人体组织内分子形式的氢气几乎不存在
同位素示踪实验（氘、氚都分别进行过），发现氢气广泛地参与了多种组织的构成如心脏、脑、骨髓、肝、肾、肌肉、血细胞等，不同组织的丰度有很大差异，即使同为血细胞，白细胞比红细胞则高的多。说明氢气广泛参与了新陈代谢，是生物的重要构成物质。
氢气的生物学研究的历史发展
1975年，曾有《科学》发表论文证明，连续呼吸8个大气压97.5%氢气（2.5%氧）14天，高压氢气可有效治疗动物皮肤恶性肿瘤，并认为是通过其抗氧化作用(Dole et al.1975) 。这是目前可追溯的最早的文章。
日本自由基的选择性抗氧化理论代表人物：太田成男，于2007年7月，在国际著名杂志《自然医学》中发表关于动物呼吸2%的氢气就可有效清除自由基，显著改善脑缺血再灌注损伤的研究，提出氢气选择性抗氧化的概念，开辟了氢气医学的研究热潮。 2010年底，在日本召开了第二次国际氢气生物学学术会议，标志着这一学科逐步走向成熟，并逐步得到学界的认可。我国孙学军教授应邀出席并作重点发言。
氢气生物医学作用的机制
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对羟基自由基（·OH）的直接还原作用
图（1）氢气对羟基自由基的还原机制
氢气可在细胞实验中减少•OH。另外，随后有研究也证实，富氢滴眼液可直接降低视网膜缺血/再灌注诱导的•OH；在电离照射诱导的睾丸损伤中，氢分子（H2）也能够中和•OH。虽然，•OH与H2在稀水溶液中的反应速率可能非常缓慢，H2无法直接中和所有•OH； •OH是多数自由基连锁反应的主要触发器，该连锁反应发生在生物膜上，会继续并扩大，对细胞造成严重的损伤； •OH可以直接调节钙离子（Ca2+）通道的活性。这种对Ca2+内流的抑制作用被•OH清除剂完全消除； 受•OH调控的还有线粒体三磷酸腺苷（ATP）敏感钾离子通道（mit(ATP)K+通道）。
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氢分子直接还原过氧亚硝基阴离子进而调控基因表达
过氧亚硝基阴离子（ONOO-）可修饰蛋白质中的酪氨酸生成硝基酪氨酸。在动物模型中，无论引用富氢水、注射富氢生理盐水或吸入氢气都能有效降低硝基酪氨酸含量； 在临床试验中，饮用富氢水可降低关节炎液患者的硝基酪氨酸。因此，至少氢气的部分作用可以归因于蛋白质中硝基酪氨酸产量的减少。部分参与转录控制的蛋白因子被硝化（-O-NO2）或（-S-NO2），硝化的蛋白含量降低可能会影响多种基因的转录调控。
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通过调控基因表达间接降低氧化应激
氢分子可通过上调抗氧化系统，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、髓过氧化物酶（MPO）等。核因子2相关因子（Nrf2）能够广泛诱导抗氧化酶表达的转录因子，氢分子能够上调Nrf2的表达与活性，间接上调抗氧化酶系统的活性； 氢分子对Nrf2的上调作用很可能不是直接作用引起的，Murakami等人提出，H2能够激活线粒体活性，当过度的线粒体活性引起氧化应激时，H2间接诱导Nrf2向细胞核转移。然而，尚未有研究表明H2是如何激活线粒体的，或者线粒体的氧化应激是否足够激活Nrf2； H2可能作为一种抗氧化剂，以类似MitoQ的方式激活Nrf2； 但氢气上调Nrf2的机制仍处于探讨与推测阶段。
氢气有助于防治疾病
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中风
中风是大脑中的血管被堵塞或破裂，导致脑组织的血液供应下降，称为缺血（导致缺氧）。如果缺血持续存在，缺血区会完全损坏（称为脑梗塞），发生死亡事件。为拯救病人，应该向缺血区供应血液。而当血液被送回（再灌注）到缺血区时，缺血区产生ROS，导致组织损伤，称为 "缺血再灌注产生的ROS"，而清除此时产生的ROS是治疗的关键部分之一； 研究人员观察氢气对缺血再灌注诱发的小鼠或大鼠脑梗塞的效果。通常情况下，缺血再灌注是通过结扎动脉一段时间后释放来诱导。当通过吸入或腹腔注射氢气给大鼠时，观察到接受治疗的动物在体重、运动活动、体温和脑梗塞的小尺寸方面有明显的改善。采用不同的方法诱发缺血，即手术损伤、创伤性损伤或脑低温时，用氢气治疗可减少损伤大小和恢复期。
