利用创新的直接溶解技术在透析过程中实现高浓度氢气输送：犬模型体内的动力学研究

《ASAIO Journal》：High-Concentration Hydrogen Delivery During Dialysis Using an Innovative Direct Dissolution Technique: In Vivo Kinetics in a Canine Model

　　氢气富集透析液制备系统通过直接溶解氢气于 taps水中并经反渗透处理，在犬类模型中保持透析液氢浓度约230 ppb，观察到体外循环有效扩散但肺清除显著。相比传统电解水方法，该系统氢浓度更高更稳定且设计更简化，未来需结合 HDF 提升全身分布并验证长期疗效。

　　氢气（H?）因其独特的抗氧化特性，近年来在医学领域展现出广泛的治疗潜力。它能够选择性地清除对机体有害的活性氧物种（ROS），同时对维持生物信号传递所需的ROS影响较小。这一特性使其成为一种具有前景的治疗手段，尤其是在处理与氧化应激和炎症相关的疾病方面。已有大量临床研究证实，氢气在多种急慢性疾病的治疗中具有显著效果，例如通过吸入、饮用富氢水、注射富氢盐水或沐浴等方式。然而，如何在这些治疗手段中更有效地输送氢气，尤其是在需要持续接触血液的透析过程中，仍然是一个重要的研究课题。

在透析治疗中，患者往往需要使用大量透析液，这些透析液通过半渗透膜与血液接触，因此，通过在透析液中添加氢气，有望成为一种新的治疗策略。传统的电解水方法已经应用于透析液制备，但这种方法依赖于水的电解过程，可能带来一定的局限性。为此，研究人员开发了一种新的氢气富集透析液系统，该系统通过直接将氢气溶解到自来水（即普通自来水）中，产生饱和的氢气水，再经过反渗透（RO）处理，形成用于透析的富氢透析液。这种新型系统与传统电解水方法相比，不仅能够实现更高的氢气浓度，还能保持更稳定的水平，且其设计更为简洁，安装成本可能更低，这为临床广泛应用提供了可能性。

在实验中，研究人员使用了一只12个月大的雌性TOYO犬作为模型，通过全身麻醉建立了透析通路。该犬的右颈动脉和静脉被用于血液回路的接入，同时通过Swan-Ganz导管监测肺动脉压力。整个透析过程持续4小时，血流速率为50毫升/分钟，透析液流速率为100毫升/分钟，且未进行超滤。通过这种设置，研究人员测量了透析液、血液回路入口和出口以及不同系统部位的血液样本中的氢气浓度。结果显示，透析液中的氢气浓度可以稳定在约1,600 ppb，而最终透析液中的氢气浓度则稳定在约230 ppb。在血液回路出口，氢气浓度达到了透析液水平的54.0–67.7%，表明氢气能够有效地扩散进入血液。然而，系统动脉中的氢气浓度却远低于血液回路出口，仅约为透析液水平的1.8–3.8%，这提示氢气在进入体循环后，主要通过肺部清除，可能无法有效进入全身动脉循环。因此，氢气的作用可能更多地局限于透析回路内的血液和透析器中。

这一发现对氢气在透析治疗中的应用具有重要意义。一方面，它表明通过透析液输送氢气可以有效提高局部血液中的氢气浓度，从而发挥其抗氧化和抗炎作用；另一方面，它也揭示了氢气在体循环中的局限性，即肺部的快速清除机制可能限制了其对全身组织的治疗效果。这为未来研究提供了方向，即探索如何提高氢气的全身输送效率，例如通过采用血液透析滤过（HDF）技术，利用大量富氢替代液来增强氢气的进入体循环的量。此外，系统中的氢气溶解过程遵循亨利定律，即气体在液体中的溶解度与气体的分压成正比。因此，通过调节水压和气体压力，可以有效控制氢气的溶解量，从而优化透析液的氢气浓度。

在透析液制备过程中，研究人员采用了独特的“吸气法”，即通过控制氢气压力低于水压，以避免气泡形成。这种方法利用高速流动的水在空心纤维膜中产生的压力差，促进氢气从气相向液相的转移。与传统的“输气法”相比，这种方法能够更有效地实现氢气的溶解，同时减少气泡带来的潜在风险。此外，透析液制备设备中的真空脱气功能进一步降低了氢气浓度，使其从1,600 ppb降至约250 ppb，这与亨利定律的预测一致。随后，通过将脱气后的水与透析液浓缩液按一定比例混合，最终透析液中的氢气浓度稳定在约230 ppb，与实验测量结果一致。

实验过程中，研究人员还监测了犬的血流动力学和呼吸参数，包括血压、心率、血氧饱和度等。这些参数在整个透析过程中保持相对稳定，仅在透析开始后的短时间内出现轻微波动，随后通过液体和血管活性药物的支持得以维持。此外，透析结束后，犬的神经系统评估显示无异常，行为正常，颅神经功能完整，脊髓反射反应良好，且重复的CT和MRI扫描未发现栓塞或脑梗死的迹象。这表明该系统的使用在短期内对犬的生理状态没有明显负面影响，进一步支持了其安全性。

氢气在血液中的分布情况也揭示了一些有趣的生理机制。在血液回路入口，氢气浓度相对较高且波动较大，这可能与血液接入部位的循环模式有关，例如在前腔静脉的导管尖端可能发生了氢气的回流和再循环。而在肺动脉和颈动脉中，氢气浓度显著降低，表明肺部是氢气清除的主要场所。这种现象可能与肺部丰富的毛细血管网络以及气体交换功能有关，氢气在肺部迅速被呼出，从而无法有效进入体循环。因此，氢气的治疗作用可能更多地体现在局部的血液和透析器中，而非全身循环系统。

这一研究结果不仅验证了新型氢气富集透析液系统的有效性，还为氢气在透析治疗中的进一步应用提供了理论依据。与传统电解水方法相比，该系统在氢气浓度和稳定性方面具有明显优势，同时其结构更为简单，安装成本更低，适合大规模临床推广。然而，目前的研究仅限于单只犬的实验，缺乏对多种动物模型的验证，以及长期临床效果的评估。此外，透析器的尺寸相对较大，可能影响氢气的传递效率，因此在未来的临床研究中，需要进一步优化透析器的设计，以提高氢气的全身输送能力。

为了更好地利用氢气的治疗潜力，研究人员还提出了多种可能的改进方向。例如，通过增加透析液的体积或采用更高的氢气浓度，可以提高氢气在体循环中的分布。此外，结合血液透析滤过（HDF）技术，利用大量富氢替代液来补充体液，可能有助于提高氢气的全身摄入量。同时，还需要进一步研究氢气在不同组织中的分布特性，以及其对特定疾病模型的影响，从而明确其在临床中的最佳应用方式。此外，长期的临床试验也是必要的，以评估该技术在不同患者群体中的安全性和有效性，以及其对生活质量、生存率等方面的具体改善效果。

总体而言，氢气作为一种新型的抗氧化剂，在透析治疗中展现出独特的应用前景。通过直接溶解氢气的方法，不仅提高了氢气的浓度和稳定性，还简化了系统设计，降低了成本，为临床应用提供了可行路径。然而，其在全身循环中的局限性仍然存在，未来需要进一步探索如何优化氢气的输送方式，以实现更广泛的治疗效果。同时，该技术的推广还需要在安全性、有效性以及长期疗效等方面进行更深入的研究，以确保其在实际临床中的应用价值。