吸氫氣可以減緩出血性休克造成的肺損傷

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氫氣能舒緩出血性休克造成的肺損傷
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出血性休克,一直是造成意外死亡的主要原因之一,許多外部創傷,大量失血後,就會伴隨出血性休克,因此研究人員致力尋找新的治療方式,企圖降低出血性休克的死亡率,來自韓國延世大學的動物研究發現:透過呼吸氫氣能有效減緩出血性休克造成的肺損傷。

 

什麼是出血性休克

失血性休克通常因為創傷造成機體大量失血,使有效循環血量減少、組織灌注不足、細胞代謝紊亂和器官功能受損的病理生理過程。

出血性休克根據世界衛生組織的統計(World Health Organization, WHO)高居早期死亡原因第二名,已有許多研究文獻指出,出血性休克(hemorrhagic shock)與之後的復甦(resuscitation),這整個過程簡稱為HSR,伴隨著缺血再灌注造成的發炎反應,是造成患者高死亡率的原因之一。

因此如何減輕 HSR 過度的發炎反應是一個重要的目標,而研究人員想知道氫氣作為新型的抗發炎物質,是否能有所幫助?

 

延世大學出血性休克老鼠實驗

為了要了解氫氣對於出血性休克的幫助,研究人員利用重量 300 ~ 500 g 的老鼠進行動物實驗。實驗將老鼠分為三組,第一組為偽對照組(sham group),第二組為 HSR 組,第三組則為 H2/HSR 組。

所有小鼠透過異氟醚進行麻醉後,在老鼠左邊的股動脈與股靜脈插管,並透過股動脈來測量血壓。

針對第二組(HSR)與第三組(H2/HSR)老鼠,會在股靜脈注射肝素(heparin)濃度為 10units/mL,直到動脈血壓的平均值降到 30mmHg。

第一組的老鼠,儘管也有麻醉與插管,卻不會注入肝素,因此不會產生出血性休克。

實驗會讓第二組與第三組的老鼠持續失血性休克達一個小時的時間,之後會開始注入血液,讓老鼠進入復甦階段,時間同樣是抓 15 分鐘,直到老鼠的股動脈血壓回到相對應的水準。

整個實驗階段,老鼠仍維持自發性呼吸,並利用電毯維持老鼠體溫,也會監控老鼠心電圖與體溫,在完成復甦階段後,老鼠的插管被移除,傷口也會加以處理縫合。

在老鼠處於失血性休克的一個小時,以及復甦後三小時的期間,會在安置老鼠的實驗盒裡灌入氣體,sham group 與 HSR 組的老鼠灌入氣體組成為 21% 的氧氣與 79% 的氮氣;而 H2/HSR 組的老鼠則是灌入 2% 的氫氣與 21% 的氧氣再加上 77% 的氮氣,灌入氣體的流量為 4L/min。

吸氫氣對出血性休克的幫助

老鼠動物模型示意圖

吸氫氣能舒緩出血性休克造成的肺損傷

本實驗三個組別的流程圖

 

吸入氫氣能有效抑制促發炎細胞素,舒緩發炎反應

在經過完整的實驗後,會將老鼠犧牲,並採集老鼠動脈血液去做分析,另外也會利用老鼠肺部組織來觀察發炎程度。

出血性休克會使得動脈血液的氧氣分壓下降,且乳酸濃度提高,透過血液分析,可以看到經歷過一小時休克的 HSR 組別的老鼠,其氧氣分壓為 206.16 + 97.74 mmHg顯著低於沒有休克的偽對照組(sham group)老鼠的 550.06 + 88.20 mmHg ,而同樣休克但有呼吸 2% 氫氣的 H2/HSR 老鼠,其氧氣分壓提升至 326.25 + 86.78 mmHg,但比較可惜的是 H2/HSR 與 HSR 兩組老鼠中血液的氧氣分壓的差別,並未達到統計水準。

在乳酸濃度的部分,沒有休克的偽對照組(sham group)老鼠的乳酸濃度(Blood lactate)為 1.43 + 0.43 ng/mL,而休克一小時的 HSR 小鼠,則顯著上升到 2.53 + 0.68 ng/mL,最後休克一小時且有吸入 2% 氫氣的老鼠,血液中乳酸濃度則又顯著下降至 1.43 + 0.13。

吸入氫氣能舒緩出血性休克造成的肺損傷

不同組別,在完成實驗後,股動脈血液中的氧分壓、二氧化碳分壓與乳酸濃度

 

研究人員接著分析肺部組織,主要是要了解老鼠肺部組織不同組別間其發炎的程度,透過分析如髓過氧化物酶(Myeloperoxidase, MPO)活性與各種促發炎細胞素濃度來了解。

MPO是一種由人類17號染色體上MPO基因編碼的過氧化物酶[1]。MPOㄏ主要表現於嗜中性球(白血球的一種)中,並產生次鹵酸,發揮其抗菌活性,因此 MPO 的活性越高,直接反映了嗜中性白血球浸潤越高,就表示其發炎反應越劇烈。

在 MPO 活性方面, sham group 最低,為 15.25 + 5.32 ,而經歷休克沒吸氫氣的老鼠最高,達到 52.75 + 6.90,而經歷休克但透過氫氣治療的老鼠,其 MPO 活性又下降回 29.25 + 9.84,三組間,兩兩差異都打統計水準,證實了氫氣能有效舒緩肺部因出血性休克引起的發炎反應。

不同組別的MPO活性

不同組別其肺組織MPO活性

其他促發炎的細胞素,包含 TNF-α 、IL-6 、ICAM-1、iNOS 、CCL2 、IL1-β ,除了 IL-6  在 H2/HSR 與 HSR 兩組間不具統計水準外,其餘皆達統計水準上的差異,也就是吸氫氣的能明顯抑制這些促發炎細胞素,舒緩發炎反應。

吸氫氣對於出血性休克有所幫助

不同組別在肺組織各促炎因子的濃度

 

結論

透過讓老鼠呼吸氫氣,可以有效降低因出血性休克引起的肺損傷,主要的機制在於氫氣能有效降低 MPO 的活性,進而舒緩嗜中性白血球浸潤,減少發炎,同時也讓大部分的促炎細胞因子的活性下降。

論文作者特別提到,儘管氫氣在出血性休克具有明顯的保護作用,不過並沒有特別比較氫氣與其他醫用氣體效果的差別,例如硫化氫(H2S),這也提供了未來進一步研究的方向。

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完整論文連結:Hydrogen gas inhalation ameliorates lung injury after hemorrhagic shock and resuscitation
 

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