自发现以来，氢气这一自然界最小、最简单的分子，无色无味，一直被认为是生理惰性气体，仅以物理溶解状态存在于机体，不与机体内任何物质发生任何反应。而2007年，日本医科大学老年病研究所太田成男教授在国际著名医学杂志《自然医学》上发表文章表明，他通过动物实验发现呼吸少量氢气可显著地改善由缺血再灌注损伤所导致的脑梗死，且效果优于临床上常用于治疗脑梗的药物依达拉奉。这一发现翻开了氢气生物学效应研究的新篇章，并迅速引起美国、日本、中国等多国学者关注。

那么，氢气如何在人体中发挥作用，又通过怎样的机制来治疗疾病？要解答这个问题首先需要明确两个与人体衰老及疾病发生密切相关的两个概念：自由基和活性氧。物质组成的基本单位是原子、原子团或分子，其外围常环绕着两两配对的电子，一旦某种原因使得电子不能成对存在，这个基团就会变得活跃，称为“自由基”，生物体内与氧代谢有关的含氧自由基和易形成自由基的过氧化物统称为“活性氧”。人体可以不断地产生活性氧，同时又存在着相对应的平衡系统来中和过多的活性氧。病理情况下（如炎症或应激状态）等，这种平衡会被打破，导致体内活性氧累积，对蛋白质、核酸等生物大分子、细胞产生破坏作用，导致细胞衰老、凋亡或坏死，这就是“氧化损伤”。氧化损伤几乎在所有疾病的发生发展中都起着不同程度的作用，被很多人认为是百病之源。因此，一直以来，人们都在寻找抗氧化剂，以此中和人体内过多的活性氧，从而达到治疗疾病的目的。

在找寻抗氧化剂的过程中，科学家还发现，并不是抗氧化剂越强，它的作用就越好，甚至反而有可能导致疾病发生。最主要的原因就是活性氧也有“好坏”之分，如一氧化氮就是体内重要的气体信号分子，参与血管功能的调节，是一种“好”的活性氧。因此一味地清除活性氧并不一定能达到治疗疾病的目的。最理想的解决途径就是能够找到一种抗氧化剂，在保留“好”活性氧的基础上，中和“坏”活性氧，发挥类似“取其精华，去其糟粕”的功用。而氢气，恰好就有这种特性，即“选择性抗氧化”。太田成男教授发现氢气只能选择性地与体内“毒性”最强的两种活性氧羟自由基、亚硝酸阴离子反应，这也正是氢气在体内发挥作用的基础。太田成男教授同时还发现氢气具有抗炎、抑制细胞凋亡等多方面的作用。

一系列基础试验及临床研究都显示，氢气在多种疾病中发挥着积极的作用。（1）缺血再灌注损伤性疾病：机体组织器官正常代谢及功能的实现必须依赖良好的血液供应，血液一旦中断，会造成组织器官缺血缺氧损伤，而当再次恢复血供时，会导致更加严重的组织器官损伤，这就是“缺血再灌注损伤”。这是因为血液的再次灌注会诱导活性氧增多，从而引发氧化损伤，例如羟基富集会造成核酸、蛋白质、细胞膜损伤，进而导致细胞凋亡和死亡，临床上这种损伤可见于血管栓塞（如脑卒中）、器官移植等。氢气则恰好可以选择性地与羟基发生氧化还原反应，动物实验也已证实富氢水所含的氢气能够有效缓解脑、心脏、肝脏、肠道、肾脏等器官缺血再灌注引起的损伤。（2）炎症性疾病：炎症反应和氧化应激是紧密相连的两种病理生理过程，炎症组织周围常常会存在大量活性氧，氢气通过其“选择性抗氧化”的特性，发挥抗炎作用，目前的发现也表明氢气可以在胰腺炎、肝炎、脓毒症、炎症性肠病等疾病的治疗中发挥作用。（3）中枢神经系统退行性病变：Fujita等在小鼠帕金森病模型中证实氢气水可以保护动物脑内多巴胺能神经元，减轻行为学改变，从而抑制帕金森病的发展与演进；，本课题组发现氢气饱和生理盐水可以改善阿尔兹海默模型小鼠的行为认知障碍。（4）代谢性疾病：随着人们饮食习惯、生活方式的改变，因代谢异常而引起的慢性疾病即代谢性疾病的发病率越来越高，包括血脂异常、糖尿病、肥胖、高血压等。Nakao等在20名代谢综合征患者的研究中发现，每天饮用1．5～2升富氢水，持续8周后，人体血液和尿液中的氧化指标发生显著改善。Kajiyama等在30名Ⅱ型糖尿病患者中采用随机、双盲和安慰剂对照研究发现，连续饮用0．9升富氢水8周，可以改善患者异常的糖代谢和脂代谢，降低血液中低密度脂蛋白含量。在6名糖耐量异常患者中，4人的糖耐量恢复正常，这也表明氢气对人类糖尿病具有一定治疗作用。