低氘氫水實驗室 研究項目
- 極超高純氫氣研究—7N、8N維米製程氫氣
- 固態儲氫器研究、太空船用固態儲氫器研究
- 低氘飽和氫水製程研究及應用研究
- 低氘水用於生物實驗及製藥應用研究
- 氫氣呼吸之劑量及物理效應研究
- 低氘水用於育苗育種農業生技研究
- 氫氣用於食品科學研究
- 低氘水用於食品科學研究
- 呼吸氫氣及低氘飽和氫水之於癌症、中風、巴金森症、妥瑞症、糖尿病、心肌損傷、肝損傷、腦中風、放射治療損傷、老年癡呆、心肌硬塞、痛風、COPD、異位性皮膚炎、僵直性脊椎炎、過敏、紅斑性狼瘡及自體免疫性疾病之觀察研究
氫的抗氧化作用
台灣氫水實驗室 TEL:0963-210-763
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前言 |
氫是自然界最簡單的元素,是無色、無臭、無味、具有一定還原性的雙原子氣體。氫元素佔宇宙物質組成的90%左右,可以說是宇宙最基本的化學元素。與氧和氮等類似,氫的溶解度比較低,但氧可與血紅蛋白結合,能夠順利通過呼吸被機體大量吸收,而氫和氮則不能被大量吸收,人們一直沒有重視氫在高等生物體內的作用。在輻射化學領域,曾有人證明在溶液中氫氣可與羥自由基直接反應,但這並沒有受到生物學家重視。在潛水醫學領域,氫氧混合氣潛水過程存在呼吸數十個大氣壓高壓氫的情況,因氣體在液體中溶解量隨分壓增加而增加,科學家曾試圖證明高壓情況下,氫氣或許可與氧在溶解狀態下反應,或與高活性自由基發生反應,但並沒有獲得該反應存在的直接證據。因此,過去大部分生物學家一直認為,氫氣屬於生理性惰性氣體。最近研究發現,氫氣不僅不是生理性惰性氣體,而且是一種非常理想的抗氧化物質,並可能啟動一個新的研究方向:氫分子醫學。 |
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1.氫分子醫學相關研究 |
早期有少數人認為,氫氣在生物體內具有抗氧化作用,曾有人在Science上發表論文證明,連續呼吸8个大氣壓97.5%氫氣(2.5%氧)14d,高壓氫氣可有效治療動物皮膚惡性腫瘤,並認為是通過抗氧化作用實現的。2001年,法國潛水醫學家證明,呼吸8个大氣壓高壓氫氣可治療肝血吸蟲感染引起的炎症反應,首次證明氫氣具有抗炎作用,並提出氫氣與羥自由基直接反映是治療驗證損傷的基礎。但上述研究並沒有引起廣泛注意,主要原因可能是高壓氫難以作為一般臨床治療手段。2007年7月,有人在NaturalMedicine報導動物呼吸2%的氫氣就可有效清除自由基,顯著改善腦缺血再灌注損傷,他們採用化學反應、細胞學等手段證明,氫氣溶解在液體中可選擇性中和羥自由基和亞硝酸陰離子,而後兩者是氧化損傷的最重要介質,目前體內尚未找到內源性特異性清除途徑。因此認為,氫氣治療腦缺血再灌注損傷的基礎是選擇性抗氧化作用。該研究迅速引起廣泛關注,並引起了研究氫氣治療疾病的熱潮。隨後,有人又用肝和心肌缺血動物模型,證明呼吸2%的氫氣可治療肝和心肌缺血再灌注損傷。採用飲用飽和氫氣水可治療應激引起的神經損傷、人類2型糖尿病、小鼠基因缺陷慢性氧化應激損傷、化療藥順鉑引起的腎損傷和帕金森病等。呼吸2%的氫可治療小腸移植引起的炎症損傷,對小腸缺血、心臟移植及腎缺血再灌注損傷同樣具有保護作用。我們的前期研究。也證明呼吸2%的氫可治療新生兒腦缺血缺氧損傷。上述研究表明,作為一種選擇性抗氧化物質,氫對很多疾病具有治療作用,具有十分廣泛的應用前景,也推翻了氫氣屬於生理性惰性氣體的觀點。 |
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2.氫的選擇性抗氧化作用 |
