今日から「水素ガス吸入療法」について、お話ししてみたいと思います。

水素ガスとは

最も頻繁に使用される医療用ガスには、医療用空気、酸素、窒素、亜酸化窒素、二酸化炭素などがあり、水素ガス（H₂）は独自の抗酸化特性を持つ有望な新しい製品です。

ヒドロキシルラジカル（·OH）などの有害な活性酸素種（ROS）を選択的に中和することが実証されているH₂は、組織の恒常性を維持でき、有益なROSと有害なROSの両方を無差別に中和する多くの他の抗酸化剤よりも臨床的に有用です。

1970年頃に最初にダイビングガスに導入されたH₂は、無毒で生物学的に不活性であると考えられていました。

2007年に抗酸化特性が明らかにされて以来、疾患治療にH₂を使用することへの関心が高まっています。それ以来、2000を超える科学論文が出版され、in vitro、in vivoの動物およびヒトの研究からその治療効果が明らかになっています。

水素医学の始まり

哺乳類動物はヒドロゲナーゼ遺伝子を持たないので（その酵素を持つ細菌では、H₂は酵素作用によって異化されエネルギー源として利用される）、H₂は哺乳類動物の細胞内では不活性ガスとして挙動すると考えられてきました。

2007 年に太田 成男らは論文で、H₂が細胞中のヒドロキシルラジカル（·OH）やペルオキシナイトライト（ONOO−）などの酸化力が強い活性酸素種（ROS）と活性窒素種（RNS）を消去すること、ならびに水素が酸化ストレスに対して細胞防御機能を有することを示し、従来の概念を変換しました。

Nature Medicine volume 13, pages 688–694 (2007)

これ以降、H₂が様々な病態に効果のあることが、主に培養実験や動物実験により報告されるようになりました。

 

H₂の治療効果を実証する文献は増え続けており、

循環器、呼吸器、がんなどの主要な疾患領域で臨床試験が行われており、

ROSの蓄積に関連する疾患に重点が置かれています。

しかし、標準的な臨床診療への移行には課題があります。

課題の1つは、H₂は水溶性が低く、酸素ガス(O₂)と混合すると爆発する性質があるため、適切な量の H₂を投与することです。

H₂飽和水を飲むことは一般的で実行可能な方法であると報告されていますが、H₂は水溶性が1.57 mg/L (1.57 ppm) と低く、標準周囲温度および圧力 (SATP) 条件では約 19 mL/L に相当します。したがって、1日に数ミリグラムのH₂を得るには、1日に数リットルの飽和水素水を摂取する必要があります。

H₂を豊富に含む生理食塩水の注射も水溶性が低いために制限があり、適切な機器を使用してのみ実行でき、通常は特定のクリニックでのみ実行されます。

O₂混合物中のH₂の爆発/可燃性危険限界は米国では約4%であり、驚くべきことに、吸入による投与はこの限界以下でも以上でも行われています。

H₂は分子量がわずか2 Da、運動直径が289 pm、密度が約0.089 g/Lの最小分子です。そのため、H₂は生体膜を容易に透過し、脳を含む体全体に拡散することができます。これは、ラットとブタの生体内分布研究において、上記のすべての投与方法について示されています。

 

商業的には、H₂は主に電気分解によって生成され、工業用およびグリーン燃料に使用されています。

H₂濃縮水、H₂生成用の専用機械、マグネシウム発泡錠などのH₂濃縮水を製造するための製品はすでに世界中で販売されており、健康上の利点を売りにしています。

世界の水素生成市場規模は2022年に1553.5億米ドルと評価されました。しかし、その医療的有用性はこの数字のほんの一部に過ぎません。

動物およびヒトの研究による説得力のある証拠にもかかわらず、H₂はまだ臨床現場で広く受け入れられていません。

潜在的な障害には、

有効性と安全性に関する規制文書研究の欠如

投与の複雑さ

酸素存在下での爆発性傾向に関連する安全性の懸念が含まれます。

この分野で以下の疑問が生じます：

• H₂は臨床診療で新しい治療法として認められるでしょうか？
• どの投与形態がH₂の有効性を最大限に高めるでしょうか？
• H₂の潜在的な臨床用途は何でしょうか？