如果你對吸氫機或者氫氧機的人體作用原理不是很明確，看下面的這篇總論很恰當(dāng)，因為他很簡潔的說明了氫氣作用原理有用疾病等等方面的問題。

這篇綜述甚至還詳細(xì)的談到了氫氣發(fā)生裝置的爆炸安全性問題。

保健醫(yī)學(xué)雜志11卷2號，pp160-174,2020年

總論

活性氧種和氫療法

渡邊正仁1*, 由留木裕子2, 有末伊織2, 藤田浩之3, 出田惠4, 西井正樹4, 筑山邦男5, 渡邊克哉6

1植物醫(yī)學(xué)研究所

2關(guān)西福祉科學(xué)大學(xué) 保健醫(yī)療系康復(fù)學(xué)科

3大和大學(xué) 保健醫(yī)療系綜合康復(fù)學(xué)科

4白鳳短期大學(xué) 康復(fù)學(xué)專業(yè)

5（株）加斯林科

6醫(yī)療法人社團日翔會

受理日 2019年11月6日

通過日 2020年4月24日

*責(zé)任作者 渡辺正仁 植物醫(yī)學(xué)研究所

E-mail:[email protected]

關(guān)鍵詞：氫、療法、活性氧種

摘要

現(xiàn)在已經(jīng)明確，一般被稱為“氧化應(yīng)激”的由活性氧種造成的損傷與多種疾病有關(guān)。在生理活動使用氧氣的過程中，會產(chǎn)生活性氧種。另一方面，自從發(fā)現(xiàn)從前被認(rèn)為是不具有生物活性作用的分子氫可中和羥基和過氧亞硝基等特定的活性氧種以來，已經(jīng)積累了大量的研究成果。本文將概述有關(guān)活性氧種和氫療法方面之前的觀察發(fā)現(xiàn)，作為理解氫療法的基礎(chǔ)。

1.序言

氫氣體吸入療法于2016年已被厚生勞動省批準(zhǔn)為先進醫(yī)療B（jRCT 注冊ID號碼：jRCTs031180352）。這是一種給心臟驟停病人蘇醒后吸入2%的氫氣的療法，特別以大腦功能的恢復(fù)為目標(biāo)。這種療法利用氫氣清除掉在腦缺血再灌注時所產(chǎn)生的活性氧種，極力抑制腦組織損傷，促進大腦功能的恢復(fù)。

今天已經(jīng)明確了活性氧種與多種疾病有關(guān)?；钚匝醴N引起的損傷一般稱為“氧化應(yīng)激”。氧化應(yīng)激的定義是“生物的氧化反應(yīng)與抗氧化反應(yīng)之間的平衡被打破而傾向于前者的狀態(tài)”1）。雖有例外，但氧化反應(yīng)占主導(dǎo)的狀態(tài)基本上可說是對生物不好的一種狀態(tài)。我們?yōu)榱松嫦氯ィ跏潜夭豢扇钡某煞?，在生理活動使用氧的過程中就會產(chǎn)生活性氧種。另一方面，氫療法是2007年Ohsawa等人發(fā)明出來、與迄今為止的藥物療法概念迥異的一種療法2），通過消除特定的活性氧種，有望在各種各樣疾病的預(yù)防和治療中發(fā)揮作用。本文對活性氧種和氫療法進行概述。

2.維持生命所必需的氧氣

人類為了維持生命，離不開氧氣O2。我們大多數(shù)人生活在地表附近的大氣中，其中氮約占78%，氧氣約占21%，此外，剩余的1%是氬、二氧化碳、氖等微量成分。通過呼吸，氧氣被吸入到肺的內(nèi)部。通過器官和支氣管進到肺里面的氧氣，最終會進入到由肺泡這種薄膜（肺泡上皮）構(gòu)成的小房間里。作為肺泡壁的肺泡上皮，與將靜脈血輸送到肺部的肺動脈分支出來的毛細(xì)血管的薄膜（內(nèi)皮）相接。在這里，血液中的二氧化碳和肺泡內(nèi)的氧氣穿過肺泡上皮和毛細(xì)血管的內(nèi)皮進行交換。

進入血液中的氧與紅細(xì)胞中含有的血紅蛋白結(jié)合后被輸送到全身。運到全身的氧從毛細(xì)血管中出來，溶入細(xì)胞周圍的液體（細(xì)胞外液）中，再穿過細(xì)胞膜后進入細(xì)胞內(nèi)。在細(xì)胞內(nèi)，氧被運送給線粒體，在這里參予葡萄糖的分解提取能量，然后變成水和二氧化碳被排出到細(xì)胞外。因此，氧對于維持生命所必需的能量的生產(chǎn)乃是必需的。

3.活性氧種

氧O2對于維持生命所必需的能量的生產(chǎn)是必需的，但體內(nèi)的氧大約1～3%左右會受各種各樣的因素（能量代謝、曝露于紫外線、曝露于放射線、公害、感染、運動、壓力等）影響而變成被稱為“活性氧種”的化合物。活性氧種有Table 1所示的類型。

活性氧種分為自由基和非自由基（Table1）。所謂自由基，是指具有不成對電子的化學(xué)物質(zhì)。

氧原子在K軌道上有2個電子，在L軌道上有6個電子（Fig.1）。由于氧分子是O2，所以表示L軌道的電子時就如Fig.2所示。當(dāng)氧分子（Fig. 2-a）的L軌道上多出來1個時就出現(xiàn)了1個不成對電子，這就是氧自由基（超氧陰離子自由基?O2-）（Fig. 2-b）。羥基自由基是?OH，與穩(wěn)定的水分子相比少了一個氫原子，所以出現(xiàn)不成對電子。

