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《科学》“氢气抗癌症”研究论文详解

来源:氢思语 编辑:James&Ani 时间:2017-10-12 14:21:44

原创 2017-10-12 孙学军 氢思语

氢是自然界最简单的元素,氢气是无色、无嗅、无味、具有一定还原性的双原子气体。与氧和氮等类似,氢的溶解度比较低,氧可与血红蛋白结合,能够顺利通过呼吸被机体大量吸收,而氢和氮不能被大量吸收。人们早就知道,氢气是低等生物重要生化代谢物质,也可能是生物诞生的基础,但人们曾经长期没有重视氢气在高等生物体内的作用。在辐射化学领域,曾有人证明在溶液中氢气可与羟自由基直接反应(Buxton et al. 1988),但这没有受到生物学家重视。在潜水医学领域,氢氧混合气潜水过程存在呼吸数十个大气压高压氢的情况,因气体在液体中溶解量随分压增加而增加,科学家曾试图证明高压情况下,氢气或许可与氧在溶解状态下反应,或与高活性自由基发生反应,但研究并没有获得该反应存在的直接证据(Kayar et al. 1994)。因此,大部分生物学家,特别是潜水医学家一直认为,氢气在生物体内不能表现出还原性,或者氢气不会与生物体内的任何物质发生反应,属于生理性惰性气体。

也有少数人认为,高压氢气在生物体内可具有抗氧化作用。1975年,曾有人在《科学》发表论文证明,连续呼吸8个大气压97.5%氢气(2.5%氧)10天,高压氢气可有效治疗动物皮肤恶性肿瘤,并认为是通过抗氧化作用(Dole et al.1975),该文首先提出氢气具有抗氧化作用的思想。但由于需要使用高压氢气,这比较复杂和危险,是许多普通生物实验室无法实现的条件,可能是没有引起太多关注的一个因素。

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1975年,美国贝尔大学生物学家多尔等的研究论文并不复杂,但这是在氢气生物学领域最早的一篇文献,且是发表在国际著名期刊《科学》上,许多非学术界读者也对这个文章的内容并不了解,因此有必要进行更详细的解读。

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以下是《科学》论文详细介绍和评论

论文作者Dole等最近几年研究聚乙烯辐射化学过程中,发现氢分子具有催化效应,氢气在室温下能催化来自固体聚乙烯烷基自由基CH2CHCH2衰变。Waterman和Dole发现,24度条件下,400mmHg压力氢气能把第一阶段烷基自由基水平提高10倍。这种催化作用是因为氢气溶入聚乙烯。

自由基被认为是癌症生长的原因之一,本研究动物模型是用无毛白化小鼠经过长时间紫外线照射诱导皮肤鳞状细胞癌。

氢气加压暴露用一个高压舱,用97.5%氢气2.5%氧气混合气加压到8.28个大气压。这个压力和气体组成是经过精心选择的,因为氧气百分比低于4%可以避免氢气发生燃烧和爆炸。氧分压是(828*2.5%)20.7kPa几乎等于常压空气中氧分压,这又能避免动物发生缺氧。高压氢气能保证氢气达到相对高的溶解量,确保氢气能进入身体各个部分发挥催化作用。根据气体溶解的亨利定律,氢气在身体中溶解量随着氢气分压增加而增加。

研究过程中,小鼠、水和饲料一起放在加压舱内,然后密封加压舱。舱内二氧化碳吸收器充填碱石灰,由一个感应小电风扇循环通风。舱温维持在32度。纯氦加压30分钟达到8.3个大气压。然后用97.5%氢气2.5%氧气混合气通风换气。此时舱内氧分压和常压空气一样,但是氧气浓度只有2.5%,低于氢气燃烧的氧气浓度条件。Dorr和Schreiner研究发现,氢气和氧气混合时,氧气浓度低于5.3%时即使用电花火也无法引爆(文献)。当氦气被氢气置换完全后,用一个非常小的氧气供应管补充动物代谢消耗的氧气。氢气治疗结束后,舱内氢气用97%氦3%氧混合气进行置换,完全置换后,用空气给舱内通风换气,然后缓慢减到常压。

为避免动物发生减压病和胃肠道扩张,减压时间长达到3小时。氦气对照组动物用氦氧混合气加压9天,以排除简单高压可能产生的作用(小心氦气也可能会产生作用!)。每次实验3只动物进加压舱,3只动物正常常压生活。10天高压氢气治疗结束后,结果发现1)肿瘤体变黑色,2)有的瘤体消失,3)有的瘤体萎缩有消失的趋势;4)动物状态都不错。原文是这样表达的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)项的情况在高压氦氧暴露组都没有发现,常压生活的对照组动物也没有这样的表现。同样的动物进行第二个高压氢治疗6天周期,能看到多个鳞状细胞癌缓解的情况。第二组3只高压氢气治疗10天再次印证了第一组的结果。同时所有高压氦和常压对照动物都出现明显肿瘤增生伴随的表皮角化过度现象,没有发现任何肿瘤缓解的现象。

