孙学军1 卢宏涛2

1上海汇康氢医学研究中心；2海军军医大学海军医学系，上海

摘要：氢是自然界最简单元素，在宇宙起源和生命进化中至关重要。近年来，氢医学迅速崛起，有新趋势也面临挑战。本文回顾关键事件，梳理发展趋势，综述现状，针对挑战提出建议。总体而言，氢医学发展加快，国内研究达国际领先，如临床研究证据等级增多、对氢气作用靶点与机制研究深入等，但在学科发展、理论体系等方面仍有挑战。国内需整合资源，明确关键问题，开展科研，建立平台，加强人才建设，提升影响力，提高产业质量，促进行业良性循环，实现产学研健康发展。

关键词：氢医学、抗氧化、临床、机制。

氢位于元素周期表之首，自18世纪起被全面研究，作为清洁能源载体受全球重视。原始地球大气中氢气占比高，是生命起源的环境因素和物质基础，为原始生命供能。线粒体起源于合成氢气的细菌，氢气是“生命元素”。21世纪，因其生物安全性和效应被发现，医学价值受重视，17年形成理论体系。我国学者贡献大，2020年氢气吸入设备获认证，中国氢医学成国际领先者。本文综述现状、趋势和展望。

1.      氢医学研究标志性节点

20世纪40年代欧洲开展氢气潜水研究，发现高压氢气毒性极小可忽略不计；1975年美国学者研究高压氢气治疗癌症未受关注；2007年日本企业委托研究，发现氢气抗细胞氧化和脑缺血损伤作用，成果发表在《自然医学》。随后国内孙学军教授很快意识到氢气的巨大医学应用潜力，2008年带领团队发表国内第一篇氢气医学研究。2013年秦树存教授发表第一篇双盲对照临床试验。2018年何前军教授在《自然通讯》发表研究，将氢医学带入氢材料交叉领域。2020年2月氢氧雾化吸入设备获批，标志中国在氢气临床技术研发领先，氢医学迈向临床。2021年钟南山院士团队证明氢氧混合气能改善症状，代表氢气医学迈入高水平临床研究。2024年哈佛大学一篇《细胞》文章证明氢气参与物质代谢，为解决核心问题提供了重要参考。2022年国际氢医学组织授予秦树存、何前军、孙学军教授“氢分子研究杰出领导力”奖，中国学者在这一领域的贡献获国际同行的高度认可。

2.氢医学的现状与趋势

2.1 氢医学证据质量不断提升

氢医学在不到20年发展到如今规模，得益于基础研究。动物实验是基础研究重要部分，不同模式动物用于氢气治疗疾病效应评价，目前研究涵盖超170种疾病模型，马雪梅教授团队总结为7大类28种疾病。

随着基础研究对疾病种类趋于饱和及转化应用需要，高质量临床研究受重视。目前临床研究总量突破160篇，涉及人体主要系统。不同氢气治疗手段对不同系统疾病有优势，如呼吸系统适合氢气吸入，消化系统适合氢水饮用。在呼吸系统临床研究中，氢氧混合气能减少气道呼吸阻力，缓解慢性阻塞性肺疾病症状，氢气对COVID - 19引起的急性呼吸窘迫有改善作用。氢气吸入对呼吸系统有天然优势。在消化系统临床应用中，早期用氢气呼气试验诊断疾病，后发现富氢水可增加肠道双歧杆菌水平，还有研究利用益生元产氢原理改善二型糖尿病患者炎症水平。以肠道菌群为媒介研究氢气作用带来新思路。日本在氢医学临床研究领先，富氢血液透析可降低氧化应激水平、改善营养状况和患者预后。这些典型临床研究引领氢医学走向应用，未来需更多高水平临床研究为氢气有效性提供证据。

2.2 氢医学机制研究不断深入

因氢气独特理化性质，氢分子能穿透生物膜发挥效能。证据显示，氢气有抗氧化、抗炎、减少细胞死亡等作用。氧化应激指特殊状态下机体氧化产物与抗氧化防御系统失衡致器官受损，氧化产物蓄积会造成氧化损害。

