1.3. 氧气 

氧气的需求对于高等生物的生存至关重要，平均体重（73-88公斤）的人每分钟大约消耗2000毫升O2，标准温度和压力下（第8章，表8.1）。为了突出O2在紧急护理中的广泛使用，在英国（UK）的救护车服务中，每年向≥200万患者提供O2。这相当于所有紧急呼叫的约34%（Dhruve, Davey和Pursell, 2015；O’Driscoll等，2017）。

氧气产品也在医院护理中约五分之一的患者中使用。在这种设置中，O2吸入被规定用于一系列危及生命的条件，包括那些导致呼吸迅速受抑的情况，如过敏反应、阿片类药物过量和肺炎（Dhruve, Davey和Pursell, 2015）。通过提供O2治疗，临床医生可以增加肺泡中的氧张力，减少呼吸系统的负担（O’Driscoll等，2017）。尽管在紧急医学中广泛使用，但重要的是要注意，氧气也用于缓解慢性呼吸系统疾病，如哮喘、慢性阻塞性肺病（COPD）、囊性纤维化和儿童呼吸系统疾病（Jacobs等，2020）。

 

1.4. 氢氧气体

1977年，澳大利亚/保加利亚慈善家、工程师和发明家尤尔·布朗教授（Ilia Valkov）获得了一种无需分离隔膜的新型且经济高效的电解槽专利（Rao, Babu和Rajesh于2018年回顾）。据报道，这项发明具有90-95%的液态到气态转换效率。1979年，工程和开发专家哈拉尔德·哈尼希在给奥地利政府的一封信中计算出，布朗教授的电解槽每千瓦时（Kwh）可以产生多达13.62立方英尺（ft3）的气体，他认为这接近于热力学完美的效率14.28 ft3/Kwh（Hanish和Grundel，1979年），这是一个理论上被认为实际上不可能达到的概念。在解决这种挥发性气体混合物的安全问题上，哈拉尔德·哈尼希表示，布朗教授手中的混合物的安全性已向他“确凿地”证明，尽管未描述如何证明。《信件》最后强烈建议投资布朗教授在澳大利亚的公司Water Fuel Holdings（Hanish和Grundel，1979年）。

基于尤尔·布朗教授原始概念的氢氧发生器在经济上是可行的，用途广泛，通常用于工业目的，包括作为燃料和燃料添加剂（Bhave, Gupta和Joshi，2022年），用于化学制造和建筑行业使用的气体生成（Okolie等，2021年）；以及潜在的医疗环境。

使用氢氧气体发生器进行的研究很少，而且已经进行的研究由于治疗组规模适中而受到限制（Guan等，2020年；Zheng等，2021年；Kong等，2022年；Tanaka和Miwa，2022年）。已发布的初步人体试验数据集中在COPD（Zheng等，2021年）和冠状病毒传染病2019（COVID-19）（Guan等，2020年）等呼吸条件，或各种形式的癌症的治疗和康复（Chen, Lu和Xu，2020年；Kong等，2022年）。尽管氢氧的使用尚未被广泛接受，但呼吸试验数据的结果强烈表明，氢氧吸入是常规治疗的有效辅助手段，在某些情况下，可能优于单独的氧气治疗（Guan等，2020年）。对于恶性疾病，氢氧被注意到通过减少厌食、恶心和身体不适（自我报告）来提高IV期癌症患者的生活质量，研究进一步表明血清疾病标志物的减少和肿瘤大小的缩小（Chen等，2019b；Chen等，2020a；Chen等，2020b）。然而，如果要证实这些发现并在更广泛的医疗领域被接受，将需要进行更多的体外和体内建模。

1.5 给药方法

改编自《氢气作为药物：给药方法评估》（Russell等，2021年）目前，有多种给药方法可用于氢气给药（Russell等，2021年），所有这些方法根据给药机制和分散途径的不同，可能会有不同的效果。这就提出了一个问题：“哪种方法或哪些方法的氢气给药将在缓解某些疾病方面最有效？”

目前，医疗背景下的个别治疗可以包括静脉应用HRS、摄取HRW和吸入氢气，单独或与氧气结合，即氢氧。氢气的局部和高压应用也被证明对皮肤老化（Tanaka和Miwa，2022年）、软组织损伤（Yoon等，2011年；Tarnava, 2021年）、减压病(Bjurstedt和Severin, 1948年；Kot, 2014年)和癌症（Dole, Wilson和Fife 1975年；Chen, Lu和Xu，2020年）等条件有疗效。此外，随着公众对氢气作为一种生活方式增强产品的好处的好奇增长，许多饮食补充剂旨在通过胃肠道内的微生物相互作用增强氢气的产生。

