早在975年《科学》杂志就有氢气治疗癌症的医学研究报道，1996年也有英国学者提出氢气可在医学上应用的假说，但这些工作不仅没有引起学术界的关注，也没有给氢气医学应用指明方向和道路，都不能作为氢气医学的奠基性工作。2007年太田成男教授课题组在《自然医学》杂志发表的小剂量氢气的医学效应，不仅在理论上提出了合理假说，而且为氢气的可用性提供了想象空间，后续的学术发展也证明其属于该领域的奠基性工作。本文围绕这一发现最重要的内容和前后历史，给大家讲述氢气医学的学术源头，让读者对这一领域有一个比较清晰的认识。

1 氢气医学的早期报道

从学术报道角度看，氢气医学效应的最早研究是1975年Malcolm Dole等发表在《科学》上的论文。该论文报道了对皮肤鳞状细胞癌小鼠进行8个大气压（97.5%的氢气）高压氢气治疗，结果发现小鼠肿瘤缩小。这是关于氢气效应非常重要的最早发现，但是并没有引起学术界关注。导致这一发现被忽视的根本原因是这种方法很难作为应用技术，因为氢气是可燃气体，高压氢气存在爆炸的危险，技术也不够成熟。另外一个原因是随后有学者发现，采用类似的高压氢气治疗，没有取得同样的治疗效果。

《科学》氢气抗癌症研究论文发表后仅仅3年，美国NIH癌症研究院资助美国南方研究院开展了一项氢气抗癌的验证性工作，这个研究结果没有证明氢气能抗癌。1978年，美国南方研究院Roberts B J等发表论文，采用同样的高压氢气治疗方法，持续高压氢气治疗7天，对5种实体瘤包括B16黑色素瘤、16/C乳腺腺癌、38结肠腺癌、里奇韦成骨肉瘤、Lweis肺癌和L1210小鼠白血病等进行治疗，从多种指标进行观察，没有看出氢气对这些癌症的治疗效果。这一对氢气效应的阴性结果已经很少被提及，这是学术界普遍采用视而不见的错误态度。虽然这可能就是1975年重要发现被忽视的关键因素，但本质上1978年的结果并不能否定1975年的发现。尽管大家都采用类似治疗方式，但癌症类型完全不同。但这导致氢气效应基础抗氧化的无法自洽，对于一个新假说来说是致命的。我们仍然需要认真对待这种争议。

1996年一篇让人感到拍案的氢气医学猜想的短文值得重视。这是文章英国化学家David Jones发表在《自然》杂志上的科幻小品。这篇文章从炎症细胞攻击病原体利用羟基自由基出发，提出能中和羟基自由基且不会对人体产生毒性的唯一物质就是氢气，他还对未来人类使用氢气疗法的方法进行了展望，提出氢气对人没有毒性，饮用氢水和氢水注射是理想的给氢气方法，并认为可开发出化学产氢气的药物。这是一篇科幻作品，虽然作者自己都不一定相信这会成为现实，但他的天才预见今天几乎完全实现。

这里我们把Jones发表的文章全面解释给大家：

 

吞噬细胞是我们免疫系统的战士，能攻击外来入侵的病原体和有机分子。吞噬细胞的作战模式是炎症反应，作战武器则是氧自由基。氧自由基中最强大的烈性武器是羟基自由基。这种凶猛的分子会氧化并破坏几乎所有它遇到的有机分子，这种见佛灭佛，见神灭神的致命武器不仅能用于杀灭病原体和有机分子，也能对自身组织细胞分子带来破坏。这像其他士兵一样，吞噬细胞也会因为不加区分地破坏自身细胞和分子。炎症可以失去控制，变得非常严重，以至于炎症本身成为一种疾病。某些情况下，炎症完全被误导，对正常身体组织的攻击，这种情况最典型的就是自身免疫性疾病。例如银屑病、类风湿关节炎、多发性硬化、甲亢等。对这种失去控制的炎症疾病，必需使用药物进行控制。

代达罗斯现在提出了一种新的抗炎症性策略。主要策略就是对抗炎症吞噬细胞产生的氧自由基。比较直观的措施对策是使用强还原剂。代达罗斯说，最简单和最安全的还原剂是氢气。氢气能与强活性羟基自由基直接反应，其反应产物是水。更大的优势是，氢气对哺乳动物不会产生生物化学效应，几乎没有任何毒副作用。这和其他标准的抗炎症药物有许多毒副作用的情况完全不同。

