣大多數(shù)被代謝消耗掉。流行的觀點(diǎn)是，腸道內(nèi)氫氣主要被腸道菌群代謝消耗。最近研究提示，人體代謝也能消耗氫氣。
 

2.大腸內(nèi)氫氣的生物學(xué)效應(yīng)
 

過去人們對大腸內(nèi)氫氣的認(rèn)識比較膚淺，大部分人認(rèn)為大腸內(nèi)氫氣屬于細(xì)菌代謝的廢物，對人體并沒有什么特殊的影響。隨著氫氣醫(yī)學(xué)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，人們逐漸考慮是否可通過誘導(dǎo)大腸細(xì)菌產(chǎn)生氫氣的方法改善某些疾病。
 

最早驗(yàn)證這一設(shè)想的是日本醫(yī)科大學(xué)太田成男課題組，他們通過分析健康人口服阿卡波糖(糖尿病改善藥物)后的呼吸氣體成分，發(fā)現(xiàn)阿卡波糖對甲烷濃度沒有影響，但是可以顯著提高呼出氣中氫氣的濃度。早期臨床研究曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)阿卡波糖具有心臟保護(hù)作用，但人們對這種心臟保護(hù)作用的分子機(jī)制不十分清楚。這個研究發(fā)現(xiàn)阿卡波糖能促進(jìn)腸道菌群制造氫氣，結(jié)合氫氣對心臟疾病具有保護(hù)作用的研究可以初步確定，促進(jìn)大腸細(xì)菌產(chǎn)氫可能是阿卡波糖具有心臟保護(hù)作用的原因。
 

氫氣醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，氫氣的主要作用是減少氧化損傷和炎癥反應(yīng)，而氧化損傷和慢性炎癥是造成機(jī)體衰老的重要原因。日本學(xué)者根據(jù)這一思路推測腸道產(chǎn)氫能力可能與長壽密切相關(guān)，他們選擇日本百歲老人群體進(jìn)行腸道產(chǎn)氫能力檢測分析(見圖3-2)，發(fā)現(xiàn)日本百歲老人平均呼出氣氫氣水平[(59.4士7.43)ppm]是普通人[(17.7士2.34)ppm]的3倍以上，提示腸道氫氣與長壽可能存在關(guān)系。
 

圖3-2 百歲老人呼出氣的氫氣濃度分析(AokiY，2013)
 

為觀察促進(jìn)腸道氫氣產(chǎn)生是否對疾病有改善作用，有學(xué)者研究誘導(dǎo)腸道菌群產(chǎn)氫(大鼠口服纖維素或抗性淀粉)對肝臟缺血的改善作用。發(fā)現(xiàn)口服纖維素或抗性淀粉可促進(jìn)腸道氫氣產(chǎn)生、減少氧化應(yīng)激和肝臟損傷程度。以往有研究證明纖維素和抗性淀粉等具有疾病改善作用但機(jī)制不明，這一研究報(bào)道從促進(jìn)大腸氫氣產(chǎn)生的角度闡述改善疾病的原因，是一個比較明確清晰的機(jī)制解釋。日本學(xué)者光治松本在牛奶中添加低聚半乳糖、麥芽糖醇和葡甘露聚糖等，通過促進(jìn)腸道菌群產(chǎn)生氫氣來實(shí)現(xiàn)“功能牛奶”的多重營養(yǎng)效果。美國哈佛大學(xué)波士頓兒童醫(yī)院的研究人員系統(tǒng)分析大腸內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生的氫氣是否具有肝臟保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)阻斷內(nèi)源性氫氣產(chǎn)生后保護(hù)作用顯著減弱，同時給予外源性氫氣或者補(bǔ)充產(chǎn)氫細(xì)菌后保護(hù)作用可恢復(fù)。研究全面證明大腸細(xì)菌產(chǎn)生的氫氣具有疾病改善作用。
 

有研究者比較口服乳果糖(一種低聚果糖，在臨床上廣泛用于改善便秘和肝性腦病)、飲用氫水、連續(xù)吸入氫氣和間歇吸入氫氣對帕金森病的改善效果。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飲用氫水和間歇吸入氫氣對帕金森病的改善作用比較理想，口服乳果糖和連續(xù)吸入氫氣都不能明顯改善帕金森病癥狀。飲用氫水和間歇吸入氫氣使體內(nèi)氫氣濃度發(fā)生一過性增加，根據(jù)這個研究結(jié)果推測，這種一過性增加對某些疾病可能有特殊改善作用。2018年，日本學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，帕金森病患者腸道菌群產(chǎn)氫能力不到正常人的50%，提示腸道菌群產(chǎn)氫能力不足可能與帕金森病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。孫學(xué)軍教授課題組發(fā)現(xiàn)，服用乳果糖可促進(jìn)腸道菌群產(chǎn)氫并激活Nrf2抗氧化系統(tǒng)，對大鼠腦缺血再灌注損傷發(fā)揮保護(hù)作用。這一發(fā)現(xiàn)提示臨床口服乳果糖改善肝性腦病的效果可能與促進(jìn)腸道菌群產(chǎn)氫有關(guān)。
 

潛水醫(yī)學(xué)研究證明氫氣對人體十分安全，腸道菌群氫氣代謝的系列研究證明氫氣屬于內(nèi)源性氣體，自然科學(xué)對氫氣安全性也有統(tǒng)一看法，這些理論組成氫氣人體安全性的系統(tǒng)證據(jù)。需要提醒讀者的是，目前認(rèn)為氫氣的安全性非常高，但不要絕對化，對大多數(shù)人安全，不等于對所有人都同樣安全;今天沒有發(fā)現(xiàn)副作用不等于絕對不存在副作用。例如有研究發(fā)現(xiàn)氫氣對人體的生理功能有一定影響，這些生理功能變化對健康人沒有影響，但應(yīng)用氫氣產(chǎn)品幫助改善疾病時需要考慮氫氣對患病人群生理功能變化的影響問題。