每种用于增加氢气细胞可用性的方法将根据给药途径将不同浓度的氢气输送到细胞中，并具有独特的目标。例如，摄取HRW在胃肠系统（Ostojic, 2021年）、肝脏（Xia等，2013年；Korovljev等，2019年）和大脑（Mizuno等，2017年；Todorovic等，2021年）中描述了许多有益效果，后者被认为是肠-脑轴通讯和二级信使分子上调的结果（Ostojic, 2021年）。相比之下，氢气的吸入针对替代组织，因为氢气通过肺实质吸收到血液中，然后分布在全身（Yamamoto等，2019年）。这种应用方法不仅对哮喘、COVID-19和COPD（Wang等，2020c年）等呼吸条件有益，而且对缺血再灌注损伤、肝脏疾病或代谢疾病引起的菌群失调也有益（Ichihara等，2015年；Ge等，2017年）。

此外，利用生物相容性镁微马达和涂有聚合物聚乳酸-共-乙醇酸（PLGA）的透明质酸的纳米粒子递送氢气的研究，为氢气的定向递送提供了一种新颖机制（Xu等，2021年）。以下部分（第1.5.1 – 1.5.7节）描述并评估了医疗背景下用于递送氢气的方法。

 

1.5.1 富氢水（HRW）

研究集中在含氢水对广泛条件下氧化应激的影响上，这些研究大多取得了良好的效果（Yoritaka等，2013年；Ostojic, 2015年；Botek等，2019年；Kawamura, Higashida和Muraoka, 2020年）。含氢水是治疗多种疾病的多功能选择，因为它便携且可以通过多种方式生产。例如，通过水与镁（Mg）的反应可以产生氢气（H2），如下所示：

Mg (s) + 2 H2O (aq) → Mg2+ (OH)2 (aq) + H2 (g)

这是一种置换反应，其中镁从水中置换出氢气。产生的气体随后扩散到周围的水中，直到达到约1.6 ppm的饱和点（标准气压和温度）。使用这种方法生产含氢水在商业上很受欢迎，因为无论是含镁片剂还是产氢水瓶都便于常规摄入氢气。通过将扩散石连接到氢气发生系统上（第2章，第2.2节），氢气也可以在压力下被注入水溶液中。

尽管迄今为止，关于摄入含氢水作为药物效果的研究已确立良好，但关于摄入含氢水用于医疗条件的大规模临床数据评估仍有限。提供证据证明氢气在大群体中的功能，将加强含氢水应被视为安全有效的医疗用途产品的断言。另一个可能增加监管机构对氢气认可犹豫的因素是，关于含氢水对多种条件的剂量效应研究仍在进行中。尽管已确定每天摄入0.8-0.9 mmol可提供抗氧化效果（Nakayama, Kabayama和Ito, 2016年；Settineri等，2016年；LeBaron等，2019a年），但缺乏标准化的治疗剂量和协议。然而，在分析当代研究结果时，含氢水的细胞保护作用及更广泛的系统效应引人入胜，需要进行大规模和长期的临床调查。

由于氢气通过摄入含氢水的摄取途径，最显著的效果已在影响胃肠道及其支持器官的条件下描述，如GERD（Franceschelli等，2018年）、IBD（Chen等，2013年）和代谢综合症（Nakao等，2010年）。为了说明含氢水饮用对消化系统的有利影响，一项为期八周的开放标签试点研究报告显示，摄入1.5L的氢气（55-65mM）增加了代谢综合症患者内源性SOD水平，并减少了MDA的产生水平（Nakao等，2010年）。在一项评估氢气对肠道蠕动运动影响的实证研究中，观察到肌肉收缩强度的减少，表明结肠转运减少（Chen等，2011年）。此外，一项涉及84名GERD患者的12周临床研究，电解还原水（pH>7），含有未定量的溶解氢，减少了与氧化应激相关的生物标志物水平（例如，MDA, 8-oxo-dG（Franceschelli等，2018年）。尽管没有记录氢气的浓度，作者得出结论，通过摄入电解还原水（ERW），可以迅速减少GERD的症状，改善整体生活质量。