作为一种潜水惰性气体，氢气曾经给深海潜水员吸入，潜水员吸入超高分压氢气后，除了少数有轻微麻醉作用外，未发生明显毒副作用，数十个大气压氢气数日连续吸入潜水员都能安全耐受。停止吸入氢气后，由于氢气扩散能力强大，氢气可以迅速离开身体。

用于药物的气体并不多，使用氢气疗法显然存在氢气摄入的问题。最简单的方式是吸入氢气，这能发挥作用。但是氢气吸入可能存在一定危险，因为浓度为4%-74%氢气在空气中可以发生燃烧甚至爆炸。最理想的方式应该是采用氢气溶液。当然碳酸饮料就是通过这种方式大量吸收二氧化碳的。饮料中的糖分子可能会吸附氢气，就像在“冒着气泡的甜味”的太空尘埃中一样。

DREADCO的化学家们正在研制一种用氢气加压的软饮料，甚至还有一种氢气泡香槟。氢气在酒精中溶解度比水中高，如果运气好的话，氢的麻醉作用会和酒精的麻醉作用一起增加。（氢气只在高压下才能表现为弱麻醉作用，溶解的量不足以产生这种效应）。还有设想是在氢气环境下融化糖，试图让融化后的糖凝固过程可囚禁一定量氢气。如果可以实现这种技术，则能将这种含氢气的糖制造成药丸和药片，给人服用后作为给氢气的模式。也有试验将含有氢气的膏药放置在炎症皮肤部位。有一种模式是用盐酸和锌反应产生氢气，但是正在寻找更温和的不容易伤害人体的氢气来源。氢气能通过皮肤扩散，特别是用酒精擦拭的皮肤，可以迅速抑制局部炎症。

D. Jones, Gas therapy. Nature 383, 676 (1996)

 

2001年，法国潜水医学家Gharib等尝试了 Jones讲的科幻故事。他们将血吸虫病导致的慢性肝硬化小鼠进行8个大气压氢气治疗，治疗方法和1975年Dole等一样，可以说是对氢气疗法的再次发现，但Jones和Gharib等的再次发现仍然没有引起关注。

事实上，比这些工作更早的是潜水医学研究。早在1837年，为克服氦气难以获得的困境，英国和前苏联潜水学家就开始试验氢气用于潜水的技术，后来美国和法国在氢气潜水技术方面领先，其中做出最突出贡献的是一家法国潜水公司COMEX。COMEX公司从很早就开始进行氢气潜水研究，分别采用大量细胞学和动物实验证明高压氢气的生物安全性，后来成功进行了人体试验和海上潜水试验，一直到今天人类最大潜水深度记录710米就是1989年法国军方联合该潜水公司使用氢气获得的成功。今天的氢气医学所以取得了快速发展，与上世纪氢气潜水医学大量研究证明氢气的人体安全性给这一领域奠定的基础分不开。严格意义上说，氢气潜水医学也应属于氢气医学相关范畴。

有人认为，这些早期的氢气医学研究，除了氢气潜水研究外，其他内容对氢气医学的贡献并不大，因为谈科学贡献不能仅仅看时间早晚，关键是要看这些研究是否是这一领域不可缺少的环节。高压氢气医学效应和今天氢气医学所使用的剂量相差万倍，如果没有2007年日本学者的重要贡献，人们大概都不会回顾这些研究，是今天的小剂量氢气的效应才让人重新注意到前人曾经思考过这个问题。但在方法上或具体操作上是属于失败的探索。我们可以给他们足够的尊重，但不应过于抬高其贡献。因为假如没有这些研究，一点都不会影响今天的氢气医学。早期这些学者的贡献，1996年Jones科幻故事最值得敬佩，他提出的理论解释，建议的使用方法，都已经被证实。虽然他的观点同样被埋没，没有发挥真正作用，但他文章中透露出的人类智慧的光辉，非常令人敬仰。

 

