1217 750x3752x

 

認識 COPD

進入實驗內容前,先讓鯉魚兒介紹一下究竟什麼是慢性肺阻塞(COPD)?

慢性肺阻塞是全球常見的肺與呼吸道疾病,主要包含慢性支氣管炎以及肺氣腫,前者會導致多痰與咳嗽,後者則會引發呼吸困難,因此COPD 的患者通常都會伴隨這些徵狀。

形成 COPD 的原因很多,舉凡日益嚴重的空氣汙染、天生的基因問題等,但最重要的危險因子還是吸菸。

根據研究統計,平均每 4 個吸菸者就會有 1 位罹患 COPD;而在已罹患 COPD 的人口中,以英國與美國為例,更有高達 80 ~ 95 % 的比例與吸菸或二手菸有關。

COPD 不僅會影響個人健康,更會阻止全球經濟發展,2010 年的研究報告指出,因 COPD 造成的經濟損失,高達了 21 美元。

既然 COPD 與慢性發炎息息相關,研究人員想探討「吸入氫氣」是否對於 COPD 有所幫助,因此建立小鼠動物模型進行研究。

 

香菸誘導的小鼠 COPD 模型

前面提到,吸菸是造成 COPD 最重要的危險因此,因此來自中國廣州的研究團隊,利用香菸誘導 C57BL/6J 雄性小鼠(6 ~ 8 周大)產生 COPD 進行動物實驗。

研究將小鼠分為三組,第一組為控制組,讓小鼠呼吸一般空氣(CTL),第二組為 COPD 實驗組,讓小鼠暴露在香菸燃燒的環境(Cigarette Smoke, CS)的香菸實驗組,第三組氫氣組,則是同樣讓小鼠暴露在香菸燃燒環境後再吸入氫氣(CS + H2)。

香菸燃燒環境是以每小時九支菸來定量,讓小鼠待在香菸燃燒環境,每周 6 天, 1 天 2 次, 1 次 2 小時,連續 90 天。

氫氣組的小鼠,會在香菸環境模型中第 61 天開始呼吸氫氣,研究人員會將含有 42% 氫氣、21% 氧氣以及 37% 氮氣的空氣以每分鐘 3.7 公升的速率灌入香菸環境,並讓小鼠待 1 小時, 1 天 2 次,一直到第 90 天結束。

每支香菸含有 11 毫克的焦油、 1 毫克的尼古丁以及 13 毫克的一氧化碳。

研究人員利用肺功能檢測儀器,來比較不同組別的小鼠在經過 90 天實驗時間後,其肺功能之間的差異。

在各個關於肺功能指標中,用來判斷 COPD 嚴重程度的最重要指標為 FEV50/FVC,其中分母的 FVC 代表「努力肺活量」,代表深呼吸後,所能呼出的最大氣體量,而 FEV50 則代表小鼠在努力呼出最大氣量的過程中,前面 50 毫秒( 0.05 秒),所呼出的量。

所以 FEV50/FVC 這個比值是在衡量整個呼吸過程的順暢程度,這個數值若不正常降低,代表呼吸過程不順暢,COPD 的問題可能越嚴重。

研究結果發現,控制組的小鼠(CTL)其 FEV50/FVC 略高於 0.8,而 COPD 實驗組小鼠其比值則顯著降低至 0.7 左右(p<0.05),而氫氣組的小鼠,透過呼吸氫氣,其 FEV50/FVC 則又上升至 0.8 左右的水準,這樣的結果顯示,小鼠透過呼吸氫氣可以舒緩 COPD 症狀。

一般我們在做肺功能檢查時,也一定會評估這項指標,最常用的是 FEV1/FVC,其定義與上述 FEV50/FVC 一樣,只是 1 代表的是 1 秒。一般正常值可以超過 0.8,而一但低於 0.7 則代表有一定程度的阻塞。

研究除了比較 FEV50/FVC 外,也有其他常見的肺功能指標,如殘氣量(Functional residual capacity)、總肺容量(Total lung capacity) 等,透過這些指標,可以發現吸入氫氣的小鼠其數據皆顯著優於沒有吸氫氣的 COPD 小鼠。

 

截圖 2019 12 17 上午11.12.02

吸入氫氣的小鼠主要的肺功能指標,明顯優於 COPD 組別的小鼠。

 

氫氣能抑制慢性發炎,減輕 COPD 症狀

除了檢視肺功能外,研究也利用支氣管肺泡灌洗液(Bronchoalveolar lavage fluid, BALF)分析,來比較不同組別間小鼠肺泡細胞的差異。透過顯微鏡觀察發現,COPD 組別的小鼠,其肺泡壁有明顯損傷,且肺部產生大泡(pulmonary bullae),而氫氣組的小鼠儘管仍有傷害,但明顯減輕許多。

研究進一步進行分析,發現 COPD 小鼠在呼吸道組織與肺部皆有發炎,與白血球的增加有關,且 COPD 小鼠促進發炎的細胞激素如 IL-6 與 TNF-α 水平皆顯著提高;而氫氣組的小鼠,透過呼吸氫氣改善了這些促發炎細胞激素增加所產生的影響。若想了解更多氫氣對於 COPD 的幫助,也可以參考裡魚兒的另一篇文章:氫氣能預防抽菸引起的慢性阻塞性肺病(COPD)

 

結論

過此動物實驗的研究結果,我們可以發現呼吸氫氣對於香菸引起的 COPD 具有明顯且快速的效果。隨著空氣污染日益嚴重,看到空氣清淨機大賣就是最好的證明,但空氣清淨機只能幫助我們改善室內空氣品質,並不能完整保護我們免受空污傷害,或許氫氣可以扮演我們「體內空氣清淨機」,抑制體內的慢性發炎,進而預防舒緩如 COPD 等嚴重的疾病。

 

完整論文連結:Hydrogen gas inhalation protects against cigarette smoke-induced COPD development in mice

原始文章出處:https://news.koih2.com/2019/12/17/%e5%90%b8%e6%b0%ab%e6%b0%a3%e8%83%bd%e6%b8%9b%e7%b7%a9%e5%b0%8f%e9%bc%a0%e9%a6%99%e8%8f%b8%e8%aa%98%e5%b0%8e%e7%9a%84%e6%85%a2%e6%80%a7%e8%82%ba%e9%98%bb%e5%a1%9ecopd/