氢气医学 博士学位论文【2024英】

最近关于氢医学的新闻非常多，但大多数都是负面的，主要是新闻报道了一些氢疗馆夸大宣传，声称氢治疗疾病效果的情况。不过，学术界关于氢气治疗疾病的研究确实非常多，也非常热门。最近英国有一篇博士学位论文就是围绕这个学术方向的。该博士学位申请人在过去几年也发表了大量相关学术论文。该博士学位论文对氢医学进行了整体全面介绍，参与研究范围也非常广泛，有效应观察也有机制探讨，有学术综述也有个人观点，有动物效应也有植物学研究。简直是一本百科全书形式的学位论文。不过我觉得这也没有问题。英国人历史上就比较喜欢从哲学角度看学术，这从牛顿时代就这样。英国还有个著名学者伯特兰·阿瑟·威廉·罗素就是数学家和哲学家，且曾经因为写了一本哲学书获得了诺贝尔文学奖。本文作者也叫罗素。 

标题：氢气和氢氧混合气体的生物活性及其治疗潜力研究

作者：格蕾丝·罗素

正文字数：39,256字

本文是为了满足英格兰西部大学布里斯托尔分校应用科学学院哲学博士学位要求所提交的论文。

本研究项目部分由英国水燃料工程公司资助，并与之合作进行。

英格兰西部大学应用科学学院，布里斯托尔

提交日期：2024年7月

摘要

氢气和氢氧混合气（66% H2/ 33% O2）能够缓解成人多种疾病的影响。作为一种抗炎和抗氧化剂，据报道氢气的使用可以通过减轻过度炎症反应和降低氧化应激来促进恢复。

由于目前尚未明确氢气活动的具体机制，缺乏主要目标的识别，再加上给药方法（例如剂量和剂量频率，以及治疗的长期效果）方面的困难，需要对氢气进行研究以证明其是否应该以及如何合理有效地融入医疗保健中。

为了更好地理解氢气活动背后的分子机制，并确定氢气是否可以作为有效的营养品使用，本论文采用了一系列生物信息学、理论和实证方法探讨了氢气的作用方式及其影响。还讨论了氢气如何到达远端躯体部位，以及随后的细胞效应。

在使用氢氧混合气评估氢气对永生化B淋巴细胞、线虫和种子的影响之前，评估了HydroVitality™碱性水电解器的气体纯度、流速和注入限制。将细胞暴露于溶解在细胞培养基中的氢氧混合气中，发现单次注入即可抑制TK6恶性细胞的复制。进一步分析显示Sub G1期DNA显著增加，表明凋亡增加。此外，本论文中描述的证据指出了复合体1（线粒体）亚单位与古老古菌和细菌种类的氢化酶之间可能存在的进化关系。

总之，本研究涵盖了一系列理论，包括氢气的进化需求、氢气如何在植物和人类中在分子层面相互作用，以及氢气给药对恶性细胞的影响，通过提供新颖的实验方案和创新理论深入探讨了氢气的生物活性。

 

第一章：氢气的多功能医疗潜力

1.1 治疗性气体

治疗性和医用气体定义为专门制造并包装用于医疗保健设置的气态产品。常用的医用气体包括氧气（O2）、医用空气（含78%氮气(N2)，21%氧气，0.9%氩(A)，以及0.1%主要由二氧化碳(CO2)、氦(He)、氢(H2)、甲烷(CH4)和臭氧(O3)组成的混合物）。氮气和碳气化合物（例如，一氧化二氮(N2O)和一氧化碳(CO)）也被用作提供剂量依赖性的麻醉和抗炎益处的治疗（Müller, 2015, Ryter, 2020）。这些气体在医疗保健中的需求导致了复杂的输送装置在医院内的构建，专门设计用于将多条气体线分配到多个设施，包括手术室、恢复区和病房（Salah, Osman, and Hosny, 2018）。医用气体经常被用作医院护理中的麻醉剂、诊断剂和治疗剂（Rosewarne, 2005），并且经常被开处方作为慢性病患者的家庭治疗（Saleem等，2023）。

 

虽然关于氢气治疗和疗法在哺乳动物生理学中的有益效果的研究相对成熟，但最近的研究已经从氢气扩展到了氢氧（一种由66% 氢气和33% O2气体组成的混合物）作为潜在的治疗剂，这两种气体（氢气和氢氧）都在本论文中予以考虑。