4.主要的活性氧種

1）超氧化物：如·O2-所示，在普通氧分子中多出一個電子，于是變成擁有1個不成對電子的自由基。超氧化物是生物體內(nèi)恒常性產(chǎn)生出來的活性氧種，絕大多數(shù)都是通過線粒體的電子傳導(dǎo)系統(tǒng)而產(chǎn)生。

2）過氧化氫：如H2O2所示，這是比水分子還多1個氧原子的化合物。由于沒有不成對電子，所以它不是自由基，但在生物體內(nèi)細(xì)胞外液中，若存在鐵離子Fe3+，它就會與超氧自由基·O2-反應(yīng)而生成羥基自由基·OH。此外，在細(xì)胞內(nèi)，H2O2與Fe2+反應(yīng)也生成羥基自由基·OH。

3）羥基自由基：以?OH所表示的羥基自由基在活性氧中反應(yīng)活性最強，對細(xì)胞的影響很大。如上所說，它通過超氧化物與過氧化氫的反應(yīng)而產(chǎn)生。

4）單重氧：氧分子O2雖有兩個不成對電子，但一般狀態(tài)下比較穩(wěn)定（常態(tài)）。這種氧被稱為三重氧。單重態(tài)或三重態(tài)是表示電子狀態(tài)的術(shù)語，單重態(tài)氧要比三重態(tài)氧處于能量更高的狀態(tài)（被激發(fā)起來的狀態(tài)）。被激發(fā)的狀態(tài)十分不穩(wěn)定，因為它要釋放能量讓自己回到穩(wěn)定狀態(tài)（常態(tài)），所以反應(yīng)活性很強。特別是在被紫外線照射到的皮膚和眼睛部位產(chǎn)生。

5）一氧化氮NO：一種在生物體內(nèi)產(chǎn)生的自由基類的活性氧。在血管內(nèi)面產(chǎn)生的NO具有舒張血管和抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖的作用。此外，在神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的NO具有傳導(dǎo)信息的作用，而且在細(xì)胞內(nèi)也參予信號傳導(dǎo)等，具有多種生理作用。

6）臭氧O3：臭氧是由三個氧原子結(jié)合而成的氣體。臭氧具有很強的氧化作用，可用于除臭和殺菌。臭氧在氧化對手后會重新變回為氧分子，因此可以說是清潔的殺菌劑，但在高濃度（0.1ppm:1ppm為百萬分之一）情況下會有特殊的臭氧氣味，對人體有害。

7）過氧亞硝基：由超氧化物和一氧化氮反應(yīng)生成。二氧化氮：超氧化物和一氧化氮反應(yīng)生成。

?O2-+ ?NO → ONOO-

在存在二氧化碳的情況下反應(yīng)更強烈，會氧化蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)，使各種酶的功能發(fā)生改變，是引起疾病和衰老的活性氧。因其含有氮，所以有時也被歸類到活性氮類。

5.活性氧種在體內(nèi)的有益作用

活性氧種雖然給人有一種對生物體有害的印象，但它們卻在體內(nèi)發(fā)揮著重要作用。

1）免疫：負(fù)責(zé)保護身體免受細(xì)菌和腫瘤細(xì)胞等傷害的是免疫系統(tǒng)，當(dāng)人本身不具有的物質(zhì)侵入體內(nèi)時，就會被白細(xì)胞的友軍巨噬細(xì)胞、樹突狀、中性粒細(xì)胞、NK細(xì)胞等攻擊、消滅。巨噬細(xì)胞、樹細(xì)胞、中性粒細(xì)胞通過吃掉異物并將其消化掉的這種進食行為展開攻擊。NK細(xì)胞則是在識別異物后采用補體或被稱為細(xì)胞因子的武器來攻擊對方。

中性粒細(xì)胞通過進食行為把異物攝入到自己體內(nèi)并消化掉，以此來處理異物，但還有一個手段，中性粒細(xì)胞產(chǎn)生活性氧（超氧化物·O2-）來攻擊細(xì)菌和腫瘤細(xì)胞。

2）信號傳導(dǎo)：神經(jīng)細(xì)胞和內(nèi)分泌細(xì)胞為了改變其他細(xì)胞的活動而使用特殊的化學(xué)物質(zhì)，這稱之為信號傳導(dǎo)?；钚匝醴N之一的過氧化氫H2O2參與作為荷爾蒙的胰島素的作用3），一氧化氮NO也有舒張血管和抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖的作用4）。另外，神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的NO有傳導(dǎo)信息的作用，并且在細(xì)胞內(nèi)也參予信號傳導(dǎo)5）。

有關(guān)神經(jīng)的傳導(dǎo)和細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)等活性氧種在哺乳動物身上的重要作用，盡管目前研究仍在進行中，但微量的活性氧種對生物體而言似乎發(fā)揮著重要的作用。但是，在這些方面，如果活性氧種產(chǎn)生過多，也會危害人體。

6.活性氧種在體內(nèi)的有害作用

很清楚的一點是，由中性粒細(xì)胞生成的活性氧超氧化物具有清剿異物的作用，同時也會傷害各種正常組織。已知道，由中性粒細(xì)胞生成的過剩的超氧化物與缺血再灌注損傷、自我免疫疾病、潰瘍性大腸炎、急性胃粘膜病變、貝切特病等6）有關(guān)。