除了用含氢水治疗疾病外，许多研究分析了运动前饮用含氢水的锻炼后效应（Nakayama, Kabayama和Ito, 2016年；Sha等，2018年；Botek等，2022a年），这些研究描述了抗氧化活性的显著增加、乳酸积累的减少（Aoki等，2012年；Ostojic, 2015年）以及运动员通气能力的改善（Kawamura, Higashida和Muraoka, 2020年）。这里，每日摄入含氢水被注意到支持运动后恢复，减轻ROS诱导的炎症，并帮助恢复和预防肌肉损伤（LeBaron等，2019b年；Kawamura, Higashida和Muraoka, 2020年）。

1.5.2 氢气吸入

改编自出版物《气体的相互作用：生物系统中的氧气和氢气》（Russell, May和Hancock, 2024年）。

氢气和氢氧吸入可以是一种简单、有效且便携的给药方式，已经设计了几种产品通过电解水产生含氢气体。吸入是一种非侵入性的氢气输送方式，可以通过雾化器、鼻导管或覆盖口鼻的面罩进行适应使用。

氢气和氢氧吸入疗法都被证明在呼吸系统（LeBaron等，2019b年；Guan等，2020年；Alharbi等，2021年）和心血管系统（LeBaron等，2019a年；Barancik等，2020年；Singh等，2023年）中有积极效果，这很可能是因为应用方法与这些特定组织密切相关。非侵入性吸入输送机制是一种有效且高效的方式，可全身提供氢气，可用于急性和慢性条件治疗。

关于人体研究中氢气的吸收和分布，特别是通过吸入的临床数据仍然很少。尽管如此，一项关于啮齿动物模型的开创性研究（Yamamoto等，2019年）指出，连续吸入3%的氢气导致氢气在不同器官中的分布有显著差异（表1.1），优先积聚在肝脏、大脑和肠系膜脂肪细胞中。遗憾的是，该研究没有涵盖心血管和肺组织，这些组织很可能是吸入疗法的直接目标。

表1.1. 氢气在雄性Sprague-Dawley大鼠内脏器官中的分布。

数据摘自（Yamamoto等，2019年）。

 

在表1.1的基础上，来自猪模型的数据指出，氢气浓度在动脉血中迅速减少，半衰期为92秒，但在静脉血中的扩散时间逐渐变慢（半衰期：门静脉-310秒；下腔静脉-350秒），表明氢气以血流依赖的方式在全身输送（Sano等，2020年）。在肝脏中，如表1.1所示，氢气浓度最高，为29µmol/L，糖原可能作为一种氢气储存分子，在体内保留大量氢气（第4章，第4.3.4节），推测这是由于碳水化合物聚合物具有保持氢气在复合物内的结构特性（Zhang, Xu和Yang, 2020年）。由于糖原在肝脏中保留氢气的能力，氢气在肝系统中的活动可能会延长，这可能解释了为什么这种独特的组织对氢气给药特别敏感（第4章，第4.3.4节）。在非酒精性脂肪肝病的哺乳动物模型中，用4%和67%的氢气吸入治疗被证明可以减少脂肪合成和沉积，以及血清ALT、天门冬氨酸转氨酶（AST）和乳酸脱氢酶（LDH）的水平（Kamimura等，2011年）。高剂量的氢气（67%）被定义为对脂肪沉积影响最大，而低浓度（4%）的效果在肝脏酶谱分析中更为突出（Liu等，2020a）。然而，不仅是肺和肝系统可能是通过吸入传递的氢气的主要目标。在动物中，通过氢气吸入还证明了可以减轻由LPS引起的败血症（Fu等，2009；Xie等，2014；Qi等，2021年）。在这里，氢气被证明可以缓和由血液传播感染引起的急性炎症反应（Qi等，2021年）。除了全身性感染外，还有越来越多的证据描述了氢气吸入对更广泛的心血管系统的有利影响（Tamura等，2016；Chi等，2018；Zhang等，2018；LeBaron等，2019a；Barancik等，2020）。早期报告表明，对于ST抬高型心肌梗死患者，吸入1.3%的氢气可以在给药后6个月恢复左心室建模（Katsumata等，2017年）。术中吸入氢气被证明可以减少生物标志物脂质过氧化、二烯和三烯共轭物以及Schiff碱的水平，这种效果在手术后1天最为明显（Danilova等，2021年），表明氢气可以作为心脏手术中的一种有效且安全的抗氧化剂使用（Tamura等，2016；LeBaron等，2019a）。在慢性心力衰竭模型中，氢气吸入被证明可以显著减少外周血细胞和心肌细胞中的凋亡和氧化损伤（Sim等，2020年；Chi等，2018年），同时氢气还可以刺激胆固醇从心血管系统的泡沫细胞中流出（Song等，2012年），从而减少与动脉粥样硬化和心血管疾病相关的死亡风险。

