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氢气控癌:氢气生物学作用及其医学意义的研究历程

来源:《氢气控癌》 编辑:James&Ani 时间:2019-06-08 07:24:28

这是摘自《氢气控癌理论和实践》中的内容,编者不断的学习整理,其他章节的内容会不断的分享出来。如果谁有吸氢气控癌qq群的,添加微信索取这本书的pdf电子版,可以分享到qq群,为宣传氢医学做点事情。

阅读要点

●氢气即氢分子,作为一种新的医疗用气体正在受到越来越多的关注,系由于氢气是毒性活性氧自由基的选择性清除剂,而后者与许多病理状态(包括癌症)的发生和进展有关。

●1975年美国Dole M等在 Science上报道了氢气对治疗癌症的作用;2007年日本 Shigeo Ohta(太田成男)等在 Nature Medicine上发表论文,报道了氢分子能改善脑梗死,具有选择性抗氧化的作用。

●近年来,在氢气与人体內环境、细胞学、基因学、信号传递、疾病模型、人类疾病、治疗相关病理学和病理诸方面进行了大虽的研究,氢分子生物学和氢医学由此建立。

●我国山东教师杜元伟早在1996年提出氢气是强还原剂,能自然地、无副作用地消灭过氧化物,实现氧化还原意义上的平衡,这与当今人们对于氢分子生物学的认识不谋而合。

●基于已观察和报道的氯生物学与医学方面的意义,我国多家医疗机构和科技企业,已对氢气的临床价值进行了研究。

氢气生物学作用及其医学意义的研究历程

46亿年前宇宙大爆炸,形成浩渺无际、物质形态多样、不断运动发展的星系。在整个宇宙中,按原子百分数来说,氢是最多的元素。氢原子的数目比其他所有元素原子的总和约大100倍。

在组成人体所有元素中,氢虽然仅占9.5%,却给生命赋予了举足轻重的化学能量,是维持生命健康不可缺少的重要物质。

人类自1766-1800年发现氮、氢、氧,并开始认识生命及其活动规律以来,在包括生命科学和医学在内的诸多领域创造了数不清的奇迹。但是,人类社会在宇宙中仍是处于非常年轻的时代,我们面对太多的未知,包括对氢与生命和健康的认知。

一、氢的发现与存在

氢气首先由瑞士化学家 Philippus Aureolus Paracelsus于1520年发现并描述为一种易燃气体。1671年,爱尔兰著名哲学家、化学家、物理学家和发明家 Robert boyle曾经对氢气的性质进行了表述,在世界上最早采用水银槽法收集氢气,并开展了比较系统的实验观察。1766年Boyle向英国皇家学会呈送了《论人工空气》的研究报告,重点论述了氢气的特征。他称这种气体为“可燃空气”,发现这种气体比普通空气轻11倍,不溶于水或碱性溶液。更重要的发现是,这种气体和氧气混合,在电流作用下就生成了水[12]。

后来,法国著名化学家 Lawrence Lavoisier于1787年确认氢是一种元素,将这种气体命名为“氢”,意思是“成水元素”,并指出水不是一个元素,而是氢和氧的化合物。直到今天,日文中还将氢气名为水素。

在地球上,大气中只存在极少的游离状态氢,地球表面的空气中,氢气约占总体积的千万分之五(0.5ppm)。在离地面20~25公里的高空大气中,只有氦气与氢气。泥土中约有1.5%的氢,石油、天然气、动植物体也含氢气。由此可见,氢气对生命活动与健康状况有不可忽视的作用。

二、氢分子医学理念的提出与评价

依据氢气的特性,最初使用其作为气囊的载体,然后它被广泛应用于航天器。现在,氢气已成为低污染的新能源被开发利用。当下,除了在能源领域的应用价值外,氢气作为一种新的医疗用气体正在受到越来越多的关注,它被公认为活性氧自由基(ROS)尤其是羟基(OH)的选择性清除剂,而后者与许多病理状态(包括癌症)的发生和进展有关。

早在1937年,氢气首先作为潜水气体进行了试验,证明氢气是中度和深度潜水的最佳呼吸介质,对机体极为安全,没有发现任何毒副作用[1]。

1969年美国 L evitt[4]在《新英格兰医学杂志》( New Engl J Med)发表论文,报告肠道菌群产氢的研究结果,显示正常人空腹状态下结肠每分钟产生氢气0.06-29mL(平均0.24mL),由此推算,人体空腹情况下每天最多可产生约345mL氢气,进食后氢气产生增加7~30倍。

1975年美国 Baylor医学院和A&M公司的Dole等[5]在《科学》( Science)上报道了氢气对癌症的作用。紫外线诱导的皮肤鳞状细胞癌裸鼠模型,在含有2.5%氧气和97.5%氢气的8个大气压的腔室中,肿瘤明显缩小和退缩。