除此之外，體內(nèi)的細(xì)胞和組織會產(chǎn)生各種各樣的活性氧種，成為許多疾病和加速衰老的原因。Table2中羅列出了活性氧種引起的疾病1）。此外還有其他一些疾病，約90%的疾病都被認(rèn)為是由活性氧種引起。

7.活性氧種造成損傷的原因

活性氧種通過以下作用對正常細(xì)胞和組織帶來損傷。

1）破壞細(xì)胞膜

構(gòu)成人體的生命最小單位是細(xì)胞。細(xì)胞被細(xì)胞膜包裹著。細(xì)胞膜由脂質(zhì)構(gòu)成，這些脂質(zhì)中嵌入有大量蛋白質(zhì)等物質(zhì)。一旦細(xì)胞膜被活性氧種破壞，細(xì)胞就會死亡。此外，脂質(zhì)被活性氧種氧化后，細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)受到阻礙，細(xì)胞功能就會出現(xiàn)異常。

2）蛋白質(zhì)的變性7）

眾所周知，在活性氧種當(dāng)中，一旦產(chǎn)生了羥基自由基，就會使蛋白質(zhì)發(fā)生變性。要知道，體內(nèi)各種各樣的物質(zhì)代謝所必需的酶也是蛋白質(zhì)。

3）損傷DNA

DNA位于細(xì)胞里面，它是制造蛋白質(zhì)的設(shè)計藍圖。DNA雖然也會因放射線、紫外線、化學(xué)物質(zhì)等而受到損傷，但活性氧種同樣也是損傷DNA的原因。DNA受損以后，會引起以癌癥為首的各種各樣的疾病。

4）炎癥8）

炎癥本是為了治療傷口和感染等而自然發(fā)生的生物防御反應(yīng)，但是慢性炎癥也是諸如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等疾病的原因。炎癥與免疫細(xì)胞產(chǎn)生、分泌出來的細(xì)胞因子有關(guān)，但免疫細(xì)胞（中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞）所產(chǎn)生的活性氧種也會引起炎癥。

8.活性氧種在體內(nèi)的清除

體內(nèi)有一套系統(tǒng)，能在活性氧種生成出來并造成各種各樣的損傷以前，迅速當(dāng)場清除掉活性氧種。

1）超氧化物歧化酶（SOD）：SOD是一種讓氫與超氧化物反應(yīng)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檫^氧化氫和氧分子的生物酶。

?O2- + ?O2- + 2H+ → O2 + H2O2

過氧化氫也屬于活性氧種的一員，但要比超氧化物的反應(yīng)活性低得多。人的SOD有SOD1、SOD2、SOD3三種，分別存在于細(xì)胞質(zhì)、線粒體、細(xì)胞外。但是，SOD的產(chǎn)生量隨著年齡的增加而逐年下降，特別是從35歲左右開始急劇減少。

2）過氧化氫酶：過氧化氫酶是將過氧化氫轉(zhuǎn)變成氧和水的一種酶。

2H2O2 → 2H2O + O2

3）谷胱甘肽過氧化物酶：由于心臟中的過氧化氫酶活性較低，因此谷胱甘肽過氧化物酶成為了去除活性氧種的主要生物酶。這種酶含有微量元素硒，缺硒被認(rèn)為會降低這種酶的活性，引起新機損傷9）。

9.活性氧種的消除：抗氧化物質(zhì)

　消除活性氧種的物質(zhì)中，有許多可通過飲食和營養(yǎng)補充劑的形式來攝取。

1）維生素C：維生素C（抗壞血酸）是一種具有多樣化作用的重要維生素，但我們?nèi)梭w自身無法合成。強大的活性氧種消除能力是維生素C的重要功能之一。

2）維生素E：維生素E（α-生育酚）的抗氧化作用來自于它里面所含的氫原子的活性。這些氫原子能捕捉活性氧種。

3）β-胡蘿卜素：屬于一種類胡蘿卜素的β-胡蘿卜素，特別能將單重氧變成無害的三重氧。

4）多酚：多酚是2個以上的-OH基（羥基）鍵合到苯環(huán)上的化合物的總稱，包括類黃酮類、花青素類、單寧酸類等。多酚也具有消除活性氧種的作用，但也有反過來生成活性氧種的10）。

食品中所含抗氧化物質(zhì)的安全性沒有問題，但最近的研究報告稱，即使以營養(yǎng)補充劑形式攝取這些抗氧化物質(zhì)，對心血管系統(tǒng)的疾病、癌癥、白內(nèi)障等也起不到預(yù)防作用11），大量攝入β-胡蘿卜素和維生素E反而可能會增加某些疾病的風(fēng)險12）。維生素C的毒性較低，并且認(rèn)為高劑量攝入也不是問題，但有報告說，它可能會增加腎功能障礙患者尿液中草酸的排泄，草酸被認(rèn)為是腎結(jié)石的原因13）。此外有人提到，長期攝入大量維生素C可能會加劇遺傳性血色素沉著病患者的鐵元素過剩，可能導(dǎo)致組織損傷14）。

10．氫氣

氫hydrogen的原子序列號為1，其原子核僅由一個帶正電的質(zhì)子構(gòu)成，一個帶負(fù)電的電子圍繞它轉(zhuǎn)動（Fig.3）。

由于氫原子的電子運行的K軌道上有兩個電子就能穩(wěn)定下來，因此氫就以氫分子H2形式達到穩(wěn)態(tài)（Fig.4）。氫分子無色無味。氫很少以氫分子的形式存在，大多像水那樣與氧結(jié)合或與其他元素結(jié)合后，以化合物的形式存在。在人體內(nèi)，以水為代表，蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和碳水化合物中都含有氫原子，并且體內(nèi)大多數(shù)其他化合物也都含有氫原子。氫原子的原子核由一個質(zhì)子組成，也存在極少數(shù)的除了質(zhì)子之外還擁有一個中子的（氘）或兩個中子的（氚）。它們的化學(xué)性質(zhì)由圍繞原子核運動的電子決定，是相同的，但因為原子核結(jié)構(gòu)不同，所以物理特性不同。

