客观日本

每天吸氢1小时可改善自律神经平衡,降低血压

2020年12月11日 生物医药

本文根据庆应大学成果发布编译整理而成

庆应义塾大学医学部内科学(循环系统)教室的佐野元昭副教授、医学部的小林英司特任教授及医学部急救医学教室的多村知刚助教组成的研究团队,通过与日本兽医生命科学大学兽医保健看护学科的袴田阳二教授等人开展联合研究证明,每天吸氢1小时具有降低高血压模型大鼠血压的效果。

该研究团队证明的吸氢的降压效果被认为基于以下机制:通过作用于决定交感神经活动的大脑(注1)来抑制交感神经的过度活跃。

根据此次研究的成果,在日常生活中定期吸氢有望成为抑制交感神经活性增强、稳定血压,从而预防和治疗脑卒中及心血管疾病的方法。另外,中国还报告过通过吸氢治疗新冠病毒感染症(COVID-19)引起的重症肺炎案例(注2:中国武汉的吸氢成果)。研究团队今后还打算验证氢气的这些其他效果。

研究背景与概要

在日本,脑卒中和心血管疾病每年会造成33万人死亡,是威胁生命的疾病。其中,高血压是心血管疾病最主要的危险因素,可以说,控制高血压是控制心血管疾病的第一步。

据推测,日本大约有4,300万高血压患者,也就是说,约三分之一的日本人都有高血压。但这些高血压患者只有约一半进行了治疗,而血压控制在140/90mmHg以下的高血压患者还不到整体的30%。因此,可以说高血压对策已经成为一项紧迫的社会课题。

另一方面,此前就有报告表明,向体内导入氢气能有效改善高血压。东北大学医学部的中山昌明教授等人通过与日本TRIM公司开展联合研究,开发出了采用氢水(通过电解水制造)的新透析系统。据报告,与以往的标准透析治疗相比,利用该透析系统透析后,高血压得到改善,死亡人数和心脑血管疾病的发病风险显著降低。

高血压的原因被认为出在肾脏。动物实验证明,向肾脏施加压力后,信息会通过传入神经传递给大脑,增强大脑的交感神经输出,从而导致全身的交感神经过度活跃。另外,动物实验还表明,交感神经的过度活跃在高血压的发病和持续、靶器官损伤,以及最终发展成心血管疾病方面发挥着重要作用。

作为针对人类的难治性高血压的治疗方法,研究团队根据这些动物实验的结果,尝试了抑制中枢神经介导的交感神经过度活跃的去肾交感神经术和颈动脉窦刺激术,二者均发挥了降压效果。研究团队根据这些结果,设想了氢在与高血压的发病和发展有关的器官间网络的某处起作用,从而发挥降压效果的可能性。

此前报告的基础研究和临床研究结果表明,氢可以缓解身心在压力下产生的过度反应和功能障碍。不过,并没有充分解析过通过吸氢或者饮用高浓度氢水等方法摄入的氢在体内的动态。

研究团队最近开发出了采用猪的新实验系统,可以详细评估每次吸入氢时的吸收、分布、代谢和排泄过程。对在颈动脉、门静脉和肝上下腔静脉插入并固定了导管的猪进行双侧开胸,使肺部塌陷后,利用贮氢合金罐以100%的氢气将肺部扩张到最大吸气水平,并保持该状态约30秒,然后吸入空气,分别等待0、3、10、30和60分钟后,通过3根血管内导管采血,利用气相色谱仪测量了氢气的浓度。结果显示,每次刚吸入后的血中浓度最高,3个部位中颈动脉的浓度最高,半衰期约为90秒。门静脉和肝上下腔静脉的最高血中浓度分别为颈动脉的40%和14%。以上结果表明,吸入的氢气并没有单纯扩散,而是通过血流被运送到全身,通过颈动脉输送到大脑的氢气量可能很大。