表1是对三种不同处理组动物肿瘤三维测定的数据汇总,其中括号内数据为治疗后结果。这些数据说明高压氢气治疗能产生显著的效果。显微镜检查也未见鳞状细胞癌的典型病理学特征。总体趋势是那些肿瘤数量越多,肿瘤完全消失需要的时间越长。一种假说是高压暴露能干扰肿瘤细胞呼吸和代谢,而正常细胞因为呼吸代谢特征不同不受高压影响。受到干扰的癌细胞更容易受到免疫系统的清除。肿瘤数量代表宿主免疫功能强弱,这可以解释为什么肿瘤数量多完全缓解需要的时间更长。

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作者认为这些实验只属于初步观察,仍然有许多问题需要回答如:这些效应是否可以持续?反复多次而不是这样单次持续氢气治疗是否也能达到同样的效果?治疗效果和氢气治疗时间之间的关系?氢气治疗是否会产生不良后果?将来研究中,氢气氧气混合发生爆炸的危险一定要首先避免。

氢气作用的具体机制也应该深入探讨。例如在前述放射化学研究中,氢气对放射性聚乙烯的丙烯类自由基- CHCH CH =CH CH2-和-CH20CHOCH-没有催化活性。不过氢气在生物体内的作用则完全不同,氢气可能是通过这样一个放热反应实现清除羟基自由基的作用

H2+ŸOH=H2O+ŸH

( ΔE~−12kcal/mole)    

氢原子随后与超氧阴离子反应产生HO2−

ŸH+O2−=HO2−

这样可以将超氧阴离子清除,可以避免后者与过氧化氢反应,产生羟基自由基ŸOH,羟基自由基被认为是生物学领域毒性最强大的自由基。SOD发现者Fridovich博士曾经认为羟基自由基是 "the most potent oxidant known to mankind"。

后记

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《科学》氢抗癌症研究论文有三名作者,MALCOLM DOLE(马尔科姆·多尔)和F. RAY WILSON来自德克萨斯州贝勒大学化学和生物学系,WILLIAM P. FIFE来自德克萨斯A&M大学生物系。

《科学》杂志研究氢气抗癌作用的理由:几个化学生物学家,根据过去发现氢气能催化自由基反应,推测氢气会在身体内也具有这样的作用。考虑到氢气溶解度比较低,只能采用增加氢气压力增加溶解度的策略。研究对象选择癌症,是因为当时认为自由基是癌症发生的原因,氢气抗自由基也许就可以抗癌症。研究结果发现氢气对小鼠紫外线诱导的皮肤鳞状细胞癌有治疗作用。但具体作用机理不清楚。

需要引起注意的是,《科学》氢气抗癌症研究论文发表后3年,美国NIH癌症研究院就资助美国南方研究院开展了一项氢气抗癌症的验证性工作,不过这个研究结果没有证明氢气能抗癌,这也许是后来没有后续研究的另外一个关键原因。

1978年,美国南方研究院在Cancer TreatmentReports Vol. 62, No.7, JUly 1978发表论文“Response of Five Established Solid Transplantable MouseTumors and One Mouse Leukemia to Hyperbaric Hydrogen”,也采用更高压氢气治疗,持续高压氢气治疗7天,对5种实体瘤包括B16黑色素瘤、16/C乳腺腺癌、38结肠腺癌、里奇韦成骨肉瘤、Lweis肺癌和一种白血病L1210小鼠白血病等进行治疗,从多种指标进行观察,并没有看出氢气对这些癌症的治疗效果。这是氢气抗癌症研究的一个负面消息。

两个研究的可靠性不同,75年《科学》杂志使用的紫外线诱导癌模型,比78年研究中种植模型更接近真实的情况,吸入氢气的时间也不一样,前者10天后者7天,吸入氢气的压力前者为8个大气压,后者是13个大气压,更关键的是,两个研究使用的肿瘤类型不一样,所以本质上不是一个反证,需要采用同样的研究方法来验证。《氢思语》将详细解释这一研究内容。

我们不能因为1975年《科学》杂志报道氢气对皮肤鳞状细胞癌有治疗作用就一定认为氢气能治疗癌症,也不会因为1978年另外一篇研究否定这一效应而断言氢气没有治疗癌症的作用。科学研究不能因为一次正面或一次负面消息就放弃努力。最近一些未发表研究信息提示,氢气对某些类型的癌症例如肺癌的治疗效果可能非常不错,当然这也需要继续验证,尤其是需要最终临床研究证据的确认。

参考文献

Dole M, WilsonF R, Fife W P. Hyperbaric Hydrogen Therapy: APossible Treatment for Cancer[J]. Science, 1975, 190(4210):152.

Roberts B J,Fife W P, Corbett T H, et al. Response of five established solid transplantablemouse tumors and one mouse leukemia to hyperbarichydrogen[J]. Cancer Treatment Reports, 1978, 62(7):1077-9.

Dorr, V., &Schreiner, H. (1969). Region of noncombustion, flammability limits ofhydrogen-oxygen mixtures, full scale combustion and extinguishing tests andscreening of flame-resistant materials. Ocean Systems Inc Tonawanda N YResearch Dept.

标签:氢医学   医学  专家学者

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