氢作为自然界中最简单的元素，无论是在宇宙的起源还是在生命的进化过程中，都扮演着至关重要的角色。但在大多情况下，人们对氢气的认知存在“刻板印象”，难以接受其具有显著的生物学效应。然而，随着21世纪以来生命科学迅速发展，氢这种最简单的元素偶然进入了生物学和医学家的视野。鉴于人们对氢气性质的了解日趋全面，特别是潜水医学领域对氢气的生物安全性的系统研究，当氢气生物效应发现后，其医学价值迅速受到重视。仅仅在过去17年里，氢气的生物医学效应就被广泛研究，已有超过2000篇同行评议论文先后发表，并形成独特的氢医学理论体系。 本文对氢医学的发展现状、发展趋势及未来展望等方面进行系统性介绍。    
 
    本质可行性： 氢是生命元素        
 在生命起源的原始地球大气中，氢气占比极高。研究表明，氢气是生命起源的基本环境因素。20世纪关于有机物化学进化过程的米勒实验等研究揭示了氢气是参与前生命有机分子进化的必需物质基础。作为最简单的还原底物分子，氢气为原始生命的产生提供了能量基础。原核细胞到真核细胞的转变是地球生命进化中的最重大转折点，是地球真菌、动植物等复杂生命形式形成的进化原点，而线粒体的出现是真核细胞能量代谢的结构基础和多细胞生物进化的基本条件。目前学术界认为，线粒体起源于一种古老的α变形菌，这种作为线粒体祖先的细菌也恰好是合成氢气的细菌。无论从生命诞生的物质基础，还是到进化过程中低等生物对氢气的利用，都充分展现了氢气对生命体的独特性，氢无疑是一种“生命元素”。    
 
    研究历程： 氢医学研究的标志性节点        
    起始： 大深度饱和潜水        高气压是潜水活动所独有的挑战，而经典的压缩空气潜水面临着三大难以逾越的生理极限，即氧气毒性、氮气麻醉性及压缩空气的呼吸阻力增加。人们尝试用氦气解决以上问题，然而氦气在潜水应用中的最大障碍是其资源稀缺性，同时氦气潜水也无法避免大深度潜水时的高压神经综合征的问题。为突破氦气潜水的局限性，自20世纪40年代起，欧洲潜水医学界先驱率先开展氢气应用于大深度潜水的系列研究。后续研究发现，即使在数十个大气压的高压氢气条件下，除了对心率有抑制作用和轻微神经系统麻醉作用外，几乎不存在毒性。然而在氢气用于大深度饱和潜水的三十年间，氢的生物医学效应长期被大众乃至学术界所忽视。在大多情况下，人们对氢气的认知存在“刻板印象”，难以接受其具有显著的生物学效应。直至1975年，美国学者在Science上发表文章，证明8atm（1atm=1.013×105Pa）氢气吸入能治疗小鼠的皮肤鳞状细胞癌，才为氢气的生物学效应提供了实验数据支持，然而也并未引起学术界的关注：推测主要原因可能是考虑到使用高压氢气存在爆燃的风险，因此几乎无法实现临床应用。 
     转折： 氢气的选择性抗氧化作用的发现        氢医学研究的转折点出现在2007年。一家从事氢水商业推广的日本东京企业，偶然发现氢气可能具有健康促进效应，之后委托日本医科大学老年病研究所教授太田成男开展这一研究。该研究发现氢气具有抗细胞氧化损伤和动物脑缺血损伤的治疗作用。2007年，该团队在Nature Medicine上发表了氢气生物学效应的重要研究成果。他们发现，即使在2%~4%的低含量下，氢气依然能够通过选择性清除羟自由基来改善大鼠脑缺血再灌注后的脑损伤。而由于空气中含量低4%的氢气没有燃烧和爆炸风险，此前针对高压氢气爆燃风险的可能性被一定程度上抹消，为氢气的安全使用提供了新的可能性。此后，氢医学的发展进入了高速发展阶段。  
     高速发展： 氢医学研究爆发        在2010年后，得益于国内外对氢医学领域方面奠定的牢固基础，氢气医学的发展自此进入高潮，直至今日依然处在高速发展阶段。代表性成果包括氢水对高血脂患者的有益作用、氢热协同作用治疗肿瘤、氢氧混合气改善慢性阻塞性肺疾病急性加重期症状等；此外，在基础研究方面，2024年于Cell发表的文章非常明确地证明氢气是甾体21去羟化酶的底物，可以直接参与生命体物质代谢，为氢医学的后续发展提供了更加坚实的理论基础。从下面的代表性工作表格可以看出在2010年后氢气医学的发展进入井喷期，平均1-2年便有一项代表性成果发布。    1943-2024年代表性氢医学相关研究成果      