氢（H）是周期表的第一个元素，约占宇宙元素质量的75%。它是已知最轻的（重量：1.00784g/mol）原子粒子。尽管如此，由于地球的重力无法保留原子氢，它通常与其他元素结合，形成如水(H2O)和烃（有机）化合物等分子（Coppola等，2011）。在自然条件下，氢气由两个原子组成，形成双原子氢气气（分子量：2.016g/mol）（Di Lullo, Oni and Kumar, 2021）。由于其电荷中性、非极性和低分子量，氢气在生物系统中高度可扩散，通过血液/大脑、胎盘和睾丸屏障、脂质膜、细胞质液体以及进入包括细胞器在内的细胞隔室相对不受阻碍（Barancik等，2020）。氢气的这一特性是有利的，因为传统的抗氧化剂缺乏这些能力，因此可能在治疗上效果较差（Ichihara等，2015）。

内源性氢气由肠道微生物（如梭状芽孢杆菌和大肠杆菌种类的细菌）对碳水化合物养分的发酵产生，其中氢气的形成主要来自丙酮酸、甲酸或还原吡啶核苷酸（即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸/黄素腺嘌呤二核苷酸(NADH/FADH)）的氧化（McKay, Holbrook and Eastwood, 1982）。

因此，氢气可以影响细胞内的酸碱或氧化还原化学。相反，内源性氢气的含量不足以具有治疗优势，氢气的药物应用主要通过三种替代方法进行：吸入氢气，溶解在水中的氢气（富氢水：HRW），或通过盐水/氢气静脉输注（富氢盐水：HRS）（Russell等，2021）。

氢气被美国食品和药物管理局（2014年）归类为“普遍认为安全”（GRAS）产品，并在欧盟（EU委员会规定1129/2011第C组I部分）和英国（食品标准局，2018年）被视为食品补充剂（E949）。此外，吸入氢气被认为是一种生物学安全和非侵入性过程，多年来一直用于预防深潜员高压神经综合症，没有记录到不良效应（ZetterstrÖm, 1948）。

1.1.1 氢气作为医疗气体的简史

摘自出版物《氢气作为药物：给药方法评估》（Russell等，2021年）

自从Henry Cavendish在18世纪中期到晚期（1766年）发现氢以来，氢已被证明作为一种医疗气体在动物和人类中都有很好的耐受性（Hancock和LeBaron, 2023年）。许多关于这些新发现气体的最初研究是在1700年代末由Antoine-Laurent Lavoisier、Carl Wilhelm Scheele和Joseph Priestly等杰出科学家进行的（图1.1）。

 

图1.1 氢气医学研究时间线。线性图表描绘了关于氢气及其医疗应用的主要发现。

 

在1940年代，Arne ZetterstrÖm因创造了Hydrox气体而受到赞誉，这是一种氢气和氧气的混合物（分别为96%和4%），它允许深海潜水员下潜至500米的深度，通过预防减压病（ZetterstrÖm, 1948）。氢氧混合物可以压缩进钢瓶，因为氧气的低浓度使得这种组合物不易燃，这一因素使得这种氢气输送方法对于探索、工业使用和潜艇救援非常有用。

尽管氢气作为吸入治疗的普及和证明效果，但在1975年之前，医学研究的进一步进展并未取得进展，当时Dole及其同事意识到高压给药（95% 氢气/8大气压）持续10-14天可以减少小鼠模型中的鳞状细胞癌（Dole, Wilson and Fife, 1975）。尽管这一发现具有革命性，但医学氢气研究再次停滞，直到二十年后该领域的关键文章发表（Shirahata等，1997），其中展示了通过电解水产生的氢气可以保护脱氧核糖核酸（DNA）免受氧化损伤。然而，对医学氢气的研究再次陷入停滞，直到2007年Ohsawa在日本生物化学与细胞生物学系，日本医学院的实验室报告了氢气在啮齿动物模型中缺血再灌注损伤的抗氧化效应（Fukuda等，2007; Ohsawa等，2007）。自那以后，人们对氢气作为一种医用气体的效果重新产生了兴趣，这个有希望的医学领域的研究正在迅速发展。

近二十年后，现在越来越多的文献记录显示，氢气在植物（Russell, Zulfiqar and Hancock, 2020; Hancock, Russell and Stratakos, 2022）、动物（Tsubone等，2013; Yamazaki等，2015; Sobue等，2017; Ji, Zheng and Yao, 2019）和人类（Senn, 1888; ZetterstrÖm, 1948; Ostojic, 2015; Ge等，2017; Ono等，2017; Nogueira等，2021）中具有强大的细胞保护作用，在这方面，氢气既有预防性也有治疗性的潜力。