氢气抗氧化机制有二：一是氢分子与自由基非酶促相互作用，具强选择性，能避免强氧化剂损伤又不影响机体信号转导；二是可能激活内源性抗氧化系统，增加相关酶表达提高细胞保护效应。

氢气可直接下调炎症细胞因子抑制组织损伤，也可能通过调节细胞信号传导和基因表达减轻炎症。此外，氢气还有抗凋亡、调节能量代谢等作用。

随着氢气有效性证据增加，其作用靶分子成问题。氢气清除羟自由基发挥抗氧化作用明确，是否影响自由基水平调控生物大分子表观修饰待探讨。有研究提出铁卟啉催化、类似惰性气体作用蛋白质等观点，哈佛研究提示21脱羟基酶可能是调控分子，探索氢气直接作用靶点是氢医学未来难题。

2.3 氢医学研究范围不断拓展

过去氢医学多关注疾病治疗，从氢气生物学效应和应用形式看，理想的是融入日常生活。氢气安全性高、经济性好，可长期使用。

2024年6月国家强调卫生健康工作向“以健康为中心”转变，氢医学应发挥疾病预防与健康促进作用。从三级预防角度，氢气可“治未病”、逆转或减缓疾病进展、配合临床治疗。

在健康促进或疾病预防方面，氢气对营养、运动、心理和康复都有作用。对食物，富氢水洗涤黄油可降低酸度值，氢气气调可延长果蔬保质期；对人体营养代谢，可调控消化吸收和代谢、协同营养物质发挥功能。氢气能提高运动表现、防治运动伤，还能改善心理状况。作者认为氢医学研究应向疾病预防倾斜。

2.4 氢医学研究模式不断创新

回顾氢医学发展，研究者对氢气认知不断突破，起初面临诸多质疑。氢医学研究者按传统医学研究规律和方法，探索氢气生物学效应。以往多聚焦经典研究，但氢气独特性质使常规评价手段受限。近年来，研究者尝试新手段、理论和工具解决氢医学问题。

为解决氢气给药局限，固态氢载体如氢化镁、氢化钙、纳米硅用于氢医学研究，能有效控制剂量和高剂量给氢。提高氢气剂量方面，有研究将氢气以纳米气泡形式分散在水中。氢医学基础研究受氢气检测技术制约，环境检测中的氢电极用于监测动物体内氢含量，但易受外界影响。何前军教授团队开发氢探针检测体内氢气含量。理论层面，马雪梅教授提出线粒体I氢化酶活性假说，Devlin等人发现肠道菌群以氢气调控物质代谢，为相关联系开创理论基础。氢医学理论和技术创新是发展原动力，国内外学者积极探索。

学科交叉融合是氢医学突破和应用的重要方向。材料学和纳米技术发展带来机遇，如光催化TiO2释氢治疗糖尿病伤口、纳米钯催化产氢治疗阿尔茨海默病等。国内学者提出氢中医理论，氢气联合中药等取得显著效果。但氢医学与其他学科交叉形式和深度需创造性理解。

1. 氢医学的优势、挑战

氢医学特点和优势使其在追求健康中能发挥重要作用。优势包括安全性高，经潜水和氢医学验证；经济性好，氢气来源广、易获取；便捷性强，氢气吸入和饮用氢水可多场景实现，氢产品已家庭化和智能化。但氢医学发展仍存在问题：

①公众和部分学者对氢医学持怀疑态度，研究起步晚、人员少，固有偏见和非专业夸大加剧质疑。

②理论体系不成熟，存在不确定性，新兴学科需时间发展，现有理论无法完全阐释氢气效应。

③基础研究面临技术挑战，氢气检测、追踪和定位难，现有设备无法满足需求。

④缺乏高等级临床证据，需大量资源开展高质量临床研究，但氢气商业潜力难吸引投资。

⑤氢健康产业规模和质量面临挑战，公众认知影响产品接受度，难以形成产业集群。

2. 对氢医学发展的几点建议

氢医学作为新兴力量，发展伴有问题与挑战。基于个人见解，提出以下发展建议：

①整合优势资源明确关键科学问题。面对氢医学难题，需跨学科专家团队攻关。建议整合优质资源，消除学科障碍，联合相关学科吸引高水平研究者，集中力量识别并列出核心科学问题，形成问题清单。

