彭 敏， 廖 毅

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氫氣在皮瓣移植領(lǐng)域的研究進(jìn)展

彭 敏， 廖 毅

氫氣； 缺血再灌注損傷； 皮瓣； 皮瓣移植； 皮瓣修復(fù)

在燒傷整形外科中，皮瓣常被用于修復(fù)由外傷、切除手術(shù)、先天畸形或腫瘤等引起的組織缺損[1-4]。皮瓣移植后能否存活的關(guān)鍵在于能否避免發(fā)生缺血再灌注損傷。由于氫氣能減輕移植皮瓣缺血再灌注損傷，故受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。筆者現(xiàn)對(duì)氫氣的性質(zhì)、氫氣在皮瓣缺血再灌注損傷中作用、氫氣的優(yōu)勢(shì)及有待解決問(wèn)題進(jìn)行概述。

1 氫氣性質(zhì)

1.1 氫氣物理性質(zhì) 常溫常壓下，氫氣是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒和易燃的雙原子氣體分子。氫氣的物理性質(zhì)有以下6點(diǎn)：⑴密度小。自然界中分子量最小的氣體，標(biāo)準(zhǔn)狀況下(溫度0℃，壓強(qiáng)101.325 kPa)，1 L氫氣的質(zhì)量為0.089 g。⑵難液化。在1 atm(101.325 kPa)下，氫氣在-252.8℃液化成液氫，在-259.2℃時(shí)固化為固態(tài)氫。⑶滲透性強(qiáng)。氫氣分子量極小，這使氫氣在常溫下就可穿透橡皮和乳膠管，在高溫下可穿透鋼、鎳、鈀等金屬薄膜。⑷溶解度小。氫氣在水、乙醇、苯等一般液體中的溶解度較低。⑸比熱大、導(dǎo)熱性好。氫氣的比熱是氮?dú)獾?3.60倍，氫氣導(dǎo)熱率是空氣的7.00倍。⑹擴(kuò)散速度快。氫的擴(kuò)散速度是氦的1.41倍，氮?dú)獾?.74倍。⑺傳音速度快。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫氣的傳音速度為1286 m/s，遠(yuǎn)快于空氣的傳音速度。

1.2 氫氣化學(xué)性質(zhì) 氫氣是由兩個(gè)氫原子通過(guò)較強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合而成，常溫下其化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。氫氣的化學(xué)性質(zhì)具有以下3點(diǎn)：⑴可燃性。將純凈的氫氣在空氣中點(diǎn)燃可發(fā)出淡藍(lán)色火焰。⑵還原性。氫氣除了能與氧發(fā)生化合反應(yīng)生成水外，也能還原其他一些金屬氧化物，如FeO、Fe2O3等。⑶氧化性。氫氣除了具有還原性外，也具有氧化性，當(dāng)其與強(qiáng)還原性金屬發(fā)生反應(yīng)時(shí)，可以把金屬氧化成金屬離子。

1.3 氫氣生物學(xué)特性 以往大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，氫氣為一種生理性惰性氣體，它不參與高等生物體內(nèi)的生理功能。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究證明,氫氣具有抗氧化、抗炎、抗細(xì)胞凋亡[5-9]等作用，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。Ohta[5]研究表明，氫氣具有選擇性的抗氧化作用，它能選擇性的清除代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有害羥自由基和過(guò)氧亞硝基陰離子，而對(duì)擁有生理功能、毒性較低的活性氧影響不大。Kajiya等[10]研究證實(shí)，氫氣具有抗炎作用，通過(guò)減少炎癥因子( IL-1β、IL-12、TNF-α)，顯著的抑制右旋糖酐硫酸酯鈉誘發(fā)的結(jié)腸炎癥反應(yīng)。Cai等[11]研究證明，氫氣具有抗細(xì)胞凋亡作用，通過(guò)減少天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶凋亡，來(lái)減輕大鼠缺血缺氧模型的組織損傷。

2 氫氣在皮瓣缺血再灌注損傷中的保護(hù)作用

缺血再灌注損傷是指缺血器官、組織重新恢復(fù)血流供應(yīng)后，進(jìn)一步加重器官、組織功能代謝障礙及結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象。缺血再灌注損傷在臨床上經(jīng)常遇到, 如在心肺腦復(fù)蘇、器官移植、斷肢再植、溶栓療法、動(dòng)脈搭橋術(shù)均可發(fā)生缺血再灌注損傷。缺血再灌注損傷發(fā)生機(jī)制比較復(fù)雜，尚未徹底闡明，目前認(rèn)為自由基生成增多、細(xì)胞內(nèi)鈣超載及白細(xì)胞激活是其重要發(fā)病環(huán)節(jié)。氫氣作為一種選擇性的抗氧化劑，它能夠選擇性清除毒性強(qiáng)的活性氧，從而減輕缺血再灌注損傷。

