年 2015年4月22日
氢气的生物学研究最早可追溯到1975年，1975年曾有学者Dole在世界知名医学杂志《科学》上发表论文证明，连续呼吸8个大气压97.5%氢气（2.5%氧）14天，可有效治疗动物皮肤恶性肿瘤。他们发现在8个大气压下，连续呼吸97.5%的氢气，两周后小鼠皮肤鳞状细胞癌显著缩小，对皮肤恶性肿瘤治疗效果明显，并推断认为是氢气通过抗氧化作用实现的（Dole et al.1975）。当时主要是基于氢气抗氧化能力比较微弱，通过高压提高抗氧化能力的思路。2001年，法国潜水医学家证明，动物呼吸8个大气压高压氢气对治疗小鼠肝脏寄生虫感染后的炎症反应具有显著效果，首次证明氢气具有抗炎作用，并提出氢气与羟自由基（·OH）直接反应是治疗炎症损伤的基础（Gharib et al.2001）。但上述研究并没有引起广泛关注，主要原因可能是呼吸高压氢对一般学者难以实施，更难以作为一般临床治疗手段。
本世纪初，氢气的生物学效应陆续受到学术界的重视，在日本参与氢气效应研究的单位有将近20个研究单位，在这些研究机构中，日本医科大学老年病研究所最早开展氢气生物学研究也最为成功。日本医科大学老年病研究所的首席教授是太田成男，他是老年病研究的资深专家，过去主要的研究领域是线粒体与衰老关系，是日本线粒体学会、细胞死亡学会和氢气生物学研究会等的理事长，在国际上特别是在亚洲生物化学领域具有非常高的学术地位。
在太田成男教授带领下，日本医科大学老年病研究所从2003年开始氢气治疗疾病的相关研究，到2007年，经过将近4年的潜心研究，他们终于证明呼吸少量氢气具有强大的选择性抗氧化作用。在2007年7月于世界顶级医学杂志《自然医学》上发表研究结果，研究发现动物呼吸2%的氢气可有效清除自由基，显著减少脑缺血再灌注损伤导致的脑梗死，其治疗脑缺血的效果类似免疫抑制剂FK-506，明显超过目前临床上用于治疗脑缺血的抗氧化药物衣达拉奉。
他们还采用化学反应、细胞学等手段证明，氢气溶解在液体中可选择性中和羟自由基和亚硝酸阴离子，而后两者是氧化损伤的最重要介质，目前体内尚未发现针对这些自由基的特异性清除途径。由此他们提出并确定氢气具有选择性抗氧化作用的观点。
这一发现不仅产生巨大的社会影响，世界各大媒体竞相报道，而且在学术界也产生了轰动。随后他们又报道呼吸少量氢气能治疗肝脏和心脏缺血的研究。日本学者的这些研究报道彻底改变了学术界对氢气的认识，并迅速引起日本、德国、美国和中国等国家学者的广泛关注，8年后这篇发表在《自然医学》上的论文被引用次数已经超过700（15年后的今天2200次）次，成为这一领域的经典之作。
我国最早介入氢气研究的是第二军医大学，第二军医大学以孙学军教授为首的研究团队是我国最早一批介入氢气医学研究的。他们的课题组长期从事潜水高气压医学研究，而潜水高气压医学最主要的研究对象是各类可以被人呼吸的气体，氢气正是潜水高气压医学领域重点研究的气体类型之一。，可以说日本学者的研究发现了氢气新的的生物学效应，这让他们十分震惊。震惊之余也非常有兴趣，他们带着疑惑的心态学习和分析了这些文献。氢气的效应竟然如此令人吃惊，因为该研究发现，只需要呼吸2%的氢气，35分钟，就可以非常有效地治疗脑缺血再灌注损伤。
2个月后，日本医科大学又在另一个非常有名的杂志《生物物理生物化学通报》上发表另一篇研究报道，是呼吸氢气可以治疗肝脏缺血再灌注损伤。于是2007年底孙学军教授就开始了氢气治疗疾病的研究，开始时他们采用日本学者类似手段，证明呼吸氢气可治疗新生儿脑缺血缺氧后脑病，只用了很短时间就完成了该研究，并迅速在《神经科学通讯》上发表了研究论文。论文引用次数是国际上通用的评价论文的一种重要标准， 7年后的今天这篇论文被被引用次数已经超过190次，在该杂志5年内刊登所有5000余篇论文中连续排前10名，是相当不错的成绩。
