在許多臨床情況下，包括心肌梗死、中風(fēng)和心臟驟停，缺血-再灌注損傷(IRI)會(huì)導(dǎo)致終末器官損傷，并導(dǎo)致幸存患者發(fā)病率顯著增加。這些疾病的治療主要關(guān)注于及時(shí)恢復(fù)最佳灌注和預(yù)防繼發(fā)性損傷；通常缺乏針對(duì)IRI本身的治療方法。一個(gè)顯著的例外是靶向溫度管理【低溫療法】，該方法在大一點(diǎn)的兒童和成人隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中并沒(méi)有顯示出一致的治療優(yōu)勢(shì)。針對(duì)IRI的靶向治療的必要性顯然十分重要。
最近，人們發(fā)現(xiàn)氫氣通過(guò)選擇性地減少體內(nèi)羥基自由基產(chǎn)生治療作用，羥基自由基是再灌注損傷過(guò)程中過(guò)量氧自由基形成的有毒中介物，直接損傷DNA和脂質(zhì)膜。氫氣已被證明可以降低活化T細(xì)胞的核因子激活鈣信號(hào)(凋亡的中心)，激活Nrf2通路(上調(diào)保護(hù)性蛋白的產(chǎn)生，如谷胱甘肽和過(guò)氧化氫酶)，下調(diào)促炎細(xì)胞因子(如白介素-1，腫瘤壞死因子-α)。大量的臨床前研究表明，損傷前后吸入氫氣對(duì)心臟驟停、體外循環(huán)、卒中)、缺氧缺血性腦病和敗血癥動(dòng)物模型有顯著改善作用。
迄今為止，氫氣的安全性還缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐R床研究。此前，我們的研究小組發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組暴露在醫(yī)療空氣中相比，小鼠連續(xù)暴露在2.4%的氫氣中72小時(shí)，神經(jīng)功能和肺功能沒(méi)有明顯的臨床變化。此外，在早期臨床試驗(yàn)中已經(jīng)有大量的臨床氫氣暴露報(bào)告，包括心臟驟停(19例)、中風(fēng)(20例)、冠狀動(dòng)脈再干預(yù)(21例)、結(jié)直腸癌(22例)和肺癌(23例)。雖然這些研究中關(guān)于不良事件的報(bào)道很少，但氫氣的劑量和持續(xù)時(shí)間在這些研究中差別很大，通常限于每天幾個(gè)小時(shí)。此外，由于這些患者在其他方面都患有疾病，與氫氣相關(guān)的改變可能被與疾病本身變化混淆。最后，盡管這些研究都進(jìn)行得很好，但沒(méi)有提到臨床良好的實(shí)踐嚴(yán)格性，也沒(méi)有打算篩查不良事件的研究。
本研究目的是嚴(yán)格篩選健康受試者在我們打算用于未來(lái)氫氣功效研究的劑量和持續(xù)時(shí)間下與氫氣接觸相關(guān)的不良反應(yīng)。
一、試驗(yàn)方法
1.研究設(shè)計(jì)。
執(zhí)行的研究是在一個(gè)研究者發(fā)起的試驗(yàn)性新藥(印第安納州)應(yīng)用程序(印第安納州),被批準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)審查委員會(huì)(IRB)波士頓兒童醫(yī)院(IRB-),已經(jīng)登記在 (),并根據(jù)執(zhí)行良好的臨床實(shí)踐指南。該研究由一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)和安全監(jiān)測(cè)委員會(huì)(DSMB)監(jiān)測(cè)。符合條件的受試者年齡為18-35歲，其他方面健康;有慢性或近期疾病史的受試者，包括2019冠狀病毒病(COVID-19)或呼吸系統(tǒng)疾病，如哮喘、慢性阻塞性肺病、既往急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征、炎癥疾病、已知遺傳性疾病、鼻中隔或鼻竇疾病、煙草使用史、最近的輸血或定期使用處方藥物(避孕藥除外)被排除在外。通過(guò)在當(dāng)?shù)匾凰髮W(xué)的廣告和網(wǎng)站上招募受試者。為參與提供了經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。所有受訪者通過(guò)電子郵件篩選納入和排除標(biāo)準(zhǔn)。然后，參與者被隨機(jī)選中(但目標(biāo)是性別比例為50/50)進(jìn)行電話篩選。隨后，同意的參與者接受了親自體檢、懷孕和COVID-19檢測(cè)，并獲得了親自的書(shū)面知情同意。在住院期間，同意符合條件的受試者繼續(xù)參與研究。
