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標準氣體、混合氣體包裝容器處理和材質選擇

要保持混合氣、標準校正氣中的組分含量較長時間內基本不變,包裝容器材質的選擇以及包裝容器內壁的處理技術,就顯得極為重要。

    高壓鋼瓶是混合氣、標準校正氣最常用的包裝容器之一。一般來說,引起鋼瓶內氣體組分含量變化,主要有以下原因:氣體組分與鋼瓶內壁材質發生化學反應;氣體組分被鋼瓶內壁吸附;氣體組分與鋼瓶內殘存的水汽發生反應或被水分溶解吸收;鋼瓶內壁吸附雜質組分氣體脫附等。

    正由于上述原因,在鋼瓶充裝標準混合氣之前,必須進行嚴格的鋼瓶內壁處理。常用的處理方法有:鋼瓶內壁拋光處理;鋼瓶內壁電鍍處理(如鍍鋅、鎳、鉻、銅、金等);鋼瓶內壁磷化處理;鋼瓶內壁化學涂層處理等。

    鋼瓶內壁處理的新方法不斷問世,如日本專利報道,鋼瓶內壁在酸洗抽空后,充入氧氣或含氧氣體,使鋼瓶內壁形成一層穩定的氧化覆蓋膜。該法處理后的鋼瓶,用來充裝低含量的標準的標準校正氣體,可使標準校正氣保持長期穩定。再如日本氧氣公司研究出了“T”和“TO”內壁特殊處理技術,同樣適合于充裝低含量的標準校正氣體。近年來,國內研究和開發了氣瓶內壁特殊處理技術,如鋼瓶內壁表面涂敷有機涂層(如氟樹脂等),具有內表面光潔、憎水、耐腐蝕等優點,它對于保持低含量的標準校正氣體的穩定性來講,開辟了一條新的途徑。

    為了減少氣體組分與容器內壁發生反應和吸附作用,鋼瓶材質的選擇也極為重要。通過對不同材質(如碳鋼、鋁合金和不銹鋼等)鋼瓶貯裝標準校正氣體的穩定性考查實驗表明,

    采用鋁合金鋼瓶貯裝標準校正氣較好。目前國內上海、齊齊哈爾、沈陽和重慶等地,已有鋁合金鋼瓶生產。國內研制成功稱為“Spectral Seal”的鋁合金氣瓶,它能保持標準校正氣體中微量組分含量的長期穩定。

    大顯身手的氫

    2007年7月,日本醫科大學太田成男教授在《自然-醫學》中報道,動物呼吸2%的氫氣就能有效清除自由基,顯著改善腦缺血再灌注損傷(缺血性腦血管病的一種,是威脅人類生命健康的一種主要疾病),基礎就是氫氣在體內的選擇性抗氧化作用。該研究迅速引起廣泛關注,并掀起研究氫氣治療疾病的熱潮。日本醫科大學甚至專門建立了氫分子醫學研究中心,我們的許多研究正是在他的思路啟發下開展的。

    隨后,該研究組又用肝和心肌缺血(心臟的血液灌注減少,導致心臟的供氧減少,心肌能量代謝不正常,不能支持心臟正常工作的一種病理狀態)動物模型,證明呼吸2%的氫氣可治療肝和心肌缺血再灌注損傷。美國匹斯堡大學移植中心對氫在器官移植方面非常關注,他們證明,呼吸2%的氫可治療小腸移植引起的炎癥損傷,對小腸缺血和心臟移植后損傷同樣具有保護作用。四川華西醫院麻醉科發現,呼吸2%的氫可治療腎缺血再灌注損傷。我們通過大量動物實驗證明,呼吸2%氫可治療新生兒腦缺血缺氧損傷,研究結果與日本學者的結果類似。

    上述研究表明,作為一種選擇性抗氧化物質,氫對很多疾病具有治療作用,具有十分廣泛的應用前景,也徹底推翻了氫氣屬于生理性惰性氣體的傳統觀點,并啟動一個新的研究方向:氫分子醫學。

    改頭換面的氫

    一些人在提到氫氣時未免會感到害怕,的確,關于氫氣球爆炸致人傷殘的報道也偶見報端,歷史上最著名的氫氣球爆炸要屬德國的興登堡氣球爆炸空難。即使氫氣是治療某些疾病最好的良藥,可是畢竟不能排除在氣體混合過程中存在爆炸的危險,而且需要比較特殊的設備,操作比較復雜。這就給研究人員出了一道難題,怎么才能把氫氣安全有效地送入人體呢?因此,他們開始尋找更加實用的給藥方法。

    要知道呼吸氫治療疾病的本質是氫首先溶解在血液中,如果把氫氣先溶解在水中飲用會怎么樣呢?好像主意不錯。

    2008年7月,日本醫科大學學者發現,給動物喝一段時間氫水后,可以抑制應激引起的記憶力下降,增加神經干細胞數量,這項研究成果在美國《神經精神藥理學》雜志上發表,是有關含氫水的首次報道。隨后,他們又發現,飽和氫氣水可以治療多種疾病,如人類II型糖尿病、小鼠基因缺陷引起的動脈硬化、維生素C缺乏引起的神經損傷、化療藥順鉑引起的腎損傷和帕金森病等。