②以问题为中心组织科研活动。针对关键科学问题，参考成功研究模式制定专项任务指南。建议在政府支持下，设立“揭榜挂帅”项目，有针对性解决瓶颈问题。

③构建专业平台加快人才队伍建设。现有医学研究平台无法满足氢医学需求。建议依托现有优势平台，建立更完善专业的氢医学研究平台，加速专业人才培养，提升整体实力。

④推广科普知识增强社会影响力。以国内专家为核心组建科普团队、培养科普人才。建议设立科普项目，利用有影响力的平台加快知识普及。

⑤制定行业标准推动产业良性发展。建议建立行业标准，鼓励国企参与氢健康领域，树立典范引领发展。整合优质资源形成产业链，促进良性循环。

[参考文献]

[1]   夏群科. 原始富氢大气塑造了地球[J]. 矿物岩石地球化学通报,2023,42(03):493.

[2]   MILLER S L. A production of amino acids under possible primitive earth conditions[J]. Science, 1953,117(3046):528-529.

[3]   FAN L, WU D, GOREMYKIN V, et al. Phylogenetic analyses with systematic taxon sampling show that mitochondria branch within Alphaproteobacteria[J]. Nat Ecol Evol, 2020,4(9):1213-1219.

[4]   MORITA R Y. Is H(2) the Universal Energy Source for Long-Term Survival?[J]. Microb Ecol, 1999,38(4):307-320.

[5]   PICHé-CHOQUETTE S, CONSTANT P. Molecular Hydrogen, a Neglected Key Driver of Soil Biogeochemical Processes[J]. Appl Environ Microbiol, 2019,85(6):e02418-02418.

[6]   CASE E M, HALDANE J B. Human physiology under high pressure: I. Effects of Nitrogen, Carbon Dioxide, and Cold[J]. J Hyg (Lond), 1941,41(3):225-249.

[7]   FAHLMAN A, KAVEESHWAR J A, TIKUISIS P, et al. Calorimetry and respirometry in guinea pigs in hydrox and heliox at 10-60 atm[J]. Pflugers Arch, 2000,440(6):843-851.

[8]   BJURSTEDT H, SEVERIN G. The prevention of decompression sickness and nitrogen narcosis by the use of hydrogen as a substitute for nitrogen, the Arne Zetterstrôm method for deep-sea diving[J]. Mil Surg, 1948,103(2):107-116.

[9]   DOLE M, WILSON F R, FIFE W P. Hyperbaric hydrogen therapy: a possible treatment for cancer[J]. Science, 1975,190(4210):152-154.

[10] OHSAWA I, ISHIKAWA M, TAKAHASHI K, et al. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals[J]. Nat Med, 2007,13(6):688-694.

[11] CAI J, KANG Z, LIU K, et al. Neuroprotective effects of hydrogen saline in neonatal hypoxia-ischemia rat model[J]. Brain Res, 2009,1256:129-137.

[12] SONG G, LI M, SANG H, et al. Hydrogen-rich water decreases serum LDL-cholesterol levels and improves HDL function in patients with potential metabolic syndrome[J]. J Lipid Res, 2013,54(7):1884-1893.

[13] ZHAO P, JIN Z, CHEN Q, et al. Local generation of hydrogen for enhanced photothermal therapy[J]. Nat Commun, 2018,9(1):4241.

[14] ZHENG Z G, SUN W Z, HU J Y, et al. Hydrogen/oxygen therapy for the treatment of an acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease: results of a multicenter, randomized, double-blind, parallel-group controlled trial[J]. Respir Res, 2021,22(1):149.

[15] MCCURRY M D, D'AGOSTINO G D, WALSH J T, et al. Gut bacteria convert glucocorticoids into progestins in the presence of hydrogen gas[J]. Cell, 2024,187(12):2952-2968.e13.