1978年,美国 Roberts等[6]报道高压氢对白血病细胞有抑制作用。1988年,美国 Restain等[7]报道使用含有49%的氢气、50%的氦气和1%的氧气的产品 Hydreliox,可有效防止潜水员在海平面500米以下工作时出现减压病和氮麻醉的反应。2001年,法国 Gharib等[8]报道高压氢对小鼠血吸虫病相关性慢性肝炎模型具有抗炎作用,推测高压氢可能对某些疾病有治疗效果。

继有关高压氢气的少量研究后,人们研究了电解碱性水的作用。美国 Shirahata等[9]提出,一种称为活性氢的氢原子可在电解过程中产生,这种活性氢能清除ROS。尽管氢原子在我们体内不可能存在很长时间,但氢气确实存在于电解水中。Li和他的同事报道,电解水清除ROs并保护仓鼠胰腺β细胞系免受四氧嘧啶诱导的细胞损伤。 Nihon Trim公司生产的一种血液透析液,可减少血液透析患者的氧化应激。日本东北大学医学研究院和 Nihon trim的研究人员于2008年开始合作临床研究,并成立了电解水一血液透析研究小组协会。他们认为电解水的影响可能是由于溶解的氢分子的作用[1,2]。

2005年,Miz公司的 Yanagihara等[10]报道,用其独特的电解装置生产的富含氢的中性水,可减少大鼠的氧化应激。这是一项开创性的工作,因为他们明确证明,是碱性水中的氢气而非碱性物质发挥治疗作用。

2007年,日本医科大学太田成男等[11]在《自然医学》( Nature Medicine)发表论文,报道了氢气对大鼠脑梗死模型具有明显的治疗效果,实验数据表明,吸入1%~4%氢气可缩小大鼠脑梗死的面积。他们进一步指出,氢具有特异性清除•OH和过氧亚硝酸盐的作用,但不影响过氧化氢或超氧化物。这一结果引发了医学领域对氢气的生物学作用及对人体各种疾患临床意义的兴趣,进而促使包括医疗、科技、工业及资本领域愈来愈多关注氢对生命和建康的价值。

近年来,主要来自日本、中国和美国的学者,在氢气与人体内环境、细胞学、基因学、信号传递、疾病模型、人类疾病、治疗相性病理学和病理生理学诸方面进行了大量的研究,发现氢分子能发挥强大的抗氧化、抗炎作用,同时分析了其对细胞信号传导、基因表达调节以及细胞保护的作用。在这些研究基础上,进一步明确氢对体内与过氧化和炎症相关的许多疾病均能发挥干预和改善效应[12,14]。

纵观医学发展的历程,一个新的科学发现与技术发明需要坚实的科学研究作支撑,特别是具有医疗作用的方法或产品,要明确其对正常生理功能的影响。这是一个基础性的科学问题,是需要长时间积累的过程。“氢医学”的概念正是经历这个过程而逐步建立起来。

依据上述这些研究进展,2014年美国食品安全添加剂安全办公室发表声明,指出氢气溶于水中使用是安全的。2015年中国颁布国家标准,规定氢气为食品添加剂。

三、与传统医学的关系

我国清代名医张锡纯在他所著的《医学衷中参西录》中有如下记载:“炉心有氢气,人腹中亦有氢气,黄者能引氢气上达于肺,与吸入之氧气相合而化水,又能鼓胃中津液上行,又能统摄下焦气化,不使小便频数,故能治消渴。”

张锡纯提出的“腹中有氢气”,与目前结肠细菌产生氢气的认识不谋而合;“黄者(可能指生地黄、黄芪)能引氢气上达于肺…不使小便频数,故能治消渴”,这与目前已证明氢气能改善糖尿病症状似乎又是不谋而合。

1996年我国山东教师杜元伟[15]率先提出探索氢对于生命的意义。他在一篇出席国际会议的论文摘要中提出“氢气对生命体的重要作用”,认为水电解后产生的氢气对植物(丁香花枝条)、动物(小白鼠)、人体的生命活动均有较明显的促进作用,并指出癌症的发生,不管哪种学说,其本质都是生物代谢过程中底物的氧化和过氧化,氢气在生物体内可能会起清道夫”的作用。2002-2013年间,他发表多篇论文,阐述了“人体内适量的氢气可能会对多种疾病及延缓生命的衰老过程有不可估的作用”的观点,包括对小麦种子萌发和生长的影响。他在水电解的阳极(产生氧气)和阴极(产生氢气),分别放置小麦种子,结果显示:第8天和第15天阴极小麦的发芽率均高于阳极小麦。他在丁香枝条和桃树枝条的中央髓部注射氢气,结果显示与对照组相比,花蕾提前开放,延迟凋萎。给小鼠皮下注射氢气,与对照组相比,麻醉后苏醒时间缩短,耐饥饿能力增强,后期生长速度加快。他进一步将氢气注射给自身皮下和肌肉内,自觉“生命活力增强”,未见不良反应。