氫氣在自然界非常少見，大多與其他元素結(jié)合著存在，但對水進行電解或?qū)\和鹽酸混合在一起就會產(chǎn)生氫氣。氫具有易燃特性。燃燒是指與氧結(jié)合，對氫、氧混合氣體點火會爆燃。氫氣具有易與氧結(jié)合的特點。這就是將氫氣用于醫(yī)療目的的原因。

11. 氫療法

在活性氧種之中，具有極強氧化能力的那些活性氧通過損傷細(xì)胞和組織而引起各種疾病。特別是羥基自由基?OH和過氧亞硝基（ONOO-），毫不夸張地說，它們是有害活性氧。氫分子H2與羥基自由基反應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為水。

H2 + 2(?OH) → 2H2O

此外，已知過氧化物和一氧化氮反應(yīng)產(chǎn)生的過氧亞硝基與蛋白質(zhì)反應(yīng)后，會引起細(xì)胞凋亡和壞死，殺死細(xì)胞5）。

氫被認(rèn)為可以選擇性地消除這些羥基和過氧亞硝基，但作為氫療法攝取氫氣的方法有以下四種：

1.氫氣吸入

可以通過吸入方式把氫氣發(fā)生器電解水時所產(chǎn)生的氫氣經(jīng)肺部攝入到血液中。氫氣吸入的作用速度特別快，被認(rèn)為是應(yīng)對緊急氧化應(yīng)激的最有效方法2）。盡管市場上已有安全優(yōu)質(zhì)的氫氣發(fā)生吸入產(chǎn)品，但它們的價格仍然昂貴。

2.喝氫水15,16）

氫在正常條件下溶于水。在玻璃容器和塑料容器中氫氣會逃逸掉，但用鋁制容器則能夠保存很長時間。由于氫也能通過皮膚吸收，因此也可以在泡澡時或以化妝水方式攝取。但是，常溫常壓條件下的氫氣在水中的溶解度約為1.57 ppm，所以它與數(shù)個%濃度的氫氣吸入相比，能攝取的氫氣量要低得多。市場上有許多類型的氫水機，也有通過以下反應(yīng)方式制造氫水的鎂棒在銷售，只需將鎂棒浸入水中即可產(chǎn)生氫氣。

Mg + 2H2O → Mg (OH)2 + H2

3.靜脈滴注氫飽和生理鹽水

將氫氣溶解于點滴用生理鹽水中的方式，可在靜脈內(nèi)和腹膜腔內(nèi)注入氫17、18），也可用于滴眼19）。

4.皮膚浸泡氫水

通過直接讓皮膚浸泡在氫水中的方式，不僅可以通過皮膚，還可以通過血液循環(huán)輸送到全身11,20、21,22,23）。市場上也已經(jīng)有浸在浴缸或洗臉盆中、以電解方式產(chǎn)生氫氣的設(shè)備。

12. 氫氣在體內(nèi)的運輸路徑

氫要在身體各處消除活性氧種，就必須要到達體內(nèi)存在活性氧種的地方。Fig.5顯示了迄今為止已知的氫的運輸路徑?；旧?，與氧氣被運送到全身器官、組織、細(xì)胞一樣，氫進入血液是大前提。由于氫分子小，所以具有通過被動擴散而迅速穿過生物膜并擴散到細(xì)胞溶膠的物理特性11）。此外，氫在短時間內(nèi)到達細(xì)胞的核和線粒體，保護核DNA和線粒體2）。由此估計，它像氧氣一樣通過擴散從肺進入血液中，然后被運送到全身，再通過從毛細(xì)血管擴散到組織液中，并被吸收到細(xì)胞內(nèi)。它與氧氣的不同之處在于，不存在或是無法確定有沒有相當(dāng)于紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白那樣的氫氣轉(zhuǎn)運物質(zhì)。并且，氫通過腦血屏障后轉(zhuǎn)移到腦內(nèi)11）。當(dāng)以氫水形式飲用時，它可能直接作用于消化管內(nèi)，或者從消化管上皮轉(zhuǎn)移到血液內(nèi)，然后分布到全身。大腸內(nèi)的一部分細(xì)菌能生成氫氣，但這些氫氣作為腸內(nèi)氣體被排出，同時也從呼氣中被排出24）。氫氣通過擴散轉(zhuǎn)移到組織內(nèi)，這也可通過用氫水滴眼后的動物眼球玻璃體內(nèi)迅速檢測到氫這一現(xiàn)象推斷出來19）。另外，通過將皮膚浸入氫水中，氫氣會經(jīng)皮膚到皮下，以及經(jīng)皮膚再通過血流轉(zhuǎn)移到全身11、20、21、22），甚至能擴散到血管梗塞、血流停止了的心臟患部25）。

人體動脈血和靜脈血的氫氣濃度在4%或3%濃度的吸氫后，可通過氣相色譜法測量25）。有報道說，氫氣濃度在吸氫后20分鐘達到高位平臺(10-20 μM/L)，接著在停止吸氫后，動脈血在6分鐘后、靜脈血在18分鐘后從平臺下滑至10%水平。關(guān)于吸氫達到的血液中氫氣最高濃度，有報告稱要比靜脈注射溶解到生理鹽水中的氫還要高大約10倍26)。