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认知障碍和痴呆症
大脑的严重疾病之一：认知障碍（学习能力差，记忆力下降），是痴呆症的典型症状。通过将小鼠困在铁丝笼里，即给予物理限制，在实验中诱发了认知障碍。在这种情况下，ROS的产生抑制了负责认知功能的区域的发展。然而，在物理约束下，向小鼠提供氢水（HW），可以有效地改善这种认知障碍； 已知阿尔茨海默病是由淀粉样β蛋白片段在脑细胞中的积累引起的，这些片段产生ROS并损害脑细胞。给予淀粉样β蛋白片段的小鼠腹腔注射氢盐水（HS）也减少了氧化压力和炎症，并改善了记忆障碍。
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帕金森症
帕金森病是由黑质多巴胺能神经元功能受损引起的一类运动障碍。其中，ROS也参与了相关神经元的功能损害。为测试氢气对帕金森病的有效性，研究人员观察氢气对黑质多巴胺神经元的破坏和6-羟基多巴胺或MPTP引起的运动功能障碍的影响，两种物质通过产生ROS用于制备帕金森病的动物模型。结果显示，氢气对神经元的破坏和运动功能障碍的发展有抑制作用。
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脊髓损伤
氢气也用于测试脊髓损伤。通过在动物腹腔注射氢气来处理挫伤诱发的脊髓损伤实验中发现，炎症、细胞凋亡和氧化应激减少，而脑源性神经营养因子（BDNF）的产生增加。结果表明，氢气能促进脊髓损伤的恢复。
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心血管疾病
在心脏疾病中，威胁生命的急性疾病是由冠状动脉阻塞导致心肌没有血液供应而引起的心肌梗塞。这也是与中风相似的由缺血再灌注引起的疾病，心肌梗塞产生ROS，损害心肌。通过捆绑和解开进入左心室的冠状动脉诱导心肌梗塞时，通过给大鼠吸入氢气，发现与对照组动物相比，梗塞区ROS的产生和梗塞面积减少。
动脉硬化是涉及ROS的代表性疾病之一。在这类疾病中，胆固醇、过氧化脂质和白细胞等废物在内皮下堆积，形成称为动脉粥样硬化的斑块。在动脉粥样斑块形成（动脉硬化）的过程中，会发生炎症反应，因此ROS在斑块的形成中起到了加速因素的作用。为测试氢气对动脉硬化的影响，给遗传上容易发生动脉硬化的小鼠单独喂食高脂肪饮食或高脂肪饮食加HW，并比较动脉硬化的进展。结果显示，在氢气处理组中，动脉粥样硬化被明显抑制。
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肝脏疾病
研究人员测试吸入氢气对缺血再灌注引起的肝脏损害的影响，观察到肝脏损害被明显抑制。氢气还显示出对协和霉素A诱发的肝炎的保护作用。协和霉素A通过刺激中性粒细胞产生ROS而具有诱发炎症的作用。
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肾脏疾病
被称为顺铂的抗癌药物经常用于治疗各种实体瘤。而由于其对肾脏的毒性，其使用受到限制。基于此，研究人员测试吸入氢气对顺铂诱导的小鼠肾脏毒性的影响，发现肾脏毒性得到缓解，但不影响其抗癌活性。
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肺部疾病
研究人员测试氢气对由ROS引起的肺部疾病的有效性。在肺移植过程中肺功能的恶化和肺组织的损伤是缺血再灌注造成的肺部损伤的举例典型。研究人员观察到，在移植前将分离的肺放在氢气融化的保存液中，移植后的肺顺应性、氧合水平和其他肺功能得到改善。氢气也保护氧气造成的毒性，通过观察，注射饱和的HS可减少暴露在高压氧下造成的肺部损伤。慢性阻塞性肺病（COPD）是由有害气体或颗粒引起的渐进性肺部疾病。氢气和香烟烟雾共同作用于大鼠，减缓了类似COPD的肺部疾病的发展。
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肠道疾病