2、电解水的研究是日本学者研究氢气效应的前奏。

虽然上世纪有一些关于氢气潜水和氢气疾病治疗方面的探索。但是今天的氢气医学研究，尤其是日本学者关于少量氢气效应的研究起源于对电解水效应本质的探索。我认为，这是真正符合学术逻辑的科学故事。

电解水的研究历史已经有一个世纪。日本学者西斯龙（synnohl据说是中文“神农氏”的意思）电机公司电机医学研究员诹访方季（Machisu Suwa）是电解水的创始人，他参考前苏联1920年前后关于水电解的研究资料，他从关注水电之间关系开始，于1931年他开始开展电解碱性离子水对动物植物影响的研究。1952年开发出自己的电解水技术，这种电解水设备将阳极和阴极用离子膜隔为双槽，能同时获得碱性和酸性电解水。此后诹访元先生多次对日本全国各个地区的水质进行了全面调查，使用不同地区的水分别进行电解研究，比较这些水电解后效应的差别。在诹访方季的持续努力下，与东京大学Akiba教授合作从1954年开始电解水首先应用在农业，1960年开始作为健康促进水用于医疗，1966年日本卫生、劳动和福利省同意电解还原水对慢性腹泻、消化不良、胃肠道异常发酵、抗酸剂、胃酸过多，并授权一类家用电解水机。

70年代后，关于电解水各种研究报告发表，许多学会协会相继建立，关于饮水和健康的关系受到广泛重视，电解水的作用也逐渐被日本社会接受认可。1992年6月。碱性离子水被一家电视新闻节目介绍为“神水” "Wonder water"，在这个节目中，碱性离子水用于医院内治疗疾病，这些作用超过被认定的范围，例如能治疗糖尿病等，这些作用报道来自医疗机构，此后出现一波探索电解水更多种医疗作用的趋势。

为了避免这种夸大趋势，日本家用健康设备工业协会组织生产和销售碱性离子水机的企业，于1992年9月成立碱性离子水设备协会。该协会目的是指导民众判断关于电解水的准确信息和规范应用，以利用这种方法获得健康生活质量。

电解水机逐渐被社会认可，但随着商业宣传其效应也被夸大，1992年12月，日本国家消费者事务中心对大众媒体关于电解水的报道提出质疑。1993年3月26日这以议题被日本公益委员会的《日本膳食》再次提出。日本厚生省要求相关企业提供关于电解水质量、效果和安全性等方面的科学证据。碱性离子水设备协会接受了这一要求，1993年2月任命了碱性电解水审查委员会，委员会主席是京都大学Itokawa教授，委员会用最新科学证据对电解水活性、安全性和有效性分别进行调查。

1994年委员会提交一份报告确认电解水的安全性，1997年提交了关于电解水对胃肠道疾病的有效性报告。

根据这些研究结果，协会通过修改电解水机标准进一步提高了设备要求。1999年在25届日本医学会年会上，调查委员会发表了"Electrolytic Functional Water in Medical Treatment"报告，这是国际第一篇对电解水开展的双盲对照临床试验报告，证明了碱性电解水有效性。

1994年在电解水应用比较火热的时期，在日本厚生省支持下成立“功能水基金会”。1999年Hayakawa报道给大鼠连续8周饮用碱性离子水能显著降低断链脂肪酸，但对粪便肠道菌没有影响。pH10碱性还原水对大鼠肠道内负ORP电位有明显影响，上述会议报道的1996年1月-1999年1月期间一项双盲安慰剂对照试验对电解水安全性进行评估，受试者主要包括烧心、烦躁不安、腹胀、慢性腹泻和便秘。安慰剂对照水是用自来水活性炭过滤，实验组用这种水的电解水。受试者实验组84人，对照组79人。连续14天每个人饮用水量每天至少500毫升。结果显示，碱性离子水能显著改善腹部不适。特别是慢性腹泻患者改善率高达94.1%，对照组只有64.7% (Tashiro, 2000)。

上世纪末到本世纪初，日本学者对电解水抗氧化，糖尿病、癌症和抗衰老等治疗效应进行了基础和临床研究。总体来说，关于电解水医学效应的研究规模比较小，主要是围绕抗氧化等效应的观察性研究。在人体试验方面多属于个案观察，其中比较多的是关于改善体质、皮肤美容、降低糖尿病血糖水平甚至抗癌症作用。所有这些研究和案例中，缺乏非常严谨的逻辑证据和科学研究，导致电解水的研究一直没有得到学术界的广泛接受和认可。

