富氫水在國內外應用的研究進展

董長勇，于皎雪，于偉厚，車虹昌

大連雙迪科技股份有限公司（大連 116635）

富氫水是一種含有一定濃度氫氣的新型功能健康飲用水，具有選擇性抗氧化、抗炎、抑制細胞凋亡、調控基因表達等特性[1]。在人體系統(tǒng)疾病的治療和預防中，富氫水主要通過減輕機體氧化應激狀態(tài)、抑制NF-κB信號通路、對相關信號轉導通路調控炎性基因表達和其他細胞信號通路進行調節(jié)以及各種氧化相關酶的調控，對氧化應激相關疾病（如代謝綜合征、神經系統(tǒng)疾病和缺血再灌注損傷等）有一定治療作用。富氫水可作為一種植物調節(jié)劑，有效應對鎘、汞、鋁、滲透、冷、鹽等各種脅迫同時參與根系的形成和發(fā)育，并且還是一種良好的保鮮劑，對于延遲采后果蔬的成熟和衰老效果顯著[2]。除了在醫(yī)學和農業(yè)上的應用外，在美容、體育中也日益受到人們關注，對富氫水在各個領域的應用進行比較，旨在探究富氫水的作用機制及調控效果，為富氫水的發(fā)展方向奠定一定理論基礎。

1 富氫水在醫(yī)學領域的應用

1.1 富氫水在動物試驗上的研究

缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）在1960年由Jennings提出，是指在器官或組織缺血的情況下恢復血液供應后遭受過量的自由基攻擊，導致器官組織損傷甚至功能代謝及結構不可逆性損傷的現(xiàn)象[3]。孫豐偉等[4]發(fā)現(xiàn)富氫水能夠通過降低谷丙轉氨酶（ALT）和谷草轉氨酶（AST）活性而減輕大鼠肝缺血再灌注損傷。李翔子等[5]報道富氫水可有效地降低腫瘤壞死因子α、白細胞介素1β的表達水平來抑制炎癥反應，同時通過對NF-κB/Bcl-2通路內Bcl-2、Bax、caspase3、NF-κB等蛋白表達水平以減輕大鼠心肌缺血再灌注損傷程度。Sato等[6]研究得到，富氫水可顯著將大鼠腦片缺血再灌注后形成的超氧化物減少27.2%。另有報道稱富氫水通過清除缺血性再灌注所產生的氧自由基（oxygen free radical，OFR），平衡腎臟的氧化和抗氧化水平，進而起到保護腎臟的作用[7]。

氧化應激和炎癥細胞因子的激活在大鼠胰腺、腎臟、腸組織等器官的炎癥起著至關重要的作用，因此，抗氧化應激、降低炎癥細胞因子可能是減輕該類病情發(fā)展的重要手段。楊培等[8]比較模型組（SAP+NS組）和氫水處理組（SAP+HRS組）對大鼠磺膽酸鈉誘導的重癥急性胰腺炎（SAP）大鼠肺組織氧化應激反應的輕情況，結果發(fā)現(xiàn)后者對血清TNF-α含量、肺組織TNF-αmRNA有較好的抑制作用，可有效地降低炎癥細胞因子的水平。石運芝等[9]研究表明，富氫水一方面可提高SOD含量，從而大幅提高大鼠牙齦局部的抗氧化能力，另一方面通過對核轉錄因子NF-κB和促炎細胞因子TNF-α的表達抑制而起到調控氧化應激相關炎癥反應的作用，減緩孕激素對大鼠牙齦炎的刺激作用和牙齦炎癥反應的進程。扈紅蕾[10]研究發(fā)現(xiàn)富氫水可與黃曲霉毒素B1（aflatoxin B1，AFB1）進入大鼠肝臟內所產生的ROS自由基反應而大大減少氧化損傷；通過提高還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）含量而大幅提高機體清除自由基能力，增強肝臟對活性氧的抵抗。張振等[11]研究證實富氫水可有效降低大鼠腸組織中MDA含量同時提高超氧化物歧化酶（SOD）和二胺氧化酶（DAO）水平，大幅減緩腸組織中氧化應激的程度；富氫水通過對NF-κB/Nrf-2通路（抑制NF-κB蛋白、增加Nrf-2蛋白的表達）和炎癥因子（降低TNF-α、IL-1β、IL-6水平）的調節(jié)以改善大鼠腸系膜上動脈血管反應性和鈣敏感性及腸黏膜損傷程度。