1999年杜元伟[19]等在《山东师范大学学报》上发表文章,指出氢气在体内具有还原性和抗氧化作用。他提出“人在代谢过程中积累过多的过氧化物,许多疾病及衰老就是这些过氧化物所致。人体必有一定的生命机制来对抗这些过氧化物。氢气是强还原剂,自然地无副作用地消灭过氧化物,实现氧化还原意义上的平衡”。杜元伟提出的观点,与当今人们对于氢分子生物学的认识不谋而合。如果将这篇论文作为他研究氢生物学作用的开始,则他的发现比2001年法国潜水医学家证明呼吸8个大气压高压氢气具有抗炎作用早了3年,比2007年太田成男发现氢分子具有特异性清除羟自由基的作用早了8年。可惜的是,这些研究发表的刊物影响力太有限,如果在诸如 Sci Rep、ChinMed等国内英文杂志上发表,其影响可能是另一局面,也许可获得“氢生物医学”研究首发权。

值得关注的是,杜元伟提出了中医“气”与氢的关系[15-17]。《内经》说“营者,水谷之精气也”“营气者,泌其津液,注之于脉化以为血”。杜元伟认为中医讲的“人以天地之气生”“气者,人之根本也”,就是氢气。同时还提出“生物氢能”的概念,他认为如同氢作为理想的清洁能源一样,在生物体内氢具有高能量。在正常情况下,氢气可作为有机物能源之外的“补充能源”[16]。他大胆推测“辟谷”者长时间不摄取食物,仅饮少量水,其维持生命活动的能量就是生物氢能。

2013年,为了进一步验证氢气是否可以迅速扩散至全身,杜元伟等[19]通过电解氚水(一种氢的同位素,可以特殊标记后与其他氢元素相区别)产生氚气,利用氚气代替氢气通入小鼠生活的环境中,最后在小鼠体内的各个组织器官测得了氚的存在,从而证明氚气参与了生物的生命活动,并转化成了氚离子且普遍存在于生物体内。这也间接证明了空气中和肠道内产生的氢气对于生命而言,既是组成物质,又是能源物质。

2017年,针对既往的研究成果,杜元伟等[20]提出人体存在组织液循环的假说。他结合“内功拳家”在修炼时产生的充气感和气流感,认为中医所讲的“真气与元气”“正气和中气”“既非实体,又非管道,仅是一种气的通道、髓道、间隙”,经络里运行的就是氢气。他认为,组织液或许就是中医所说“气”,组织液循环的间隙通道就是经络。肌腱韧带筋膜也是运输管网。杜元伟提出的氢气主要沿着组织液传播的假说,这在人类历史上属于首次。

2018年3月27日 Sci Rep杂志报道美国Yobe Israel医学中心的两名医生发现了一种网状组织,位于皮肤下方、血管周围和肺部、消化器官和泌尿系统衬里,其内有流体穿过。他们称为新器官[21]。这是否与杜元伟的假说不谋而合?是否相当于中国传统医学的“经络”,而流体”里是否可能含有“氢”?值得研究。

杜元伟的这些观点在学术思想层面具有理论价值,但如何通过科学实验确证,需要作系统的观察和分析。可以预期,如果能得到证实,这将为氢的生物学作用研究开辟一条新路,也将给探究多年而不解的中医“经络”赋予现代科学的内涵。

四、氢气疗效的临观察与评价

基于已观察和报道的氢生物学与医学方面的文章,我国多家医疗机构和科技企业对氢气的临床价值进行了研究。已经开展或即将开展6项氢气治疗的多中心随机双盲对照研究,包括:①过敏性鼻炎的氢气辅助治疗;②慢性阻塞性肺疾病(COPD)急性发作的氢气辅助治疗;③重症稳定期COPD的氢气辅助治疗;④重症哮喘的氢气辅助治疗;⑤支气管扩张的氢气辅助治疗;⑥非小细胞性肺癌的辅助治疗研究。该项研究工作由上海、天津、广州、河北等16家医院参与,入组数百病例。

在全国范围内还有很多氢气治疗的单中心研究,内容涉及氢气对气道狭窄、阿尔茨海默症、帕金森症、脊髓损伤康复、PM2.5雾霾伤害、呼啜睡眠障碍和代谢混乱、呼吸睡眠障碍呼吸节律调节、老年患者手术后认知障碍、带状疱疹神经痛、非酒精性脂肪肝、糖尿病、高脂血症、肺纤维化、抑郁症等的治疗作用。

