氢气健康学——氢的体内过程

氢作为医用气体，最大特点之一就是高穿透性，具有快速弥散能力。

氢气无极性，常温下可穿透乳胶、橡皮等材料，高温下可穿透钯、镍、钢等金属薄膜，在高温高压下，甚至可穿透钢板。液体中气体扩散速度与该气体分子质量的平方根成反比，据此，在液体或人体组织中，氢气的扩散速度是氮的3.74 倍、氦的1.41 倍。

氢分子具有高度生物膜穿透性和细胞内弥散能力，能进入细胞核和细胞浆内的各种细胞器结构，包括线粒体；既能进入正常的组织，也能进入缺血性区域，还能透过血脑屏障，这是一般的抗氧化剂和化学药物所无法达到的（图2.12）。对呼气中的氢气含量检测表明，吸入的氢气在10 分钟内就经过血流分布全身。

图2.12 分子氢的高度扩散性： 氢分子量低，能穿过细胞膜和脂质双分子层，快速扩散至细胞核和线粒体

2019年日本Yamamoto 等研究了大鼠连续吸入3％氢气后体内分布（图2.13）。肌肉内氢气达到饱和的时间20.2 分钟，明显长于其他器官6.3-9.4 分钟，并且随着时间推移肌肉内氢气浓度逐渐增加。按脏器分，肝脏中氢气浓度最高（29.0±2.6 μmol/ L），在肾脏中最低（18.0±2.2 μmol/ L）。

图2.13吸氢后不同脏器达到饱和氢浓度所需时间（浓度饱和后氢气浓度即不再继续升高） (引自Yamamoto 2019)

Ohta [2012]将 PC12 细胞置于含有 H2 (0.6 mM) 和 O2 (0.24 mM) 的培养基中，发现大多数亲水性化合物保留在细胞膜上并且不能到达细胞质，而大多数疏水性化合物的在没有特定载体的情况下不能穿透生物膜。相比之下，H2 可以迅速分布到细胞质和细胞器中，包括到达细胞核和线粒体内（图2.14）。

图 2.14在培养基中H2进入细胞质和细胞器包括核和线粒体内 (引自Ohta 2011)

Ohta [2011] 使用针型氢传感器插入大鼠肝脏，监测进食或隔夜禁食大鼠的肝脏中H2 浓度。大鼠通过胃管饲接受氢水15 ml/kg（水中 0.8 mM H2）。结果显示口服氢水后5分钟左右肝内H2 浓度达到峰值，空腹状态下H2 浓度在半小时降到基础水平，进食状态下下降较慢，约1小时降到最低水平（图2.15 ）。用特定的电极检测大鼠心肌内H2 浓度,发现H2 输入体内后，非缺血心肌和动脉血的 H2 饱和度增加率相似。缺血心肌中H2 浓度也会增加，但增加速率比非缺血心肌慢，其H2峰值水平约为非缺血心肌的三分之二 [Hayashida 2008]。

图2.15 大鼠口服氢水后肝内H2 浓度变化。箭头表示给予大鼠氢水的时间点。（引自Ohta 2011）

黄国庆等[2012] 在新西兰大白兔监测了H2输注后体内浓度改变，腹腔注射氢水、氢气及静脉注射氢水3 种方式达峰时间均值分别为3.25、17.8和7.45分钟，半衰期分别为7.40、141.50和1.20 分钟。静脉注射氢水后氢气在体内几无蓄积作用，腹腔注射氢气能长时间维持呼气氢气高浓度（2.16）。