众所周知,氢具有抗氧化和抗炎作用。先行研究表明,大脑的氧化应激和炎症会增强大脑的交感神经输出,过度激活全身的交感神经。根据单次吸入后的体内动态结果,研究团队认为,应该可以通过吸入这种方式将氢有效输送到大脑,抑制大脑的交感神经输出,从而降低血压。

研究团队首先通过与大阳日酸公司的联合研究,构筑了使大鼠饲养箱里的气体浓度保持均匀的系统(图1)。然后在该箱子里饲养“5/6肾切除慢性肾衰模型大鼠”,让其每天吸氢1小时确认,抑制了交感神经活动的过度增强,血压下降。

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图1:吸氢装置开发概略
a) 在饲养箱内9个位置设置气体检测器。在箱子两侧合计开10个孔,提高箱内各区域的气体浓度的均匀性。
b) 出气口附近的氧浓度下降较快。
c) 通过在箱子两侧开10个孔,箱内9个位置的氧气浓度全部均匀降低。
d) 所有区域的氢气浓度均匀升高,2分钟后箱内的空气完全被注入的含氢混合气体置换。

研究成果

每天将“5/6肾切除慢性肾衰模型大鼠”放入充满含氢混合气体(氢气1.3%+氧气21%+氮气77.7%)或不含氢混合气体(氧气21%+氮气79%)的饲养箱内1小时,4周后确认,与吸入不含氢混合气体的大鼠相比,吸入含氢混合气体的大鼠高血压得到显著改善。

接下来,在无麻醉和无约束状态下24小时记录血压及心率变化发现,通过每天吸氢1小时,夜行性大鼠不仅是在安静休息的白天,在活动比较活跃、血压容易升高的夜间,高血压也得到改善。对自律神经的活动进行评估证明,与“5/6肾切除慢性肾衰模型大鼠”的血压和心率下降一致,自律神经功能障碍(交感神经过度活跃和副交感神经活动过度低迷)也通过吸氢得到改善(图2)。

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图2:氢的降压效果与自律神经功能障碍改善之间的关系
利用混合效果模型分析“5/6肾切除慢性肾衰模型大鼠”氢气组(红色)和对照组(黑色)的个体在夜间1:30~2:30(自发活动暗期)的经时变化数据(*P<0.05)。
a)平均血压。吸入期间,与对照组相比,氢气组的血压明显下降。
b)平均心率。吸入期间,与对照组相比,氢气组的心率明显下降。
c)交感神经活动的评估指标。观测到氢气组的交感神经活动明显减少。
d)副交感神经活动的评估指标。观测到氢气组的副交感神经活动明显增强。Pre为肾切除前的记录。氢气组(N=3),对照组(N=3)。

高血压的治疗目标是抑制对各个器官的损伤,预防脑卒中和心血管疾病。交感神经系统过度活跃不仅会引起高血压,还会直接加速器官损伤。此次的成果表明,吸氢的降压效果基于以下机制:被有效输送到大脑的氢气能抑制交感神经系统的过度活跃(图3)。吸氢有望帮助预防和治疗脑卒中及心血管疾病。

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图3:关于氢气发挥降压效果所设想的机制

【用语解说】
(注1)决定交感神经活动的大脑:
高血压模型大鼠保持高血压值的原因被认为是交感神经的活跃。实验证明,决定交感神经活动的是大脑,其中负责交感神经输出的部位是位于脑干的延髓头端腹外侧区。

(注2)中国武汉的吸氢成果:
据报告,中国武汉自2月份氢氧气雾化机作为医疗器械紧急通过审批,并被用于治疗COVID-19重症患者,并取得了治疗效果。中国2020年3月推出的新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)http://dl.med.or.jp/dl-med/kansen/novel_corona/covid19plan_v7.pdf 中也提出将氢氧混合吸入作为治疗选择之一。

论文信息
题目:Daily inhalation of hydrogen gas has a blood pressure-lowering effect in arat model of hypertension
期刊:Scientific Reports(在线版)
DOI:10.1038/s41598-020-77349-85.

日文发布
编译:JST客观日本编辑部

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