富氫水可作為一種氧化劑，在機體對抗其他外界有害因素的機制中扮演重要角色。Song等[12]給高脂肪飲食喂養(yǎng)的敘利亞金黃地鼠攝入一定量的富氫水后檢測發(fā)現(xiàn)，其血清總膽固醇（TC）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平降低，超氧化物歧化酶的增加以及整個血清和低密度脂蛋白中硫代巴比妥酸反應物質的減少，有效地改善血脂異常損傷的HDL功能且在降血脂和預防潛在的代謝綜合征方面發(fā)揮有益作用[13]。Li等[14]探究得到富氫水通過減少脂質過氧化和過氧亞硝酸鹽的形成，降低NADPH氧化酶和黃嘌呤氧化酶的活性，增加過氧化氫酶的活性，恢復腎臟線粒體功能，從而抑制亞硝酸三乙酸鐵（Fe-NTA）誘導的氧化應激，減輕大鼠腎損傷。Zhang等[15]研究表明富氫水可減輕急性腹膜炎的嚴重程度，其作用機制可能是通過抗炎、抗氧化、抗菌及降低腹腔組織NF-κB的表達實現(xiàn)。Wang等[16]提供證據表明富氫水在抵抗毒死蜱引起的大鼠神經毒性的過程中起到一種抗氧化劑的作用，可選擇性地清除羥基自由基，提高MDA、GSH水平及SOD和過氧化氫酶（catalase，CAT）活性，同時在保護神經元免受鉛誘導的細胞凋亡作用機制相似[17]。Suzuki等[18]結果表明用富氫水處理可降低氧化DNA損傷標記物（如磷酸化組蛋白H2AX和8-羥基-20-脫氧鳥苷）和衰老標記物（如細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2A、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1和β-半乳糖苷酶）的水平，減少香煙煙霧（CS）誘導的氧化性DNA損傷和肺部細胞過早衰老，減輕了衰老標記蛋白30基因敲除（SMP30-KO）小鼠中CS誘導的肺氣腫。

此外，富氫水在動物腫瘤和其他疾病上也有一定的試驗研究。李超富等[19]研究小鼠肝內膽管癌的過程中發(fā)現(xiàn)，富氫水可通過抑制細胞增殖、促進細胞凋亡、調節(jié)細胞內氧化還原環(huán)境及IFN-γ相關基因的表達而對腫瘤的形成、體積和質量發(fā)揮有效地調控作用，肝腫瘤發(fā)生率可減少至57.1%。楊慶璽等[20]研究得到富氫水通過抑制小鼠外周血細胞的下降程度而對4 Gy X射線全身照射的小鼠的骨髓抑制起到良好的保護作用，同時在60Co照后Beagle犬血液系統(tǒng)損傷也有類似的改善作用[21]。張國文等[22]研究得到富氫水對失重大鼠的腸道菌群有積極的調節(jié)作用且對腸球菌的抑制作用尤為明顯。增殖細胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）是真核細胞DNA合成的一種必要蛋白，是反應細胞增殖狀態(tài)的良好指標，陳星權等[23]對富氫水在SD大鼠動脈化靜脈橋再狹窄中的作用，結果得到富氫水組大鼠右下肢肌肉萎縮發(fā)生率較低、基底膜完整性較好、PCNA高表達的比例相對穩(wěn)定。

1.2 富氫水在臨床上的應用

劉建華等[24]探討在新生兒缺氧缺血性腦病（HIE）治療中富氫水的輔助療效，富氫水充分參與機體的抗氧化系統(tǒng)，發(fā)揮針對性自由基清除作用而避免細胞氧化損傷。許長春等[25]比較富氫水和生理鹽水對急性放射性口腔粘膜反應的臨床療效，結果觀察到后者可較好的緩解放射性口腔黏膜痛感。Dragana等[26]發(fā)現(xiàn)氫可作為一種抗衰老劑在增加左側額葉灰質的腦膽堿和NAA水平、右側頂葉白質的腦肌酸和右側頂葉內側灰質的腦NAA水平方面較優(yōu)，促使端粒延長同時改善睡眠質量和生化環(huán)境。于盈盈等[27]用富氫水對強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）患者進行全身溫熱泡浴，結果證明，富氫水是緩解AS疼痛感較優(yōu)的輔助治療方法，且無非甾類抗炎藥對肝腎損傷的副作用。Ostojic[28]發(fā)現(xiàn)富氫水還有可能是一種可以調節(jié)內源性H2穩(wěn)態(tài)和腸道微生物的新興化合物。另外[29]，富氫水聯(lián)合感知提醒療法（SCT）和改良限制-誘導運動療法（mCIMT）通過對SOD和MDA水平的調控而改善老年腦卒中偏癱患者的上肢運動功能和日常使用頻率，使患者自理能力得到較大提升。

