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持续吸入氢气预防动脉硬化的研究[全文]

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来源:孙学军 氢思语 2020-04-23

这个研究的突出特点是给动物连续不断吸入氢气14天,由于过去在潜水医学研究历史上曾经有更大浓度氢气更长时间吸入的研究,也有治疗癌症的高压持续吸入试验,因此这算不上非常高大上的研究。但过去研究没有从对疾病预防角度,所以这个研究仍然有一定价值。因为这个研究能告诉我们,氢气的安全性确实是非常高的,即使是连续不断接触和使用氢气,也没有问题。另外甚至能预防慢性疾病,这个研究是针对血管内膜增生,这种病变可见于长期的心血管疾病的过程。结果也告诉我们,日常生活中持续吸入氢气可能具有预防心血管疾病的价值。当然动物实验结果需要人体研究验证。不过从氢气过去的人体研究中,我们可以推测这种方式的安全性和可能有效性,即使对人体来说,也该如此。

不过,这个研究使用的氢气浓度比较低。持续吸入需要在日常生活使用,保证绝对安全确实是非常必要的。但设计在1.3%的氢气浓度也过于保守。应该2%甚至4%以上比较好一些。我认为采用这种连续吸入的办法不如间断吸入更符合生活规律。例如我们可以采用睡眠过程吸入氢气,白天工作不吸的方式,看是否能达到预期效果。如果效果不错,则是更符合人性的方式。总之,一切都可以探讨,新领域,值得探讨的内容多得是。

以上为点评,以下为文章主要内容,相对专业性比较强

心血管疾病,包括缺血性心脏病,仍是全球范围内导致健康损失和死亡的主要原因。有研究表明,与生活方式相关的疾病如高血压、糖尿病、肥胖等与心血管疾病的发生有关,而疾病的进展伴随着活性氧(ROS)依赖的慢性/持续性氧化应激引起的血管损伤。氧化应激是指细胞内ROS水平升高,导致脂质、蛋白质和DNA受损。因此,通过下调ROS来减少氧化应激可能是预防心血管疾病发病的一种方法。事实上,有报道称血管紧张素II受体阻滞剂通过抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶活性来下调ROS,从而减弱动脉粥样硬化。

曾报道在体外实验中,氢分子通过清除羟基自由基和过氧亚硝酸盐来减轻氧化应激。氢分子被证明可通过减少氧化应激而对各种疾病的病理生理产生有益的影响。有几种方便、有效的给氢气途径,如吸入、口服富氢水、注射富氢生理盐水和直接渗透(溶液、眼药水等)体内给氢分子。有研究表明,氢分子可通过减少氧化应激而防止缺血再灌注(I/R)损伤、血管移植、颈动脉球囊损伤、蛛网膜下腔出血引起的脑血管痉挛等动物模型血管重构。

以前报道中,在再灌注前的2小时缺血条件下,2%的氢气吸入被发现对降低大鼠I/R损伤模型的死亡率和功能结果是有效的。然而,在日常生活中,持续吸入氢气对预防心血管疾病的有益作用却知之甚少。近年来,电解水很容易产生氢气,氢气不仅作为一种能源受到人们的关注,而且有望成为一种健康的生活方式。因此,我们采用袖扣诱导的血管损伤模型,研究了低浓度氢气本构作用对血管重构的影响。在这项研究中,我们关注的是作为一种生活方式干预氢气吸入对心血管疾病的影响。心血管疾病是由生活方式相关疾病引起的慢性/持续性氧化应激;也就是说,在现实生活中吸入氢分子有助于减少慢性/持续性氧化应激,并具有预防心血管疾病的潜力。

材料和方法

动物和治疗

C57BL/6小鼠购自CLEA Japan, Inc。(日本东京)。所有实验均采用8周龄雄性小鼠(中位体重23 g)。如图1所示,8只动物被安置在350毫米x150毫米x150毫米的封闭室内。这些小鼠被随机分配到氢气组或对照组。压缩氢气(氧气21%, 氮气77.2%、氢气1.3%)或压缩空气(氧气21%、氮气79%)在供气量为0.4 L / min,使用除湿器和除臭剂对密闭室内湿度(70%)和温度(25度)进行监控和维护。动物垫料每两天换一次。恒温25度,自动控制12:12 h亮暗循环,早7点亮灯。食物和水随意提供的。