2.研究協(xié)議。
在住院開(kāi)始時(shí)，完成了完整的體格檢查、神經(jīng)檢查、肺功能測(cè)試、心電圖(ECG)和基線血清學(xué)測(cè)試(圖1)。隨后，受試者經(jīng)歷了4小時(shí)的高流量鼻插管(HFNC;15 L/min, 21%氧，不含氫)以區(qū)分HFNC本身產(chǎn)生的任何癥狀。參與者隨后被分配到24 (n = 2)、48 (n = 2)或72小時(shí)(n = 4)(按順序劑量遞增設(shè)計(jì)，組內(nèi)性別分配50/50)，在住院期間通過(guò)HFNC吸入2.4%的氫氣(15 L/min, 21%的氧氣，平衡氮)。氣體混合物使用良好的制造工藝進(jìn)行預(yù)混，并通過(guò)認(rèn)證(部件號(hào), 特種氣體，, PA)，通過(guò)醫(yī)療空氣流量計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)(部件號(hào), AmVex, , IL)，并進(jìn)行加熱和加濕(部件號(hào), & , , CA)。由一名工作人員至少每小時(shí)觀察鼻腔內(nèi)HFNC的正確放置。在這個(gè)流速下，我們預(yù)計(jì)肺泡會(huì)被吸入的氣體飽和(即2.4% 氫氣)，因?yàn)槭茉囌咛幱谛菹顟B(tài)，通常表現(xiàn)為閉口呼吸(24)。
圖1: 研究處理和測(cè)試的流程圖。入院后，受試者接受體格檢查、簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查(MMSE)、單獨(dú)詳細(xì)的神經(jīng)檢查、12導(dǎo)聯(lián)心電圖(ECG)、肺功能測(cè)試和基線實(shí)驗(yàn)室檢查。受試者隨后適應(yīng)高流量鼻導(dǎo)管(HFNC) 4小時(shí)，隨后暴露于氫氣長(zhǎng)達(dá)72小時(shí)。定期篩查受試者的體征和癥狀，根據(jù)臨床不良事件通用術(shù)語(yǔ)()進(jìn)行分級(jí)。暴露后，在放電前重復(fù)測(cè)量。在出院后24小時(shí)和3-5天進(jìn)行了電話隨訪。
在暴露期間，研究對(duì)象被觀察到幾個(gè)終點(diǎn)，如下所述。總的來(lái)說(shuō)，我們對(duì)終點(diǎn)的選擇是為了代表對(duì)氫氣給藥后可能出現(xiàn)的癥狀的全面篩查。由于在臨床暴露中沒(méi)有一致的不良發(fā)現(xiàn)報(bào)告，我們開(kāi)始使用一種經(jīng)常用于編纂不良事件的綜合篩查工具:國(guó)家癌癥研究所不良事件通用術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)() 5.0版。我們還特別篩查了可預(yù)期由吸入氣體引起的癥狀(例如，呼吸性發(fā)現(xiàn)，如喘息或基于肺測(cè)量的支氣管痙攣)或已知臨床神經(jīng)學(xué)影響的癥狀(如神經(jīng)學(xué)檢查)。鑒于我們之前描述過(guò)氫氣暴露后運(yùn)動(dòng)活動(dòng)減少(盡管是在大量神經(jīng)終末點(diǎn)中的孤立發(fā)現(xiàn))，我們也進(jìn)行了詳細(xì)的神經(jīng)學(xué)檢查，以驗(yàn)證人類(lèi)的這一發(fā)現(xiàn)?？紤]到氫氣在數(shù)小時(shí)內(nèi)表現(xiàn)出快速的血漿運(yùn)輸和消除，以下終點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間在暴露期早期更為頻繁，并隨著時(shí)間的推移而減少。暴露后，受試者接受與基線時(shí)相同的測(cè)試。氫氣暴露后1天和3-5天進(jìn)行電話隨訪。
3.不良事件篩選。