近年來(lái)更多的研究表明，氫分子對(duì)大腦、心臟、肝臟、腎臟、小腸等器官的缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用。Cai等[12]研究證實(shí)，富氫液具有抗炎、抗氧化作用，可有效減輕新生大鼠大腦缺血再灌注損傷。Hayashida等[13]研究發(fā)現(xiàn)，氫氣可以抑制心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激，降低心肌梗死面積，對(duì)心臟的缺血再灌注損傷有保護(hù)作用。Sun等[14]研究表明，氫分子可以清除生物體內(nèi)有害的活性氧，對(duì)肝缺血再灌注或肝纖維化等急、慢性損傷具有保護(hù)作用。Shingu等[15]研究證實(shí)，富氫鹽水能夠明顯減輕腎臟組織的缺血水腫，對(duì)腎臟缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用。Chen等[16]發(fā)現(xiàn)，富氫鹽水能夠明顯改善缺血再灌注所致的腸舒縮功能障礙，其原因可能與氫分子可以抑制細(xì)胞凋亡、減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)、減少中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)等有關(guān)。然而，關(guān)于氫氣在皮瓣缺血再灌注損傷的作用研究尚少。Zhao等[17]首次提出，富氫生理鹽水能夠減輕皮瓣缺血再灌注損傷，提高皮瓣的成活率，其機(jī)制與富氫鹽水的抗炎作用有關(guān)。肖一丁等[18]研究發(fā)現(xiàn)，氫氣分子和高壓氧預(yù)處理在減輕皮瓣的缺血再灌注損傷上有協(xié)同作用，具體體現(xiàn)在皮瓣的血流灌注量增加、細(xì)胞凋亡及炎癥反應(yīng)減輕等方面。覃仕瑞和馬雪梅[19]研究發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注氫處理組的大鼠皮瓣成活率明顯高于缺血再灌注損傷組，同時(shí)氫處理組的細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α、EPO、MDA)明顯低于缺血再灌注組，證實(shí)氫氣對(duì)皮瓣的缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用。Liu等[20]研究證實(shí)，富氫生理鹽水具有抗細(xì)胞凋亡、抗炎作用，能夠提高皮瓣成活率，其抗細(xì)胞凋亡是通過(guò)降低pASK-1和pJNK水平，同時(shí)提高Bcl-2/Bax基因表達(dá)比例。周文珍等[21]研究再次證實(shí)，飲用富氫生理鹽水可以改善大鼠缺血再灌注皮瓣的微循環(huán)血流量，提高超比例隨意皮瓣的成活率。

3 氫氣應(yīng)用于皮瓣移植領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)及有待解決問(wèn)題

3.1 氫氣的優(yōu)勢(shì) ⑴選擇性抗氧化作用。氫氣能夠選擇性和毒性強(qiáng)的活性氧(·OH和ONOO-)反應(yīng)，而不影響具有重要生物學(xué)功能的ROS (如H2O2和O-)。⑵分子量小、擴(kuò)散快。氫氣可穿透生物膜到達(dá)細(xì)胞器及細(xì)胞核，清除其他藥物難以到達(dá)部位的有害ROS。⑶安全、不良反應(yīng)少。正常機(jī)體每天會(huì)產(chǎn)生一定量的氫氣，氫氣在體內(nèi)與毒性強(qiáng)ROS反應(yīng)最終生成水。⑷資源豐富、廉價(jià)、易制取。氫氣的上述優(yōu)點(diǎn)為其應(yīng)用于臨床治療奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 有待解決的問(wèn)題 ⑴作用機(jī)制問(wèn)題。目前關(guān)于氫氣的研究多數(shù)還處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)雖然已經(jīng)證實(shí)氫氣有選擇性抗氧化作用，可以清除缺血再灌注損傷中的強(qiáng)毒性ROS，但具體的代謝途徑、作用靶點(diǎn)等都尚未闡明。⑵安全問(wèn)題。由于氫氣具有易燃性，故富氫物質(zhì)的制備就需要較高的安全性，如以氫氣的形式干預(yù)處理實(shí)驗(yàn)對(duì)象，只有當(dāng)其體積分?jǐn)?shù)<4%時(shí)才可保證安全性[6]。⑶有效濃度及給藥途徑問(wèn)題。目前我們對(duì)氫氣的研究局限于動(dòng)物模型(大鼠為主)，其在人體的給藥方式及不同個(gè)體的有效治療濃度尚不可知，有待大型的臨床實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步明確。

氫氣作為一種新型的抗氧化、抗炎、抗細(xì)胞凋亡的醫(yī)用氣體，在治療皮瓣缺血再灌注損傷方面有著深遠(yuǎn)的臨床意義。雖然目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于氫氣對(duì)缺血再灌注損傷的研究很多，但關(guān)于氫氣在皮瓣缺血再灌注損傷的作用研究尚少，且多是作用于動(dòng)物模型，作用機(jī)制也尚不完全明確，其臨床療效有待系統(tǒng)的臨床實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)。隨著對(duì)其研究的不斷深入，氫氣可能為皮瓣缺血再灌注損傷的治療提供新的靶點(diǎn)。

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646000 四川 瀘州，西南醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 燒傷整形外科 第一作者：彭 敏(1988-)，男，四川遂寧人，住院醫(yī)師，碩士. 通信作者：廖 毅，646000，西南醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 燒傷整形外科，電子信箱：zhandly928@163.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2016.03.016

2015-11-28)