氢气在皮瓣移植领域的研究进展

彭 敏， 廖 毅



氢气在皮瓣移植领域的研究进展

彭 敏， 廖 毅

氢气； 缺血再灌注损伤； 皮瓣； 皮瓣移植； 皮瓣修复

在烧伤整形外科中，皮瓣常被用于修复由外伤、切除手术、先天畸形或肿瘤等引起的组织缺损[1-4]。皮瓣移植后能否存活的关键在于能否避免发生缺血再灌注损伤。由于氢气能减轻移植皮瓣缺血再灌注损伤，故受到越来越广泛的关注。笔者现对氢气的性质、氢气在皮瓣缺血再灌注损伤中作用、氢气的优势及有待解决问题进行概述。

1 氢气性质

1.1 氢气物理性质 常温常压下，氢气是一种无色、无味、无毒和易燃的双原子气体分子。氢气的物理性质有以下6点：⑴密度小。自然界中分子量最小的气体，标准状况下(温度0℃，压强101.325 kPa)，1 L氢气的质量为0.089 g。⑵难液化。在1 atm(101.325 kPa)下，氢气在-252.8℃液化成液氢，在-259.2℃时固化为固态氢。⑶渗透性强。氢气分子量极小，这使氢气在常温下就可穿透橡皮和乳胶管，在高温下可穿透钢、镍、钯等金属薄膜。⑷溶解度小。氢气在水、乙醇、苯等一般液体中的溶解度较低。⑸比热大、导热性好。氢气的比热是氮气的13.60倍，氢气导热率是空气的7.00倍。⑹扩散速度快。氢的扩散速度是氦的1.41倍，氮气的3.74倍。⑺传音速度快。在标准状态下，氢气的传音速度为1286 m/s，远快于空气的传音速度。

1.2 氢气化学性质 氢气是由两个氢原子通过较强的共价键结合而成，常温下其化学性质相对稳定。氢气的化学性质具有以下3点：⑴可燃性。将纯净的氢气在空气中点燃可发出淡蓝色火焰。⑵还原性。氢气除了能与氧发生化合反应生成水外，也能还原其他一些金属氧化物，如FeO、Fe2O3等。⑶氧化性。氢气除了具有还原性外，也具有氧化性，当其与强还原性金属发生反应时，可以把金属氧化成金属离子。

1.3 氢气生物学特性 以往大多数学者认为，氢气为一种生理性惰性气体，它不参与高等生物体内的生理功能。近年来，越来越多的研究证明,氢气具有抗氧化、抗炎、抗细胞凋亡[5-9]等作用，在生物医学领域有很大的应用前景。Ohta[5]研究表明，氢气具有选择性的抗氧化作用，它能选择性的清除代谢过程中产生的有害羟自由基和过氧亚硝基阴离子，而对拥有生理功能、毒性较低的活性氧影响不大。Kajiya等[10]研究证实，氢气具有抗炎作用，通过减少炎症因子( IL-1β、IL-12、TNF-α)，显著的抑制右旋糖酐硫酸酯钠诱发的结肠炎症反应。Cai等[11]研究证明，氢气具有抗细胞凋亡作用，通过减少天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶凋亡，来减轻大鼠缺血缺氧模型的组织损伤。

2 氢气在皮瓣缺血再灌注损伤中的保护作用

缺血再灌注损伤是指缺血器官、组织重新恢复血流供应后，进一步加重器官、组织功能代谢障碍及结构破坏的现象。缺血再灌注损伤在临床上经常遇到, 如在心肺脑复苏、器官移植、断肢再植、溶栓疗法、动脉搭桥术均可发生缺血再灌注损伤。缺血再灌注损伤发生机制比较复杂，尚未彻底阐明，目前认为自由基生成增多、细胞内钙超载及白细胞激活是其重要发病环节。氢气作为一种选择性的抗氧化剂，它能够选择性清除毒性强的活性氧，从而减轻缺血再灌注损伤。

