氢气身材小，氢气能量大！

2021-10-20 10:58
这是近日发表在《大学化学》上的一篇综述。非常乐于见到化学领域的学者关注和研究氢气生物医学，因为对氢气生物作用的分子机制，一定要从化学上来解释，才是符合学术逻辑的。
摘要：氢气(H2)，在我们的生活中具有非常重要的作用，对人体的多种疾病具有显著的预防和治疗效果，是一种重要的工业原料，是具有发展前景的清洁能源。本文对氢气的发现史以及氢气在医学健康、合成化学中的作用进行阐述。
氢气(hydrogen)，化学式为H2，是一种双原子气体分子，由两个氢原子通过共用一对电子构成。氢气密度只有空气的十四分之一。氢气在我们的生活中占据非常重要的地位，由于氢气可以选择性地清除羟基自由基(∙OH)和过氧亚硝基阴离子(ONOO−)，同时又不影响其他具有生理功能的活性氧物质，可以将氢气应用于医学领域，氢气已被证实对众多的疾病具有显著的预防和治疗效果。氢气是一种重要的工业原料，可以用于合成氨、甲醇、醛等一些重要的化合物；也可以用作还原剂，还原烯烃、醛、酮等不饱和键，特别是在手性催化剂的存在下进行的不对称氢化，广泛应用于天然产物和药物的合成中。与此同时，氢气作为一种可再生的清洁能源受到人们越来越多的关注。本文对氢气的发现史以及氢气在医学健康、合成化学中的重要作用进行阐述。
01氢气的发现史
早在16世纪，瑞士医生帕拉赛斯(Paracelsus)将铁屑与酸放在一起得到一种会燃烧的气体，这个气体就是氢气，但由于当时他没有对其做进一步的研究，错失了在化学元素发现史上留名的机会。到17世纪，比利时的科学家海尔蒙特(Helmont)在偶然间也接触过氢气，却没有将它分离并收集起来研究。虽然英国的化学家波义尔也曾经偶然收集过这种气体，但也未对其进行研究。真正抓住机会的是英国化学家卡文迪许(Cavendish)。1766年，卡文迪许在一次实验中，不小心将铁片掉进了盐酸溶液中，发现溶液中产生了许多气泡，这种现象立即引起了卡文迪许的极大兴趣。他通过排水法将该气体收集起来并进行了仔细研究，发现该气体与空气混合后遇火星会爆炸，在空气中燃烧后会生成水等一系列实验结果。由于卡文迪许第一个将氢气收集起来并进行了研究，因此成为了化学元素发现史上氢气的公认发现者。然而，由于受到燃素论的影响，卡文迪许一度认为这种气体是一种燃素。直到1787年，法国化学家拉瓦锡(Lavoisier)正式提出氢是一种元素，由于氢气燃烧后生成水，所以把这种易燃气体命名为“氢”，意思是水的生成者[1]。
02氢气的医学用途
起初，人们认为氢气是一种生理学惰性气体，将其应用于潜水领域，替代压缩空气中的氮气，消除由高压氮气引起的氮麻醉问题[2]。1975年，Dole等[3]在研究中发现使用8个大气压含97.5%氢气和2.5%氧气的混合气体对小鼠的鳞状细胞癌具有治疗作用，这是早期关于氢气生物学作用的报道。但由于条件苛刻、操作困难等因素，并未引起生物学家的关注。直到2007年，Ohsawa等[4]在研究中证实，使用2%的氢气对大鼠的脑缺血再灌注损伤具有治疗作用，同时提出了氢气具有选择性还原的特点，只对体内的羟基自由基(∙OH)和过氧亚硝基阴离子(ONOO−)产生作用。该结果一发表就受到了生物学家的广泛关注，并掀起了氢气生物学效应研究的热潮。由于氢气的相对分子质量小，所以氢气具有渗透和穿透能力强、扩散速度快的特点，进入人体后能快速地扩散到所需区域发挥抗氧化作用，同时氢气具有很高的生物安全性，无毒无残留，与氧化剂作用后得到水，因此氢气是一种非常理想的药物。越来越多的研究表明氢气对多种疾病具有很好的治疗效果。泰山医学院的刘东杰等[5]对近年来氢分子在缓解眼科方面疾病的研究进展进行了介绍，指出氢气可以减轻由氧化应激和炎症所引起的眼部损伤，通过向眼部滴注富含氢气的生理盐水，能对视网膜和角膜损伤起到保护作用，对白内障具有治疗作用。作者还对氢气在缓解眼科疾病中的作用机制进行了阐述，为氢气在临床上眼科疾病中的应用和研究提供了基础。西安交通大学生命科学与技术学院的刘健康等[6]对氢气分子在心脏损伤中的治疗作用进行了综述，指出氢气可以有效地清除心脏损伤所产生的∙OH并增强机体的抗氧化能力，能抑制损伤组织产生的促炎因子并活化淋巴细胞产生的肿瘤坏死因子TNF-α和干扰素IFN，从而减少因电离辐射对心肌造成的损伤，缓解心脏缺血再灌注损伤，对心脏移植、心肺流转术等造成的心脏损伤都具有很好的预防和治疗效果。氢气对结肠损伤具有保护作用，对心血管疾病、消化系统、呼吸系统等多方面疾病具有显著的预防和治疗效果[7–11]。目前氢气医学已从基础研究走向临床应用。北京工业大学的谢飞等[12]对当前氢分子在临床应用中的研究进展进行了介绍，指出氢分子在肿瘤、II型糖尿病和高尿酸血症等代谢相关疾病、脑梗死和脊髓损伤等神经系统疾病、胃食管反流病、类风湿关节炎等疾病的临床应用中都表现出不错的效果，为氢分子大规模、多中心的临床试验提供了参考。图1对氢气在医学上的应用领域进行了总结。氢气给药方式主要有直接吸入、饮用富氢水、注射氢气生理盐水、使用含氢眼药水以及含氢沐浴产品和化妆品等[13]。氢气吸入是直接的摄入方法，通过肺泡的换气作用，氢气经血液循环快速到达身体的各个部位发挥作用。饮用富氢水是便捷的方法，有望成为疾病预防和治疗的有效手段。含氢溶液的静脉注射和局部使用是临床上使用广泛的，氢气生理盐水的注射已经在包括失血性休克模型和急性胰腺炎等多种疾病模型中得到应用。含氢眼药水可以用于减轻视网膜损伤[14]。


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