五、医学研究的问题与展望

这个问题需要从三个方面考量:临床问题与科学假说、研究方法与工具、市场潜力与资本。纵观科学研究的发展历程,提出有创意的科学问题,而且选对重要的科学问题,是一件极其艰难的工作。特别是采用恰当的研究方法更是科学发现的关键环节。当今社会,基金与资本的支持也能起到举足轻重的作用。

1.从临床问题与科学假说角度的考量

近10多年来,我国学术界与工业界开始关注氢气的科学意义与应用价值。特别是氢分子的生物学、生理学意义和临床应用,得到医疗行业的关注。通过实验观察初步确定氢气对调节生理功能,维护健康,治疗包括放射损伤、外伤、烧伤休克、脓毒症、胰腺炎、减压病、氧中毒、肝硬化、阿尔茨海默症等疾患具有潜在的效果。

海军医科大学(原第二军医大学)是国内最早开展氢气医学研究的学术机构。2011年吴孟超院士和他的团队发现氢能防护肝损伤,抑制导致肝硬化和肝细胞代偿性增生的过程[22]。夏照帆院士在国际上率先提出氢复苏概念[23]。孙学军教授主编的《氢分子生物学》以及他与

日本太田成男教授合著的 Hydrogen Molecular Biology and Midicine,重点介绍了氢气治疗疾病的机理,为氢气生物学及其应用的研究提供了重要参考。

2014年,由钟南山院士领衔的广州医科大学研究团队加入氢医学研究领域,组织开展了与COPD相关的多项临床多中心试验研究,并提出氢气治疗“属于病因治疗”、是“治未病”、“主要针对慢性疾患”等见解,为氢生物医学的健康发展指出了方向。

徐克成和他的团队最先将氢气与癌症联系起来,他们开展的吸氢控制进展性癌症的回顾性和前瞻性调查,是一项开创性研究,已受到极大关注。

2.从研究方法与工具角度的考量

技术创新是科学发现的重要驱动力,通过采用新型水电解技术,上海潓美医疗科技有限公司制造出世界上第一台医用级别的氢氧气雾化机,已在2018年由中国食品药品监督管理总局界定为第三类医疗器械(分类编号6826),获得国内外118项发明和实用新型专利。该机运用“即产即用零气腔”设计,避免累积氢氧气体,附设有雾化水设施,避免发生干燥静电而自燃,从而保证了使用的安全性。

3.从市场潜力与资本角度的考量

基于其生物学意义与潜在的临床价值,氢气已受到基金、工业和投融资领域的高度关注。2008—2017年,国家自然科学基金资助氢生物医学研究的项目和经费逐年增加,到2018年共有69个项目获批,内容涉及氢分子的作用机制、氢气吸入对各种疾病(尤其神经、呼吸、心血管系统和代谢疾病)和病理状态(放射损伤、创面、炎症)的保护效应等。除国家自然科学基金外,氢医学研究还获得省、市各级政府以及高等院校、各医院和研究机构支持达百余项。上海交通大学于2019年初成立了氢科学研究中心,涵盖氢能源、氢农业和氢医受到国家有关部门和社会的关注。

更为可喜的是,这项研究一开始就是以企业为中心,借助高校与科研院所的资源、技术和人才优势推动创新发展。前述的上海制造的氢氧气雾化机具有独特的优势,已为在自然人群和患病群体中开展随机对照多中心研究提供了可靠的手段,受到国内外关注。

结语

尽管氢是宇宙中最早、最古老、最基本的元素,原始的宇宙几乎只由氢构成,尽管人体肠道内细菌无时无刻不在产生氢,但人们对氢在生命活动和维护健康方面的认知仍是初步的。

任何一门科学在其早期发展阶段,各种假说和理论往往相互质疑,甚至相互排斥,各种学派之间很难沟通或理解。历史的经验提醒我们,好东西最开始一般会被反对的。相信随着时间的推移,人们通过观察与实验,最终会获得真知。值得欣慰的是,当下已有不同领域的科学工作者加入氢医学这一领域,在探索中逐步形成了具有综合实力的研究群体,不仅从事基础性科学实验,而且逐步转化到临床研究。已经受到广泛关注的“真实世界证据”研究,可望在临床转化中发挥作用。

相信只要我们秉持恰当的学术观点,采用正确的研究思路、方法和技术,进行认真的探索,并在探索研究中加入中国传统文化的元素,中国的氢医学研究一定会取得长足进展。

吕有勇 徐克成 吴沛宏 李家平

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