研究簡(jiǎn)介:心肌梗塞（MI）是一種嚴(yán)重的心血管疾病，嚴(yán)重影響全世界人類的健康。盡管心肌梗死的醫(yī)學(xué)治療取得了進(jìn)步，但創(chuàng)新療法對(duì)于提高受影響患者的治療效果至關(guān)重要。氫氣因其抗炎和抗氧化特性而成為心肌梗死的潛在治療劑，可以中和自由基。目前吸入是最常用的氫氣給藥途徑。然而為了防止燃燒，吸入的氫氣濃度被限制在<4%，從而限制了目標(biāo)器官中達(dá)到更高的氫氣濃度。氫氣在體內(nèi)容易擴(kuò)散，半衰期短，需要持續(xù)攝入氫氣，限制了吸氫的治療效果。因此迫切需要一種新方法來(lái)克服這些限制。鎂是一種生物相容性材料，其合金作為植入材料在臨床實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。研究表明皮下植入鎂會(huì)形成一個(gè)富含氫氣的空腔，并且由于氫氣的高擴(kuò)散能力，它可以很容易地穿透身體組織到達(dá)目標(biāo)部位。這項(xiàng)研究中，研究人員在心肌梗死大鼠模型中研究了基于鎂植入的氫療法對(duì)心肌梗死的安全性和有效性。結(jié)果表明基于鎂植入物的氫療法是一種安全有效的心肌梗死治療選擇。該方法減輕了線粒體功能障礙產(chǎn)生的自由基，減少了炎癥反應(yīng)，并抑制了心肌細(xì)胞凋亡。它改善了心臟功能并減少了心臟損傷。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

通過(guò)腹腔注射用20%氨基甲酸乙酯(7 mL/kg)麻醉大鼠，并在整個(gè)氫監(jiān)測(cè)過(guò)程中使用呼吸機(jī)支持。使用配備傳感陽(yáng)極（尖端直徑：50μm）的Clark型氫氣微電極（Unisense）對(duì)器官中的氫氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。將微電極傳感器的尖端小心地插入暴露的心臟、肝臟和脾臟1毫米深。通過(guò)參考在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和25°C溫度下產(chǎn)生的氫飽和鹽水生成的校準(zhǔn)曲線，對(duì)氫微電極的負(fù)電流輸出進(jìn)行校準(zhǔn)，以確定區(qū)域氫濃度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

使用心肌梗死大鼠模型來(lái)評(píng)估鎂植入制氫與氫氣吸入相比的治療效果。鎂植入克服了氫氣吸入在目標(biāo)器官中可達(dá)到的氫氣濃度和暴露持續(xù)時(shí)間方面的一些限制。鎂植入可以持續(xù)穩(wěn)定地產(chǎn)生氫氣，使目標(biāo)器官達(dá)到比吸入氫氣更高的氫氣濃度。通過(guò)減少M(fèi)I中ROS介導(dǎo)的線粒體損傷、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，這種方法可能為MI的治療提供新的見(jiàn)解。

圖1、鎂片植入大鼠體內(nèi)后，鎂會(huì)降解并形成氣腔。(A)鎂片植入后，老鼠氣腔的X射線圖像隨時(shí)間變化。X射線中心線平行于鎂片的長(zhǎng)軸投影。時(shí)間點(diǎn)為1、3、5和7天。（B，C）記錄同一時(shí)間點(diǎn)氣腔內(nèi)的張力變化，并測(cè)量氣腔的橫截面積（n=5）。（D）7天時(shí)對(duì)氣腔進(jìn)行超聲檢查。(E)指向黑色區(qū)域的黃色箭頭代表皮下多室氣腔結(jié)構(gòu)。（F）植入后鎂片質(zhì)量的變化。照片；掃描電鏡圖像；EDS光譜；利用氧、鎂、碳、氯和鈣的元素圖來(lái)研究植入前（0天）和植入后鎂片的腐蝕情況。在植入后的特定時(shí)間點(diǎn)（1、3、5和7天）系統(tǒng)地回收鎂片并徹底清潔。

圖2、老鼠腔內(nèi)的氫氣擴(kuò)散到大鼠的器官中。（A）拍攝高分辨率照片記錄了在通氣支持下接受手術(shù)的麻醉大鼠器官中氫濃度的檢測(cè)過(guò)程。吸入4%氫氣(n=3)期間大鼠心臟中的氫氣濃度，特別是吸入氫氣開始時(shí)(B)和停止后(D)。鎂片植入后評(píng)估氣腔(C)和心臟(E)中的氫氣濃度(n=3)。鎂片植入后1、3、5和7天氣腔和肝、心、脾組織中的氫氣濃度（F-I）。

圖3、鎂片植入后的組織學(xué)發(fā)現(xiàn)和電解質(zhì)維持。MI后7天從假手術(shù)組和鎂植入組大鼠采集的心臟、肺、腎臟、肝臟和脾臟的H&E染色(A)。鎂片植入后7天內(nèi)大鼠體重變化(B)。血清Cr、BUN、UA、K+、Ca 2+、Mg 2+、Na+和Cl?鎂片植入后7天（C-E）。

圖4、鎂片植入對(duì)大鼠心功能及心肌結(jié)構(gòu)的影響。每組中具有代表性的TTC染色圖像和定量分析（A、B）。每組中具有代表性的H&E染色圖像。比例尺：50μm。箭頭表示炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)（C）。心臟損傷標(biāo)記物cTnI的血清濃度(D)。從假手術(shù)、MI、MI+氫和MI+鎂組獲得的代表性M型超聲心動(dòng)圖(E)。BNP濃度作為心力衰竭的血清生物標(biāo)志物(F)。每組動(dòng)物超聲心動(dòng)圖測(cè)量的匯總數(shù)據(jù)，包括EF(G)、LVID(H)、ESV(I)和FS(J)。

圖5、鎂片植入產(chǎn)生的氫氣及其對(duì)線粒體凋亡途徑的影響的示意圖。鎂片植入產(chǎn)生的氫氣可改善心肌梗死后大鼠的心臟氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。

結(jié)論與展望

分子氫是一種新興的廣譜抗氧化分子，可用于治療心肌梗塞（MI）。然而氫氣吸入在靶器官內(nèi)能達(dá)到的濃度較低，作用持續(xù)時(shí)間較短，難以實(shí)現(xiàn)大劑量氫氣定向輸送至心臟，嚴(yán)重限制了氫氣治療心肌梗死的潛力。皮下植入鎂片與體內(nèi)環(huán)境發(fā)生反應(yīng)，持續(xù)產(chǎn)生內(nèi)源性氫氣，使靶器官的氫氣濃度更高，作用持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。在這項(xiàng)研究中，研究人員提出了基于鎂植入物的氫療法來(lái)治療心肌梗死。在大鼠背部皮下植入鎂片后，研究人員應(yīng)用unissense氫氣微電極測(cè)量了氫氣的產(chǎn)生和效率，并評(píng)估了這種方法的安全性。與吸氫相比，顯著改善了MI大鼠的心功能。鎂植入還可以清除因線粒體功能障礙而釋放的自由基，并抑制心肌細(xì)胞凋亡。