氫是自然界最簡單的元素，氫氣是無色、無嗅、無味、具有一定還原性的雙原子氣體。與氧和氮等類似，氫的溶解度比較低，氧可與血紅蛋白結(jié)合，能夠順利通過呼吸被機(jī)體大量吸收，而氫和氮不能被大量吸收。人們早就知道，氫氣是低等生物重要生化代謝物質(zhì)，也可能是生物誕生的基礎(chǔ)，但人們曾經(jīng)長期沒有重視氫氣在高等生物體內(nèi)的作用。在輻射化學(xué)領(lǐng)域，曾有人證明在溶液中氫氣可與羥自由基直接反應(yīng)（Buxton et al. 1988），但這沒有受到生物學(xué)家重視。在潛水醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，氫氧混合氣潛水過程存在呼吸數(shù)十個大氣壓高壓氫的情況，因氣體在液體中溶解量隨分壓增加而增加，科學(xué)家曾試圖證明高壓情況下，氫氣或許可與氧在溶解狀態(tài)下反應(yīng)，或與高活性自由基發(fā)生反應(yīng)，但研究并沒有獲得該反應(yīng)存在的直接證據(jù)（Kayar et al. 1994）。因此，大部分生物學(xué)家，特別是潛水醫(yī)學(xué)家一直認(rèn)為，氫氣在生物體內(nèi)不能表現(xiàn)出還原性，或者氫氣不會與生物體內(nèi)的任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，屬于生理性惰性氣體。
也有少數(shù)人認(rèn)為，高壓氫氣在生物體內(nèi)可具有抗氧化作用。1975年，曾有人在《科學(xué)》發(fā)表論文證明，連續(xù)呼吸8個大氣壓97.5%氫氣（2.5%氧）10天，高壓氫氣可有效治療動物皮膚惡性腫瘤，并認(rèn)為是通過抗氧化作用(Dole et al.1975)，該文首先提出氫氣具有抗氧化作用的思想。但由于需要使用高壓氫氣，這比較復(fù)雜和危險，是許多普通生物實驗室無法實現(xiàn)的條件，可能是沒有引起太多關(guān)注的一個因素。
1975年，美國貝爾大學(xué)生物學(xué)家多爾等的研究論文并不復(fù)雜，但這是在氫氣生物學(xué)領(lǐng)域最早的一篇文獻(xiàn)，且是發(fā)表在國際著名期刊《科學(xué)》上，許多非學(xué)術(shù)界讀者也對這個文章的內(nèi)容并不了解，因此有必要進(jìn)行更詳細(xì)的解讀。
以下是《科學(xué)》論文詳細(xì)介紹和評論
論文作者Dole等最近幾年研究聚乙烯輻射化學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)氫分子具有催化效應(yīng)，氫氣在室溫下能催化來自固體聚乙烯烷基自由基CH2CHCH2衰變。Waterman和Dole發(fā)現(xiàn)，24度條件下，400mmHg壓力氫氣能把第一階段烷基自由基水平提高10倍。這種催化作用是因為氫氣溶入聚乙烯。
自由基被認(rèn)為是癌癥生長的原因之一，本研究動物模型是用無毛白化小鼠經(jīng)過長時間紫外線照射誘導(dǎo)皮膚鱗狀細(xì)胞癌。
氫氣加壓暴露用一個高壓艙，用97.5%氫氣2.5%氧氣混合氣加壓到8.28個大氣壓。這個壓力和氣體組成是經(jīng)過精心選擇的，因為氧氣百分比低于4%可以避免氫氣發(fā)生燃燒和爆炸。氧分壓是（828*2.5%）20.7kPa幾乎等于常壓空氣中氧分壓，這又能避免動物發(fā)生缺氧。高壓氫氣能保證氫氣達(dá)到相對高的溶解量，確保氫氣能進(jìn)入身體各個部分發(fā)揮催化作用。根據(jù)氣體溶解的亨利定律，氫氣在身體中溶解量隨著氫氣分壓增加而增加。