    发展现状： 氢医学的高速发展势头仍将延续        
 目前，氢医学的应用场景日益广泛，不仅在医院临床治疗中展现潜力，也在亚健康管理、运动康复、美容抗衰老等大健康领域受到关注。具体而言，其发展现状主要包括四个方面：     氢医学证据质量不断提升        氢医学之所以能够在不到20年的时间里发展到如今的规模和体量，很大的原因就是得益于氢医学的基础研究工作。目前，氢医学研究几乎涵盖了所有系统的各类疾病，超过170种疾病模型。而随着氢医学基础研究对疾病种类的趋于饱和，以及氢医学转化应用的需要，高质量的临床研究逐步受到重视。目前，氢医学的临床研究论文总量已经突破160篇，包括呼吸、循环、消化在内的人体主要系统。不同的氢气治疗手段对于不同系统的疾病具有各自的优势。  
   呼吸系统    
           
  对于呼吸系统而言，氢气吸入是最为直接的治疗手段。氢气分子量小、气道阻力低，同时其能够直接作用肺泡上皮细胞，并迅速通过气体交换进入循环。具体案例包括： ?  氢氧混合气能够减少气道呼吸阻力，缓解慢性阻塞性肺疾病患者急性加重期症状；  ?  氢气对2019冠状病毒病（COVID-19）引起的急性呼吸窘迫具有改善作用，可提高缺氧患者的氧饱和度。     消化系统    
           
  对于消化系统而言，可通过饮用氢水的方式达到治疗目的。一方面，氢气呼气试验可作为胃肠道疾病诊断；另一方面富氢水能够增加肠道双歧杆菌水平，以肠道菌群作为媒介治疗消化系统疾病。具体案例上，利用肠道菌群可以利用益生元产氢的原理，使用阿卡波糖内源性增加氢气产生，从而改善2型糖尿病患者的炎症水平。  
   循环系统    
           
  一般而言，可以通过在高通量的血液透析和腹腔透析过程中引入氢，使其可以直接作用于循环系统。富氢血液透析可以有效降低在透析过程中的氧化应激水平，并改善患者的营养状况；此外，富氢血液透析能够改善患者的预后，降低患者心血管事件的发生。 
 以上部分典型的氢医学临床研究为推动氢医学走向应用起到了性的作用，而未来氢医学需要更多高水平的临床研究，进一步为氢气的有效性提供强有力的证据。  
  
     氢医学研究机制不断深入        得益于氢气独特的理化性质，氢分子能够快速穿透生物膜，到达细胞及亚细胞内并发挥效能。逐渐增多的证据表明，氢气具有显著的抗氧化、、减少细胞死亡等作用。 抗氧化方面，氢气发挥抗氧化作用的机制可归纳为两点： 一是氢分子通过随机碰撞与自由基发生非酶促相互作用。这种相互作用具有强选择性，即氢气容易与氧化能力较强的氧化剂发生反应，如羟自由基、过氧亚硝基阴离子，这两种强氧化剂易与核酸、脂质和蛋白质反应，导致DNA断裂、脂质过氧化和蛋白质失活。而氢气对于那些氧化能力较弱的信号氧化剂，如超氧阴离子、一氧化氮、过氧化氢等反应性较低。氢气的这种选择抗氧化性能很好避免强氧化剂对生物大分子造成的氧化应激损伤，且不影响机体本身信号转导相关的活性氧。由此从调节氧化应激的角度来看，氢气比普通氧化剂，如维生素C、维生素E等更具优势。 二是氢气可能通过激活内源性抗氧化系统实现抗氧化作用，如氢气能通过增加过氧化氢酶、超氧化物歧化酶或血红素氧合酶-1的表达来提高细胞保护效应。 方面，氢气可以通过直接下调炎症细胞因子阻止中性粒细胞和巨噬细胞的浸润来抑制组织损伤。同时，氢气减轻炎症的反应也可能与其调节细胞信号传导和基因表达相关。研究发现氢气能够显著调控多个急性验证其反应信号通路。此外，氢气也被证明具有抗凋亡、调节能量代谢及细胞信号通路等作用。 