dreamydream
气支撑氢离子传递和ATP合成的生物学意义 有关氢与生命健康的问题，我国清代名医张锡纯在他著的《医学衷中参西录》中有以下记载：炉心有氢气，人腹中亦有氢气，黄者能引氢气上达于肺，与吸入之氧气相合而化水，又能鼓胃中津液上行，又能统摄下焦气化，不使小便频数，故能治消渴。 1、经由复合物I的氢传递 “气”字由气和米组成。气是天之气,多指氧气;米为地之气,多指水谷精微,即水微量元素、糖、蛋白、脂肪。气支撑了线粒体呼吸链的氢离子传递和ATP的合成。 线粒体内膜的呼吸链由5个复合物组成。氢经由两条途径传递,即经由复合物I的氢传递和经由复合物Ⅱ的传递。 线粒体内大多数脱氢酶都以NAD作为辅酶,在脱氢酶催化下底物SH2结构域脱下的氢交给NAD生成NADH。NADH在复合物作用下,NADH将氢原子传递给FMN生成 FMNH2后者再将氢传递给Q生成QH2,此时,两个氢原子解离成2个质子和2个电子,2个质子游离于介质中,2个电子经由复合物I传递至细胞色素C。然后,复合物将细胞色素C上的2个电子传递给氧生成O2,O2与2H结合生成水。 2、经由复合物II的氢传递 琥珀酸-Q还原酶使琥珀酸脱氢生成FADH2然后将FADH2上的氢传递给Q生成QH2,其后的传递过程如NADH呼吸链。复合物I、Ⅱ、IV具有质子泵作用,复合物传递电子的氧化势能太小,不能将质子泵出。 电子传递的氧化势能使线粒体基质的氢离子H泵出到内膜外侧的膜间腔,形成了内膜两侧的内正外负质子梯度差,为ATP合成的势能。复合物V,即ATP合酶由@、B、8亚基等蛋白复合而成,有质子通道,当质子由膜间腔经质子通道回流时,ATP合酶被活化而驱动ATP的合成。这种合成ATP的方式称作氧化酸化,即在呼吸链中伴随氢离子传递的氧化还原反应产生的电化学势能,推动ADP磷酸化为ATP的过程。 3、结论 “气”含有氧气和水谷精微,通过三羧酸循环产生NADH和FADH2。NADH在线粒体呼吸链复合物I的作用下,转化成NADH将传递给线粒体复合物I,再经由辅酶Q10,将H传递给线粒体复合物II。FADH2将H传递给线粒体复合物,经由辅酶Q10,将H传递给线粒体复合物Ⅱ。经过上述两条途径传递来的H经过细胞色素C,传递给复合物IV,H'离子从复合物IV溢出,与氧气结合产生水。气为氢离子的传递提供了基础,氢离子传递蓄积的势能为ATP的合成提供了基础(见图1)。心气行血是指进入心肌线粒体的氧气和水谷精微,经过三羧酸循环和新线粒体呼吸链,产生了ATP,促进了F- actin的组装,维持了心肌细丝和粗丝,完成了舒缩功能,发挥了行血作用。
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说到氢气，大家都不会陌生。氢元素坐了元素周期表第一把交椅，而氢气是世界上密度最小的气体。无色、无味、无毒，高度易燃，具有一定的还原性；燃料电池的备选方案之一，隔三差五就会出一个大新闻……
等离子态下的氢 图片来源：
不过，氢气也有不为人知的一面。比如说治病。
1975年，国外学者用的氧气和的氢气，在8个大气压的条件下，治疗小鼠鳞癌，结果癌症明显消退，拉开了氢气医学研究的序幕；21世纪初，Gharib等在高压氧舱中加入氢气，治疗血吸虫引起的慢性肝炎，取得了不错的效果。但是，“高压氢气”太特殊，一般医院很难满足相关条件，所以，氢气的医学运用，一直未受重视。
高压氧舱 图片来源：
直到2007年，Ohsawa等人发现，常压下吸入2%的氢气就能明显减轻实验大鼠的脑缺血-再灌注损伤，相关研究才广受关注。[1]
缺血-再灌注损伤，顾名思义，它包含了缺血、再灌注两个过程。
首先是缺血。很多原因都可以引起器官缺血，比如冠状动脉痉挛、心脏骤停，或者断指再植和器官移植等。鱼儿离不开水，细胞不能缺少血液的滋润。所以，一旦发生缺血，要尽快恢复血液供应。
然而，学者们发现，有的器官在血液贯通后好转或者恢复正常，有的不仅没有恢复功能，反而加重了组织、器官的功能障碍和结构损伤。这就是缺血-再灌注损伤。
缺血-再灌注损伤的机制非常多样，主要由自由基的作用和白细胞的激活引起。