研究過程中，小鼠、水和飼料一起放在加壓艙內(nèi)，然后密封加壓艙。艙內(nèi)二氧化碳吸收器充填堿石灰，由一個感應(yīng)小電風(fēng)扇循環(huán)通風(fēng)。艙溫維持在32度。純氦加壓30分鐘達(dá)到8.3個大氣壓。然后用97.5％氫氣2.5%氧氣混合氣通風(fēng)換氣。此時艙內(nèi)氧分壓和常壓空氣一樣，但是氧氣濃度只有2.5%，低于氫氣燃燒的氧氣濃度條件。Dorr和Schreiner研究發(fā)現(xiàn)，氫氣和氧氣混合時，氧氣濃度低于5.3%時即使用電花火也無法引爆（文獻(xiàn)）。當(dāng)氦氣被氫氣置換完全后，用一個非常小的氧氣供應(yīng)管補(bǔ)充動物代謝消耗的氧氣。氫氣治療結(jié)束后，艙內(nèi)氫氣用97%氦3%氧混合氣進(jìn)行置換，完全置換后，用空氣給艙內(nèi)通風(fēng)換氣，然后緩慢減到常壓。
為避免動物發(fā)生減壓病和胃腸道擴(kuò)張，減壓時間長達(dá)到3小時。氦氣對照組動物用氦氧混合氣加壓9天，以排除簡單高壓可能產(chǎn)生的作用（小心氦氣也可能會產(chǎn)生作用！）。每次實驗3只動物進(jìn)加壓艙，3只動物正常常壓生活。10天高壓氫氣治療結(jié)束后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1）腫瘤體變黑色，2）有的瘤體消失，3）有的瘤體萎縮有消失的趨勢；4）動物狀態(tài)都不錯。原文是這樣表達(dá)的After a first 10-dayperiod of exposure of the mice to the hydrogen-oxygen therapy it was foundqualitatively (i) that the tu-mors had turned black, (ii) that some had droppedoff, (iii) that some seemed to be shrunk at their base and to be in the processof being "pinched off," and (iv) that the mice appeared to suffer nodeleterious consequences.
(i)、(ii)和(iii)項的情況在高壓氦氧暴露組都沒有發(fā)現(xiàn)，常壓生活的對照組動物也沒有這樣的表現(xiàn)。同樣的動物進(jìn)行第二個高壓氫治療6天周期，能看到多個鱗狀細(xì)胞癌緩解的情況。第二組3只高壓氫氣治療10天再次印證了第一組的結(jié)果。同時所有高壓氦和常壓對照動物都出現(xiàn)明顯腫瘤增生伴隨的表皮角化過度現(xiàn)象，沒有發(fā)現(xiàn)任何腫瘤緩解的現(xiàn)象。
表1是對三種不同處理組動物腫瘤三維測定的數(shù)據(jù)匯總，其中括號內(nèi)數(shù)據(jù)為治療后結(jié)果。這些數(shù)據(jù)說明高壓氫氣治療能產(chǎn)生顯著的效果。顯微鏡檢查也未見鱗狀細(xì)胞癌的典型病理學(xué)特征。總體趨勢是那些腫瘤數(shù)量越多，腫瘤完全消失需要的時間越長。一種假說是高壓暴露能干擾腫瘤細(xì)胞呼吸和代謝，而正常細(xì)胞因為呼吸代謝特征不同不受高壓影響。受到干擾的癌細(xì)胞更容易受到免疫系統(tǒng)的清除。腫瘤數(shù)量代表宿主免疫功能強(qiáng)弱，這可以解釋為什么腫瘤數(shù)量多完全緩解需要的時間更長。
作者認(rèn)為這些實驗只屬于初步觀察，仍然有許多問題需要回答如：這些效應(yīng)是否可以持續(xù)？反復(fù)多次而不是這樣單次持續(xù)氫氣治療是否也能達(dá)到同樣的效果？治療效果和氫氣治療時間之間的關(guān)系？氫氣治療是否會產(chǎn)生不良后果？將來研究中，氫氣氧氣混合發(fā)生爆炸的危險一定要首先避免。