不良癥狀和體征由床邊護(hù)士收集，研究組成員按預(yù)定的時(shí)間間隔分別收集(即，在每次生命體征測(cè)量期間，以及在第1天和第3 - 5天的隨訪電話中)。任何AEs都由研究小組根據(jù)CTCAE評(píng)分。床邊護(hù)士至少每12小時(shí)進(jìn)行一次體檢，研究小組的醫(yī)生至少每24小時(shí)進(jìn)行一次體檢，包括呼吸、心血管和神經(jīng)評(píng)估。研究小組的一名成員在基線和每24小時(shí)進(jìn)行一次小型精神狀態(tài)檢查(MMSE)。在氫氣暴露前和氫氣暴露后(出院前)，由主治神經(jīng)科醫(yī)生分別進(jìn)行一次全面的神經(jīng)檢查(包括深腱反射、力量、協(xié)調(diào)、精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能、快速交替運(yùn)動(dòng)和短期記憶)。AE嚴(yán)重程度分配由研究小組中移除的一名醫(yī)生和一名護(hù)士分別審查，所有AE都報(bào)告給DSMB。所有II級(jí)和更高級(jí)別的AEs和臨床顯著的I級(jí)AEs(例如，需要治療的)都被報(bào)道。
4.肺功能測(cè)試。
使用校準(zhǔn)的床邊肺活量計(jì)(Micro I肺活量計(jì)， )每24小時(shí)進(jìn)行一次肺功能測(cè)試。記錄每個(gè)時(shí)間點(diǎn)三次打擊的預(yù)測(cè)1秒用力呼氣量(FEV1)、用力肺活量(FVC)、FEV1/FVC比和峰值呼氣流速(PEFR)百分比，選擇FEV1最高的一次打擊作為每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的代表。
5.-Lead心電圖
氫氣暴露前后均行12導(dǎo)聯(lián)心電圖檢查。標(biāo)準(zhǔn)間隔隨時(shí)間變化進(jìn)行比較。所有心電圖均由經(jīng)委員會(huì)認(rèn)證的心臟病專(zhuān)家解釋?zhuān)惓１粓?bào)告為不良事件。
6.血清學(xué)檢測(cè)
在氫氣暴露完成之前和之后的2小時(shí)內(nèi)分析實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的預(yù)定義電池。所有檢測(cè)均在醫(yī)院的核心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，包括全血細(xì)胞計(jì)數(shù)、化學(xué)指標(biāo)10、肝功能檢測(cè)、淀粉酶和脂肪酶水平、凝血指標(biāo)和心肌肌鈣蛋白。
7.統(tǒng)計(jì)分析
使用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差、中位數(shù)和四分位范圍、頻率和百分比總結(jié)患者特征和臨床測(cè)量。使用混合效應(yīng)分析方差模型(隨機(jī)受試者，固定時(shí)間點(diǎn))具有復(fù)合對(duì)稱(chēng)協(xié)方差結(jié)構(gòu);這些分析使用SAS 9.4 (SAS , Cary, NC)進(jìn)行。使用配對(duì)符號(hào)秩和檢驗(yàn)對(duì)暴露前后的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和心電圖結(jié)果進(jìn)行比較。這些分析是在 Prism 9.1 ( , San Diego, CA)中進(jìn)行的(和創(chuàng)建的所有圖表)。P 二、試驗(yàn)結(jié)果
在被篩選的9名受試者中，有8人符合所有的資格標(biāo)準(zhǔn)，并提供了書(shū)面知情同意。所有參與者按照描述完成了研究方案，沒(méi)有提前終止(表1)。年齡為20.8±4.1歲，50%為男性。一名受試者在睡眠中發(fā)現(xiàn)套管移位少于1小時(shí)，補(bǔ)充暴露時(shí)間延長(zhǎng)1小時(shí)。研究過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生環(huán)境危害事件。所有受試者均未發(fā)生臨床顯著癥狀或不良事件。具體來(lái)說(shuō)，患者無(wú)呼吸窘迫、胸悶、氣喘或呼吸急促癥狀。