而在进一步的机制方面，当前针对氢气的研究机制逐渐深入至氢气的靶分子这一关键问题。氢气通过清除羟自由基发挥抗氧化的作用是明确的，而氢气是否能够通过影响自由基水平进而调控生物大分子的表观修饰值得探讨。上海交通大学氢科学中心何前军教授的最新研究成果表明，铁卟啉可以作为氢气分子催化剂，介导催化加氢反应；此外，也有学者提出氢气是否能够通过类似惰性气体的形式作用蛋白质分子。哈佛大学研究人员在Cell发表关于氢气作为21脱羟基酶底物参与肠道内孕的生成的研究，提示这种酶可能是氢气发挥生物作用的调控分子，这一线索将有助于人们寻找到氢气的特异性生理效应靶向分子。无论如何，对于氢气直接作用靶点的探索必然是氢医学未来需要攻克的难题。  
     氢医学研究范围不断拓展        随着广大人民群众对生活质量的要求日渐提高，卫生健康整体的政策业已发生了方向的转变。2024年6月，国家卫生健康委员会发布了《关于开展全面健康素养提升3年行动（2024—2027年）的通知》，重点强调进一步推动卫生健康工作从“以治病为中心”向“以健康为中心”转变。而氢医学的内在属性决定了其要坚持“以健康为中心”，发挥疾病预防与健康促进的作用。 过去的氢医学无论是基础研究还是临床研究，更多的关注点还是在疾病的治疗上。然而无论是氢气的生物学效应的特点，还是氢气的应用形式，人们使用氢气更理想的是一种以日常生活方式的形式融入到整个生命周期：从本质属性来说，氢气不同于药物，其对于生物体具有极高的安全性，客观上保证了其可以长期使用；而经济性方面，其以极低的成本换取潜在的健康，是氢气能够作为日常健康维护重要手段的原因。此外，从三级预防的角度，氢医学在各级预防中都能发挥有效作用：从氢气的效应和机制上看，氢气可以达到“治未病”的效果，实现病因预防。氢气在疾病早期同样可以起到逆转或者减缓进展的效果，发挥临床前的预防作用；在临床预防上，氢气的使用可以配合药物或者临床治疗手段，不仅可以提高治疗效果，还可以改善生活质量减少临床治疗的副作用。 而进一步地，从健康促进或疾病预防的手段上来说，氢气对于营养、运动、心理和康复也有独特的效用，从这一点上来说氢农业和氢医学在某种意义上具有奇特的关联性：目前，研究发现氢气对于食物营养价值及人体营养代谢都可产生影响。 食物营养价值方面，一项研究表明，富氢水洗涤黄油可以降低其酸度值，在保证口感的同时增加安全性。气调保鲜技术是果蔬运输储存延长保鲜时间的重要手段。氢气气调对于延长果蔬保质期、维持活性营养素成分有显著价值。 人体营养代谢方面，气对人体营养物质代谢的影响可以总结为两大方面：一方面氢气能够调控营养物质的消化吸收和代谢，特别是脂代谢方面：氢气能够调控胆固醇转运等，对脂代谢紊乱具有预防价值；另一方面，氢气能够协同营养物质更好地发挥后者的生理功能，如氢气能够协同维生素C发挥效应。 而在其他方面，氢气同样具有独特的效用。例如运动方面，氢气在提高运动表现及加快能力恢复上展现出卓越的效果，这能够为运动者增强信心并激发动力，同时氢气可以防治运动伤的发生，延长运动员职业生涯；心理方面，氢气被证明能够改善使用者的心理状况，如焦虑、抑郁等情绪。随着卫生健康工作从“以治病为中心”到“以健康为中心”的转变过程中，氢医学的研究边界将不断得到拓展，进一步深入普罗大众的日常卫生健康生活中。  
     氢医学研究模式不断创新        氢医学的发展还体现在研究者对氢气的认知不断突破。最初，氢气在生物医学领域面临大量质疑，因此氢医学研究者最开始所遵循的是传统医学研究的规律和方法，即聚焦在以药理学研究为代表的经典研究；而随着氢医学进一步发展，近年来，研究者不断在尝试用新的手段、新的理论、新的工具去解决氢医学问题。 氢气给药方式创新。为了解决氢气给药的局限性，固态氢载体被用于氢医学研究，其中，以氢化镁、氢化钙及纳米硅为代表的固态氢载体被用于各类疾病模型。固态氢载体最大的优势在于能够有效控制剂量且实现高剂量给氢，为氢气的剂量效应研究提供了新手段。