自由基包括氧自由基、脂质自由基等，性质非常活泼，一旦生成，就会像原子的链式反应一样，通过中间代谢产物不断产生新的自由基。大量自由基可以跟细胞的正常成分，如蛋白质、核算等，发生反应，造成细胞结构损伤和功能障碍。
自由基Free Radical 图片来源于网络
白细胞则是另一个原因。研究表明，在缺血-再灌注时，白细胞数目明显增多。这些白细胞，一方面，会释放大量炎性物质，造成血管通透性增高，引发组织水肿；另一方面，它们又很很容易在粘附分子的作用下，粘附在血管内皮，堵塞微小血管。器官本来就缺血，现在好不容血液来了，却要么穿血管而出、要么被堵在微循环之外，如此一来，细胞的能量代谢障碍自然加重，严重时，就会导致细胞凋亡。[2]
巨噬细胞释放炎症介质和微囊泡 图片来源：Nature
而氢气呢，恰好能抑制这两个过程。
首先，氧化还原反应是由易而难、循序进行的。有了氢气这种大鱼大肉，氧自由基就会抛弃DNA、线粒体等难啃的骨头。
有学者制作了氧化应激模型，结果发现，在氧化损伤后，细胞先是出现线粒体去极化、ATP缺乏，随后，DNA发生氧化，最终，坏死凋亡。若在培养基中加入氢气，则能防止这一连串的损伤，增强细胞的活力。
动物实验也表明，给大鼠吸入2%的氢气，可以显著减少缺血-再灌注损伤，降低脑组织脂质过氧化反应和DNA氧化。不仅能抑制损伤出奇的大脑损伤，而且可以中断损伤的进展。[3]
其次，白细胞释放炎症物质包括多个步骤，巨噬细胞浸润、中性粒细胞浸润等、炎症介质释放等。
卞学艺等学者，制作了小鼠肝脏缺血-再灌注损伤模型。结果显示，在运用含有饱和氢气的生理盐水后，肝脏中的巨噬细胞浸润、中性粒细胞浸润明显减少，而多种炎症物质，则显著降低。这说明，氢气能够抑制炎症反应过程。[4]
此外，还有学者征集志愿者，展开了人体研究。20名志愿者每人每天引用富氢水900ml，分别于开始时和10周后空腹取血，检测血浆总胆固醇、甘油三酯等。结果发现，引用富氢水后，血浆总胆固醇、甘油三脂水平明显降低。提示富氢水对调节血脂有一定的作用。这可能是因为，代谢疾病往往存在自由基导致的氧化损伤，而氢气通过对氧化损伤的抑制，改善了患者的代谢情况。[5]
氢气的这些功效，再加上氢气无毒、方便制备，分子量小、易于扩散，使得氢气成为医学研究的一个新热点。
那么，过年过节的时候，可不可以去日本买个富氢水杯，送给爸妈、表表孝心呢？
很抱歉，最好不要这么做。
富氢水宣传往往夸大、扭曲事实 图片来源：
氢气在动物实验中展现出来的作用固然令人心动，但是，相关的人体实验太少。疗效不确切，安全性和毒副作用不明，相关机制也远未到清晰的时候。不管是高压氢气还是富氢水，尚需大规模的前瞻性临床试验的研究结果来支持。
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参考文献
[1] 肖霞, 张久之, 万献尧. 氢气治疗脓毒症研究进展[J]. 中华内科杂志, 2015, 54(06): 544–547.
[2] 惠康丽, 韩云飞, 周玉弟等. 富氢液对大鼠全脑缺血再灌注损伤的影响[J]. 医学研究生学报, 2011, 24(6): 573–577.
[3] 刘渠, 杨甲梅. 氢气对肝脏缺血再灌注损伤的保护作用及研究进展[J]. 肝胆外科杂志, 2009, 17: 390–392.
[4] 卞学艺, 姜保成. 含饱和氢气生理盐水减轻小鼠肝脏缺血再灌注损伤[J]. 中华器官移植杂志, 2011, 32(3): 177–181.
[5] 富氢水对社区代谢综合征患者血脂及高密度脂蛋白功能的影响--《泰山医学院》2013年硕士论文[EB/OL]. [2017-02-14]. .
王海英——氢不“轻” 北京大学首钢医院副院长、皮肤科主任、临床药物试验办公室主任 中日医学科技交流协会氢分子生物医学专业委员会常务委员
高@设计师 3人参与回答 2023-12-11 有人在美国《科学》杂志上发表论文，声称呼吸氢气可以治疗恶性黑色素瘤。考虑到肿瘤的发生可能与细胞氧化损伤过度有关系，而氢气具有一定还原性，因此科学家联想到用氢气治
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