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美国:氢气抗氧化抗炎症效应的影像学证据

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  美国学者对氢气医学的研究量不少,但相对于其学术总量并不算突出,远小于中国和日本氢气医学研究的规模。其中比较突出的是匹兹堡大学和罗马琳达大学的工作,另外哈佛大学、俄亥俄州大学、退伍军人医疗机构也有一些工作。最近来自美国马奎特大学和西北大学等学者采用氧化还原组织造影剂,在体研究了吸入95%氧气导致的肺组织损伤,用非常明确的影像学证据证明了氢气在对抗氧化损伤和炎症反应中的作用,文章发表在《休克》杂志,该研究十分重要,值得大家认真学习阅读。

  99mTc-Hexamethylpropyleneamineoxime (99mTc-HMPAO)最早作为脑血流造影应用于临床,也可以标记各种组织氧化还原状态。HMPAO从血管进入细胞内,可以从细胞内重新扩散到组织间隙和血管,如果在细胞内被还原变成亲水性形式,则不能跨越细胞膜,被囚禁在细胞内。局限在细胞内的还原型99mTc-HMPAO水平主要决定于细胞氧化还原状态,包括还原型谷胱甘肽和其它线粒体功能相关分子含量。

  急性肺损伤是重症监护病房最常见的入住原因,急性呼吸窘迫综合征美国每年新发25万例,治疗方法有限,死亡率超过40%,缺乏早期诊断手段。大多数治疗是给患者高浓度氧气吸入,但是持续高分压氧气暴露本身也可以导致急性呼吸窘迫综合征。因此开发急性呼吸窘迫综合征的新型诊断和治疗方法十分迫切。

  最近临床前研究发现,吸入氢气2%能对多种动物急性肺损伤和呼吸窘迫综合征具有保护作用,如机械通气诱导肺损伤、器官移植诱导肺缺血再灌注损伤、内毒素和高氧 富氢水杯肺损伤等。氢气治疗疾病的基础是由于氢气具有生物抗氧化、抗细胞凋亡和抗炎症作用。氢气可选择性降低羟基自由基和亚硝酸阴离子导致的氧化损伤,且不影响超氧阴离子、过氧化氢和一氧化氮等具有信号和免疫作用的活性氧。更多研究发现,氢气能抑制caspase 3活性发挥抗细胞凋亡作用。重要的是,氢气具有强大的扩散能力,能进入细胞核和线粒体等各种亚细胞结构发挥作用。

  美国马奎特大学Said H. Audi等建立了99mTc-HMPAO活体标记动物组织氧化应激和99mTc-duramycin标记内皮细胞死亡的SPECT技术,对动物高氧和内毒素诱导肺损伤组织氧化应激和内皮细胞死亡进行了研究。研究发现99mTc-HMPAO和组织谷胱甘肽含量呈强相关关系,提示可以作为理想的氧化应激指标。而99mTc-duramycin摄取量和caspase 3活性片段含量有关,提示可以作为细胞凋亡的指标。最新研究则是利用99mTc-HMPAO和99mTc-duramycin标记技术,探讨氢气吸入对高氧气诱导的急性肺损伤和呼吸窘迫综合征动物模型的治疗效果评价。

  氢气治疗对高氧诱导的动物24小时和60小时体重没有影响,但是对氧气暴露48小时体重有影响,氢气有避免体重下降的情况。48和60小时高氧气可以提高肺湿重/体重比例,但氢气治疗对这种变化没有影响。氧气暴露24小时,氢气对肺湿干重增加有抑制作用。从这些指标看,氢气虽然有作用,但不是所有的时间点都有阳性数据。不少学者的研究数据有时候过于美好,往往不符合真实情况。

  胸腔渗出液在24和48小时发现,60小时组出现明显增加,氢气吸入能显著改善。3硝基酪氨酸代表亚硝酸阴离子氧化蛋白的指标,本研究发现,动物高氧暴露60小时该指标增加明显,氢气吸入可以降低50%。但是同样代表氧化损伤的4-HNE没有发生明显改变。

  病理学研究结果发现,氧气暴露60小时后动物肺组织发生严重水肿、中性颗粒细胞明显渗出、肺泡间隔增大。氢气治疗后肺组织和正常肺组织没有明显不同,与氧气吸入组出现显著改变,说明氢气对氧气吸入导致的肺组织病理改变有显著保护作用(图1)。氢气治疗后肺组织线粒体功能也出现显著改善(图2)。

  最重要的研究结果是用图像标记氧化损伤,研究发现99mTc-HMPAO标记在氧气吸入60小时后显著增加,氢气治疗可以明显抑制这种改变,但没有达到完全正常,这一结果强烈提示,氢气治疗确确实实能缓解氧化损伤(彩图)。如果对这种变化进行量化分析,是99mTc-HMPAO信号增加到270%,氢气吸入可以减少到正常动物的120%,非常接近正常。统计学分析显著氢气治疗和未治疗之间有明显差异。研究还用阳性对照还原型谷胱甘肽耗竭药物DEM进一步确认这一结果。不过,氧气暴露可以增加还原型谷胱甘肽的水平仍然让一些人难以接受。

  如果氧化损伤标记还没有那么印象深刻,那么细胞凋亡的标记就让你无法不对氢气的治疗效果叹为观止了,不细讲了,只看图就明白了。中间是损伤的情况,最后一个是氢气治疗的效果。

  总之,最新这一研究利用氧气诱导肺氧化损伤的经典模型,给我们展示了一种新的研究技术,并非常令人信服地证明氢气抗氧化抗细胞凋亡的生物学作用,这种研究方法可以作为氢气治疗疾病的重要研究手段,尤其是肺损伤方面的研究,非常值得重视和借鉴。

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