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氫氣是一種無色、無味的氣體，分子量小，重量最輕，由一個電子和一個質子組成常溫常壓下溶解度低，應用技術有限，在生物醫學領域沒有得到廣泛應用。近年來，學者對氫氣的還原和抗自由基作用進行了深入研究，發現氫氣可以直接與細胞內的羥基自由基、過氧硝基等活性自由基發生反應，抑制氧化應激，減輕炎癥反應，抑制細胞凋亡，減輕纖維化。同時，氫氣在發揮抗氧化作用的同時，不干擾其他正常代謝途徑。沒有研究表明氫氣會影響其參與的信號傳導和活性氧的水平。因此，氫氣在各領域的治療效果一直受到重視。隨著氣體提取技術的進步和多學科綜合治療的發展，氫氣的治療效果再次被研究者廣泛納入研究。
早在1975年，《科學》雜志首次發表高濃度氫氣用于治療無毛白化病小鼠皮膚癌模型，提出氫氣可以清除羥基自由基作為信號轉導的參與者，氫氣也可能調控相關蛋白的表達或某些信號蛋白的磷酸化隨著研究的深入，氫氣在許多領域的應用越來越廣泛，但氫氣對人體的毒副作用尚未被發現，因此在臨床實踐中具有廣泛的應用前景。
Ohsawa 等[8]在2007年提出氫氣通過清除羥基自由基減輕大鼠腦缺血/再灌注損傷，開啟了氫氣醫學研究和應用領域的新篇章。此后，氫氣作為治療氣體的使用得到了廣泛的研究。本文總結了氫氣在醫學領域的應用，發現氫氣治療的共同挑戰是如何在應用氫氣治療過程中保持氫氣在體內的有效濃度。這表明氫氣緩釋體系的開發有望提高氫氣的治療應用價值。
對PubMed、Medline、谷歌Scholar等數據庫進行文獻檢索。搜索詞包括“氫”、“抗氧化”、“抗炎”、“抗凋亡作用”、“抗過敏反應”、“富氫氣水”、“富氫氣生理鹽水”，檢索時間為2011 - 2021年;根據前文文獻所涉及的內容檢索部分文獻。
Yuan T, Zhao JN, Bao NR. Hydrogen applications: advances in the field of medical therapy. Med Gas Res [Epub ahead of print] [cited2022 Jun 11].
氫的生物效應
1.抗氧化效果
氫氣作為還原性氣體，在抗氧化方面具有明顯的優勢。氫氣可以快速擴散到達危險區域，選擇性結合并清除毒性羥基自由基和亞硝酸鹽陰離子，不影響過氧化氫等生物活性自由基Ono等[10]研究發現，急性腦缺血梗死大鼠吸入3% 氫氣可明顯改善腦缺血/再灌注損傷，其治療機制是氫氣通過抗氧化作用選擇性清除活性氧(ROS)。動脈粥樣硬化是一種多因素、可影響多個器官功能的長期疾病，以強氧化應激和炎癥反應為主要表現其進展與氧化低密度脂蛋白與細胞表面受體脂質過氧化物酶-1結合密切相關，影響內皮細胞的正常功能。研究表明，氫氣可以降低主動脈氧化應激水平，減少體內氧化低密度脂蛋白的產生，抑制腫瘤壞死因子a和核因子KB (NF-κB)通路，同時維持正常的血管內皮功能，減少調節酶的細胞外信號。上游激酶磷酸化抑制Ras細胞外信號調節通路，阻斷G1-S細胞周期過程，從而抑制血管內膜增生，延緩動脈粥樣硬化的發展。Zhang等[15]在過敏性哮喘小鼠模型中表明吸入氫氣氣體改善肺功能，保護已建立的氣道炎癥，并發現其與抑制氧化應激過程有關。Hyspler等[16]結合氫氣同位素進行了體外研究，證實氫氣對機體無損傷，能產生明顯的抗氧化作用，為相應的氫氣研究和應用提供了理論依據。
2抗炎作用
