1 医学效应  

1)缺血/再灌注引起的急性氧化应激

缺血/再灌注作为急性氧化应激的一种，可以引起严重的氧化应激反应，它所导致的损伤在临床治疗中必须考虑到。呼吸氢气可以改善脑梗和心梗中的缺血/再灌注损伤。氢气生理盐水对肾脏缺血/再灌注损伤有保护作用。心脏骤停后综合征的所有临床表现都归因于各器官缺血/再灌注损伤，包括脑和心脏。吸入氢气可大大提高大鼠心脏骤停后综合征模型中动物的存活率，并改善神经缺损评分。氢气、氢水和含氢储存液还可以缓解各种器官移植中的损伤。临床研究表明，氢气对临床急性脑干梗塞患者有改善作用。这些快速效果可能是由于氢气对氧化应激的直接作用，因为没有滞后时间。

  2)神经退行性变导致的慢性氧化应激

慢性氧化应激被认为是引起神经退行性变的原因之一，包括痴呆和帕金森病。慢性生理性束缚可以诱导实验性脑部氧化应激，并损伤学习、记忆功能。饮用氢水可以抑制氧化应激升高，防止认知损害。对帕金森病来说，线粒体功能障碍及与此相关的氧化应激是黑质多巴胺能神经元丢失的主要原因。用6-羟基多巴诱导黑质纹状体退行性变建立大鼠帕金森模型，与手术前、后分别使其饮用氢水。氢水可以防止大鼠黑质纹状体退行性变的发生和发展。而且，饮用氢水还可以抑制MPTP诱导的小鼠帕金森模型中多巴胺能神经元的丢失。一项随机、双盲、安慰剂对照的临床试验，研究饮用氢水48周对帕金森患者的作用效果。氢水组帕金森统一量表评分显著改善，而安慰剂对照组评分则更差。

 3)对能量代谢的刺激作用

肥胖可引起氧化应激。db/db小鼠是肥胖的2型糖尿病小鼠模型，其野生型可通过高脂饮食诱导脂肪肝，氢水可明显缓解db/db小鼠脂肪肝。长期饮用氢水可显著减少db/db小鼠脂肪重量和体重，通过刺激能量代谢降低血糖、胰岛素和甘油三酯水平，但并不增加摄水摄食。基因表达分析表明，氢水使肝内激素、成纤维细胞生成因子21表达升高。成纤维细胞生成因子21的功能是刺激脂肪酸和葡萄糖的消耗。如此看来，氢水可刺激能量代谢。也有临床研究表明氢水对代谢综合征具有预防作用。

  4)抗炎作用

炎症与氧化应激密切相关。氢气可降低刀豆球蛋白和硫酸葡聚糖、脂多糖、酵母多糖诱导的动物模型中的炎症反应。氢气、氢盐水、氢水可以降低促炎细胞因子水平，抑制炎症反应。类风湿性关节炎是慢性炎症疾病，以骨和软骨的破坏为主要特征。氢水可明显改善类风湿性关节炎症状。

   依据目前对氢气的了解，它不仅有抗氧化作用，还可以影响各种动物模型的表型。氢气对动物模型和临床患者的作用很多，除抗氧化外，还有抗炎、抗凋亡、抗过敏和刺激能量代谢。它们之间的相关作用还不清楚，但是降低氧化应激会引起一系列继发效应。氢气似乎可通过调节基因表达表现出各种表型效应，改善疾病状态。这些基因编码的分子并不是氢气的直接效应分子，而是间接使氢气发挥其作用。氢气的直接效应分子尚未可知。

 2.分子氢作用的可能分子机制

 1)分子氢直接还原羟自由基

细胞实验显示氢气可以还原羟自由基。之后，实验表明含氢滴眼液可直接降低视网膜缺血/再灌注引起的羟自由基。另外，实验证实氢气可中和电离辐射引起的羟自由基，具有辐射保护效应。

鉴于稀溶液中羟自由基与氢气的反应速率，可能会因速率太低而不能充分减少羟自由基发挥氢气的作用。然而，哺乳动物细胞有复杂的生物膜结构，内有包含多种浓缩成份的粘稠溶液。由于在粘稠液体中碰撞频率是反应的限速步骤，氢气的强扩散性有助于其克服低反应速率常数。反应链一旦从膜上开始，就会继续蔓延，对细胞造成严重损伤。氢气在脂相的分布高于水相，特别是在不饱和脂质区，这也是起始链反应的主要靶标。这样的话，氢气就可以抑制链反应，链反应会生成脂质过氧化物和氧化应激标志物，如4-HNE和MDA。事实上，许多研究都表明氢气可以降低这些氧化标志物水平。另外，羟自由基可以修饰脱氧鸟嘌呤，形成8-羟基-脱氧鸟嘌呤。动物及临床研究表明，氢气可以降低8-羟基-脱氧鸟嘌呤水平。

