美國學者對氫氣醫學的研究量不少,但相對於其學術總量並不算突出,遠小於中國和日本氫氣醫學研究的規模。其中比較突出的是匹茲堡大學和羅馬琳達大學的工作,另外哈佛大學、俄亥俄州大學、退伍軍人醫療機構也有一些工作。最近來自美國馬奎特大學和西北大學等學者採用氧化還原組織造影劑,在體研究了吸入95%氧氣導致的肺組織損傷,用非常明確的影像學證據證明了氫氣在對抗氧化損傷和炎症反應中的作用,文章發表在《休克》雜誌,該研究十分重要,值得大家認真學習閱讀。

 

99mTc-Hexamethylpropyleneamineoxime (99mTc-HMPAO)最早作為腦血流造影應用於臨床,也可以標記各種組織氧化還原狀態。HMPAO從血管進入細胞內,可以從細胞內重新擴散到組織間隙和血管,如果在細胞內被還原變成親水性形式,則不能跨越細胞膜,被囚禁在細胞內。局限在細胞內的還原型99mTc-HMPAO水平主要決定於細胞氧化還原狀態,包括還原型穀胱甘肽和其它線粒體功能相關分子含量。

急性肺損傷是重症監護病房最常見的入住原因,急性呼吸窘迫綜合徵美國每年新發25萬例,治療方法有限,死亡率超過40%,缺乏早期診斷手段。大多數治療是給患者高濃度氧氣吸入,但是持續高分壓氧氣暴露本身也可以導致急性呼吸窘迫綜合徵。因此開發急性呼吸窘迫綜合徵的新型診斷和治療方法十分迫切。

最近臨床前研究發現,吸入氫氣2%能對多種動物急性肺損傷和呼吸窘迫綜合徵具有保護作用,如機械通氣誘導肺損傷、器官移植誘導肺缺血再灌注損傷、內毒素和高氧肺損傷等。氫氣治療疾病的基礎是由於氫氣具有生物抗氧化、抗細胞凋亡和抗炎症作用。氫氣可選擇性降低羥基自由基和亞硝酸陰離子導致的氧化損傷,且不影響超氧陰離子、過氧化氫和一氧化氮等具有信號和免疫作用的活性氧。更多研究發現,氫氣能抑制caspase 3活性發揮抗細胞凋亡作用。重要的是,氫氣具有強大的擴散能力,能進入細胞核和線粒體等各種亞細胞結構發揮作用。

美國馬奎特大學Said H. Audi等建立了99mTc-HMPAO活體標記動物組織氧化應激和99mTc-duramycin標記內皮細胞死亡的SPECT技術,對動物高氧和內毒素誘導肺損傷組織氧化應激和內皮細胞死亡進行了研究。研究發現99mTc-HMPAO和組織穀胱甘肽含量呈強相關關係,提示可以作為理想的氧化應激指標。而99mTc-duramycin攝取量和caspase 3活性片段含量有關,提示可以作為細胞凋亡的指標。最新研究則是利用99mTc-HMPAO和99mTc-duramycin標記技術,探討氫氣吸入對高氧氣誘導的急性肺損傷和呼吸窘迫綜合徵動物模型的治療效果評價。

氫氣治療對高氧誘導的動物24小時和60小時體重沒有影響,但是對氧氣暴露48小時體重有影響,氫氣有避免體重下降的情況。48和60小時高氧氣可以提高肺濕重/體重比例,但氫氣治療對這種變化沒有影響。氧氣暴露24小時,氫氣對肺濕乾重增加有抑製作用。從這些指標看,氫氣雖然有作用,但不是所有的時間點都有陽性數據。不少學者的研究數據有時候過於美好,往往不符合真實情況。

胸腔滲出液在24和48小時發現,60小時組出現明顯增加,氫氣吸入能顯著改善。3硝基酪氨酸代表亞硝酸陰離子氧化蛋白的指標,本研究發現,動物高氧暴露60小時該指標增加明顯,氫氣吸入可以降低50%。但是同樣代表氧化損傷的4-HNE沒有發生明顯改變。

 病理學研究結果發現,氧氣暴露60小時後動物肺組織發生嚴重水腫、中性顆粒細胞明顯滲出、肺泡間隔增大。氫氣治療後肺組織和正常肺組織沒有明顯不同,與氧氣吸入組出現顯著改變,說明氫氣對氧氣吸入導致的肺組織病理改變有顯著保護作用(圖1)。氫氣治療後肺組織線粒體功能也出現顯著改善(圖2)。

 最重要的研究結果是用圖像標記氧化損傷,研究發現99mTc-HMPAO標記在氧氣吸入60小時後顯著增加,氫氣治療可以明顯抑制這種改變,但沒有達到完全正常,這一結果強烈提示,氫氣治療確確實實能緩解氧化損傷(彩圖)。如果對這種變化進行量化分析,是99mTc-HMPAO信號增加到270%,氫氣吸入可以減少到正常動物的120%,非常接近正常。統計學分析顯著氫氣治療和未治療之間有明顯差異。研究還用陽性對照還原型穀胱甘肽耗竭藥物DEM進一步確認這一結果。不過,氧氣暴露可以增加還原型穀胱甘肽的水平仍然讓一些人難以接受。

 

如果氧化損傷標記還沒有那麼印象深刻,那麼細胞凋亡的標記就讓你無法不對氫氣的治療效果嘆為觀止了,不細講了,只看圖就明白了。中間是損傷的情況,最後一個是氫氣治療的效果

 總之,最新這一研究利用氧氣誘導肺氧化損傷的經典模型,給我們展示了一種新的研究技術,並非常令人信服地證明氫氣抗氧化抗細胞凋亡的生物學作用,這種研究方法可以作為氫氣治療疾病的重要研究手段,尤其是肺損傷方面的研究,非常值得重視和借鑒。

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