研究簡介:氫氣作為一種具有抗氧化、抗炎和抗凋亡特性的氣體，在基礎(chǔ)和臨床研究中顯示出對多種疾病的治療潛力。然而，目前關(guān)于氫氣作用機(jī)制、劑量效應(yīng)和劑量持續(xù)時間的研究仍有限。此前研究團(tuán)隊已檢測了大鼠在吸入外源氫氣后不同組織中氫氣濃度的動態(tài)變化。在此基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步監(jiān)測了小鼠在吸入不同濃度氫氣后，包括大腦、肝臟、脾臟、腎臟和腓腸肌在內(nèi)的五個組織中氫氣濃度的實時變化。研究使用了unisense氫氣微電極傳感器進(jìn)行實時監(jiān)測。實驗中，25只8周齡的SPF級C57BL/6J小鼠被用于實驗。小鼠通過腹腔注射20%尿素進(jìn)行麻醉，并在恒溫38°C的加熱板上進(jìn)行手術(shù)，暴露待測組織。實驗中使用了三種不同濃度的氫氣（4%，42%，67%），通過自制裝置讓小鼠吸入。氫氣濃度的測量通過電化學(xué)氫氣傳感器完成，該傳感器連接到多用表，能夠?qū)崟r監(jiān)測組織中的氫氣濃度變化。研究表明小鼠不同組織中的氫氣飽和濃度存在顯著差異。腎臟中的氫氣飽和濃度最高，其次是大腦、肝臟、脾臟，最低的是腓腸肌。在吸入低濃度和高濃度氫氣后，腎臟和大腦的氫氣飽和濃度沒有顯著差異。其他組織間的比較均顯示出顯著差異（P<0.05）。同一組織中，氫氣飽和濃度與吸入的外源氫氣濃度差異成正比，即吸入42%和67%氫氣后的飽和值分別是吸入4%氫氣后的約12.3倍和17.8倍，除了腓腸肌在吸入67%氫氣時約為27.1倍。研究結(jié)果為小鼠實驗中氫氣劑量選擇和劑量持續(xù)時間的確定提供了數(shù)據(jù)參考，以確保氫氣的最佳治療效果。本研究也指出了其局限性，包括只采用了吸入方式，缺乏對呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)的直接測量，以及測量過程中可能存在的動物間差異和操作誤差。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

使用了unisense氫氣微電極傳感器，其尖端直徑為40-60微米。在實驗前，氫氣傳感器進(jìn)行了校準(zhǔn)，通過稀釋38°C下飽和的磷酸鹽緩沖液來建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。在小鼠麻醉并暴露待測組織后，將微電極的尖端插入目標(biāo)組織（大腦、肝臟中葉、脾臟、腎臟和后腓腸肌）中，深度小于1毫米，以最小化對組織的損傷并模擬體內(nèi)環(huán)境。每個組織至少進(jìn)行三次獨立測量，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。在測量過程中，使用0.01M鹽酸沖洗傳感器尖端，以去除可能干擾測量的物質(zhì)。

實驗結(jié)論

結(jié)果顯示，小鼠在吸入任何濃度的氫氣后，五個組織中的氫氣濃度均隨時間顯著增加。不同組織即使在吸入相同濃度的氫氣后，氫氣濃度的上升速率和幅度也有所不同。腎臟和大腦的氫氣濃度上升最快，短時間內(nèi)達(dá)到飽和濃度；肝臟和脾臟的上升速度較慢；腓腸肌的氫氣濃度上升最慢，需要較長時間才能達(dá)到較低的平衡濃度。當(dāng)停止吸入氫氣后，組織中的氫氣濃度開始下降，腓腸肌需要更長時間才能恢復(fù)到基線水平。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，不同組織中的氫氣飽和濃度存在顯著差異。腎臟中的氫氣飽和濃度最高，其次是大腦、肝臟、脾臟，最低的是腓腸肌。在吸入低濃度和高濃度氫氣后，腎臟和大腦的氫氣飽和濃度沒有顯著差異。其他組織間的比較均顯示出顯著差異（P<0.05）。同一組織中，氫氣飽和濃度與吸入的外源氫氣濃度差異成正比，即吸入42%和67%氫氣后的飽和值分別是吸入4%氫氣后的約12.3倍和17.8倍，除了腓腸肌在吸入67%氫氣時約為27.1倍。

圖1、用于氫氣濃度測量的五種代表性小鼠組織。

圖2、腎臟、脾臟、肝臟、腦和腓腸肌中氫氣濃度的實時曲線。(A–C)吸入不同濃度氫氣(4%、42%和67%)期間氫氣濃度的變化。(D–F)停止吸入不同濃度氫氣(4%、42%和67%)后氫氣濃度的變化。數(shù)據(jù)顯示為均值±SD(n=3–5只小鼠/組織)。每條線周圍的陰影區(qū)域表示95%置信區(qū)間。

圖3、小鼠吸入不同濃度氫氣(4%、42%和67%)后腎臟、脾臟、肝臟、腦和腓腸肌中的氫氣飽和濃度。數(shù)據(jù)顯示為均值±SD(n=3–5只小鼠/組織)。采用單因素方差分析和LSD檢驗進(jìn)行統(tǒng)計分析。不同字母表示組織間P<0.05的顯著差異。

圖4、H2在小鼠和大鼠腎臟、脾臟、肝臟、大腦和腓腸肌中的飽和濃度比較吸入不同濃度的H2(4%、42%和67%)后，小鼠和大鼠腎臟、脾臟、肝臟、大腦和腓腸肌中H2飽和濃度的比較。數(shù)據(jù)以平均值SD表示(n=3-5只小鼠/組織)。統(tǒng)計分析采用獨立樣本t檢驗。不同字母表示小鼠和大鼠同一組織中H2飽和濃度的顯著差異。

結(jié)論與展望

本研究通過電化學(xué)氫氣電極實時監(jiān)測了另一種最常用的實驗嚙齒動物小鼠在連續(xù)吸入不同濃度氫氣時，五種組織(腦、肝、脾、腎和腓腸肌)中氫氣濃度的連續(xù)變化。Unisense微電極作為一種關(guān)鍵的檢測工具，被用于實時監(jiān)測小鼠不同組織中氫氣（H?）濃度的變化，通過實時監(jiān)測和高精度測量，為研究氫氣在小鼠不同組織中的動態(tài)分布提供了重要的數(shù)據(jù)支持。研究結(jié)果顯示，無論吸入氫氣的濃度如何，不同組織中的氫氣飽和濃度存在顯著差異，其中腎臟中最高，腓腸肌中最低。同時大腿肌肉需要更長的時間才能達(dá)到飽和。通過比較小鼠和大鼠的氫氣飽和濃度，我們發(fā)現(xiàn)除腎臟和脾臟外，大多數(shù)組織中的濃度無差異。氣體擴(kuò)散和血流運(yùn)輸均有助于氫氣到達(dá)大多數(shù)器官。這些結(jié)果為小鼠實驗中氫氣劑量選擇、劑量持續(xù)時間確定以確保最佳治療效果提供了數(shù)據(jù)參考。