通過吸氫攝入到體內(nèi)的氫分子在遇到活性氧種之前就離子化了的場合，可能使各種生理功能發(fā)生變化。然而，氫分子的能量是由H1s軌道重疊產(chǎn)生的能級，它比兩個孤立的氫原子的能量之和還低，因此氫分子是穩(wěn)定的27）。氫分子的能量是由H1s奧爾維亞的重疊組成的能量順序，并且低于兩個孤立氫原子的能量之和，因此氫分子狀態(tài)被認(rèn)為是穩(wěn)定的27）。理論上似乎也存在氫分子離子H2+，但在通常條件下它是非常不穩(wěn)定的，所以據(jù)說一般它是不存在的。如果從氫分子產(chǎn)生氫離子H+，由于它也跟體液的pH有關(guān)，所以被認(rèn)為很重要，但據(jù)知，目前還沒有有關(guān)從氫分子產(chǎn)生氫離子的報告。實際上，對吸氫對各種生理功能指標(biāo)影響的測定結(jié)果，體溫、血壓、心率、氧濃度、二氧化碳濃度、動脈血和靜脈血的pH等均沒有變化25）。

13. 氫氣發(fā)生裝置

如今，人們期望將氫作為替代化石燃料的清潔能源。為了大量制造氫氣，使用了一種從碳?xì)淙剂现蟹蛛x碳和氫的稱為水蒸氣改性的方法。在科學(xué)研究領(lǐng)域中，例如在氣相色譜法中使用氫氣，并且為此而需要使用氫氣瓶。但是，用于醫(yī)療目的的氫氣不是以碳?xì)淙剂希ㄊ突蛱烊粴猓樵系?，基本上為了在使用氫氣的地點能安全生成所需量的高純度氫氣，都采用水的電解方法來制氫的氫氣發(fā)生裝置。圖6示出了通過電解方法制氫的原理。水通過電解，從H2O解離度為H?+OH?，在陽極產(chǎn)生氧氣（O2），在陰極產(chǎn)生氫氣（H2）。帶正電荷的H?被拉拽到陰極，帶負(fù)電荷的OH?被拉拽到陽極。在+極，經(jīng)以下反應(yīng)生成O2。

4(OH?)→2H2O2→2H2O+O2

在－極從電極獲取電子(e?)，經(jīng)以下反應(yīng)生成H2。

2H?＋2e?→H2

在水的電解中，由于使用純水時電導(dǎo)率非常低，因此為了提高電導(dǎo)率而使用添加了KOH、NaOH或H2SO4等堿或酸性物質(zhì)的水。吸氫裝置是將通過水的電解而產(chǎn)生的氫氣通過導(dǎo)管引導(dǎo)至使用者的鼻腔附近或鼻腔內(nèi)并呼吸。氫水是通過在水中鼓泡注入所產(chǎn)生的氫氣制造的。

14. 氫氣發(fā)生裝置的安全性

當(dāng)前市場上的氫水生成器和氫氣發(fā)生器均通過電解水產(chǎn)生氫氣。尤其是氫氣發(fā)生呼吸裝置，從可便攜的小型置到可同時多人吸氫的大型裝置，多種多樣的產(chǎn)品在市場上銷售，被用于個人、醫(yī)院、診所、整骨院、運動俱樂部、美容院等。然而，2019年Kurokawa等人28）表示，雖然市面上有很多吸氫裝置在銷售，但因為氫氣無味、易燃有爆炸危險，因此吸氫裝置的安全性必須有擔(dān)保。Kurokawa等人表示，在氫氣濃度分別為4％、10％、15％、20％和100％的條件下進行了實驗，在4％和10％的條件下未發(fā)生燃爆，但在20％的濃度下，則發(fā)生了最危險的大爆炸。對于氫氣的燃燒反應(yīng)不只是本文論及，一直以來有很多這方面的詳細(xì)研究。三宅29）表示，氫氣爆炸是存在爆炸極限的，根據(jù)美國礦務(wù)局采用的裝置得到數(shù)據(jù)，空氣中的氫氣爆炸極限濃度在4.0％～75％。Kurokawa等人并未照搬美國礦務(wù)局的上述實驗方法，盡管由于未披露詳情而未知其詳，但根據(jù)他們獨自研發(fā)的實驗系統(tǒng)證明了只要氫氣濃度不超過10％就是安全的，并且據(jù)此安全標(biāo)準(zhǔn)研制出10％濃度以下的吸氫裝置MHG-2000α。該裝置的設(shè)計是將空氣送進氫氣發(fā)生部位，以便使氫氣濃度保持在6％～7％。但是，從安全更為重要的角度，氫氣濃度保持在低于美國礦務(wù)局的4％爆炸極限似乎最為妥當(dāng)。此外，氫氣無味有危險性是共識，所以如果能通過向裝置中添加香薰油等方式，讓人能像城市煤氣那樣通過氣味感受得到的話，可能就會更加提高裝置的安全性。一部分高性能氫氣發(fā)生裝置不僅僅以吸氫為目的，它們還可作為氫氣供給設(shè)備用于氣相色譜儀等化學(xué)分析儀器，因此刻意做到可大量制造高純度氫氣的程度。將這類高性能氫氣發(fā)生裝置用于一般的吸氫可能伴有危險。以家庭等的個人使用為目的的吸氫裝置大多達到每分鐘能產(chǎn)生60～80mL的100%濃度的氫氣的能力，但Kurokawa等人建言應(yīng)進行改善。