[16] 王濛, 仪杨, 孙梦婷,等. 富氢水和富氢生理盐水生物医学研究进展——动物实验[J]. 生物技术进展,2022,12(03):332-343.

[17] BOTEK M, KREJčí J, VALENTA M, et al. Molecular Hydrogen Positively Affects Physical and Respiratory Function in Acute Post-COVID-19 Patients: A New Perspective in Rehabilitation[J]. Int J Environ Res Public Health, 2022,19(4):1992.

[18] SHA J B, ZHANG S S, LU Y M, et al. Effects of the long-term consumption of hydrogen-rich water on the antioxidant activity and the gut flora in female juvenile soccer players from Suzhou, China[J]. Med Gas Res, 2018,8(4):135-143.

[19] TAMASAWA A, MOCHIZUKI K, HARIYA N, et al. Hydrogen gas production is associated with reduced interleukin-1β mRNA in peripheral blood after a single dose of acarbose in Japanese type 2 diabetic patients[J]. Eur J Pharmacol, 2015,762:96-101.

[20] TERAWAKI H, ZHU W J, MATSUYAMA Y, et al. Effect of a hydrogen (H2)-enriched solution on the albumin redox of hemodialysis patients[J]. Hemodial Int, 2014,18(2):459-466.

[21] NAKAYAMA M, ITAMI N, SUZUKI H, et al. Possible clinical effects of molecular hydrogen (H2) delivery during hemodialysis in chronic dialysis patients: Interim analysis in a 12 month observation[J]. PLoS One, 2017,12(9):e0184535.

[22] NAKAYAMA M, ITAMI N, SUZUKI H, et al. Novel haemodialysis (HD) treatment employing molecular hydrogen (H(2))-enriched dialysis solution improves prognosis of chronic dialysis patients: A prospective observational study[J]. Sci Rep, 2018,8(1):254.

[23] FORMAN H J, ZHANG H. Targeting oxidative stress in disease: promise and limitations of antioxidant therapy[J]. Nat Rev Drug Discov, 2021,20(9):689-709.

[24] SIES H. Oxidative Stress: Concept and Some Practical Aspects[J]. Antioxidants (Basel), 2020,9(9):852.

[25] LI L, LIU T, LIU L, et al. Effect of hydrogen-rich water on the Nrf2/ARE signaling pathway in rats with myocardial ischemia-reperfusion injury[J]. J Bioenerg Biomembr, 2019,51(6):393-402.

[26] LU Y, LI C F, PING N N, et al. Hydrogen-rich water alleviates cyclosporine A-induced nephrotoxicity via the Keap1/Nrf2 signaling pathway[J]. J Biochem Mol Toxicol, 2020,34(5):e22467.

[27] KATZ R J, ROTH K A, SCHMALTZ K. Amphetamine and tranylcypromine in an animal model of depression: pharmacological specificity of the reversal effect[J]. Neurosci Biobehav Rev, 1981,5(2):259-264.

[28] YIN H, FENG Y, DUAN Y, et al. Hydrogen gas alleviates lipopolysaccharide-induced acute lung injury and inflammatory response in mice[J]. J Inflamm (Lond), 2022,19(1):16.

[29] XU L, GUO W, DAI J, et al. Hydrogen gas alleviates acute ethanol-induced hepatotoxicity in mice via modulating TLR4/9 innate immune signaling and pyroptosis[J]. Int Immunopharmacol, 2024,127:111399.

[30] MATSUURA H, MATSUMOTO H, OKUZAKI D, et al. Hydrogen Gas Therapy Attenuates Inflammatory Pathway Signaling in Septic Mice[J]. J Surg Res, 2021,263:63-70.

[31] YAO X, CHEN D, ZHAO B, et al. Acid-Degradable Hydrogen-Generating Metal-Organic Framework for Overcoming Cancer Resistance/Metastasis and Off-Target Side Effects[J]. Adv Sci (Weinh), 2022,9(10):e2101965.