由于注意到氢气吸入的细胞保护和整体特性具有全身效应，因此体育产业内对这种各自的氢气输送方法的兴趣正在发展。在这里，临床研究揭示了运动时呼吸1%的氢气持续20分钟会增加呼吸乙酸酯浓度，这是一种非侵入性脂质代谢标志物，表明这种方法的应用促进了有利的脂质代谢（Hori等，2020年）。同样，连续七天吸入4%的氢气提高了跑步速度并降低了血液中胰岛素样生长因子-1的水平，这是一种调节葡萄糖转运的调节剂。还观察到促炎标志物CRP和铁蛋白（一种急性期炎症反应物）的显著降低（Javorac等，2019年）。这与氢气可以积极影响先天免疫反应的假设一致。此外，实验室模型中记录到炎症生物标志物（例如，TNF-α、IL-1β、IL-6）；凋亡标志物（例如，caspase-3、B细胞淋巴瘤-2 (Bcl-2)）和热休克蛋白（例如，HSP70）的减少，以及SOD活性的增加（Nogueira等，2021年）。

1.5.3 摄入和吸入的组织差异

尽管直接吸入含氢气体会在血液中提供更大数量的氢气，但血浆中氢气的饱和极限相对较低，为1.6mg/L (0.8mM)，在5分钟后达到峰值浓度，并在60分钟内返回基线水平。动物模型中的药代动力学观察强烈表明，氢气通过简单扩散分布，因为氢气水平在动脉血流中迅速减少，而在静脉血中未见此现象（Sano等，2020年）。进一步的调查揭示，与饮用含氢水相比，大脑、心脏和骨骼肌可以相对较多地吸收氢气（Liu等，2014年）（图1.4）。

 

图1.4展示了通过吸入（左）和摄入（右）氢气的主要目标系统。

 

相比之下，饮用HRW主要影响肝脏、胰腺、脾脏和肠道器官（Liu等，2014），两种给药方式都导致肝脏中氢气水平增加（Liu等，2014；Sano等，2020）。氢气吸入疗法针对的是与HRW不同的组织，因为氢气通过肺实质吸收进入血液，然后分布在全身。这一现象使得通过吸入给药的氢气对哮喘、COVID-19和COPD等呼吸系统疾病非常有益，治疗时症状明显改善（Russell、Nenov和Hancock于2021年综述）。氢气吸入疗法还可以减少由中枢神经系统损伤或疾病引起的生理压力，吸入氢气被证明有助于从创伤性脑损伤（Ono等，2017年）和退行性认知衰退（Nishimaki等，2018年）中恢复。此外，氢气吸入被证明可以改善心脏功能并减少因心脏骤停导致的神经认知衰退（Tamura等，2020年）。这表明氢气被吸收进肺毛细血管，然后随血流直接到达心脏，并通过颈动脉输送到大脑。

吸入氢气后30分钟对组织样本的分析显示，骨骼肌中的氢气水平和保留量远超任何内脏组织，包括大脑和肝脏（Nogueira等，2018；Shibayama等，2020年）。支持这一假设的临床证据表明，氢气可以帮助从身体疲劳中恢复，评估了27名患者吸入氢气的效果，并证明了有益的健康效果，包括在急性COVID-19患者康复过程中增强的身体和呼吸功能，与安慰剂组患者相比（Botek等，2022c）。因此，氢气吸入疗法可以在身体运动和疾病恢复期间提供益处，有证据表明氢气的抗炎和抗氧化特性可以增强身体表现并减轻运动后和恢复期的疲劳指标（Da Ponte等，2018；Botek等，2022b）。

