氢分子医学分享 http://blog.sciencenet.cn/u/孙学军 对氢气生物学效应感兴趣者。可合作研究:sunxjk@hotmail.com 微信 hydrogen_thinker

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氢气具有诱导氧化应激的作用

已有 1096 次阅读 2020-7-17 15:24 |系统分类:科研笔记

   氢气医学效应基础是选择性抗氧化,就是说氢气能中和强毒性自由基,但不会干扰影响具有生理功能的活性氧。但这种作用机制也存在许多不足,就是许多生物学效应不能解释,例如无法解释短时间使用氢气对身体长时间的保护效应。因为氢气扩散能力巨大,导致氢气很难持续保持在身体组织内,造成氢气发挥直接作用的时间比较短。短时间作用,产生持续的效应,一般可能是通过生物组织自身的改变发挥了作用。简单理解就是,氢气让细胞自身的抗氧化能力提高,而不是氢气自身的抗氧化作用。或者可以说,使用氢气能让身体健康水平提高,增强了抗病能力。这种研究在氢气效应机制上具有比较重要的价值。过去也有相关的研究,但在认识这种效应中比较含糊,没有这一文章提出的更明确。

    角膜碱损伤常引起眼表及整个眼前节的广泛损伤,导致永久性视力障碍甚至完全失明。严重损伤后,如角膜碱烧伤或反复紫外线(UVB)照射,角膜会立即发生氧化应激。在角膜上皮细胞中,出现抗氧化/促氧化失衡。活性氧未被充分中和,会极大地促进角膜内过度炎症和角膜愈合,形成疤痕和新生血管。

将氢气缓冲液应用于角膜表面,可抑制碱损伤后角膜氧化应激,防止过度炎症和角膜新生血管的形成。抑制羟基自由基和过氧亚硝酸盐与核酸、脂质和蛋白质反应,避免DNA断裂、脂质过氧化和蛋白质失活。氢气可中和羟基自由基,减轻氧化应激,有效降低与疾病相关的活性氧水平。尽管低浓度的活性氧有细胞毒性作用,但超氧化物和过氧化氢等作为信号分子,可调节细胞凋亡、细胞增殖和分化。氢气不影响这些具有生理功能所需的活性氧。由于氢气能减少羟基自由基但不影响具有生理作用的超氧阴离子和过氧化氢,因此有人认为,与其他抗氧化剂相比,氢气的不良作用非常小。Murakami等描述了氢气不仅可以作为自由基清除剂,还可以作为细胞中抗氧化应激的诱导因子。作者发现用氢气预处理培养的神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞可以抑制过氧化氢诱导的细胞死亡。在氢气处理的细胞中,抗氧化酶的表达增加,说明氢气诱导轻度应激,增强了对加重氧化应激的抵抗力。根据Iketani等人的研究,小鼠饮用氢气水预处理3天可以保护其抵抗脂多糖诱导的脓毒症和减轻肝损伤。氢气水能够触发抗氧化应激的适应性反应。

在本实验中,将氢气溶解于缓冲液滴于健康兔眼的角膜表面,然后用强碱灼烧眼角膜。在氢气预处理的眼睛,碱诱导烧伤后的氧化应激显著降低。由于对眼部进行氢气预处理可引起角膜上皮细胞轻度氧化应激,进而导致抗氧化酶表达增加,提示碱诱导的氧化应激是通过增强角膜上皮细胞对活性氧的抗氧化能力而被抑制的。

氢思语(hydrogen_thinker)认为,本研究特别突出的特点是证明了氢气的非直接抗氧化作用,就是预先使用氢气能预防碱液烧伤,这不同于传统的抗氧化,就是氢气直接中和活性氧,而是通过激活氧化应激,启动了细胞自身的抗氧化活性。这里的作用非常微妙,因为这里氢气不仅不是通过还原作用,而是通过弱氧化活性。或者简单认为氢气是一种损伤因子,利用这种弱损伤激活细胞抗损伤的效应。

关键实验方法

研究中使用的氢水用金属镁和水反应制备,PBS倒入特制的玻璃瓶中,将氢棒浸入瓶中。瓶子摇晃15秒,然后静置20分钟。然后把棍子从瓶子里拿了出来。将少量缺失的溶液用PBS重新填充,并将瓶盖紧。经过测定氢气浓度达到1.6ppm的饱和浓度。

选用成年雌性新西兰大白兔。在角膜碱烧伤前,一组15动物右眼氢气溶液预处理,另一组15动物用缓冲液预处理右眼。预处理方法为每天4次,每次5溶液或缓冲溶液涂于眼表,连续3天。每组处死5只兔,观察角膜内活性氧和抗氧化酶的变化。其他20预处理动物用于角膜碱烧伤。

家兔麻醉后,将氢氧化钠(0.25 M NaOH)滴于氢气预处理眼或对照预处理眼的角膜表面(1分钟10)。然后用自来水冲洗眼睛。每组处死5只兔,用二氢乙二胺(DHE)法检测眼部活性氧及抗氧化酶。其余兔子(每组5)不加任何处理,直至23实验结束。在整个实验过程中都拍摄了眼角膜的照片。

研究结果1


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氢气预处理能产生氧化应激,诱导抗氧化酶活性增加。


结果2

氢气预处理能降低碱液角膜损伤后氧化应激损伤。


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结果3

氢气预处理碱液损伤角膜各种氧化应激指标和血管增生改变符合氢气处理保护效应。


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结果4

长期观察结果发现,氢水预处理(第三排)经过碱液损伤的角膜仍然透亮,但对照动物角膜混浊血管增生和瘢痕形成。

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5. 结论

氢气不仅能直接中和活性氧,缓解氧化应激,氢气也能启动细胞自身抗氧化能力,产生更强大的抗氧化作用。这两种作用都很重要,对预防和治疗疾病具有重要意义。氢气的美好,无法形容!氢气做成滴眼液,将是干眼病和结膜炎等疾病治疗带来一种新的策略。




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