Gharib等人[17]首次證明了氫氣的抗炎作用。他們的研究表明，呼吸0.7 MPa 氫氣 2周可以治療寄生蟲感染引起的肝炎。然而，由于高壓氫氣在臨床治療中應用困難，并沒有引起廣泛關注。近年來的相關研究表明，常壓下氫氣也能減緩刀豆蛋白、硫酸葡聚糖、脂多糖、酵糖在動物模型中誘導的炎癥反應，并取得了較好的結果。Huang等[20]研究發現機械通氣時混合2% 氫氣可減輕肺間質水腫，減輕肺泡細胞膜厚度和炎癥細胞浸潤，有效緩解呼吸機所致肺損傷。Kawamura等[21]在大鼠肺移植模型研究中發現術中吸入2% 氫氣可以阻斷肺表面活性物質產生的促炎介質，減少B淋巴細胞凋亡，減輕肺損傷，改善肺功能下降。類風濕性關節炎是一種以破壞骨骼和軟骨為特征的慢性炎癥性疾病Ishibashi等[23]研究發現，飲用富含氫氣的水(含飽和氫氣的水)可以減輕炎癥因子引起的氧化應激，調節NF-κB和腫瘤壞死因子a的表達，顯著提高類風濕關節炎癥細胞因子的表達。這些現象表明氫氣治療某些疾病的基礎是間接分子效應的存在，這種分子效應可能受相關蛋白或酶的活性調控，影響信號轉導通路的活性，從而起到控制炎癥的作用。
3抗凋亡作用
半胱天冬酶是一個半胱氨酸蛋白酶家族，在細胞凋亡(程序性細胞死亡)，壞死和炎癥中發揮重要作用。正常情況下，caspase處于非激活狀態。神經元凋亡程序通過觸發半胱天冬酶的激活而被激活。發生凋亡蛋白酶級聯反應，發生不可逆凋亡，主要表現為腦組織的不可逆損傷。在腦外傷模型中，早期腹腔注射飽和氫氣生理鹽水可有效降低丙二醛水平，下調Caspase-3/12表達，減少神經元凋亡，減輕腦水腫同時下調凋亡蛋白Bas、Caspase-3，上調抗凋亡蛋白Bcl-2水平，減輕神經功能損傷。Chen等[27]發現氫氣可以通過抑制Caspase-3發揮抗凋亡作用。NF-κB是廣泛存在于細胞質中的一種快速轉錄因子，主要參與細胞分化和凋亡，以及抑制腫瘤生長過程中的信息傳遞。Zhang等[28]研究發現，大鼠口服含飽和氫氣的生理鹽水一周可有效緩解急性腹膜炎，其保護作用可能與降低NF-κB活性、抑制炎癥反應和氧化應激有關。阿爾茨海默病是一種神經退行性疾病，抗氧化防御酶功能的喪失和氧化應激引起的活性氧和活性氮的增加在阿爾茨海默病的形成中起著重要作用。在β-淀粉樣蛋白誘導的阿爾茨海默病動物模型中，氫氣可以抑制c-Jun n末端激酶、NF-κB等促凋亡分子，從而減輕氧化應激，起到治療作用
4促進能量代謝
缺乏功能性瘦素受體的野生型肥胖db/db小鼠可以通過高脂肪飲食誘導脂肪肝Kamimura et al.[31]發現，富氫氣的水可以顯著改善db/db小鼠的脂肪肝，長期飲用可以顯著控制脂肪和體重，降低血糖、胰島素和甘油三酯水平。成纖維細胞生長因子21的作用是刺激脂肪酸和消耗葡萄糖，促進e -連鎖的識別基因表達譜顯示，富氫氣水可增加成纖維細胞生長因子。Song 等報道富氫氣水可增加成纖維細胞生長因子21的表達，通過降低血清低密度脂蛋白膽固醇水平，改善高密度脂蛋白功能，預防代謝綜合征。
5抗過敏反應
Itoh等人[34]發現，小鼠口服富含氫氣的水可以消除立即型過敏反應。在小鼠RBL-2H3肥大細胞模型中，他們觀察到，飲用富含氫氣的水可抑制中性賴氨酸磷酸化和下游分子信號傳導，進而抑制NADPH氧化酶的活化和ROS的產生，從而減緩皮膚過敏反應。這表明氫氣在小鼠急性過敏反應中發揮作用的機制不是通過清除自由基活性，而是通過調節特定的信號通路。其他研究也指出氫氣通過逆轉能量代謝途徑開關來減輕過敏性炎癥。過敏性氣道炎癥的發生與能量代謝途徑密切相關。氫氣可以通過多種機制調控這些能量代謝途徑，直接抑制糖酵解酶活性，刺激線粒體氧化磷酸化酶活性，最終逆轉糖酵解酶活性的上調和氧化磷酸化酶活性的下調，完成能量代謝途徑的切換，從而減輕過敏性氣道炎癥。