近年来更多的研究表明，氢分子对大脑、心脏、肝脏、肾脏、小肠等器官的缺血再灌注损伤具有保护作用。Cai等[12]研究证实，富氢液具有抗炎、抗氧化作用，可有效减轻新生大鼠大脑缺血再灌注损伤。Hayashida等[13]研究发现，氢气可以抑制心肌细胞氧化应激，降低心肌梗死面积，对心脏的缺血再灌注损伤有保护作用。Sun等[14]研究表明，氢分子可以清除生物体内有害的活性氧，对肝缺血再灌注或肝纤维化等急、慢性损伤具有保护作用。Shingu等[15]研究证实，富氢盐水能够明显减轻肾脏组织的缺血水肿，对肾脏缺血再灌注损伤具有保护作用。Chen等[16]发现，富氢盐水能够明显改善缺血再灌注所致的肠舒缩功能障碍，其原因可能与氢分子可以抑制细胞凋亡、减轻氧化应激反应、减少中性粒细胞浸润等有关。然而，关于氢气在皮瓣缺血再灌注损伤的作用研究尚少。Zhao等[17]首次提出，富氢生理盐水能够减轻皮瓣缺血再灌注损伤，提高皮瓣的成活率，其机制与富氢盐水的抗炎作用有关。肖一丁等[18]研究发现，氢气分子和高压氧预处理在减轻皮瓣的缺血再灌注损伤上有协同作用，具体体现在皮瓣的血流灌注量增加、细胞凋亡及炎症反应减轻等方面。覃仕瑞和马雪梅[19]研究发现，缺血再灌注氢处理组的大鼠皮瓣成活率明显高于缺血再灌注损伤组，同时氢处理组的细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α、EPO、MDA)明显低于缺血再灌注组，证实氢气对皮瓣的缺血再灌注损伤具有保护作用。Liu等[20]研究证实，富氢生理盐水具有抗细胞凋亡、抗炎作用，能够提高皮瓣成活率，其抗细胞凋亡是通过降低pASK-1和pJNK水平，同时提高Bcl-2/Bax基因表达比例。周文珍等[21]研究再次证实，饮用富氢生理盐水可以改善大鼠缺血再灌注皮瓣的微循环血流量，提高超比例随意皮瓣的成活率。

3 氢气应用于皮瓣移植领域的优势及有待解决问题

3.1 氢气的优势 ⑴选择性抗氧化作用。氢气能够选择性和毒性强的活性氧(·OH和ONOO-)反应，而不影响具有重要生物学功能的ROS (如H2O2和O-)。⑵分子量小、扩散快。氢气可穿透生物膜到达细胞器及细胞核，清除其他药物难以到达部位的有害ROS。⑶安全、不良反应少。正常机体每天会产生一定量的氢气，氢气在体内与毒性强ROS反应最终生成水。⑷资源丰富、廉价、易制取。氢气的上述优点为其应用于临床治疗奠定了坚实的基础。

3.2 有待解决的问题 ⑴作用机制问题。目前关于氢气的研究多数还处于动物实验阶段，动物实验虽然已经证实氢气有选择性抗氧化作用，可以清除缺血再灌注损伤中的强毒性ROS，但具体的代谢途径、作用靶点等都尚未阐明。⑵安全问题。由于氢气具有易燃性，故富氢物质的制备就需要较高的安全性，如以氢气的形式干预处理实验对象，只有当其体积分数<4%时才可保证安全性[6]。⑶有效浓度及给药途径问题。目前我们对氢气的研究局限于动物模型(大鼠为主)，其在人体的给药方式及不同个体的有效治疗浓度尚不可知，有待大型的临床实验进一步明确。

氢气作为一种新型的抗氧化、抗炎、抗细胞凋亡的医用气体，在治疗皮瓣缺血再灌注损伤方面有着深远的临床意义。虽然目前国内外关于氢气对缺血再灌注损伤的研究很多，但关于氢气在皮瓣缺血再灌注损伤的作用研究尚少，且多是作用于动物模型，作用机制也尚不完全明确，其临床疗效有待系统的临床实验进一步证实。随着对其研究的不断深入，氢气可能为皮瓣缺血再灌注损伤的治疗提供新的靶点。

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646000 四川 泸州，西南医科大学附属第一医院 烧伤整形外科 第一作者：彭 敏(1988-)，男，四川遂宁人，住院医师，硕士. 通信作者：廖 毅，646000，西南医科大学附属第一医院 烧伤整形外科，电子信箱：zhandly928@163.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2016.03.016

2015-11-28)