与氢气吸入疗法相比，HRW提供了较少但可计算的氢气剂量。然而，市售HRW可能含有不同量的氢气，范围从0 mg/L 氢气到超饱和水平>15mg/L 氢气，典型饱和水平为1.6mg/L 氢气（Singh等，2021年）。因此，即使每天消耗3L HRW，最大剂量也只有45mg/天氢气，远低于吸入疗法。一项观察每天摄入0.92mg 氢气的HRW水两周效果的临床研究指出，在耗尽测试中生物标志物没有显著变化。只有HRW组维持了高强度运动的最高功率输出（Da Ponte等，2018年），表明氢气可以增强骨骼肌功能。进一步的研究表明，在剧烈运动前摄入5mg 氢气可以降低亚极限有氧运动期间的心率，尽管其他参数如最大摄氧量（VO2）和呼吸率未受影响（LeBaron等，2019b）。相比之下，其他临床研究发现了矛盾的证据，表明HRW可能改善通气能力和降低血液中的乳酸水平（Drid等，2016；Botek等，2021年）。因此，是否摄入HRW能有效缓解骨骼肌压力仍有争议，临床证据仍然存在矛盾。显然，目前关于使用HRW作为体能补充的信息尚无定论，需要在这一领域进行更多研究。

总结来说，氢气吸入疗法已被充分证明是一种高效的抗炎和抗氧化治疗手段，与HRW相比，能够向体内提供更高量的气体。由于氢气分子的简单扩散机制，吸入的主要效应通常在大脑、心血管系统和肺部的近端器官中被注意到，骨骼肌也从氢气吸入中受益。关于HRW对骨骼肌肉的影响的临床证据目前尚无定论。然而，支持HRW作为胃肠相关疾病治疗方法的数据正在增加（这是氢气吸入尚未深入研究的因素）。

1.5.4 饮食补充剂

最近，人们对作为氢气产生细菌前生物基质的产品越来越感兴趣（Chatterjee, Jungraithmayr和Bagchi, 2017; Yu等，2020），特别是Bacteroides和Firmicutes物种（Hylemon, Harris和Ridlon, 2018）。例如，姜黄，Curcumina Longa L.多年生植物的根，长期以来一直被用作胃肠疾病和炎症状况的补救措施（Soleimani, Sahebkar和Hosseinzadeh, 2018），许多报告现在表明姜黄可以调节肠道微生物群的组成，以利于宿主（Zam, 2018）。初步研究表明，姜黄的有益效果可能是通过姜黄发酵产生的氢气的微生物流出实现的（Shimouchi等，2009）。与传统医学补充剂（如姜黄）一起，增加日常膳食纤维和菊粉的摄入量也被证明可以通过为氢气产生物种的代谢活动提供不可吸收的碳水化合物基质来积极影响微生物平衡（Soleimani, Sahebkar和Hosseinzadeh, 2018）。

含有钙（Ca2+）、镁（Mg2+）、植物基抗氧化剂和微量元素的可摄取胶囊，无需处方即可商业购买，这些元素能增强胃肠道氢气的产生。然而，使用此类补充剂时需谨慎，因为缺乏关于产生的氢气浓度、分子效应和长期有效性的科学验证。在目前可用的数据中，一项双盲、安慰剂对照交叉试验（n=10）（Korovljev等，2017年）显示，每天1粒胶囊，含有46毫克钙和40毫克镁的4周疗程，能有效降低一小组中年女性（n = 10）的血清甘油三酯和空腹胰岛素水平。支持这些数据的是，最近的一项分析口服给药氢气诱导型富钙粉末的效果（n = 18）（Alharbi等，2021年）证明，每天一颗1500毫克胶囊产生2.5微克氢气，改善了肺气体交换并增加了血红蛋白和肌红蛋白的O2饱和度。尽管这两种方法都提供了可计算的氢气剂量，但受试者群体较小，且调查的条件不相关（分别为脂肪积聚-O2饱和度）。

通过鼓励肠道微生物群的自然平衡偏向于产氢物种，这种氢气摄入方法可能作为一种预防慢性和昂贵的疾病（如心血管疾病、全身性炎症和2型糖尿病）的手段。如果饮食补充被证明是提高内源性氢气生产的经济有效和可持续方式，它在未来营养教育和相应医疗建议中可能发挥重要作用。

 