此外，固态氢载体可以引入氢热协同效应，更为有效地用于癌症治疗。 氢气使用剂量提高。在提高氢气剂量上，有研究采用完全不同的思路，将氢气以纳米气泡（1μm以下）的形式分散在水中，一方面增加了水中的氢含量，另一方面延长了氢气在水中的时间。 氢气检测技术创新。氢医学基础研究的困境很大程度上是受限于氢气检测技术，由于氢分子足够小，现有的检测设备很难完成氢气的体内检测。因此，环境检测中的氢电极被应用于监测动物体内氢含量的变化。但由于该方法对检测对象的稳定性要求较高，而活体检测对象是动态变化的，因此该方法在动物体内检测时存在局限性。近年来，生物传感器被广泛地应用于生物医学研究。基于此思路，何前军团队利用铁卟啉作为氢气分子的生物传感器开发了氢探针，可以用于检测体内氢气含量。 氢医学理论层面突破。在氢医学理论层面，马雪梅教授提出了线粒体I氢化酶活性假说，核心观点为线粒体复合物I仍然保留氢化酶活性，能够直接利用或者生成氢气，进而维持氧化还原稳态。2024年，发表在Cell的研究发现肠道菌群在甾体21去羟化酶参与下以氢气作为辅基调控物质代谢，该研究为氢气、肠道菌群和健康效应之间的联系开创了新的理论基础。氢医学理论和技术上的创新，是其发展的原动力，国内外学者也在积极探索，期望在氢医学的基础研究上取得突破性进展。 学科交叉融合。近年来，材料学和纳米技术的发展也给氢医学带来了机遇，结合药物的靶向传递技术，研究人员利用纳米载体（如纳米颗粒、纳米棒等）实现了局部产生和释放氢气的目的。典型研究包括光催化TiO2释氢治疗糖尿病伤口愈合、纳米钯催化产氢治疗阿尔茨海默病、热疗联合PdH0.2纳米材料释氢治疗乳腺癌等。 此外，氢医学效应特点与中医药有许多相似之处，国内学者将氢医学与中医相结合，提出了氢中医理论；氢气联合中药实现了疗效的倍增。氢气联合干细胞、氢气联合营养素、氢气联合放化疗等都被证明取得了显著的效果。氢医学与其他学科领域的交叉融合是其实践过程中的重要探索。但要实现更大的突破，需要创造性地理解和深化这种交叉的形式与深度。      
    发展现状面临挑战与建议： 氢医学仍未“从弱到强”        
 氢医学的特点和优势决定了其在人们追求更高健康水平的道路上能够扮演重要的角色。从1943年到现在，氢医学已经实现了从无到有、从小到大的转变，但要实现从“初露锋芒”到“中流砥柱”的转变，仍面临诸多挑战： ?  科学性质疑：起步晚，研究者相对较少，加之部分非专业宣传的夸大，导致公众乃至部分学术界对其科学性存疑。  ?  理论体系不完善：新兴学科理论构建尚需时日，现有生物医学理论难以完全解释氢气的复杂效应。  ?  基础研究受限：氢气分子小、易扩散，体内精准检测、追踪和定位仍是技术瓶颈。  ?  高等级临床证据不足：亟需更多大规模、高质量的随机双盲对照临床试验，但这需要巨大的资源投入，而氢气作为简单分子，其药物商业潜力尚未充分吸引投资。  ?  产业生态未形成：公众认知度影响市场需求，尚未形成成熟的产业链和行业规范。   针对这些挑战，专家建议：整合优势资源，攻克关键科学问题；构建专业研究平台，加速人才培养；加强科普推广，提升社会认知；制定行业标准，推动产业良性发展。    
 氢医学，作为一门充满活力的新兴交叉学科，正以其独特的魅力和巨大的潜力，为我们理解生命现象和攻克疾病挑战开辟了新的视角。从最初的潜水医学探索到如今覆盖全身各系统的多疾病研究，从选择性抗氧化的精妙机制到“治未病”的健康管理理念，氢气这个宇宙中最简单的元素，正展现出其不凡的医学价值。 诚然，氢医学的发展之路并非一帆风顺，理论深化、技术突破、临床验证、产业规范等诸多环节仍需科研工作者、医务人员、产业界乃至全社会的共同努力。但正如每一次医学革命的开端，挑战与机遇并存。我们有理由相信，随着研究的不断深入和应用的持续拓展，氢医学必将在未来的健康事业中扮演越来越重要的角色，为提升人类健康水平、构建美好生活贡献独特的力量。