神經(jīng)系統(tǒng)檢查(暴露前vs暴露后)和MMSE評(píng)分隨時(shí)間變化也沒(méi)有臨床顯著變化(p = 0.607)(圖2)。在氫氣暴露期間或之后的隨訪期間，沒(méi)有出現(xiàn)頭痛、不適、疲勞或其他身體癥狀的抱怨。
1.生命體征與心電圖。
與基線結(jié)果(HFNC呼吸)相比，隨著時(shí)間推移，收縮壓或舒張壓、呼吸頻率或氧飽和度沒(méi)有顯著變化(補(bǔ)充圖1,)。隨著時(shí)間的推移，心率下降有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但臨床效應(yīng)不顯著(p < 0.05)。無(wú)線或12導(dǎo)聯(lián)心電圖均未發(fā)現(xiàn)異位心律或傳導(dǎo)異常(補(bǔ)充圖2,)。
2.肺容量測(cè)定。
與HFNC呼吸相比，預(yù)測(cè)FEV1百分比、FVC或FEV1/FVC比值都沒(méi)有隨時(shí)間變化(圖3)。在氫氣呼吸期間和之后，PEFR變化隨時(shí)間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但無(wú)臨床顯著性改變(p = 0.038)。
3.實(shí)驗(yàn)室結(jié)果。
與基線結(jié)果相比，WBC計(jì)數(shù)沒(méi)有顯著變化。暴露前和暴露后血紅蛋白(平均增加1.3 g/dL [95% CI, 0.8-1.7 g/dL])、紅細(xì)胞壓積(平均增加4.0%[2.4-5.6%])和血小板計(jì)數(shù)(平均增加22個(gè)細(xì)胞/µL[4-41個(gè)細(xì)胞/µL])均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但臨床無(wú)顯著性差異(補(bǔ)充圖3 A-D, )。與基線結(jié)果相比，血清化學(xué)特征無(wú)顯著變化(補(bǔ)充圖3 E-N, )。血清氯化物降低2.0 mmol/L (0.27-3.7 mmol/L) (p = 0.0391)。同樣，肝酶、胰酶、凝血譜和心肌肌鈣蛋白均無(wú)顯著變化(補(bǔ)充圖3 O-AA, )。
三、討論
本研究證明，通過(guò)HFNC吸入2.4%氫氣似乎是安全的，健康人對(duì)吸氫的耐受性良好，所有受試者沒(méi)有臨床顯著的不良事件。受試者沒(méi)有描述任何氣味或感覺(jué)，也沒(méi)有任何呼吸異常跡象或癥狀。臨床未發(fā)現(xiàn)與氫氣吸入相關(guān)的神經(jīng)功能變化，包括注意、記憶、精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能和協(xié)調(diào)能力。考慮到我們先前(可能是人為的)在暴露于氫氣的小鼠中發(fā)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)減弱，這是令人欣慰的。血清學(xué)試驗(yàn)也沒(méi)有證據(jù)表明健康受試者長(zhǎng)期接觸氫會(huì)導(dǎo)致任何臨床上顯著的器官損傷。
沒(méi)有證據(jù)表明有明顯的白細(xì)胞抑制現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)氫氣暴露后血紅蛋白、紅細(xì)胞壓積和血小板濃度升高可能與住院受試者的輕度脫水有關(guān)；也可能是氫氣刺激骨髓通過(guò)細(xì)胞增值增加產(chǎn)量或減少紅細(xì)胞和血小板的破壞，盡管這些似乎不太可能。隨著時(shí)間推移，心率顯著下降(在臨床正常范圍內(nèi))可能與研究早期輕微的短暫性焦慮有關(guān)，特別是在遙測(cè)沒(méi)有心律失常的跡象和血流動(dòng)力學(xué)沒(méi)有損害的情況下。同樣，PEFR的顯著改善很可能與肺活量測(cè)定技術(shù)的改進(jìn)有關(guān)，而不是真正的氫氣效應(yīng)。考慮到其他肺活量終點(diǎn)沒(méi)有顯著變化，這不太可能反映真正的氫氣效應(yīng)。這項(xiàng)工作的優(yōu)勢(shì)在于研究的嚴(yán)格性，包括檢查重要終點(diǎn)(如呼吸和神經(jīng)癥狀)的充分，研究質(zhì)量控制和終點(diǎn)裁定的層次，氫給藥的直接觀察，以及良好的臨床實(shí)踐。這給了我們對(duì)氫氣療法的充分信心，在這項(xiàng)研究中無(wú)陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)反映這是一個(gè)令人放心的安全篩選研究。