我們計劃在今后的研究等中使用的吸氫裝置是專門為了吸氫所涉及的，其構(gòu)造是將產(chǎn)生的氫氣（每分鐘180mL）通過空氣稀釋到約2%，確保在目前市面上銷售的吸氫裝置中是最安全的。另外，該裝置還可以在氫氣和空氣的混合氣體中添加香薰油，能夠進一步保證它的安全性。

但是，因為是產(chǎn)生氫氣的裝置，所以當(dāng)然應(yīng)該在通常為30分鐘～1小時左右的吸氫時，避免在密封的非常狹小的空間中使用，最好是在通風(fēng)良好、適度加濕（防止靜電的目的）、沒有煙火的房間使用。

另外，獨立行政法人國民生活中心指出，市面上銷售的氫水制作設(shè)備和氫氣產(chǎn)生吸氫裝置等都記載有各種各樣的功效，但這可能與藥品醫(yī)療器械相關(guān)法律法規(guī)和健康增進法等規(guī)定相抵觸。希望不要被這樣宣傳的功效所迷惑，而是在掌握正確資訊的前提下使用氫氣相關(guān)產(chǎn)品。

15.科學(xué)依據(jù)

Ohsawa等人于2007年在《自然醫(yī)學(xué)》上發(fā)表的一篇論文拉開了氫療法的序幕2）。Ohsawa等人在該篇論文中提到，H2不與超氧化物、H2O2、NO等發(fā)生反應(yīng)，而只減少反應(yīng)性強的活性氧種羥基自由基和過氧亞硝基，并且H2能迅速穿過細(xì)胞膜與具有細(xì)胞毒性的活性氧種反應(yīng)，因此可用于預(yù)防氧化損傷為目的的高效的抗氧化治療。從那以后，主要通過培養(yǎng)實驗和動物實驗，發(fā)現(xiàn)氫氣對于許多病理狀況都有效。

16.臨床應(yīng)用

16-1）認(rèn)知功能與氫：Nagata等人30）曾報道過，約束小鼠行動會產(chǎn)生氧化應(yīng)激，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)和記憶能力下降，但喂了氫水的小鼠，其學(xué)習(xí)和記憶能力、空間認(rèn)知功能這些認(rèn)知功能障礙卻得到了預(yù)防。這是因為氫水恢復(fù)了因約束壓力而減少了的海馬齒狀回的神經(jīng)增殖，因此氫水在改善精神障礙上也是有用的。

16-2）帕金森病：帕金森病被認(rèn)為主要是由于與線粒體功能障礙有關(guān)的氧化應(yīng)激導(dǎo)致了黑色多巴胺能神經(jīng)元的喪失。Fu等人31）報告說，給6-羥基多巴胺誘導(dǎo)黑質(zhì)紋狀體變性的帕金森病模型大鼠喂食氫水，同時防止了黑質(zhì)紋狀體變性的形成和發(fā)展。類似地，也有關(guān)于帕金森病的報告指，給帕金森病患者服用氫水48周后，根據(jù)帕金森病臨床指標(biāo)UPDRS判斷，顯示具有明顯的改善作用15）。

16-3）類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（RA）：RA是一種自身免疫性疾病，會因中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞引起炎癥造成氧化應(yīng)激而加劇，在RA患者的血液中發(fā)現(xiàn)有羥自由基和過氧亞硝基等具有很強細(xì)胞毒性的活性氧種。Meng等人32）報告說，使用RA模型小鼠分為給氫組和對照組進行研究發(fā)現(xiàn)，氫抑制了病情的進展。此外，當(dāng)在含有過氧化氫的培養(yǎng)基中測試人成纖維樣滑膜細(xì)胞時，氫抑制了細(xì)胞分裂，但這些氫的作用是基于與細(xì)胞分裂有關(guān)的MAPK和NF-kB的活性受到了抑制。Ishibashi等人17）報告說，持續(xù)5天給類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者靜脈注射500mL的含1ppm氫的生理鹽水，通過用類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的標(biāo)志物來分析氫的效果，結(jié)果顯示，氫氣在改善類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎方面是有效的。

16-4）糖尿?。篕amimura等人33）使用二型糖尿病模型小鼠研究了氫的作用。長期飲用氫水可顯著降低體脂肪和體重，推測這是因為氫水增加了具有促進脂肪酸和葡萄糖消耗作用的成纖維細(xì)胞增殖因子21的表達，從而增加了氧氣消耗量和二氧化碳的排泄量，激活了能量代謝，最終降低了血漿中葡萄糖水平、胰島素和甘油三酸酯水平。

16-5）皮膚疾病：Yoon等人34）實驗研究了氫對小鼠2,4-二硝基氯苯誘導(dǎo)發(fā)病的特應(yīng)性皮炎的影響，文章表示，氫水可減輕癥狀，這是因為氫氣提高了可還原過氧化氫的酶即谷胱甘肽過氧化物酶的活性而減少了炎癥細(xì)胞因子，降低了引發(fā)哮喘、花粉癥、特異性皮炎等過敏反應(yīng)的抗體即血清中的免疫球蛋白E的水平，由此可見氫氣通過換屆免疫反應(yīng)起到了緩解癥狀的作用。Ono等人26）在一項人體研究中報告說，氫氣可有效治療急性紅斑皮炎。Asada等人23）在對40多歲的男性和女性進行的一項研究表示，在41℃的氫水中泡澡或用氫水洗臉，不但可以減少內(nèi)臟脂肪和LDL-膽固醇，還使皮膚斑點的黑頭變小變淡了。此外，Kato等人35）報告說，在使用紫外線（UVA）照射的成纖維細(xì)胞OUMS-36進行的培養(yǎng)實驗中，I型膠原的產(chǎn)生量因氫水而增加了約2倍，并且在使用角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT的培養(yǎng)實驗中，氫水抑制了紫外線照射引起的細(xì)胞死亡。此外，在人體實驗中顯示，氫水浴具有改善皮膚皺紋的作用。