总之，日本电解水医学的研究历史很长，也看到一些效应，但研究深度不够，没有被学术界普遍认可。但是，一些关于电解水疗效的数据显然不能完全被忽视。例如2005年MiZ公司报道电解水一直肝脏氧化损伤 (Yanagihara et al. 2005)。在这篇文章中也提出氢气可能是电解水效应的基础。

3、2007年《自然医学》氢气医学论文的故事。

日本医科大学老年病研究所是首先开展氢气治疗疾病效应的研究单位，所长太田成男教授对电解水的研究进行了连续几年跟踪了解，最后决定研究这一现象。这是一个致力于生物化学和细胞线粒体生理学研究的团队，他们希望对这种神奇水效应本质进行分析。太田成男曾经研究线粒体功能30多年，越来越多研究发现，活性氧毒性对线粒体功能的破坏效应在衰老和许多慢性病的关系越来越明确，太田教授也逐渐关注这个问题。

2002年，日本氢水制造公司蓝水星（Blue Mercury）社长Wataru Murota（室田涉）先生开始研发铝罐装的富氢水，与此同时和其后，日本多家公司开始富氢水开发生产工作。许多人饮用氢水身体得到不同程度的改善，但是由于缺乏研究证据，这种水的科学性受到学术界内外的质疑，甚至被认为是欺骗。

2005年1月，太田成男教授开始用富氢水做实验，作为一种生物化学的标准程序，一般开始用细胞进行效应筛选，然后进行器官效应和整体作用。最早进行的3天细胞学研究发现，添加氢气的培养基具有明显对抗氧化损伤的作用。知道这个结果后，室田社长激动地说：“昨天我还被称做骗子，今天再也不会被人称为骗子了，真的十分感激。”。半年后（2005年6月），太田成男教授开始用富氢水进行如中风、心肌梗死和肝脏缺血等动物疾病模型实验。太田教授主要是考虑到氢气未来的巨大临床应用前景，疾病模型研究是为将来开展临床试验和应用努力。为了促进氢气医学研究，蓝水星公司等积极的资助下，（2008）年日本医科大学老年病研究所成立了氢气分子医学研究中心（图0.1），早期来自日本的研究报道，使用的大部分饱和氢水是这些公司直接提供的。

 

图0 日本医科大学成立氢气分子医学研究中心

无独有偶，日本九州大学的另外一个药理学教授Mami Noda野田麻美也再进行电解水效应的探索。根据野田麻美个人曾经这样描述，“我从事药理学研究超过30年。在洛克菲勒大学作博士后工作结束后，我继续在九州大学工作，九州大学从1997年开始就有学者研究碱性离子水。虽然在市场上有许多错误的信息，这种碱性离子水在日本已经非常流行，我对这个概念一直非常怀疑。但2005年，一个同事给我分享了一个帕金森病患者喝过这种水的一些有趣的数据，这件事促使我开始关注这种水的效应。人们虽然知道氢气可以在碱性离子水电解制造过程中产生，但是不认为氢气具有任何生物学效应，尤其是考虑到氢气在水中的溶解度非常低（饱和度只有0.8mM）。但是我们对这种水的各种成分进行分析后发现，矿物质、pH都不产生这种效应，只有氢气可以表现出这样的效应。2007年，太田成男教授课题组在《自然医学》发表了关于氢气具有选择性抗氧化的学术论文，让我们更加相信这个判断。2009年我们发表了氢气对MPTP诱导小鼠帕金森病模型的治疗作用的论文。”请注意，野田麻美2005年开始关注和研究电解水，但此时太田教授已经明确确定了氢气具有抗氧化效应，野田麻美的发现是在2005年和2007年之间，虽然在2007年论文发表前，但显然是晚于太田教授。