已發(fā)表的研究中給藥方案各不相同，但這些結(jié)果與先前關(guān)于成人患者氫暴露的報(bào)道一致。也許迄今為止最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯堪l(fā)現(xiàn)，通過(guò)非再呼吸面罩1小時(shí)連續(xù)7天呼吸3% 氫氣的中風(fēng)患者的血液學(xué)、肝臟、腎臟、胰腺、心肌酶和電解質(zhì)譜都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著變化(20)。另一項(xiàng)研究表明，在經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈再干預(yù)期間，少數(shù)經(jīng)面罩接受?chē)中g(shù)期1.3% 氫氣治療的患者沒(méi)有環(huán)境安全危害，沒(méi)有腎損傷，也沒(méi)有體質(zhì)癥狀(特別是頭暈、皮疹、便秘或膀胱炎)(21)。類(lèi)似地，另一項(xiàng)試點(diǎn)研究描述了在少數(shù)心臟驟停后患者通過(guò)機(jī)械呼吸機(jī)連續(xù)交付2% 氫氣 18小時(shí)后，沒(méi)有環(huán)境危害和主要可歸因于不良事件(19)。
研究有以下局限性?？紤]到這種安全性的受試者數(shù)量很低，我們的研究?jī)H限于識(shí)別多發(fā)頻繁的不良事件，不足以檢測(cè)哪些小概率不良事件。此外，我們有意招募健康受試者參與這項(xiàng)初步研究；發(fā)病時(shí)氫氣對(duì)患者的效應(yīng)可能不同于健康人，因此無(wú)法判斷疾病狀態(tài)下的安全性。與此相關(guān)的是，神經(jīng)學(xué)研究結(jié)果必須使用與先前小鼠研究不同的一系列測(cè)試(因?yàn)闆](méi)有直接關(guān)聯(lián))進(jìn)行測(cè)量。因此，缺乏陽(yáng)性神經(jīng)學(xué)發(fā)現(xiàn)并不能完全令人放心。其次，雖然我們通過(guò)直接觀察套管的放置和氣體流量來(lái)確保氫氣暴露，但我們沒(méi)有量化測(cè)量血清氫氣濃度，主要是缺乏經(jīng)過(guò)良好實(shí)驗(yàn)室規(guī)范驗(yàn)證的儀器來(lái)檢測(cè)。然而，我們以15 L/min的流速給氫氣，在此流速下，考慮到受試者處于休息狀態(tài)，通常表現(xiàn)為閉口呼吸，預(yù)計(jì)肺泡會(huì)被吸入的氣體完全飽和，額外空氣夾帶量最小(24)。第三，這是一項(xiàng)單組研究，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)治療分配并沒(méi)有使用盲法。然而，大多數(shù)終點(diǎn)仍然是客觀的，主觀終點(diǎn)(如神經(jīng)學(xué)表現(xiàn))由多個(gè)觀察者證實(shí)。
四、結(jié)論
吸入2.4% 氫氣耐受性良好，無(wú)明顯的臨床不良反應(yīng)。與基線測(cè)量值相比，在生命體征、神經(jīng)系統(tǒng)檢查、肺功能測(cè)試或心電圖改變方面都沒(méi)有臨床顯著變化，在任何與72小時(shí)氫氣吸入相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室變量中也沒(méi)有。盡管這些數(shù)據(jù)表明吸入氫氣可能具有良好的耐受性，但還需要進(jìn)一步的研究來(lái)進(jìn)一步評(píng)估其安全性。這些數(shù)據(jù)為進(jìn)一步研究損傷狀態(tài)下吸入氫氣提供了依據(jù)。
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