许多抗氧化剂具有疾病治疗潜力，氢气作为一种新抗氧化剂也具有同样作用。和许多传统抗氧化剂不同的是，氢气选择性抗氧化特点是不影响活性氧生理功能的抗氧化，且氢气使用方面，经济实惠，是能使用的具有生理效应的，不干扰身体稳态的理想抗氧化工具。
一、氧化应激是许多疾病的共同病理基础
活性氧（ROS）和活性氮（RNS）是有氧生物中能量代谢的副产物。ROS包括超氧阴离子（O2-）、羟基自由基（OH）、过氧化氢（过氧化氢）和活性氮（RNS）表示。RNS包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（二氧化氮）和过氧亚硝酸盐阴离子（ONOO-）。这些ROS/RNS具有破坏蛋白质、脂质和核酸的能力。ROS对细胞无膜、线粒体和细胞核等细胞结构有直接的有害影响，并对多个细胞信号通路有调节作用。有许多ROS过度产生的情况，如辐射、缺血/再灌注（I/R）、炎症、类风湿关节炎和其他病理，包括衰老。ROS的形成可被多种外部刺激刺激，包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、表皮生长因子（EGF）、白细胞介素-1β（IL-1β）、缺氧和辐照。 抗氧化剂可以减轻过量ROS的有害作用。抗氧化剂储备由酶促酶（谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等）组成，以及非酶促物质（维生素C、维生素E、类胡萝卜素等）。使用一氧化碳（CO）和硫化氢等气体已被证明对抗氧化应力有好处。
ROS在许多细胞功能中都很重要，如核因子-红细胞-2相关因子2（Nrf2）通路的激活。ROS在体内外[19-21]中均能激活Nrf2基因的表达及其转录活性。这些数据表明，对促氧化剂的适应降低了Nrf2的激活能力，但同时启动了细胞增强抗氧化反应，而抗氧化反应依赖于Nrf2 以外的其他因素。研究表明，ROS和RNS的过量产生或消除不足是包括脓毒症[23]在内的许多疾病最重要的致病机制之一。线粒体或NADPH氧化酶-4产生的ROS已被证明通过磷酸酶的可逆氧化和蛋白激酶的激活对受体介导的信号转导非常重要。在这种情况下，有意产生ROS的细胞室和NADPH氧化酶-4活性似乎在细胞存活、分化、增殖和迁移中发挥了重要作用。
为了保护组织免受ROS的影响，人们对一些抗氧化分子进行了研究和研究。褪黑激素是一种众所周知的内源性抗氧化剂，也是一种诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的抑制剂。它还能增强内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的表达。褪黑素已被证明可以减轻I/R诱导的线粒体肿胀，并保护肝移植物免受I/R损伤[29-31]。抗坏血酸（AA）是一种有效的ROS生理清除剂，常被用于试图和减轻ROS诱导的细胞损伤。然而，高浓度的AA会加剧磷酸I/R损伤，可能是由于它与铁的氧化还原相互作用，成为促氧化剂。阿尔法-生育酚（维生素E）是一种脂溶性抗氧化剂，可减弱细胞膜和质脂蛋白中脂质过氧化的繁殖。然而，一项荟萃分析表明，高剂量维生素E（>400IU/天）应避免服用，因为它往往会增加死亡率[34]。运动诱导的ROS产生对于良好的生物适应至关重要，而外源性抗氧化剂补充可以阻碍这些运动训练的好处。另一种对抗过度氧化应激的方法是抑制参与ROS产生的酶。例如，基质金属蛋白酶（MMPs）与心血管疾病中的氧化应激有关。四环素家族的抗生素强力霉素已被发现可以抑制MMP-2的表达和保护心功能免受I/R损伤。联合使用几种抗氧化剂和前列腺素是否比简单地用一种单一的化疗药物来增强器官的抗氧化能力更有效，还有待观察。然而，联合利用抗氧化剂和刺激器官的抗氧化能力可能是有效的，值得更深入的研究。
不幸的是，传统抗氧化剂或内源性抗氧化剂诱导剂所需的治疗剂量往往在所需的水平上表现出高毒性，从而限制了其使用在预防氧化应激相关疾病的狭窄和无效的范围内。 分子氢由于其独特的物理和化学性质，为治疗疾病具有多种优势。 2007年，氢分子在《自然医学》杂志上首次被报道，它作为一种选择性抗氧化剂，可以治疗氧化应激。 H2优于其他抗氧化剂，因为它可以选择性地降低●OH自由基，同时保留其他用于正常细胞信号转导的重要ROS和RNS（图1）。新的证据表明，单状h2在各种动物疾病模型和许多人类疾病中具有多效性治疗作用。
氢分子可以通过多种方式摄入，包括吸入或溶解在0.8 mM（1.6 mg/L）的溶液中，然后可以以吸氢水或以氢盐水的形式摄入。这一剂量足以在代谢性综合征等人类疾病中发挥生物学效应。氢的生物学作用包括抗氧化、抗炎、抗凋亡、抗休克和调节自噬。这些作用是通过直接清除自由基和/或间接调节信号传递和基因表达来实现的，每一种表达都涉及多种信号通路和串扰 氢具有高度扩散性，容易到达亚细胞室，如线粒体和细胞核，它们分别是ROS产生和DNA损伤的主要部位。氢能选择性地降低有害的羟基自由基和过氧亚硝酸盐，但不会降低一氧化氮（NO）的稳态水平。缺乏对NO的反应性使氢气与NO，这已被证明是临床有效性。在治疗浓度下，氢气与其他气体缺乏反应性，使得氢气可以与其他治疗气体一起使用，包括吸入麻醉剂。