图1 自制的实验装置。

从8周龄开始持续2周内吸入。在麻醉下在股动脉周围放置聚乙烯袖带诱导炎性袖套损伤。

其他实验方法主要是如何检测各种变化,例如用组织学观察血管内膜增生的情况,这个结果比较重要,后面会展示。利用免疫组织化学可以用形态学表示某些生物分子在组织中的分布和表达水平,本研究中主要对某些氧化还原酶进行分析,也发现了一些改变。研究中还用PCR进行了基因表达分析,ROS分析某些活性氧水平,用8羟基鸟嘌呤分析作为DNA被氧化损伤的程度。

这些内容专业性比较强,专业的人不用看,不专业的人看不懂,这里省略。

研究结果

氢气吸入对新内膜形成的抑制作用

在股动脉周围聚乙烯袖带放置14天后,我们检测了氢气对新内膜形成的影响。在氢和空气中观察到新内膜的形成。氢治疗组新生内膜面积与血管中膜面积之比显著降低(图2)。

氢气吸入对细胞增殖的抑制作用

我们观察到,氢气降低了新生内膜的面积,降低了内膜的PCNA标记指数。氢组和空气组新生内膜中均可见pcna阳性细胞。新生内膜PCNA标记指数降低 (图3)。

氢气吸入对NADPH氧化酶亚基表达的抑制作用

我们评估了7天后氢气对股动脉新内膜和动脉介质中NOX1(NADPH氧化酶)和NOX1亚基(p40phox, p47phox) mRNA水平的影响。在氢气治疗组中,NOX1表达水平显著降低,而对照组和治疗组中p40phox和p47phox表达水平无显著差异。

氢气吸入对活性氧产生的抑制作用

我们研究了放置袖套后7天,氢气对股动脉新生内膜和动脉介质中活性氧(ROS)的产生,如超氧阴离子、羟基自由基和过氧亚硝酸盐的影响。DHE染色评价超氧阴离子的生成,HPF染色评价羟基自由基和过氧亚硝酸盐的生成。两组在产生超氧阴离子方面没有显著差异。不过氢气治疗后羟基自由基和过氧亚硝酸盐明显减弱。这一结果符合氢气具有选择性中和羟基自由基的经典报道。

氢气吸入对活性氧损伤DNA的抑制作用

我们研究了氢气对损伤动脉7天后新生内膜和动脉介质中ROS诱导的DNA损伤的影响。硝基鸟苷是过氧亚硝酸盐(ONOO)和过氧化氢对DNA损伤的标记物,8-OHdG也是羟基自由基对DNA损伤的典型标志。免疫细胞化学染色法检测活性氧对DNA的损伤。氢气治疗后8-硝基鸟粪荧光标记指数显著降低。

 

氢气吸入对放置袖带后损伤股动脉新生内膜形成的影响

图2所示。氢气吸入对放置袖带后损伤股动脉新生内膜形成的影响。氢气治疗明显好过对照组。

气吸入对放置袖带后损伤股动脉细胞增殖的影响

图3所示。氢气吸入对放置袖带后损伤股动脉细胞增殖的影响。氢气治疗后细胞增殖减少。

讨论

这些研究结果表明,低浓度氢气的持续吸入可通过减少氧化应激和细胞增殖来减轻血管重构。以前关于吸入氢气对缺血血管疾病影响的报道主要集中在使用大鼠I/R损伤模型的临床应用。本研究以模拟生活方式干预为主,探讨吸入氢气对心血管疾病的影响。在本研究中,考虑到人类的日常生活,我们在小鼠袖套损伤模型中检测了氢气持续吸入给药对血管重构的能产生明显预防作用。

在这个血管损伤模型中,NADPH氧化酶活性增加所产生的超氧化物促进了平滑肌增殖和新生内膜形成。NADPH氧化酶亚基也被认为可以促进血管重构,包括动脉粥样硬化,作为强有力的阳性调节因子。有结果显示,在异丙肾上腺素(ISO)诱导的心肌肥厚模型大鼠中,腹腔注射富氢培养基可使NADPH氧化酶的表达降低。秦等报道了在大鼠颈动脉球囊损伤模型中,注射富氢生理盐水可降低超氧化物并阻止血管平滑肌细胞的增殖和迁移。这些报告表明,分子氢可以通过下调NADPH活性和超氧化物的产生来防止心血管疾病。然而氢分子不能作为自由基清除剂清除其他活性氧,如超氧化物、过氧化氢等。关于氢分子对生物活性的作用机制,目前尚不非常清楚。在本研究中,吸入氢气降低了股动脉内NADPH氧化酶NOX1的表达,但未影响放置袖带7天后股动脉内NADPH氧化酶亚基如p40phox、p47phox的表达水平。氢和对超氧化物产量也没有显著差异。这些结果表明,我们的氢给药方式可能对NADPH产生的超氧化物影响不大。