2008年，日本医科大学再次发表一篇论文，证明呼吸氢气可以治疗心脏缺血，这显然说明太田教授正在持续开展氢气效应的研究，开始研究脑缺血和肝缺血，后来研究心肌缺血，将来可能有更多研究和报道，这也说明该小组对这一问题的重视和肯定。这时候来自美国著名大学匹兹堡大学一个关于呼吸氢气治疗小肠移植的研究也发表了。美国匹兹堡大学是世界上器官移植最高水平的学术机构，是从事器官移植研究最活跃的学术机构。现在各类器官移植都取得很好的效果，由于容易发生炎症反应，肺和小肠移植一直是学术界难以克服的障碍。
该大学的氢气研究科研组开展了使用氢气对抗小肠器官移植损伤的研究。从文章提供的病理切片上可以非常清楚地看出氢气治疗的效果非常显著(图1)，他们还首次在国际上证明氢气具有抗炎症作用。由于氢气具有抗炎症作用，提示氢气可能对其他类型的炎症也可能具有治疗作用，这一研究对氢气生物学效应的研究产生了重要影响。7年后这一文章被引用已经达到220次，成为继日本医科大学的几篇论文外影响最大的论文之一。后来匹兹堡大学又相继报道了氢气对心、肺、肾脏和血管移植治疗效果的系统研究。
为什么氢气生物学研究迅速引起学术界的广泛关注，氢气为什么会产生治疗疾病的效果？日本医科大学在他们2007年发表的论文中给出的解释是氢气具有选择性抗氧化。这里简要解释一下什么是氢气的选择性抗氧化作用。
自由基是含有未成对电子的原子、原子团或分子。自由基是维持正常生命所必需的物质，自由基反应是生物化学最基本的反应类型之一，是生物体能量代谢的基础。自由基有许多类型，一部分自由基是细胞内重要信号分子，是具有生物功能具有正面作用。另一部分自由基是生物大分子、细胞的危险杀手。生理情况下，体内自由基不断产生，也不断被清除，使之维持在一个正常生理水平上，自由基过多或过少均会给机体造成不利影响甚至伤害，但正常条件下，人体受到各种外界条件的影响以及自身清除能力下降等因素影响，很多情况下机体都是自由基过剩。生物体内自由基类型包括半醌类、氧、碳和氮自由基等，其中研究较多的是氧自由基和氮自由基。氧自由基包括超氧阴离子、单线态氧和羟自由基，比较重要的氮自由基有一氧化氮和过氧亚硝基阴离子。因过氧化氢等在生物学作用上与氧自由基类似，常把氧自由基和过氧化氢等共称为活性氧。
当生物体器官或组织发生缺血或炎症时，细胞内会大量产生各类活性氧，在这些活性氧中，过氧化氢和一氧化氮等具有非常重要的信号作用，毒性作用很弱，而羟自由基和过氧亚硝基阴离子毒性强，是导致细胞氧化损伤的主要介质。过去针对氧化损伤治疗的研究思路是寻找足够强的还原性物质，还原性太强而且没有选择性的全部清除，必然导致机体氧化还原状态的整体失衡，这也是是导致抗氧化治疗无效的关键原因。因此，寻找可选择性中和羟自由基和过氧亚硝基阴离子的物质，才是治疗各类氧化损伤的有效方法，是抗氧化应该选择的正确思路。
目前，人们在寻找选择性抗氧化物质的研究方面的进展仍然比较慢，2007年日本学者的研究实验有明确的证据证明氢气具有选择性抗氧化效果，可以选择性中和羟自由基和过氧亚硝基阴离子(图 2)，随后的大量生物学研究证据也验证了这一观点。也就是说氢气就是这种抗氧化理想物质，也是目前人类已知所有抗氧化物中唯一具有选择性抗氧化作用的物质，这是氢气对抗氧化损伤治疗疾病的基础。
