研究簡介:心肌梗塞（MI）是一種嚴重的心血管疾病，嚴重影響全世界人類的健康。盡管心肌梗死的醫(yī)學治療取得了進步，但創(chuàng)新療法對于提高受影響患者的治療效果至關重要。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%，從而限制了目標器官中達到更高的氫氣濃度。氫氣在體內容易擴散，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踐中得到了廣泛應用。研究表明皮下植入鎂會形成一個富含氫氣的空腔，并且由于氫氣的高擴散能力，它可以很容易地穿透身體組織到達目標部位。這項研究中，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心肌梗死的安全性和有效性。結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生的自由基，減少了炎癥反應，并抑制了心肌細胞凋亡。它改善了心臟功能并減少了心臟損傷。

Unisense微電極系統(tǒng)的應用

通過腹腔注射用20%氨基甲酸乙酯(7 mL/kg)麻醉大鼠，并在整個氫監(jiān)測過程中使用呼吸機支持。使用配備傳感陽極（尖端直徑：50μm）的Clark型氫氣微電極（Unisense）對器官中的氫氣濃度進行實時監(jiān)測。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。通過參考在標準大氣壓和25°C溫度下產生的氫飽和鹽水生成的校準曲線，對氫微電極的負電流輸出進行校準，以確定區(qū)域氫濃度。

實驗結果

使用心肌梗死大鼠模型來評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器官中可達到的氫氣濃度和暴露持續(xù)時間方面的一些限制。鎂植入可以持續(xù)穩(wěn)定地產生氫氣，使目標器官達到比吸入氫氣更高的氫氣濃度。通過減少MI中ROS介導的線粒體損傷、氧化應激和細胞凋亡，這種方法可能為MI的治療提供新的見解。

圖1、鎂片植入大鼠體內后，鎂會降解并形成氣腔。(A)鎂片植入后，老鼠氣腔的X射線圖像隨時間變化。X射線中心線平行于鎂片的長軸投影。時間點為1、3、5和7天。（B，C）記錄同一時間點氣腔內的張力變化，并測量氣腔的橫截面積（n=5）。（D）7天時對氣腔進行超聲檢查。(E)指向黑色區(qū)域的黃色箭頭代表皮下多室氣腔結構。（F）植入后鎂片質量的變化。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。在植入后的特定時間點（1、3、5和7天）系統(tǒng)地回收鎂片并徹底清潔。

圖2、老鼠腔內的氫氣擴散到大鼠的器官中。（A）拍攝高分辨率照片記錄了在通氣支持下接受手術的麻醉大鼠器官中氫濃度的檢測過程。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(B)和停止后(D)。鎂片植入后評估氣腔(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發(fā)現(xiàn)和電解質維持。MI后7天從假手術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、鎂片植入對大鼠心功能及心肌結構的影響。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。箭頭表示炎癥細胞浸潤（C）。心臟損傷標記物cTnI的血清濃度(D)。從假手術、MI、MI+氫和MI+鎂組獲得的代表性M型超聲心動圖(E)。BNP濃度作為心力衰竭的血清生物標志物(F)。每組動物超聲心動圖測量的匯總數據，包括EF(G)、LVID(H)、ESV(I)和FS(J)。

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

結論與展望

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能達到的濃度較低，作用持續(xù)時間較短，難以實現(xiàn)大劑量氫氣定向輸送至心臟，嚴重限制了氫氣治療心肌梗死的潛力。皮下植入鎂片與體內環(huán)境發(fā)生反應，持續(xù)產生內源性氫氣，使靶器官的氫氣濃度更高，作用持續(xù)時間更長。在這項研究中，研究人員提出了基于鎂植入物的氫療法來治療心肌梗死。在大鼠背部皮下植入鎂片后，研究人員應用unissense氫氣微電極測量了氫氣的產生和效率，并評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，并抑制心肌細胞凋亡。