最痛苦的肠道疾病是慢性溃疡性结肠炎。为验证氢气对结肠疾病的效果，给大鼠注射硫酸葡聚糖钠以诱发结肠炎，后给大鼠喝HW，结果发现，炎症反应得到抑制。结肠癌患者接受治疗产生的副作用，例如：腹泻和放射后出血，ROS参与此类副作用的发生。当使用氢气时，辐照对结肠的损害被明显抑制。提示使用氢气可以成为减轻辐照对结肠癌患者的副作用的有用工具。
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胰腺疾病
胰腺炎是各类炎症性疾病中非常痛苦的一类疾病。在实验中，以2种方式诱发胰腺炎：用高气压进行休克，或使用氨基酸L-精氨酸。在前一实验中，通过将氢生理盐水注入腹腔，在后一实验中，通过静脉注射观察效果，发现氢气可抑制胰腺炎的发展。
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眼部疾病
青光眼是痛苦而严重的眼病，会导致视力下降。晶状体和角膜之间的空间 （前房）充满了水（水液）。水可以进入这个空间。水充满后，通过一根细管离开这个空间，进入静脉。如果这种水的持续循环出现异常，眼内压可能会上升，造成视力障碍，称为青光眼。如果压力上升严重，会压迫视网膜，影响视网膜的水循环。然后，视网膜将受到产生ROS的缺血再灌注情况。基于这一理论，观察将氢水滴入视网膜因缺血再灌注而受伤的眼睛效果，结果清楚地表明，ROS的产生和视网膜细胞的死亡减少。
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器官移植
器官移植是发生缺血再灌注现象的典型情况。如果器官从捐赠者身上取下，器官会发生缺血，如果移植给接受者，接受者的血液进入器官，就会发生缺血再灌注状态。因此，移植器官的过程中产生了ROS，并发生损坏。因此，用HW处理移植器官可能有助于移植器官的存活。研究人员进行肾脏移植手术，同时给受体注射HW，发现移植的肾脏中的炎症反应、细胞死亡和组织损伤都得到减少。在肠道、肝脏、心脏和肺的移植中也观察到氢气的作用。在这些报告中，强烈建议在器官移植中使用氢气。
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机体衰老
ROS也参与衰老过程。因此，可以推测氢气可能会抑制衰老。验证氢气对衰老的有效性的确切方法是在人类身上测试氢气。但这实际上是不可能的，因为衰老的标志物太多，且需要太多的时间。因此，衰老研究经常使用寿命短的昆虫或衰老的动物模型。后者的典型举例是衰老加速小鼠（SAM）；SAM由于过早的衰老过程而提前死亡（正常的小鼠寿命是12至18个月，SAM是9个月），无任何特殊的疾病，据报道，SAM在防御ROS方面有缺陷。在给HW的同时饲养SAM，监测氢的抗衰老作用，观察到用HW饲养的SAM的认知退化得到抑制。
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系统性炎症和败血症
涉及ROS的代表性疾病是炎症。因此，研究人员试图检查氢气对系统性炎症的有效性。为测试氢气对系统性炎症的影响，给小鼠注射一种酶（刺激白细胞产生ROS以激起炎症反应的物质），以诱发全身性炎症，并通过吸入氢气给药。研究人员发现，吸入氢气可抑制炎症细胞因子的产生和器官损伤，并增加抗氧化剂的活性； 脓毒症是相对危险的系统性炎症，病菌通过血液传播，并因此进入所有器官，导致所有器官的功能退化，称为多器官衰竭。由于没有特定的治疗方法，死亡率接近100%。通过打穿阑尾，使肠道细菌进入腹腔，诱发小鼠败血症，再将氢气吸入败血症小鼠体内。研究人员发现，器官损伤和促炎症细胞因子的产生减少，存活率增加。
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代谢综合征和糖尿病
肥胖可引起代谢紊乱和糖尿病。由肥胖引起的糖尿病被称为2型糖尿病。肥胖导致糖尿病的原因尚不清楚，但最有可能的解释是由于成为胰岛素抵抗状态，胰岛素不能发挥作用。肥胖症患者的脂肪组织会发炎，其中促炎症介质增加，而抗炎症介质减少。炎症介质干扰胰岛素的作用，从而导致胰岛素抵抗状态。 基于ROS参与胰岛素抵抗的推测，观察氢气对遗传性肥胖大鼠的影响，发现氧化状态降低，体重减轻，血液中的糖和中性脂肪减少。结果表明，使用氢气有望对肥胖症或糖尿病有益。
未完待续。。。。