我们的结果与氢分子不直接作为自由基清除剂对抗超氧化物的事实是一致的。超氧化物的生成是生成各种活性氧(ROS)的第一步,如过氧化氢、羟基自由基和过氧亚硝酸盐。心血管疾病中的氧化应激不仅受到超氧化物的影响,还受到具有高氧化反应活性的羟基自由基和过氧亚硝酸盐的影响。氢分子通过作为自由基清除剂来减轻氧化应激。此外有报道表明,氢分子通过降低体内羟基自由基和过氧亚硝酸盐抑制氧化应激介导的疾病。据报道,氢在超声乳化白内障手术中通过减少羟基自由基来防止角膜内皮损伤。在大鼠腹主动脉缩窄模型中,通过检测3-硝基酪氨酸在靠近缩窄部位的腹动脉中,发现饮用富氢水可以显著抑制过氧亚硝酸盐形成。结果表明,我们的氢给药系统可能有助于部分缓解活性氧依赖的氧化应激。

活性氧诱导的DNA损伤和随后的修复途径现在越来越被认为是心血管疾病进展的危险因素,包括动脉粥样硬化]。特别是活性氧诱导的DNA损伤受羟基自由基和过氧亚硝酸盐强烈影响,因为它们具有很强的氧化性。众所周知,8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)是ROS诱导的DNA损伤的代表性标志物, 8-硝基鸟苷也被过氧亚硝酸盐等ROS视为DNA损伤的标志物。在我们的实验中,8-OHdG和8-硝基鸟苷的检测水平在氢治疗组的股动脉放置7天后都降低了。这些结果表明,我们的氢管理系使通过降低羟基自由基和过氧亚硝酸盐来减轻DNA损伤成为可能。

在血管重构事件中,ROS通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号转导途径,包括细胞外信号调节激酶(ERK)、p38 MAPK和c-Jun nh2末端激酶(JNK),激活平滑肌的增殖和迁移。此外,MAPK信号参与炎性细胞因子的产生,炎症会加速血管重构事件。在我们的血管损伤模型中,通过袖带放置可以增强MAPK信号和炎症反应。有报道表明,氢分子还调控MAPK信号转导通路和炎症反应。红衣主教等。报道饮用富氢水对慢性移植物肾病模型中ERK、p38和JNK的磷酸化有抑制作用;然而,磷酸化- ERK抗体的免疫化学染色在本研究中各组之间没有任何差异。无论给氢气的方式如何,氢分子抗炎作用都是通过抑制血管的生产重构相关炎性细胞因子如TNF-α和IL-1β。然而,在我们的实验中,使用免疫组织化学染色法,氢气对F4/80表达水平的抑制作用没有显著差异。因此,我们很难得出结论,氢给药系统对血管重构的影响是通过影响炎性细胞因子介导的。为阐明详细的机制进一步研究是必要的。

另一方面,本研究也提出一些问题。氢气吸入作为一种给药手段在日常生活中最有可能具有持续使用的条件,而不像饮用氢水或注射等(值得商榷)。虽然我们的研究表明,低浓度氢气持续吸入可通过减少氧化应激部分减轻血管重构,但目前尚不清楚间歇性地给氢(间歇给也应该有效果,而且更符合生活方式)是否能有效预防血管重构。的确,在日常生活中很难有规律地,特别是持续吸入氢气,因为病人不能一直呆在家里,除非在新冠状病毒爆发期间。此外,在与生活方式相关的疾病模型中,也有必要研究氢给药系统是否对这些不良生活方式产生的疾病有抑制作用。因此,有必要进行进一步的研究。

总之,我们的研究结果支持了这样的观点,即在安全的浓度下长期吸入氢气对血管重建有有益的影响,至少因为它对活性氧的抑制作用, 保护氧化导致的DNA损伤和细胞增殖。另一方面,饮用富氢水有暂时效果,患者需要有饮用富氢水的意愿。因此,我们认为吸入法是一种更有效、更自然的给氢方法。可以预期,在生活环境中吸入氢气可能有助于减轻血管疾病,如动脉粥样硬化。

标签:氢呼吸   原理  专家学者

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