吸氫氣能減緩小鼠香菸誘導的慢性肺阻塞COPD

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吸氫氣預防舒緩COPD
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慢性肺阻塞(Chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一種因慢性發炎造成呼吸道阻塞的疾病,嚴重的程度使其成為全球死因第四名,且持續增加中;目前針對 COPD 引起的肺功能下降仍無法有效逆轉,因此研究人員積極尋找新的治療方式,而氫氣或許可以扮演關鍵角色。

 

認識 COPD

進入實驗內容前,先讓鯉魚兒介紹一下究竟什麼是慢性肺阻塞(COPD)?

慢性肺阻塞是全球常見的肺與呼吸道疾病,主要包含慢性支氣管炎以及肺氣腫,前者會導致多痰與咳嗽,後者則會引發呼吸困難,因此COPD 的患者通常都會伴隨這些徵狀。

形成 COPD 的原因很多,舉凡日益嚴重的空氣汙染、天生的基因問題等,但最重要的危險因子還是吸菸。

根據研究統計,平均每 4 個吸菸者就會有 1 位罹患 COPD;而在已罹患 COPD 的人口中,以英國與美國為例,更有高達 80 ~ 95 % 的比例與吸菸或二手菸有關。

COPD 不僅會影響個人健康,更會阻止全球經濟發展,2010 年的研究報告指出,因 COPD 造成的經濟損失,高達了 21 美元。

既然 COPD 與慢性發炎息息相關,研究人員想探討「吸入氫氣」是否對於 COPD 有所幫助,因此建立小鼠動物模型進行研究。
 

香菸誘導的小鼠 COPD 模型

前面提到,吸菸是造成 COPD 最重要的危險因此,因此來自中國廣州的研究團隊,利用香菸誘導 C57BL/6J 雄性小鼠(6 ~ 8 周大)產生 COPD 進行動物實驗。

研究將小鼠分為三組,第一組為控制組,讓小鼠呼吸一般空氣(CTL),第二組為 COPD 實驗組,讓小鼠暴露在香菸燃燒的環境(Cigarette Smoke, CS)的香菸實驗組,第三組氫氣組,則是同樣讓小鼠暴露在香菸燃燒環境後再吸入氫氣(CS + H2)。

香菸燃燒環境是以每小時九支菸來定量,讓小鼠待在香菸燃燒環境,每周 6 天, 1 天 2 次, 1 次 2 小時,連續 90 天。

氫氣組的小鼠,會在香菸環境模型中第 61 天開始呼吸氫氣,研究人員會將含有 42% 氫氣、21% 氧氣以及 37% 氮氣的空氣以每分鐘 3.7 公升的速率灌入香菸環境,並讓小鼠待 1 小時, 1 天 2 次,一直到第 90 天結束。

每支香菸含有 11 毫克的焦油、 1 毫克的尼古丁以及 13 毫克的一氧化碳。

研究人員利用肺功能檢測儀器,來比較不同組別的小鼠在經過 90 天實驗時間後,其肺功能之間的差異。

在各個關於肺功能指標中,用來判斷 COPD 嚴重程度的最重要指標為 FEV50/FVC,其中分母的 FVC 代表「努力肺活量」,代表深呼吸後,所能呼出的最大氣體量,而 FEV50 則代表小鼠在努力呼出最大氣量的過程中,前面 50 毫秒( 0.05 秒),所呼出的量。

所以 FEV50/FVC 這個比值是在衡量整個呼吸過程的順暢程度,這個數值若不正常降低,代表呼吸過程不順暢,COPD 的問題可能越嚴重。

研究結果發現,控制組的小鼠(CTL)其 FEV50/FVC 略高於 0.8,而 COPD 實驗組小鼠其比值則顯著降低至 0.7 左右(p<0.05),而氫氣組的小鼠,透過呼吸氫氣,其 FEV50/FVC 則又上升至 0.8 左右的水準,這樣的結果顯示,小鼠透過呼吸氫氣可以舒緩 COPD 症狀。

一般我們在做肺功能檢查時,也一定會評估這項指標,最常用的是 FEV1/FVC,其定義與上述 FEV50/FVC 一樣,只是 1 代表的是 1 秒。一般正常值可以超過 0.8,而一但低於 0.7 則代表有一定程度的阻塞。

研究除了比較 FEV50/FVC 外,也有其他常見的肺功能指標,如殘氣量(Functional residual capacity)、總肺容量(Total lung capacity) 等,透過這些指標,可以發現吸入氫氣的小鼠其數據皆顯著優於沒有吸氫氣的 COPD 小鼠。

氫氣舒緩預防COPD

吸入氫氣的小鼠主要的肺功能指標,明顯優於 COPD 組別的小鼠。

 

氫氣能抑制慢性發炎,減輕 COPD 症狀

除了檢視肺功能外,研究也利用支氣管肺泡灌洗液(Bronchoalveolar lavage fluid, BALF)分析,來比較不同組別間小鼠肺泡細胞的差異。透過顯微鏡觀察發現,COPD 組別的小鼠,其肺泡壁有明顯損傷,且肺部產生大泡(pulmonary bullae),而氫氣組的小鼠儘管仍有傷害,但明顯減輕許多。

研究進一步進行分析,發現 COPD 小鼠在呼吸道組織與肺部皆有發炎,與白血球的增加有關,且 COPD 小鼠促進發炎的細胞激素如 IL-6 與 TNF-α 水平皆顯著提高;而氫氣組的小鼠,透過呼吸氫氣改善了這些促發炎細胞激素增加所產生的影響。若想了解更多氫氣對於 COPD 的幫助,也可以參考裡魚兒的另一篇文章:氫氣能預防抽菸引起的慢性阻塞性肺病(COPD)
 

結論

透過此動物實驗的研究結果,我們可以發現呼吸氫氣對於香菸引起的 COPD 具有明顯且快速的效果。隨著空氣污染日益嚴重,看到空氣清淨機大賣就是最好的證明,但空氣清淨機只能幫助我們改善室內空氣品質,並不能完整保護我們免受空污傷害,或許氫氣可以扮演我們「體內空氣清淨機」,抑制體內的慢性發炎,進而預防舒緩如 COPD 等嚴重的疾病。
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完整論文連結:Hydrogen gas inhalation protects against cigarette smoke-induced COPD development in mice

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