16-6）缺血再灌注：野田36）用小鼠視神經(jīng)作為腦白質(zhì)模型，并在脫氧和脫葡萄糖條件下對切除下來的視神經(jīng)進行灌注研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)先喝了氫水的小鼠視神經(jīng)，其復(fù)合活動電位的消失程度也很小，且在再灌注后顯著恢復(fù)。推測這是由于氫的活性氧去除作用，在喝氫水的小鼠的少突膠質(zhì)細(xì)胞中顯著抑制了氧化損傷標(biāo)志物8-氧鳥嘌呤的蓄積。Cardinal等人37）研究了氫氣對大鼠同種異體腎移植的影響。他們將Lewis大鼠的雙側(cè)腎臟移植到了Brown Norwegian大鼠身上，然后給了飲用了長達150天的氫水。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飲用了氫水的大鼠的腎移植的預(yù)后非常好，這是由于除了氫作為抗氧化劑的作用以外，它還具有炎癥的預(yù)防作用。還有使用動物模型進行的心肌梗塞的研究。Hayashida等人38）在大鼠心臟進行了缺血再灌注實驗，從氫氣促進了左心室的功能恢復(fù)來看，吸氫對與冠狀動脈再通相關(guān)的缺血再灌注損傷是有效的。

16-7）血液透析：透析患者的死亡率在5年內(nèi)為39.2％，在10年內(nèi)為64.1％，死亡的主要原因被認(rèn)為是心腦血管并發(fā)癥。Nakayama等人18）在日本的7家醫(yī)療機構(gòu)以309名患者為調(diào)查對象，在比較加氫血液透析療法“電解水透析”（161例）和常規(guī)透析（148例）的預(yù)后時發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)透析相比，進行電解水透析降低了41％的死亡和心腦血管疾?。ǔ溲孕牧λソ摺⑷毖孕呐K病、中風(fēng)，缺血導(dǎo)致的下肢截肢等）的發(fā)作風(fēng)險。電解水透析是由株式會社日本多寧與東北大學(xué)慢性腎臟病透析治療聯(lián)合研究部門合作開發(fā)的一種透析療法，為穩(wěn)定且大量生成含氫水而在血液透析系統(tǒng)中嵌入了水電解系統(tǒng)。

16-8）青光眼：據(jù)說氧化應(yīng)激和硝化應(yīng)激在青光眼的神經(jīng)退行性病變中起重要作用。Yokota等人39）研究了在添加了一氧化氮供體S-亞硝基-N-乙酰青霉胺（SNAP）的培養(yǎng)條件下氫氣對大鼠視網(wǎng)膜組織的影響。SNAP減少了神經(jīng)細(xì)胞層和內(nèi)顆粒層中的細(xì)胞數(shù)量，但在氫氣存在下，細(xì)胞數(shù)量的減少受到了抑制。其作用機制是，過氧化亞硝基通過一氧化氮自由基與超氧化物反應(yīng)而產(chǎn)生，氫氣通過去除過氧化亞硝基，防止了視網(wǎng)膜細(xì)胞的氧化應(yīng)激而發(fā)揮了神經(jīng)保護作用。

16-9）軟骨?。篐anaoka等人40）研究了在添加了一氧化氮供體SNAP的培養(yǎng)條件下，氫氣對豬的中足趾節(jié)關(guān)節(jié)的軟骨和大鼠的膝關(guān)節(jié)半月板的影響。在SNAP作用下軟骨細(xì)胞死亡了，但添加氫氣后細(xì)胞死亡受到抑制。過氧亞硝基減少了構(gòu)成軟骨的蛋白質(zhì)并增加了基質(zhì)金屬蛋白酶的產(chǎn)生，而氫氣則抑制了過氧亞硝基的作用。因此，推測氫氣對關(guān)節(jié)損傷有治療作用。

16-10）癌癥：Saitoh等人41）通過使用人舌癌細(xì)胞（HSC-4）和纖維肉瘤細(xì)胞（HT-1080）的培養(yǎng)實驗對氫氣作用進行了驗證。氫氣減少了羥基自由基并抑制了HSC-4細(xì)胞的增殖。在HT-1080細(xì)胞上，氫氣抑制了細(xì)胞的增殖，引起細(xì)胞的變性，抑制了浸潤。根據(jù)這些事實得出結(jié)論，氫氣對腫瘤的生長和浸潤具有抑制作用。此外，Asada等人42）報告說，使用Ehrlich腹水癌細(xì)胞進行培養(yǎng)實驗，發(fā)現(xiàn)氫氣有抗腫瘤作用，在向氫水中加入鉑金膠體（0.3ppm Pt in 4% polyvinylpyrrolidine）后，抗腫瘤作用進一步增強。Kato等人43）表示，通過添加鉑金膠體，氫與鉑金結(jié)合后，抗氧化作用更加強大。另外有癥例報告顯示，一名因膽囊癌而發(fā)生肝轉(zhuǎn)移的72歲婦女雖進行了化療，也未能抑制癌癥的進程，同時還出現(xiàn)胰頭周圍淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，但在給這位病人采取氫氣療法3個月后，其腫瘤縮小并最終恢復(fù)到能正常生活的程度44）。Liu等人45）使用膠質(zhì)母細(xì)胞瘤小鼠模型研究了高濃度（67％）吸氫療法的效果，發(fā)現(xiàn)它抑制了腫瘤的增殖并延長了生存期。

