研究简介:氢气作为一种具有抗氧化、抗炎和抗凋亡特性的气体，在基础和临床研究中显示出对多种疾病的治疗潜力。然而，目前关于氢气作用机制、剂量效应和剂量持续时间的研究仍有限。此前研究团队已检测了大鼠在吸入外源氢气后不同组织中氢气浓度的动态变化。在此基础上，本研究进一步监测了小鼠在吸入不同浓度氢气后，包括大脑、肝脏、脾脏、肾脏和腓肠肌在内的五个组织中氢气浓度的实时变化。研究使用了unisense氢气微电极传感器进行实时监测。实验中，25只8周龄的SPF级C57BL/6J小鼠被用于实验。小鼠通过腹腔注射20%尿素进行麻醉，并在恒温38°C的加热板上进行手术，暴露待测组织。实验中使用了三种不同浓度的氢气（4%，42%，67%），通过自制装置让小鼠吸入。氢气浓度的测量通过电化学氢气传感器完成，该传感器连接到多用表，能够实时监测组织中的氢气浓度变化。研究表明小鼠不同组织中的氢气饱和浓度存在显著差异。肾脏中的氢气饱和浓度最高，其次是大脑、肝脏、脾脏，最低的是腓肠肌。在吸入低浓度和高浓度氢气后，肾脏和大脑的氢气饱和浓度没有显著差异。其他组织间的比较均显示出显著差异（P<0.05）。同一组织中，氢气饱和浓度与吸入的外源氢气浓度差异成正比，即吸入42%和67%氢气后的饱和值分别是吸入4%氢气后的约12.3倍和17.8倍，除了腓肠肌在吸入67%氢气时约为27.1倍。研究结果为小鼠实验中氢气剂量选择和剂量持续时间的确定提供了数据参考，以确保氢气的最佳治疗效果。本研究也指出了其局限性，包括只采用了吸入方式，缺乏对呼吸系统和心血管系统的直接测量，以及测量过程中可能存在的动物间差异和操作误差。

Unisense微电极系统的应用

使用了unisense氢气微电极传感器，其尖端直径为40-60微米。在实验前，氢气传感器进行了校准，通过稀释38°C下饱和的磷酸盐缓冲液来建立标准曲线。在小鼠麻醉并暴露待测组织后，将微电极的尖端插入目标组织（大脑、肝脏中叶、脾脏、肾脏和后腓肠肌）中，深度小于1毫米，以最小化对组织的损伤并模拟体内环境。每个组织至少进行三次独立测量，以确保数据的准确性和可重复性。在测量过程中，使用0.01M盐酸冲洗传感器尖端，以去除可能干扰测量的物质。

实验结论

结果显示，小鼠在吸入任何浓度的氢气后，五个组织中的氢气浓度均随时间显著增加。不同组织即使在吸入相同浓度的氢气后，氢气浓度的上升速率和幅度也有所不同。肾脏和大脑的氢气浓度上升最快，短时间内达到饱和浓度；肝脏和脾脏的上升速度较慢；腓肠肌的氢气浓度上升最慢，需要较长时间才能达到较低的平衡浓度。当停止吸入氢气后，组织中的氢气浓度开始下降，腓肠肌需要更长时间才能恢复到基线水平。进一步分析发现，不同组织中的氢气饱和浓度存在显著差异。肾脏中的氢气饱和浓度最高，其次是大脑、肝脏、脾脏，最低的是腓肠肌。在吸入低浓度和高浓度氢气后，肾脏和大脑的氢气饱和浓度没有显著差异。其他组织间的比较均显示出显著差异（P<0.05）。同一组织中，氢气饱和浓度与吸入的外源氢气浓度差异成正比，即吸入42%和67%氢气后的饱和值分别是吸入4%氢气后的约12.3倍和17.8倍，除了腓肠肌在吸入67%氢气时约为27.1倍。

图1、用于氢气浓度测量的五种代表性小鼠组织。

图2、肾脏、脾脏、肝脏、脑和腓肠肌中氢气浓度的实时曲线。(A–C)吸入不同浓度氢气(4%、42%和67%)期间氢气浓度的变化。(D–F)停止吸入不同浓度氢气(4%、42%和67%)后氢气浓度的变化。数据显示为均值±SD(n=3–5只小鼠/组织)。每条线周围的阴影区域表示95%置信区间。

图3、小鼠吸入不同浓度氢气(4%、42%和67%)后肾脏、脾脏、肝脏、脑和腓肠肌中的氢气饱和浓度。数据显示为均值±SD(n=3–5只小鼠/组织)。采用单因素方差分析和LSD检验进行统计分析。不同字母表示组织间P<0.05的显著差异。

图4、H2在小鼠和大鼠肾脏、脾脏、肝脏、大脑和腓肠肌中的饱和浓度比较吸入不同浓度的H2(4%、42%和67%)后，小鼠和大鼠肾脏、脾脏、肝脏、大脑和腓肠肌中H2饱和浓度的比较。数据以平均值SD表示(n=3-5只小鼠/组织)。统计分析采用独立样本t检验。不同字母表示小鼠和大鼠同一组织中H2饱和浓度的显著差异。

结论与展望

本研究通过电化学氢气电极实时监测了另一种最常用的实验啮齿动物小鼠在连续吸入不同浓度氢气时，五种组织(脑、肝、脾、肾和腓肠肌)中氢气浓度的连续变化。Unisense微电极作为一种关键的检测工具，被用于实时监测小鼠不同组织中氢气（H₂）浓度的变化，通过实时监测和高精度测量，为研究氢气在小鼠不同组织中的动态分布提供了重要的数据支持。研究结果显示，无论吸入氢气的浓度如何，不同组织中的氢气饱和浓度存在显著差异，其中肾脏中最高，腓肠肌中最低。同时大腿肌肉需要更长的时间才能达到饱和。通过比较小鼠和大鼠的氢气饱和浓度，我们发现除肾脏和脾脏外，大多数组织中的浓度无差异。气体扩散和血流运输均有助于氢气到达大多数器官。这些结果为小鼠实验中氢气剂量选择、剂量持续时间确定以确保最佳治疗效果提供了数据参考。