自由基是含有未成對電子的原子、原子或分子。自由基是維持正常生命所必需的物質,自由基反應是能量代謝的基礎,部分自由基是細胞內重要信號分子,自由基也是生物大分子、細胞的危險殺手。生理情況下,體內自由基不斷產生,也不斷被清除,使之維持在一個正常生理水平上,自由基過多或過少均會給機體造成不利影響甚至傷害。生物體內自由基類型有很多,如半醌類、氧、碳和氮自由基等,其中研究較多的是氧自由基和氮自由基。氧自由基包括超氧陰離子、單線態氧和羥自由基,因過氧化氫等在生物學作用上與氧自由基類似,常把氧自由基和過氧化氫等共稱為活性氧。比較重要的氮自由基有一氧化氮和過氧亞硝基陰離子。發生缺血或炎症時,體內會大量產生各類活性氧,在這些活性氧中,過氧化氫和一氧化氮等具有非常重要的信號作用,毒性作用很弱,而羥自由基和過氧亞硝基陰離子毒性強,是導致細胞氧化損傷的主要介質。過去針對氧化損傷治療的研究思路是尋找足夠強的還原性物質,還原性太強,必然導致內源性氧化還原狀態的失衡,甚至是導致抗氧化治療無效的關鍵原因。因此,尋找可選擇性中和羥自由基和過氧亞硝基陰離子的物質,是治療各類氧化損傷的有效方法,是抗氧化應該選擇的正確思路之一。 |
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3.展望 |
3.1氫治療疾病的機制 |
關於氫治療疾病的機制,有兩個方面需要深入研究,一個是氫的選擇性抗氧化,由於氫的還原作用並不十分強,在一定溫度條件下氣態的氫可與氧發生反應,生物體內不存在這樣的溫度條件,因此不與氧直接發生反應。儘管氫不與氧化作用弱的活性氧直接發生反應,但是氫可與氧化作用很強的活性氧,如羥自由基和亞硝酸陰離子直接發生反應。雖然離體實驗證據提示氫具有選擇性康養活作用,但明顯缺乏在體的直接證據,因此,在體是否也具有選擇性抗氧化作用,還需要深入探討。另一個是信號機制,從目前的資料看,氫可與羥自由基和亞硝酸陰離子直接發生反應,其中羥自由基活性強,因為羥自由基活性比較強,其本身選擇性應該不會太好,可以與多種還原性物質發生反應,雖然氫只能與這樣的活性分子反應,不能直接推論為氫可以選擇性中和它,已有學者提出質疑,因從活性看,羥自由基的活性是氫的1000倍,除非氫濃度特別高,否則不應該有選擇性。那麼羥自由基的衍生產物如果也能與情發生反應可能更有說服力,當然亞硝酸陰離子可能選擇性更好一些,因為其本身活性相對較弱,更容易與氫發生反應。另外亞硝酸陰離子能調節多種信號系統,這些信號系統是否間受到氫的影響,值得深入討論。 |
3.2氫可治療疾病的範圍 |
關於氫治療疾病的範圍,顯然值得廣泛研究,由於氧化應激是多種疾病的共同發病機制,所有涉及氧化應激的疾病都有可能具有治療作用,例如各類缺血、炎症、慢性疼痛、藥物毒性作用等,由於研究的方法都比較成熟,這方面將是目前發展最為迅速的研究方向。 |
3.3關於內源性氫的作用 |
人類和高等動物體內也存在一定水平的氫氣,目前認為,這些氫氣不是機體自身組織產生,而是來自大腸細菌代謝被人體吸收。有人曾測定正常小鼠體內不同器官氫氣水平,結果發現,小鼠大腸、脾、肝、胃粘膜等部位氫氣水平非常高,如在肝臟可達到42μmol/L,大腸和脾的水平更高。十分巧合地是,採用PC12細胞氧化損傷模型研究表明,只要培養基內氫氣濃度達到25μmol/L(水中最大可溶解600μmol/L ,脂肪最大可溶解1200μmol/L ),就可顯示出明顯的抗氧化作用。這說明,在正常小鼠肝臟等腹腔器官內,內源性氫氣已明顯超過抗氧化所需要的水平。正常人終末呼吸氣氫水平大約(5~10)×l0^(-6)(V/V)。乳糖不耐受和菌群紊亂等疾病患者呼吸器中氫水平可明顯增加到(100~200)×10^(-6)(V/V),臨床上可通過檢測呼吸器中的氫水平用來診斷上述疾病。氫氣在體抗氧化作用的發現,提示我們需要重新評價人體內氫的生物學效應。 |