从上述线索不难推断，电解水医学效应研究是推动氢气医学的真正思路来源。这一现象的发现是基于最基本的科学发现规范，寻找现象背后的本质的过程。电解水存在多种不同于普通水的特征，例如还原电位、弱碱性、含有一定氢气，最早没有明确具体那种成分发挥作用，只知道有一定作用，但太田等学者的研究，将电解水效应从氢气分子角度提供了最合理的分子基础解释。不过，2007年后日本电解水领域仍然有少数学者坚持活性氢的观点，主要是认为氢气不能完全覆盖电解水的所有效应。例如电解水中氢气含量普遍比较低，而相对保持时间长的电解水仍然存在一定效应，有学者认为电解水中含有极其微量的纳米白金颗粒是其作用的重要基础，这方面最具有代表性的学者是白钿教授。科学的基本原则是尊重事实和真相，希望未来能对这些问题有更合理的解释。

 

4、氢气医学效应发现的细节。

开始进行细胞学实验不久，这个小组就被氢气的效应惊呆了。

太田教授曾经这么描述“Soon after we started, we were shocked by what we saw. The first results were such a surprise that I stopped in my tracks. It was the third day of the experiment and, without thinking, I yelled: Look! It’s amazing! In the culture media with hydrogen, ROS induced in cells didn’t do any harm. The cells were all alive. It was a revolutionary discovery... 开始实验不久，我们对看到的现象惊呆了。首先这个结果太神奇了，我们停下手中其他工作聚焦这个现象。这是实验第三天，没有经过思考。我大叫到“看，这太不可思议了”含有氢气培养基，活性氧不会对细胞产生任何伤害，细胞全部都活着。这是一个革命性发现”

 

这是第一个证明氢对活细胞影响的实验。用有毒药物刺激细胞内活性氧的形成，通常随着新陈代谢的不断恶化，活性氧增加会导致细胞收缩成球形，最终死亡。当把氢气溶解在培养基后，即使加入诱导活性氧增加的有毒物质，细胞功能仍然不受影响，细胞死亡大大减少(图1.1)。

 

 

不含氢气                        含氢气

红色标记为死亡细胞，绿色为存活细胞。

图1 左图因为细胞羟基自由基水平增加，Pc12细胞大量死亡。右图加入氢气，羟基自由基的作用消失，细胞存活下来。(I. Ohsawa 2007）。

 

氢气具有强大扩散能力，能进入细胞内所有细胞器，如细胞核、内质网、线粒体等，而传统的抗氧化剂则难以进入细胞，更不能在所有结构内自由扩散。太田小组的研究结果随后带来一个更重要的发现，就是氢气具有很强的选择性(Ohsawa et al. 2007)。

 

 

图2 氢气选择性中和活性氧。

 

氢气对羟基自由基清除作用非常强，对于亚硝酸阴离子小得多，对于其他活性氧如超氧阴离子和一氧化氮小得可以忽略不计。

这意味着氢气只消除了有害的活性氧，而保留了在细胞信号传导中发挥重要作用的其他生理活性氧。这完全不同于经典抗氧化剂如维生素C，维生素C不加区别地消除有益的和有害的活性氧，最终产生的总体作用喜忧参半，无法预知。其他体外实验也证实了氢气的抗氧化作用。

 

 

图3 氢气对PC12细胞羟基自由基损伤的对抗作用。

 

从图3可以看出，DNA经过羟基自由基处理，过氧化反应产生的8-OHdG(8-羟基-脱氧鸟苷)和4-HNE(4-羟基-2-壬烯醛)明显增加，氢气都可以有效抑制。这些发现有力地表明，氢气有希望成为一种新的生物抗氧化剂。

考虑到临床应用，太田成男小组继续研究氢在缺血再灌注损伤中的作用，组织缺血再灌注损伤通常发生严重典型的氧化损伤。这种损伤发生在器官移植和血流中断的多种情况，即血液暂时从器官停止，然后在移植后血流恢复再次注入器官(再灌注)。缺氧一段时间后再供氧会产生大量活性氧，由于组织存在多余电子，氧气的恢复供应来不及彻底被还原而产生部分还原产物超氧阴离子。超氧阴离子在SOD协助下变成过氧化氢，后者在铁离子等存在下可自然变成羟基自由基。超氧阴离子和一氧化氮发生自然化学反应变成亚硝酸阴离子。因此缺血再灌注后发生自由基链式反应产生多种类型的活性氧或自由基。