氫氣作用的具體機(jī)制也應(yīng)該深入探討。例如在前述放射化學(xué)研究中，氫氣對放射性聚乙烯的丙烯類自由基- CHCH CH =CH CH2-和-CH20CHOCH-沒有催化活性。不過氫氣在生物體內(nèi)的作用則完全不同，氫氣可能是通過這樣一個放熱反應(yīng)實現(xiàn)清除羥基自由基的作用。
H2+ŸOH=H2O+ŸH
( ΔE~−12kcal/mole)
氫原子隨后與超氧陰離子反應(yīng)產(chǎn)生HO2−
ŸH＋O2−＝HO2−
這樣可以將超氧陰離子清除，可以避免后者與過氧化氫反應(yīng)，產(chǎn)生羥基自由基ŸOH，羥基自由基被認(rèn)為是生物學(xué)領(lǐng)域毒性最強(qiáng)大的自由基。SOD發(fā)現(xiàn)者Fridovich博士曾經(jīng)認(rèn)為羥基自由基是 "the most potent oxidant known to mankind"。
后記
《科學(xué)》氫抗癌癥研究論文有三名作者，MALCOLM DOLE（馬爾科姆·多爾）和F. RAY WILSON來自德克薩斯州貝勒大學(xué)化學(xué)和生物學(xué)系，WILLIAM P. FIFE來自德克薩斯A&M大學(xué)生物系。
《科學(xué)》雜志研究氫氣抗癌作用的理由：幾個化學(xué)生物學(xué)家，根據(jù)過去發(fā)現(xiàn)氫氣能催化自由基反應(yīng)，推測氫氣會在身體內(nèi)也具有這樣的作用�？紤]到氫氣溶解度比較低，只能采用增加氫氣壓力增加溶解度的策略。研究對象選擇癌癥，是因為當(dāng)時認(rèn)為自由基是癌癥發(fā)生的原因，氫氣抗自由基也許就可以抗癌癥。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)氫氣對小鼠紫外線誘導(dǎo)的皮膚鱗狀細(xì)胞癌有治療作用。但具體作用機(jī)理不清楚。
需要引起注意的是，《科學(xué)》氫氣抗癌癥研究論文發(fā)表后3年，美國NIH癌癥研究院就資助美國南方研究院開展了一項氫氣抗癌癥的驗證性工作，不過這個研究結(jié)果沒有證明氫氣能抗癌，這也許是后來沒有后續(xù)研究的另外一個關(guān)鍵原因。
1978年，美國南方研究院在Cancer TreatmentReports Vol. 62, No.7, JUly 1978發(fā)表論文“Response of Five Established Solid Transplantable MouseTumors and One Mouse Leukemia to Hyperbaric Hydrogen”，也采用更高壓氫氣治療，持續(xù)高壓氫氣治療7天，對5種實體瘤包括B16黑色素瘤、16/C乳腺腺癌、38結(jié)腸腺癌、里奇韋成骨肉瘤、Lweis肺癌和一種白血病L1210小鼠白血病等進(jìn)行治療，從多種指標(biāo)進(jìn)行觀察，并沒有看出氫氣對這些癌癥的治療效果。這是氫氣抗癌癥研究的一個負(fù)面消息。
兩個研究的可靠性不同，75年《科學(xué)》雜志使用的紫外線誘導(dǎo)癌模型，比78年研究中種植模型更接近真實的情況，吸入氫氣的時間也不一樣，前者10天后者7天，吸入氫氣的壓力前者為8個大氣壓，后者是13個大氣壓，更關(guān)鍵的是，兩個研究使用的腫瘤類型不一樣，所以本質(zhì)上不是一個反證，需要采用同樣的研究方法來驗證�！稓渌颊Z》將詳細(xì)解釋這一研究內(nèi)容。
我們不能因為1975年《科學(xué)》雜志報道氫氣對皮膚鱗狀細(xì)胞癌有治療作用就一定認(rèn)為氫氣能治療癌癥，也不會因為1978年另外一篇研究否定這一效應(yīng)而斷言氫氣沒有治療癌癥的作用。科學(xué)研究不能因為一次正面或一次負(fù)面消息就放棄努力。最近一些未發(fā)表研究信息提示，氫氣對某些類型的癌癥例如肺癌的治療效果可能非常不錯，當(dāng)然這也需要繼續(xù)驗證，尤其是需要最終臨床研究證據(jù)的確認(rèn)。 |