以上研究结果表明足够的氢气可以有效缓解羟自由基引起的组织氧化损伤。然而，动物或人饮用氢水后，是否可以提供足量的氢气来有效清除羟自由基还未可知。

 2)分子氢直接还原亚硝酸盐以调节基因表达

清除亚硝酸阴离子是氢气作用的另一分子机制。亚硝酸阴离子修饰蛋白的酪氨酸残基形成硝基酪氨酸。研究表明，不论是氢气、氢水还是氢盐水，均可降低模型动物硝基酪氨酸水平。而且，饮用氢水可降低类风湿性关节炎患者硝基酪氨酸水平。如此，至少氢气的部分作用要归因于减少硝基酪氨酸蛋白的生成。

参与转录调节的许多蛋白是被(-O-NO2)或(-S-NO2)修饰的。可能是由于减少(-O-NO2)或(-S-NO2)而调节各种基因的表达。然而，主要的靶分子还不清楚，还在研究中。

3)通过调节基因表达间接降低氧化应激

氢气降低氧化应激不仅通过直接作用，也有间接作用，即通过诱导抗氧化系统，包括HO-1 过氧化物歧化酶、过氧化氢酶、髓过氧化物酶。Nrf1通过诱导各种基因的表达包括HO-1作为防御系统来对抗氧化应激和各种毒性物质。HO-1，是将血红素降解成一氧化碳、铁和胆绿素的微粒体酶，从而参与细胞对抗氧化应激的防御反应。

Nrf2缺失的小鼠，吸入氢气对高压氧肺损伤的缓解作用减弱，并降低HO-1水平，这表明氢气缓解高压氧肺损伤是Nrf2依赖性的。氢气对脑缺血/再灌注损伤的缓解作用也需要Nrf2的激活。

氢气作为间接调节因子影响信号转导；然而，氢气又不大可能与信号转导中的某些受体直接结合。氢气在这些信号通路中的靶分子还不清楚。这些调节分子可能不是氢气的效应分子，但间接使氢气发挥其效应。氢气的效应分子还不清楚。

3 未解决的问题和结束语

氢气可通过多种方法摄取：吸入氢气，饮用氢水，注射氢气生理盐水或经皮肤摄入。饮用氢水对多种疾病模型和临床患者有效；然而，氢水中氢气的浓度只能达到0.8 mM，饮用氢水只能使体内氢气的浓度短时间内达到约10 μM。另外，吸入1-4%（体积比）的氢气是有效的，血液中氢气的浓度可达8-32 μM。在这些情况下氢气应该不足以清除羟自由基以充分发挥氢气的作用，因为正如前面所说在粘稠溶液中氢气和羟自由基的直接反应速率太低，而不能减少羟自由基。这样的话，为什么这么少的氢气可以在短时间内有效对抗急、慢性疾病中的各种靶细胞，尚无法解释。出人意料的是，氢气可以调节基因表达及参与信号转导的因子的磷酸化。例如，饮用氢水可以降低促炎细胞因子的基因表达，缓解炎症反应，调节FGF21以刺激能量代谢，调节胃饥饿素发挥神经保护作用。但是，氢气的效应分子是什么仍然没有解决。

有关氢气治疗的许多其他奥秘也还没解决。对于氢气起始细胞信号转导来说，氢气惰性太强而不能与绝大多数分子反应，活性强的除外，如羟自由基或亚硝酸阴离子。要使氢气与其他分子反生反应，必须要有充足的催化剂存在。然而，这样的催化剂好像并不多。而且，氢气应该太小而不能与氢气结合受体相结合，因为受体分子内部的波动会造成不稳定。

由于没有副作用，且对几乎所有氧化应激和炎症相关疾病有效，氢气很容易应用。大部分药物特异性作用于其靶标，而氢气似乎与传统药物和其他医用气体不同，因为氢气广泛有效。由于氢气的强有效性和“新”的特点，其在预防和治疗方面具有巨大的应用潜力。