Hydrogen prevents corneal endothelial damage in phacoemulsification cataract surgery

氫氣防止超聲乳化白內障手術中的角膜內皮損傷

來源：Scientific Reports, volume 6, Article number: 31190 (2016)

《科學報告》，第6卷，文章編號31190，2016年

 

摘要

這篇論文摘要指出，在超聲乳化白內障手術中，超聲波會誘導產生羥基自由基，從而損傷角膜內皮。研究通過體外和體內實驗檢驗了氫氣能否防止這種超聲乳化過程中的氧化損傷。將氫氣溶解于商用眼內灌注液中，首先通過電子自旋共振和羥基苯基熒光素檢測在體外證實了氫氣對羥基自由基生成的抑制作用。隨后在兔眼模型中進行超聲乳化手術模擬，比較使用氫氣溶解灌注液和對照灌注液的效果。術后5小時，對摘除的角膜進行水腫圖像分析、抗氧化基因實時定量PCR檢測以及免疫組化分析。結果顯示，氫氣組角膜水腫顯著減輕，抗氧化基因血紅素氧合酶-1、過氧化氫酶和超氧化物歧化酶2的mRNA表達上調受到顯著抑制。此外，角膜內皮細胞中兩種氧化應激標志物4-HNE和8-OHdG的表達在氫氣組也顯著降低。結論是，溶解在眼內灌注液中的氫氣能夠保護角膜內皮細胞免受超聲乳化誘導的氧化應激和損傷。

 

研究目的

研究目的是探討將氫氣溶解于眼內灌注液中，能否作為一種有效的抗氧化策略，保護角膜內皮細胞免受超聲乳化手術過程中由超聲波空化效應產生的羥基自由基所造成的氧化損傷。由于角膜內皮細胞缺乏再生能力，其損傷可能導致不可逆的角膜水腫（大泡性角膜病變），因此尋找有效的術中保護方法至關重要。

 

研究思路

研究思路是首先在體外驗證氫氣對超聲乳化產生的羥基自由基的清除能力。然后，在兔眼模型中進行在體實驗，模擬臨床超聲乳化手術過程。具體流程是：制備氫氣溶解的眼內灌注液，并測量其在灌注條件下前房中的濃度穩定性。通過體外電子自旋共振和羥基苯基熒光素分析驗證氫氣對羥基自由基的抑制效果。接著，在兔眼手術模型中，比較使用氫氣灌注液和對照灌注液進行超聲乳化模擬后，角膜水腫程度、角膜內皮細胞中多種抗氧化基因（HO-1, CAT, SOD1, SOD2）的mRNA表達水平，以及氧化應激標志物（4-HNE, 8-OHdG）的表達差異，從而綜合評價氫氣的保護作用。

 

測量的數據及研究意義

1.  前房中氫氣濃度的監測：數據來自圖1c。研究意義是驗證所制備的氫氣溶解灌注液在模擬手術灌注條件下，能在前房中維持足夠高且穩定的氫氣濃度（30分鐘內從56.5%降至53.7%），確保其在手術時間內能持續發揮作用，這是該方法有效性的前提。

 

2.  體外羥基自由基的檢測：數據來自圖2a, b, c。通過電子自旋共振和羥基苯基熒光素分析。研究意義是直接證明氫氣能顯著抑制超聲乳化過程中產生的羥基自由基，為后續在體實驗提供機制依據。

 

3.  角膜水腫的圖像分析：數據來自圖3a-g。研究意義是直觀顯示氫氣處理能顯著減輕術后角膜水腫，表明氫氣對角膜內皮的功能具有保護作用，防止其屏障功能和泵功能受損。

 

4.  角膜內皮細胞抗氧化基因mRNA表達：數據來自圖4a-d。研究意義是表明氫氣能顯著抑制由超聲乳化氧化應激誘導的HO-1、CAT和SOD2基因的上調，提示氫氣減輕了細胞所承受的氧化應激水平，從而減少了細胞自身的抗氧化防御反應。

 

5.  角膜內皮細胞氧化應激標志物的免疫組化分析：數據來自圖5a-f。研究意義是從蛋白質/DNA損傷水平直接證實氫氣降低了角膜內皮細胞的氧化損傷（4-HNE為脂質過氧化標志，8-OHdG為DNA氧化標志），為氫氣的保護效應提供了組織學證據。

 

 

結論

研究得出結論：溶解在眼內灌注液中的氫氣，能夠有效保護角膜內皮細胞免受超聲乳化手術引起的氧化應激和損傷。氫氣通過直接清除超聲波空化產生的羥基自由基，減輕了角膜內皮細胞的氧化損傷，表現為角膜水腫減輕、氧化應激相關的基因表達上調受到抑制、以及氧化應激生物標志物表達減少。這種方法為預防超聲乳化白內障手術中的角膜內皮損傷提供了一種有前景的新策略。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義在于它為整個研究的可行性和有效性提供了關鍵的技術支撐和定量保障。具體體現在：

濃度驗證與安全性保障：Unisense針型氫氣傳感器被用來精確測量制備的氫氣溶解灌注液中的氫氣濃度（圖1a），以及更重要的，在模擬手術條件下（連續灌注于豬眼眼前房），實時監測前房內氫氣濃度的動態變化（圖1b,c）。數據顯示在30分鐘灌注期內，前房氫氣濃度保持在高水平（53.7%-56.5%），且氧氣濃度處于安全范圍（5.4%）。這直接證明了該方法能在整個典型手術期間，于目標部位（前房）維持有效且安全的氫氣濃度，排除了因濃度不足或缺氧導致實驗失敗或安全疑慮的可能性，是后續體內外實驗能夠觀察到陽性結果的基礎。

定量化與標準化：Unisense傳感器提供了精確的濃度讀數（百分比飽和度），使得氫氣的應用得以定量化，而非模糊的定性描述。這有助于未來研究的重復和劑量優化。

技術可靠性的體現：使用這種高靈敏度的專業傳感器進行濃度監控，提升了實驗方法的嚴謹性和數據的可信度。

因此，Unisense電極的測量數據不僅是方法學上的一個步驟，更是連接“氫氣干預”與“觀察到保護效應”之間的重要橋梁，確保了干預措施的有效實施，從而為最終得出“氫氣具有保護作用”的結論提供了堅實的前提條件。