2 富氫水在農業(yè)領域的應用

重金屬，如汞（Hg）和鎘（Cd）是一種易被高等植物積累的有毒重金屬，通過對植物光合、呼吸和氮代謝的抑制而出現(xiàn)生長抑制、失綠、壞死或程序性細胞死亡（PCD），甚至細胞死亡等明顯的中毒癥狀。Cui等[30]的研究結果為富氫水通過重建谷胱甘肽穩(wěn)態(tài)而有效減少苜蓿對鎘的吸收，抑制活性氧的產生，減輕鎘誘導的氧化應激，同時50%飽和HRW能顯著緩解大白菜鎘中毒癥狀[31]；進一步研究結果表明[32]，HRW可誘導紫花苜蓿幼苗過氧化物酶（POD）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）的活性，同時還原型-氧化型谷胱甘肽（GSH）、高型谷胱甘肽（hGSH）和抗壞血酸（AsA）比例增加，提高苜蓿幼苗對汞毒害的防御能力。Wu等[33]研究表明，HRW抑制白菜中主要的鎘轉運蛋白BcIRT1、BcZIP2的表達而有效地降低白菜對鎘吸收的功能。Zhao等[34]發(fā)現(xiàn)，HRW通過減少ROS的積累和提高玉米幼苗中抗氧化酶（CAT、APX、SOD和POD）的活性，參與減輕鋁誘導的氧化脅迫，顯著提高光合作用和養(yǎng)分吸收。田婧蕓等[35]發(fā)現(xiàn)富氫水能增大氣孔直徑保持小麥幼苗根尖細胞的完整性以打破銅脅迫所造成的植株生長抑制現(xiàn)象。

富氫水是近年來應用于果蔬保鮮中的一項新興的保鮮技術，可有效抑制褐變相關酶和果蔬組織內防御活性氧毒害相關酶活性起到促進作用，提高自身對活性氧毒害的抵抗和抗氧化能力，延遲機體衰老現(xiàn)象的發(fā)生。盧慧等[36]研究發(fā)現(xiàn)，HRW有效促進多酚氧化酶（PPO）活性和番茄果實內源NO的生成積累，降低灰霉菌對番茄果實的傷害；進一步[37]采用30%，80%和100%富氫水對獼猴桃進行處理，結果得到，80%的HRW對獼猴桃硬度的保持效果最為顯著，有效降低獼猴桃呼吸強度，提高SOD活性并維持DPPH、O2-、羥自由基清除能力，延緩果實在貯藏期間的成熟和衰老。Li等[38]研究結果表明，HRW處理有效地減輕鮮切菱角氧化損傷，抑制苯丙烷途徑的激活，從而減緩黃酮類化合物的積累，最終減緩鮮切菱角在貯藏期間黃變進程，對于HRW有較好的保綠性，在小白菜[39]研究中也得到證實。Zhang等[40]發(fā)現(xiàn)對短波紫外線（UV-A）照射下的青蘿卜采用富氫水處理后，二者的總酚、花青素、花青苷的含量及DPPH自由基清除能力均得到較大提升，其中總酚含量可提高至1.17倍，極大程度上提高二者的抗氧化能力。

近年來，HRW由于與植物對各種非生物脅迫的適應性反應有關而受到越來越多的關注。Guan等[41]研究得到，HRW處理能顯著提高黑大麥的發(fā)芽率和生長率，進一步研究得到，在濃度、溫度、浸泡時間分別為1.5 mg/L、29 ℃、13 h的工藝條件下，與純水組相較糙米發(fā)芽勢、發(fā)芽率、總黃酮含量可分別提高21%，14%和56.2 mg/100 g[42]。研究表明[43]，黨參多糖的含量隨著富氫水濃度增加而增加，當多糖達到最大值36.45%時富氫水濃度為50%，并且對黨參根系生長發(fā)育也有促進作用。丁芳芳等[44]通過研究獲得富氫水最佳的浸種濃度和時間為50%和24 h，該條件下當歸種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數及α-淀粉酶活性均較高，為當歸種子的萌發(fā)提供較高動力；同時50%富氫水通過增大當歸葉面積，增強光合利用而使營養(yǎng)物質積累量達到最高，有效促進當歸的生長發(fā)育。宋韻瓊等[45]發(fā)現(xiàn)富氫水除了促進小蒼蘭的盛開率外，還發(fā)現(xiàn)富氫水可較好地減少小蒼蘭丙二醛的積累同時在一定程度上抑制其膜脂過氧化過程，使細胞膜保持完整性，減緩其衰老進程。Hu等[46]采前用HRW灌溉黃花菜，可顯著降低黃花菜活性氧水平、滲漏率和脂質過氧化程度，以及增加不飽和/飽和脂肪酸比率和內源性H2含量，從而減輕萼片褐變等冷害癥狀，提高黃花菜芽產量；并且在富氫水浸種黃瓜幼苗耐冷性機制的研究中也發(fā)現(xiàn)，富氫水主要通過提高植物抗氧化系統(tǒng)活性和滲透調節(jié)能力2個方面提高抗性[47]。另外，富氫水可導致更有利的鈉鉀比和細胞的持水能力，對大麥耐鹽性均有有利影響[48]。

