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氫氣的生物學效應的研究之所以在這麼短時間内取得如此高的研究成果,和氫氣對人體安全性有着重要的關系。醫學研究的首先要條件是安全性,安全是一切生物醫學研究的基礎前提。
近100年的潛水醫學研究證明,氫氣對人體十分的安全,沒有發現氫氣對人體有副作用。
除了潛水證明氫氣的安全性外,研究者還認為,人體内本身就有氫氣。氫氣是一種内源性氣體,科學家們通過腸道菌群氫氣代謝的系列研究證明氫氣屬于内源性氣體。
研究發現,人體大腸菌群可以産生一定量的氫氣,這說明氫氣屬于内源性氣體,這個證據雖然不能證明氫氣絕對安全,但提示我們氫氣具有生理意義,這也是證明氫氣具有安全性的一個重要依據。
人體腸道内氣體的組成與産生
人體腸道氣體産量和成分的研究已有很長的曆史,早在1868年,德國就有采集氣體的記載。1942年,Beazell和Ivey通過手機健康人24小時排氣(屁)并進行測定,結果發現24小時平均産氣量為380—655ml/人。
人體身體内的氣體除了經口吸入的空氣經消化道進入腸道,我們體内多數氣體是由腸道菌群産生的。
腸道細菌主要通過分解我們未消化完全的食物來獲得營養,比如碳水化合物(包括膳食纖維)和蛋白質。這些未消化的食物進入大腸後,腸道菌群會利用它們發酵,産生多種化合物,比如短鍊脂肪酸,還有氣體。
人體腸道内氣體種類非常多,研究統計高達400多種,主要包括:甲烷、氫氣、二氧化碳、氮氣、硫化氫、吲哚等,其中惰性氣體主要包括氫氣和甲烷。
這裡說惰性氣體是指生物活性比較弱,不容易發生普通化學反應的氣體。腸道内細菌是這些氣體的最重要來源,而氫氣和甲烷則是最主要的成分。
氫氣和二氧化碳是最常見的細菌發酵産物,但它們沒有氣味。有些人腸道内某些微生物會産生甲烷,但這種氣體也沒有氣味。
腸道氣體不僅受到細菌種類的影響,而且還和宿主生理狀态關系相關。二氧化碳、氫氣、和甲烷的30%—40%可被大腸黏膜吸收,進入到循環系統并轉移到全身,最後經過皮膚和肺呼吸釋放到體外。剩餘的氣體如氫氣等可以被其他細菌利用,或者最終經過肛門釋放。
大腸内的氫氣主要來源于細菌合成,但氫氣也會被細菌大量利用,研究者們對氫氣代謝的具體菌群進行分類研究,比較這些菌群與身體健康的關系初步。
确定大腸内産生氫氣的細菌主要包括壁厚菌門和拟杆菌門利用氫氣的細菌主要包括産乙酸菌、硫酸鹽還原細菌和産甲烷菌,這些細菌利用氫氣産生醋酸,硫化氫和甲烷,導緻腸内氫氣的含量一般并不高。
氫氣與腸道菌群和人體健康的關系
氫氣醫學研究發現,氫氣的主要作用是減少氧化損傷和炎症反應,而氧化損傷和慢性炎症是造成機體衰老的重要原因。
腸道菌群制造的氫氣可以被人體吸收,機體吸收腸道菌群産生的氫氣可發揮生物學效應。
日本學者曾經根據這一思路做了一個關于長壽老人腸道氫氣檢測的實驗。他們選擇日本百歲老人群體進行腸道氫能力檢測分析,發現氫氣水平【(59.4±7.43)ppm】是普通人(【17.7±2.34)ppm】的3倍以上,因此提示氫氣可能與長壽有關系。
氫氣是腸道菌群的核心代謝物質,所以氫氣對腸道菌群的健康具有重要地位。腸道細菌也是自然界常見細菌類型,大約50%的腸道細菌存在代謝氫氣的能力和潛在能力,主要是這些細菌基因組中都含有能代謝氫氣的氫化酶基因。
許多大腸杆菌含有氫化酶基因,一旦腸道細菌獲得碳水化合物,第一類代謝産物就包含氫氣。許多人都比較熟悉這種情況,當我們吃地瓜或大豆時,腸道容易脹氣,就是因為地瓜和大豆内含有小腸難以消化吸收的多糖,如地瓜的果膠和大豆的寡聚糖,這些小腸内無法消化的多糖可留給大腸内細菌提供能量,細菌利用這些多糖産生大量氫氣。
美國哈佛大學波士頓兒童醫院的研究人員系統分析大腸内細菌産生的氫氣是否具有肝髒保護作用,發現阻斷内源性氫氣産生後保護作用顯著減弱,同時給予外源性氫氣或者補充産氫細菌後保護作用可恢複。研究全面證明大腸細菌産生的氫氣具有疾病治療作用。
2018年,日本學者研究發現,帕金森病患者腸道菌群産氫能力不到正常人的50%,提示腸道菌群産氫能力不足,可能與帕金森病的發生發展有關。孫學軍教授課題組發現,服用乳果糖可促進腸道菌群産氫,并激活Nrf2抗氧化系統,對大腦對大鼠腦缺血再灌注損傷發揮保護作用,這一發現提示臨床口服乳果糖治療肝性腦病的效果可能與促進腸道菌群産氫有關。
第二軍醫大學潛水醫學專家、博士生導師 孫學軍教授也通過大量的實驗證明(給潛水員呼吸50 個大氣壓的氫氣無毒副作用)氫氣從來就是人體内存在的一種,所以使用氫氣治療疾病具有安全性的一個重要前提,可能颠覆了中醫講的《是藥三分毒》的說法。
上海交通大學生命科學技術學院副院長、博士生導師 趙立平教授認為:氫氣是人體内源性氣體,人體内的氫氣是腸道菌群某些成員發酵膳食纖維獲取能量時,為了平衡氧化還原反應把失去的電子以氫氣的形式釋放出來而産生的。如果食物結構合理,菌群結構合理的話,每天可以産生超過15 升氫氣。氫氣溶于水後,是非常好的抗氧化劑,可以自由進出細胞,到達細胞内有超氧自由基的部位就會發生抗氧化反應,清除這些自由基。這應該是氫氣發揮其“神奇”生物學效應的基本機制。
總之,人體腸道氣體代謝是一個複雜而有趣的問題。進一步研究和分析這一現象對理解腸道生理,進而分析對身體健康的影響十分必要,尤其是氫氣這一内源性氣體與腸道菌群的生物關系研究,也有利于準确解釋某些和腸道氣體相關的疾病表現。
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