肠道菌群和氢气医学效应的关系存在相互作用，肠道菌群代谢产生氢气，氢气也会影响肠道菌群。一各方面是，肠道菌群对氢气的代谢非常活跃，可以给整个人体宿主提供氢气的来源，实验发现通过调节这种来自肠道的氢气可产生生物学效应，人体健康也可能和肠道菌群氢气代谢存在密切关系。另一个方面是，外源性氢气补充也可能会影响肠道菌群，因为肠道菌群对宿主健康影响广泛，这也可能是氢气发挥广泛生物学效应的重要原因。
许多报告表明，产氢细菌在肠道中有一些生理作用。例如，2009年哈佛大学医学院就有报道称产氢细菌可以抑制小鼠肝炎的发展，抗生素清除产氢细菌后，这种作用消失了(Kajiya et al. 2009)。乳果糖是仅由肠道细菌消化和吸收的糖，人体口服乳果糖可以增加肠道细菌产生氢气。一项研究报道称，给大鼠口服乳果糖能使动物体内产生大量氢气，这种氢气可以保护大脑缺血再灌注损伤(Zhai et al. 2013)。据报道，帕金森氏病患者的肠道中几乎没有产氢细菌，即使给患者服用乳果糖，其呼吸气中氢气也没有健康人多。帕金森病患者中，肠道细菌不能产生足够数量氢气抑制疾病进展(Ito et al. 2012;Scheperjans et al. 2015; Hasegawa et al.，2015)。也有研究报道发现，百岁老人体内产生的氢气是普通人的三倍，其子女也超过一般人水平，虽然这不能证明肠道菌产氢气能力和长寿的必然联系，但关于氢气生物学效应的大量证据仍然让人非常期待氢气和长寿存在关系。
最近一项研究发现，氢气对脓毒症的影响体现肠道菌群产氢对损伤的抑制作用(Ikeda et al . 2018年)。细菌易位是指肠道细菌或有毒介质从肠道逃逸到远端器官，被认为是严重疾病，如创伤、烧伤、缺血再灌注损伤和脓毒症等导致多器官功能障碍综合征的根源。Ikeda等在盲肠结扎穿刺诱导小鼠脓毒症实验中，将动物分为假手术组、生理盐水对照组和氢水改善组等三组。氢水改善组手术后7天口服15 mL/kg氢气生理盐水。结果发现氢水改善组成活率比生理盐水对照组显著提高30%(图10)。特别突出的变化是，氢水改善组和对照组之间微生物组成显著不同(图10a)。盲肠结扎穿刺前两组菌群的微生物组成基本一致，以Muribaculaceae为主;盲肠结扎穿刺后1天，对照组肠杆菌科暴增，氢水改善组并没有出现这种改变。盲肠结扎穿刺后7天，对照组Lachnospiraceae相对丰度增加，氢水改善组没有出现这种改变。图10b所示的定量分析中，对照组肠杆菌科菌数在第1天增加了10万倍，第7天基本恢复正常，氢水改善组始终未出现明显改变。
这一点在细菌易位中得到了进一步体现。盲肠结扎穿刺后24小时从肠系膜淋巴结和血液中取样本，厌氧培养24小时，计数菌落数量。图11所示，对照组肠系膜淋巴结和血液中发生细菌易位在氢水改善组显著减少。组织学观察显示，脓毒症所致的肠高通透性是黏膜损伤的结果，氢水改善组肠高通透性得到改善。氢水改善组肠道氧化应激水平也有所降低。肠杆菌科含有一些潜在致病菌，如大肠杆菌、克雷伯氏菌、变形杆菌和柠檬酸杆菌。事实上，有报道称致病性大肠杆菌粘附可直接破坏屏障功能，允许细菌通过细胞内途径穿过粘膜。Ikeda等人的实验表明，口服氢水可以抑制这种现象。
肠道菌群是近年来研究的热点，研究发现它在人类健康的各个方面发挥着重要作用。其中，肠道菌群对免疫系统的影响尤为重要。肠道共生微生物群给免疫系统提供了一个补充的人体基因库。微生物群的大小和组成在不同个体之间有很大不同，不同个体微生物群是不同的。通过移植一些改造的肠道细菌微生物能对一些疾病产生改善效果。
对免疫系统的重要意义是，作为一个整体微生物群可让免疫系统对不断入侵的病原体保持警惕。该系统出现漏洞是某些疾病发生的原因。人们普遍认为，疾病往往是微生物组成平衡破坏引起，而并非特定细菌的有害作用。为了使微生物群免疫系统在人体中正常发挥作用，菌群与先天免疫系统协作必不可少。
氢气对肠道微生物群的影响在这方面很有启发意义。Ikeda等认为，氢气对微生物群的显著作用应引起微生物群免疫活性的巨大变化，这可能是氢气改善疾病的关键作用机制，能合理解释氢气效应的广泛性和预防作用。微生物组研究和氢气医学都是年轻的研究领域，涉及许多尚未阐明的问题和现象，它们之间联系的重要性也是不言而喻的。
图10 氢气生理盐水抑制肠道肠杆菌科过度生长。
(a) 盲肠穿刺引起肠道菌群发生系列改变。 (b)盲肠穿刺引起肠道肠杆菌科改变非常显著，其中第一天升高10万倍(Ikeda et al. 2018)。
图11 氢气生理盐水抑制小鼠肠系膜淋巴结(MLN)和血液细菌易位(Ikeda et al.2018)。