[32] TURAN H T, BOITTIER E, MEUWLY M. Interaction at a distance: Xenon migration in Mb[J]. J Chem Phys, 2023,158(12):125103.

[33] BULUT M, ÇELEBI SEZER Y, CEYLAN M M, et al. Hydrogen-rich water can reduce the formation of biogenic amines in butter[J]. Food Chem, 2022,384:132613.

[34] ALWAZEER D. Hydrogen-rich solvent method in phytochemical extraction: Potential mechanisms and perspectives[J]. Phytochem Anal, 2024,35(2):203-219.

[35] SONG G, LIN Q, ZHAO H, et al. Hydrogen Activates ATP-Binding Cassette Transporter A1-Dependent Efflux Ex Vivo and Improves High-Density Lipoprotein Function in Patients With Hypercholesterolemia: A Double-Blinded, Randomized, and Placebo-Controlled Trial[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2015,100(7):2724-2733.

[36] XIN H G, ZHANG B B, WU Z Q, et al. Consumption of hydrogen-rich water alleviates renal injury in spontaneous hypertensive rats[J]. Mol Cell Biochem, 2014,392(1-2):117-124.

[37] 王金璞, 史红颜, 赵敬国. 氢气在运动医学领域应用的研究进展[J]. 山东师范大学学报(自然科学版),2022,37(01):103-108.

[38] MIZUNO K, SASAKI A T, EBISU K, et al. Hydrogen-rich water for improvements of mood, anxiety, and autonomic nerve function in daily life[J]. Med Gas Res, 2017,7(4):247-255.

[39] SI Y, LIU L, ZHANG Y, et al. Magnesium hydride protects against acetaminophen-induced acute kidney injury by inhibiting TXNIP/NLRP3/nf-κb pathway[J]. Ren Fail, 2024,46(1):2330629.

[40] GONG F, YANG N, XU J, et al. Calcium Hydride-Based Dressing to Promote Wound Healing[J]. Adv Healthc Mater, 2023,12(2):e2201771.

[41] JOHNSEN H M, FILTVEDT W, HIORTH M, et al. Silicon nanoparticles for oral administration of molecular hydrogen[J]. Int J Pharm, 2022,629:122371.

[42] TANAKA Y, XIAO L, MIWA N. Hydrogen-rich bath with nano-sized bubbles improves antioxidant capacity based on oxygen radical absorbing and inflammation levels in human serum[J]. Med Gas Res, 2022,12(3):91-99.

[43] 马晨, 宋怡菲, 仪杨,等. 氢气与线粒体作用关系的研究进展[J]. 生物技术进展,2023,13(03):366-374.

[44] CHEN S, ZHU Y, XU Q, et al. Photocatalytic glucose depletion and hydrogen generation for diabetic wound healing[J]. Nat Commun, 2022,13(1):5684.

[45] ZHANG L, ZHAO P, YUE C, et al. Sustained release of bioactive hydrogen by Pd hydride nanoparticles overcomes Alzheimer's disease[J]. Biomaterials, 2019,197:393-404.

[46] 李超富, 高云姝, 周洲,等. 富氢水协同金复康口服液阻断硫代乙酰胺诱发大鼠胆管癌上皮癌变的实验研究[J]. 解放军医学院学报,2019,40(06):586-589+604.

[47] ARTAMONOV M Y, LEBARON T W, PYATAKOVICH F A, et al. Mesenchymal Stem Cell Priming: Potential Benefits of Administration of Molecular Hydrogen[J]. Pharmaceuticals (Basel), 2024,17(4):469.

[48] KONG X, LU T, LU Y Y, et al. Effect of Hydrogen Inhalation Therapy on Hearing Loss of Patients With Nasopharyngeal Carcinoma After Radiotherapy[J]. Front Med (Lausanne), 2022,9:828370.

[49] RUNTUWENE J, AMITANI H, AMITANI M, et al. Hydrogen-water enhances 5-fluorouracil-induced inhibition of colon cancer[J]. PeerJ, 2015,3:e859.