作为一种选择性抗氧化物质，氢气在治疗疾病中具有非常诱人的前景，但呼吸氢气并不是一个很让人满意的手段，因为氢气和氧气混合可以发生燃烧和爆炸，有一定危险性，那么有没有更好的手段和方法来利用氢气？其实，呼吸2%的氢气本质上是氢气溶解在血液中，经过循环达到大脑等器官发挥作用。气体的溶解量和浓度有关，2%的氢气和100%的氢气溶解的浓度相差60多倍，如果我们把水溶解100%的氢气，那么就可以使用少量氢气溶液来发挥同样的作用。这种含氢气的溶液就是富氢生理水或氢气饱和水，经常简称氢水。
首先我们用呼吸氢气实验中同样的动物疾病模型，证明注射少量这种生理盐水（类似成人注射500毫升）能非常有效地治疗新生儿脑缺血缺氧性脑病，由于这个模型采用的出生后8天的动物，不能进行比较复杂的行为学研究，我们将治疗组动物和对照动物饲养到1个月以后，采用水迷宫游泳实验检测动物学习记忆能力，结果发现没有治疗的动物学习记忆能力明显下降，而治疗组的动物学习记忆能力显著提高。
随后，第二军医大学孙教授他们又和上海长海医院等单位合作，开展小肠缺血后损伤的研究，很快我们发现这种含氢生理盐水对小肠缺血引起的小肠运动功能下降、小肠组织细胞调亡和肺组织炎症具有明显的治疗作用（图2.5）。
他们和上海长征医院普外科王强主任合作，证明注射生理盐水可以治疗急性胰腺炎。急性胰腺炎最有效的治疗药物是用蛋白酶抑制剂，尽管效果明确，但价格异常昂贵，如果氢气可以有效治疗该疾病，即使能减少蛋白酶抑制剂的使用量或者能提高治疗效果，这显然可以节省大量治疗费用。
脊髓创伤可导致瘫痪，严重影响患者生活质量，目前并没有非常有效的治疗手段，孙学军教授与麻醉科袁红斌教授合作研究发现，在脊髓创伤早期使用氢气生理盐水，可以使脊髓损伤后肢瘫痪的动物恢复运动能力，减少损伤部位的神经坏死细胞。
胰头部肿瘤等可导致壶腹部位压迫引起胆管阻塞，导致肝脏胆汁淤积，随后会产生肝损伤、硬化、腹水和体重下降。他们和东方肝胆外科医院合作研究发现，如果在胆管阻塞后连续腹腔注射氢盐水，可以减少肝脏损伤和腹水，并显著增加动物体重。
长期吸烟可以导致慢性阻塞性肺损伤，我们和复旦大学医学院生理学系合作研究发现，采用慢性吸烟动物模型，证明氢气盐水注射1周内就可以逆转动物肺出血和炎症反应。
他们和中国医科大学附属医院神经内科合作开展老年性痴呆的研究，发现氢可以有效治疗老年性痴呆，其作用和一些影响神经细胞坏死的重要信号通路关系密切。他们和泰山医学院动脉粥样硬化研究所泰山学者秦树存教授合作，开展氢气对动脉粥样硬化治疗的研究，研究结果发现，饮用氢气水可以有效治疗因高脂饮食和基因缺陷引起的动脉粥样硬化。同时研究还发现，注射或者饮用氢气水可以治疗糖尿病以及糖尿病后视网膜损伤。
最近几年，日本以及中国学者更多的是开展喝氢气水对疾病治疗作用的研究。他们发现，氢气水对各类器官组织缺血、炎症、创伤等具有治疗效果，对2型糖尿病以及糖尿病眼病、皮肤病患者具有治疗效果，对动脉硬化等心脑血管疾病具有预防作用，对巴金森病具有治疗作用，对脂肪肝和肥胖、慢性肝炎肝硬化具有良好治疗作用，对老年风湿性关节炎以及肿瘤放化疗期间身体损伤具有治疗改善效果。近些年来，氢气医学研究已经成为一个国际研究热点。
截止到2014年底，已经发表的氢气治疗疾病的基础与临床研究的学术论文数量已经达到600多篇。其中中国学者近300篇，氢气国家自然科学基金项目41个，已成为国际上发表氢气治疗疾病论文最多的国家。种种研究表明，氢气这种非药物疗法已经得到国际学术界的高度重视，未来几年必定会迎来更快更好的发展。（2022年的数据是近2000篇）
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