1.5.5 富氢盐水

由于在医院环境中使用氢气发生器可能不切实际，因为存在爆炸风险和公共安全问题（第9章，第9.4节），因此建议在临床环境中使用HRS进行术后护理和治疗缺血再灌注、肝病和器官移植（Yaun和Shen, 2016; Obara等， 2024）。HRS被证明是一种实用的氢气给药方法，因为使用盐水溶液已经很常见。日本的一项早期研究表明，将盐水滴袋浸入富含氢气的浴液中三天可以产生饱和溶液（0.8mM），然后可以以与盐水相同的方式分配（Fu等， 2020）。另一种方法是直接将氢气注入介质中，这将更加节省时间，但需要加压氢气才能有效，这可能需要加强安全协议和增加成本。目前，只推荐在大气压力下储存HRS 7天（Fu等， 2020），因此可能需要投资于手动培训、专业设备和存储设施，而这种实施的成本效益也需要在使用HRS广泛采用之前进行评估。

关于HRS在人体内的影响证据有限，尽管一项关键研究已经证明了其在减少类风湿性关节炎患者（n=24）血清中促炎标志物IL-6和促氧化标志物8-oxo-dG水平方面的功效（Ishibashi等， 2014）。围绕动物研究的一系列支持数据描述了通过腹膜腔输注HRS减少了与缺血再灌注相关的激增ROS造成的损伤，特别是在肝脏中被注意到特别有效（Fukuda等， 2007; Uto等， 2019）。此外，研究报告调查了使用HRS处理移植前肝脏片段在器官浴中的效果，表明这种独特的方法可以减少肝脏和近端组织中的细胞凋亡、中性粒细胞浸润和氧化损伤（Uto等， 2019）。当>1.5ppm (氢气) HRS在啮齿动物回肠术后外科闭合期间输注时，也发现了类似的结果（Okamoto等， 2016）。在猪模型中，术后腹膜炎的HRS灌洗显示可减轻败血症引起的器官衰竭（Sada等， 2021），这一因素归因于减少了尿液中排出的8-oxo-dG。

考虑到氢气研究的广度以及HRS广泛应用可能带来的患者治疗效果改善，未来的努力将不得不解决在医院环境中制造和储存HRS的实际问题。

1.5.6 纳米技术

氢气的生产和储存是能源领域迅速扩展的关注点，因为氢被视为燃烧化石燃料的替代品。在这方面，能够保留和储存氢气同时减少爆炸风险的纳米或微米技术，可能会显著减少与工业污染相关的碳排放。

这种为保留氢气作为燃料源而开发的技术（Guo, 2012），因其低重量、低成本和高氢气结合能力，现已被用于医学研究。

纳米技术正迅速成为药物用途的关注点，因为它们可以提供一种局部给药的方式，这种方式主要被认为是安全有效的（Sutariya and Pathak, 2014）。在这里，生物可降解物质如镁（Mg）和钯（Pd）分别在生产和储存氢气方面是有效的。这些金属已被精炼用于治疗炎症相关疾病，如癌症（Liu等，2020b）、类风湿性关节炎（Xu等，2021）和神经退行性疾病（Bilal等，2020）。纳米和微米技术大致可分为两类；纳米装置和纳米颗粒，每种都有独特的机制可以在生命系统中输送氢气。

1.5.6.1 纳米装置：镁/透明质酸

生物可降解的镁基微型马达可以将外部刺激转化为推进力，这是之前描述的Mg/H2O反应的结果（第1.2.1节）。由于已知镁会迅速降解，因此开发了涂有PLGA物质的透明质酸涂层（Guo, 2012），提供了直接和可见的氢气给药的好处，当与超声波可视化并行使用时。尽管在啮齿动物模型中展示了有希望的结果（Liu等，2014；Murthy, 2017），但这些设备尚未在人体中进行测试，潜在副产品的毒性尚未评估。然而，这项纳米技术的潜力是引人入胜的，该领域的进一步研究可能会彻底改变治疗药物和化合物引入哺乳动物系统的方式。

1.5.6.2 纳米颗粒：钯氢化物（PdH）

纳米颗粒与纳米装置不同，它们的晶体结构设计上包含大表面积，因此可以吸附相对大量的用于医疗分布的物质。研究表明，使用纳米颗粒作为针对阿尔茨海默病（Zhang等，2019b）和胶质母细胞瘤（Liu等，2019）模型中的靶向治疗运输药物的有效策略。协调地，出于诊断目的，可以设计具有特定量子特性的纳米颗粒，以改善光学和磁共振成像的质量（Murthy, 2017）。