3 富氫水在體育領域的應用

運動領域的一些研究證實，富氫水具有抗氧化、抗疲勞等作用。研究顯示，長期飲用富氫水可有效調節(jié)耐力訓練大鼠機體的氧化和抗氧化系統(tǒng)之間的平衡，從而緩解運動性氧化應激損傷[49]。歐明毫等[50]探討比較富氫水和礦泉水對女子柔道運動員機體抗氧化能力指標的變化規(guī)律，得到前者通過總抗氧化能力（T-AOC）和SOD活性的提高以及對MDA含量的降低，有效抑制大負荷訓練引起的機體脂質過氧化，對細胞膜損傷有一定的保護作用。力竭時，生物體內自由基的產生與清除的平衡狀態(tài)將會打破，多余的自由基攻擊生物膜產生脂質過氧化，使生物膜結構和功能被改變而引起一系列病理變化，導致疲勞的產生，而富氫水則通過對ONOO-與·OH的清除和SOD、GSH、MDA的積極調控，有效增加運動耐力，并且在足球現(xiàn)役裁判員跟蹤監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，富氫水可以影響重復力竭運動導致的機體酸化趨勢而對疲勞的緩解有積極作用[51]。張紅紅、江東等[52-53]探討得出，富氫水可通過對足球運動員白細胞（WBC）、血清免疫球蛋白（IgA、IgG、IgM）、補體（C3和C4）等免疫指標維穩(wěn)而提高機體免疫系統(tǒng)的防御功能，同時增強特勤療養(yǎng)官兵肌肉氧利用能力、運動耐力、運動機能等，有效改善機體炎癥反應。

4 富氫水在美容領域的應用

人體皮膚暴露在太陽輻射下會導致皮膚老化，膠原蛋白的丟失被認為是老化皮膚的特征性組織學表現(xiàn)。Kato等[54]研證實，富氫水可以作為日常皮膚護理，通過清除活性氧和促進真皮中I型膠原的合成來抑制紫外線誘導的皮膚損傷，并且可大幅增加I型膠原的合成量，最高可增加2.03倍。周平等[55]對富氫水噴霧大鼠臀部皮膚創(chuàng)面觀察得到，富氫水組創(chuàng)面愈合率較高，同時在高原皮膚病患者富氫水泡浴中，通過對炎性因子水平的降低和血漿氧化應激反應的改善2個途徑也取得滿意療效[56]。酪氨酸酶是黑色素生成過程中的關鍵作用酶，抑制酪氨酸酶的活性是減少皮膚黑色素形成的途徑之一，呂平平等[57]測試說明，富氫水可通過抑制酪氨酸酶的活性而具美白功效。

5 結語與展望

近年來，在消費升級的大背景下，人們對于美好生活的愿望越來越強烈，對于健康生活的需求也越來越強烈，水是人類生命活動的必需品，富氫水憑借其抗疲勞、抗癌、抗炎等多種附加功能逐漸進入人們的日常生活中，由于富氫水的應用發(fā)展時間尚短，人們對其了解有限，目前醫(yī)學研究以動物試驗居多，臨床試驗局限于口腔、腸道疾病調節(jié)方面，一些深層次的疾病研究仍缺乏大量試驗證明。

在農業(yè)、體育和美容領域，富氫水主要通過參與機體生理代謝和增強自身抗氧化活性，從而發(fā)揮較好的抗氧化和抗衰老作用，未來依然需要對其作用機理進行深入且系統(tǒng)的研究。

富氫水作為一種安全有效、易于使用的新型飲用水，食品工業(yè)對其保持比較高的關注度，除了保持食品較高的營養(yǎng)品質、延長果蔬的貨架期外，開展功能性食品的研究還需要進一步探索，如從抗氧化、抗衰老、抗炎癥作用機理出發(fā)，朝醫(yī)學和食品結合的方向進行研究，開發(fā)對人類健康的醫(yī)療保健食品。