    正是在這種思路的啟發下,我們制造出飽和氫生理鹽水,并與國內外30多家科研單位合作進行廣泛深入研究。通過注射氫溶液的方法給藥以后證明,氫生理鹽水對新生兒腦缺血缺氧損傷具有一定的治療作用。我們還發現,早期治療可明顯改善新生兒神經功能和學習記憶能力。該注射液對小腸缺血再灌注損傷、小腸缺血再灌注后引起的肺損傷,對心肌、肝和腎缺血再灌注損傷和吸煙引起的肺損傷等也均有治療作用。更加不可思議的是,我們發現,中樞系統少量注射該注射液具有一定鎮痛作用。

    現在日本學者已經把溶解氫的水——類似汽水——推向市場。據了解,國內上海鴻儒科技發展有限公司等多家單位已經開發出中國自己的含氫飲用水產品?梢灶A見,將來會有越來越多的氫氣產品被開發出來,小小氫分子將廣泛造福于人類健康。

    抗氧化衰老的氫

    氫的生物學作用主要是抗氧化作用,為什么它會有如此功效呢?我們要先從自由基開始說起。

    自由基是維持正常生命所必需的物質,同時也是生物大分子、細胞的危險殺手。所以正常生理情況下,體內自由基不斷產生,也不斷被清除,使之維持在一個正常生理水平上?梢韵胂,自由基過多或過少對機體均是有害的。生物體內自由基類型有很多,其中研究比較多的是氧自由基和過氧化氫一起被稱為的活性氧。發生缺血或炎癥時,體內會產生大量的各類活性氧,在這些活性氧中,羥自由基和過氧亞硝基陰離子毒性強,能直接導致細胞氧化損傷。過去的研究思路是尋找足夠強的還原性物質,但是必然導致機體氧化還原狀態的失衡,甚至還導致抗氧化治療無效。因此,尋找可選擇性中和羥自由基和過氧亞硝基陰離子的物質,是治療各類氧化損傷的有效方法,是抗氧化應該選擇的正確思路之一。

    氫具有選擇性、無毒、無殘留、價格便宜等諸多優點,是否就是一個理想的選擇性抗氧化物質,需要更多研究來支持。自由基是衰老、炎癥、缺血等常見疾病的重要介質,氫作為選擇性抗氧化物質,將來能否走向臨床,在人類與衰老和疾病的戰斗中發揮重要作用,非常值得期待。

    由來已久的氫

    在生物進化的歷史上,氫曾經發揮過非常重要的作用。在生命的最初階段,厭氧細菌(在無氧條件下生活的細菌)依靠氫來對抗氧自由基的損傷。那么,在人這樣的高級生物里還有沒有內源的氫呢?

    實際上,人和動物體內有很多氫,這些氫的來源是大腸內的細菌分解產物,被血液吸收后運送到身體各部分。正常人終末呼吸氣氫水平大約在5~10  ppm之間,乳糖不耐受和菌群紊亂等疾病患者呼吸氣中氫水平可明顯增加到100~200  ppm,臨床上可通過檢測呼吸氣中的氫水平來診斷上述疾病。2002年有《科學》文章證明,小鼠體內氫的水平,在肝臟等組織達到50微摩爾以上,而日本學者的實驗證明,25微摩爾就能保護細胞抗氧化損傷。因此,體內的氫水平足夠產生抗氧化的能力。當然,當機體發生嚴重的氧化損傷時,這種保護作用不能完全發揮,特別是在血液循環發生障礙時,局部氫水平也受到影響,從而產生一定傷害。這也許就是為什么補充氫能治療這些疾病的原因。

    總之,氫氣具有選擇性抗氧化作用的發現,是具有里程碑意義的,不僅會引起人們對基礎和臨床醫學領域的很大興趣,而且可能對人類疾病的防治產生深遠影響。一個大膽的推想是,如果氫確實能在臨床上發揮重要作用,這項研究有望問鼎醫學生理學諾貝爾獎。但由于目前研究的深度和廣度限制,筆者很難給出更加清晰的描述和展望。我們將不斷關注和總結該領域的更新和發展,也希望有更多人對氫分子醫學引起關注。

    作者簡介

    孫學軍,神經生物學博士,中國人民解放軍第二軍醫大學潛水醫學教研室主任、教授,美國Loma  Linda大學客座教授。長期從事潛水高氣壓醫學研究,在SCI收錄雜志上發表論文20余篇,已發表氫分子醫學有關論文6篇,國家規劃教材《潛水醫學》副主編,協助創辦《醫用氣體研究》國際期刊,最近專注于氫分子醫學研究和產品開發。


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