钯（Pd）以其与氢的高结合亲和力而闻名，在环境条件下吸附大量氢气。合成钯氢化物（PdH）颗粒时利用了一种简单的一步还原路线来形成颗粒（Zhang等，2019b）。这种化学在医药背景下很有用，因为它允许结构晶格形态要么装载氢气用于治疗用途，要么作为氢气检测和净化的资源，正如Zhan等（2020）所提出的。一旦生产出纳米颗粒，就可以将氢气注入含水储存溶液中，使结构充满氢气，然后可以储存以备将来使用。

纳米钯颗粒在分解时会产生副产品（例如，钯晶体）（Cobden等，1998年），如果这种技术要在临床环境中广泛使用，这将需要被考虑。尽管如此，PdH颗粒已被证明在生物系统中具有良好的耐受性，并且可以装载氢气，导致每个钯颗粒吸收约2.46 x 10^-19 mol的氢气（Zhang等，2019b）。这种方法通过弱氢键有效存储氢气分子，直到复合物降解释放氢气负载。采用PdH颗粒进行氢气输送的另一个好处是，钯具有炔烃氢化性能，支持将氢气持续释放到局部组织中（Zhang等，2019b）。这种氢疗机制在神经退行性疾病中有潜在的特定应用，其中通过血脑屏障输送氢气可以减少神经元中的氧化应激（Wu等，2023年），从而防止过度炎症和细胞凋亡。然而，这种技术很少作为临床工具使用，并且尚未以足够的数量生产用于常规医疗用途。

1.5.7 外用给药：浴/凝胶/贴片

氢气可以通过皮肤轻易给药，无论是添加到沐浴水中，还是作为可吸收的凝胶或设计用于逐渐释放氢气的贴片。对医学氢气研究日益增长的兴趣激发了一系列专利设计的外用产品的灵感（Safonov, 2019; Perricone, 2021; Satoh, 2021）。创新的凝胶和贴片可以通过提供可测量的递送时间和准确的剂量来克服围绕准确给药的犹豫，使它们成为治疗伤口的良好候选者。然而，由于这些材料尚未广泛测试，因此可能需要一些时间才能评估这些产品的有效性。

关于在富含氢的溶液中洗澡的研究更为成熟，表明氢气的抗氧化特性可以显著减轻皮肤病的严重程度，包括与年龄相关的退化（Tanaka和Miwa, 2022年）、银屑病（Zhu等，2018年）和伤口愈合（Tarnava, 2021年）。早期评估氢气注入的沐浴水对故意暴露于UVB辐射下的小鼠的影响的研究报告称，烧伤严重程度显著下降，伴随着促炎标志物IL-1β和TNFα的减少以及抗炎细胞因子IL-10的增加（Ignacio等，2013年）。基于这项研究，Tanaka和Miwa（2022年）评估了HRW结合富含氢气的敷料应用对各种老化参数的影响，并得出结论氢气减少了红斑和皱纹，并重新平衡了水分和油脂含量，归因于血液中抗氧化能力的增强。一项为期八周的平行对照试验（n=74），涉及患有银屑病或斑块状副银屑病的患者，他们每周两次接受含有1.0ppm 氢气的氢浴治疗10到15分钟，结果显示在80%的氢气治疗患者中红润和瘙痒明显减少（Tanaka和Miwa, 2022年）。此外，一项为期七天的案例研究评估了含有8.0ppm/氢气的水浸疗法对第五趾近端指骨遭受的创伤性伤害的影响（Tarnava, 2021年），观察到疼痛和炎症迅速减少，运动范围和承重能力也有所改善。

上述证据说明了氢气水疗对于一系列局部炎症状况的有利影响，在这些状况中，传统的合成药物治疗有众所周知的副作用（Lebwohl, 2005; Bajgai等，2021年）。采用氢气策略治疗软组织和结缔组织损伤可能提供一个经济高效且非侵入性的替代方案，以替代当前炎症疾病的类固醇管理。

1.6 目标和目的

目前尚未明确定义氢气生物效应的精确机制，即缺乏主要目标分子靶点的识别，加上给药方法的困难（例如，剂量和剂量频率，以及治疗的长期效果），因此，需要对氢气研究提供证据，说明如何合理有效地将其纳入全球医疗保健实践中。

通过提供新颖的实验协议和关于氢气生物活性的创新理论，本论文的目标是探索一系列理论，包括氢气在生物体中的潜在进化需求；氢气如何在植物和人类中以分子水平相互作用；以及氢气给药对恶性肿瘤细胞的影响。