16-11）代謝綜合癥：盡管處于初步實驗階段，但人體研究中氫氣的作用已有報道16）。該報告提到，氫水?dāng)z入后出現(xiàn)了抗氧化酶SOD顯著上升、HDL-膽固醇上升和總膽固醇的下降。

16-12）慢性阻塞性肺疾?。郝宰枞苑渭膊OPD常見癥狀有，肺部慢性炎癥、巨噬細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的過度活化。雖然有類固醇和抗膽堿藥等的吸入等療法，但目前尚無特別有效的治療方法。氧化應(yīng)激被認(rèn)為是COPD的病因，在COPD患者呼吸道上皮的粘液、呼出的氣體和尿液中均發(fā)現(xiàn)了氧化應(yīng)激標(biāo)志物H2O2和NO，它們是氧化應(yīng)激的標(biāo)志。眾所周知，羥基是由H2O2產(chǎn)生的，同時，據(jù)稱與COPD的發(fā)病高度相關(guān)的過氧亞硝基則是通過NO與超氧化物的反應(yīng)而產(chǎn)生的。由于分子氫能消除羥基自由基和過氧亞硝基，因此作為一種假說，估計氫氣療法可能對治療COPD有效46）。

17. 后記

迄今為止，氫氣（H2）主要是在各種疾病由來細(xì)胞的培養(yǎng)實驗和動物實驗中被證明有效，并且暗示有可能對多種多樣的人類疾病有效。氫氣的作用之一在于它能消除傷害細(xì)胞和組織的反應(yīng)活性強的活性氧種的羥基自由基和過氧亞硝基。但在本綜述中雖未提及，但似乎氫氣的作用不僅限于去除活性氧，并且正在變得清楚的是，氫氣的作用非常多樣化，它還有抗炎作用、抗過敏作用和促進能量代謝的作用等11）。此外，也已經(jīng)證明了氫氣也參與基因表達的調(diào)節(jié)和生物信號的傳導(dǎo)。雖然還處于動物實驗研究階段，但期待今后能搞清楚氫氣的詳細(xì)作用機制。盡管已經(jīng)證明氫氣療法對許多疾病有效，但似乎應(yīng)該將氫本身視為一種輔助療法，而不是單憑氫氣就能夠預(yù)防或治愈疾病。

網(wǎng)上充斥著很多有關(guān)氫療法方面的資訊。最常見的就是“氫水有效嗎？”這種。一時之間，氫水已經(jīng)在市場上銷售，用PET瓶包裝，但由于氫氣很容易透過PET瓶逃逸掉，因此在到達消費者手中時已幾乎沒有了氫氣。近年來，也有一些地方將氫水陳列在店頭銷售，它們已采用氫氣無法穿透逃逸掉的特制的鋁制瓶。也有家用氫水生成器銷售，就連可用于大量吸氫、治療缺血再灌注損傷的那類氫氣發(fā)生吸入裝置（吸氫機），也已經(jīng)開發(fā)出了沒有爆炸危險的新產(chǎn)品。

方便、安全而又無害的氫氣，我們希望，根據(jù)之前主要從培養(yǎng)細(xì)胞和動物實驗中得到的結(jié)果，透過更多的人體臨床研究成果，讓它對人們的健康作出貢獻。

謝辭

衷心感謝加拿大薩斯喀徹溫大學(xué)生物系的CarlosCarvalho博士對本文英文文本所作的校對工作。

文獻

1) 吉川敏一：フリーラジカルの醫(yī)學(xué). 京府醫(yī)大誌120: 381-391, 2011.

2)Ohsawa I, Ishikawa M, Takahashi K et al.:Hydrogen acts as a therapeuticantioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. NatMed 13: 688-694, 2007.

3) 小城勝相：バイオファクター（シグナル伝達物質(zhì)）としての過酸化水素．ビタミン79:334-337,2005．

4) 松本明郎：一酸化窒素（NO）による生理機能とその破綻．基礎(chǔ)老化研究38: 11c18，2014．

5)Radi R: Peroxynitrite, a stealthy biological oxidant. J Biol Chem 288:26464-26472, 2013.

6)安井耕三：好中球性炎癥の病態(tài)と臨床．Inflamm Regen25: 173-176, 2005.

7) 淺田浩二：活性酸素によるタンパク質(zhì)の損傷．NipponNogeikagaku Kaishi 62: 1100-1104, 1988.

8) 吉川敏一，吉田憲正，近藤元治：炎癥と活性酸素，フリーラジカル．炎癥13：413-421,1993.

9) 黨 康夫， 越野 健, 久保 雅子?他：セレン欠乏癥によると思われる心癥狀を呈した慢性呼吸不全癥例の検討．日胸疾會誌34:1406-1410, 1996.

10) 本田理沙，増?zhí)锟≡? ポリフェノール，化學(xué)反応を基盤とする機能性物質(zhì)，抗酸化反応から成分間反応まで．化學(xué)と生物53: 442-448, 2015.

11) 大田成夫：水素醫(yī)學(xué)の創(chuàng)始, 展開，今後の可能性：広範(fàn)な疾患に対する分子狀水素の予防ならびに治療の臨床応用へ向かって．生化學(xué)87: 82-90, 2015.

12) 厚生労働省 抗酸化物質(zhì)と健康 2013.