组织缺血再灌注损伤是一个典型的氧化应激病理生理学过程，也是一个严重普遍的临床问题，因为活性氧增加会造成内脏器官组织的损伤。在他们的实验中，阻断大鼠脑动脉，使血流停止90分钟后，观察吸入氢30分钟后对24小时后脑损伤的影响。结果让人大开眼界。通过让大鼠呼吸2-4%的氢气，1天后受损的大脑区域减少了近一半(图4)。

 

 

 

图4 吸入2%氢气能减少脑损伤50%。红色代表正常脑组织，白色代表损伤区域。

 

氢治疗1周后，动物运动感觉功能也逐渐恢复。说明氢气吸入可以抑制脑组织缺血再灌注损伤和继发性感觉运动功能。这些结果表明，氢气以气体和溶液方式可以通过细胞膜，清除细胞内有毒的羟基自由基，产生抗氧化损伤的治疗效果。随后该小组通过小鼠动物模型，再次证明吸入氢气对肝脏组织缺血再灌注损伤同样具有治疗作用(Fukuda等，2007)。

阻断肝脏动脉90分钟，再灌注180分钟，最后分别吸入1、2和4%的氢气190分钟。结果发现，随着氢气浓度的增加，氢气对肝脏组织病理学损伤保护作用越来越好，对肝脏功能和氧化损伤的作用也符合其效应。氦气对照组没有发现这种作用，说明氢气的作用具有特异性（图5）。

 

图5 氢气吸入对肝脏缺血再灌注后组织空泡化、氧化应激分子MDA和肝脏功能指标血清转氨酶活性的影响。

上述结果说明，氢气是一种新型选择性抗氧化剂，对组织氧化损伤具有明显治疗作用。对大多数生物化学家来说，这一发现是一个巨大的惊喜。氢气的化学稳定性很高，是生理性惰性气体，人们长期认为氢气对人类和许多生物没有生物学效应。但是由于该团队采用严格的实验设计，进行非常全面的检测和分析，学术界并不能针对这些研究简单质疑。更重要的是，这一系列研究随后被更多学者的实验验证。太田成男小组2007年的开创性论文《氢作为一种治疗性抗氧化剂，选择性地减少细胞毒性氧自由基》，发表后引起了非常广泛关注，许多学者相继开展了不同层次的临床研究，并证明氢气对人类疾病治疗的巨大潜力，这一方向现在被称为“氢气医学”*。

*根据《氢思语》的定义，【氢气医学】是研究氢气对疾病治疗和健康促进作用的学科。主要领域包括氢气治疗疾病的基础和临床研究，如氢气对疾病治疗和健康促进临床效果，氢气疾病治疗的剂量和使用方法，氢气治疗疾病机理，氢气医学分析方法，氢气毒副作用，氢气安全使用规范等方面的研究。

 

参考文献

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2. Roberts B J , Fife W P , Corbett T H , et al. Response of five established solid transplantable mouse tumors and one mouse leukemia to hyperbaric hydrogen[J]. Cancer Treatment Reports, 1978, 62(7):1077-9.

3. K. Fukuda, S. Asoh, M. Ishikawa, Y. Yamamoto, I. Ohsawa, S. Ohta, Inhalation of hydrogen gas suppresses hepatic injury caused by ischemia/reperfusion through reducing oxidative stress. Biochem. Biophys. Res. Commun. 361, 670–674 (2007)

4. B. Gharib, S. Hanna, O.M.S. Abdallahi, H. Lepidi, B. Gardette, M. de Reggi, Anti-inflflammatory properties of molecular hydrogen: investigation on parasite-induced liver inflflammation. Compte Rendu des Académie des Sciences, Life Sci 324, 719–724 (2001)

5. É. Grimaux, Lavoisier 1743-1794 (Paris, 1888)

6. D. Jones, Gas therapy. Nature 383, 676 (1996)

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8. I. Ohsawa, M. Ishikawa, K. Takahashi, M. Watanabe, K. Nishimaki, K. Yamagata, K. Katsura, Y. Katayama, S. Asoh, S. Ohta, Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nat. Med. 13, 688–694 (2007)

9. T. Yanagihara, K. Arai, K. Miyamae, B. Sato, T. Shudo, M. Yamada, M. Aoyama, Electrolyzed hydrogen-saturated water for drinking use elicits an antioxidative effects: a feeding test with rats. Biosci. Biotechnol. Biochem. 69, 1985–1987 (2005)