一、早期氢气医学研究
最早的氢气医学效应研究论文见于1975年《科学》杂志，美国贝勒大学的学者报道，连续14天暴露在8个大气压氢气中对皮肤鳞状细胞癌有改善作用。2001年，法国科学家证明同样压强的氢气对血吸虫感染引起的肝炎具有改善作用。可能因为氢气有爆炸风险，高压氢气实验的操作难度大且很难在临床医学采用，这些研究没有引起医学界的重视。
早期高压氢气医学研究没有引起人们对氢气改善人类疾病可能性的关注，在潜水医学领域氢气也一直被作为生理惰性气体看待。直到2007年，日本医科大学老年和发育研究所太田成男教授课题组经过潜心研究，证明大鼠吸入氢气(2%，35分钟)可以改善脑缺血再灌注损伤，相关研究结果以长篇论著形式发表在世界著名杂志《自然医学》上。随后他们又证明吸入2%的氢气对肝脏和心肌缺血再灌注损伤有改善作用，这些研究结果提示氢气有可能作为干预手段应用于临床疾病的改善，氢气医学效应的潜在应用前景才真正受到重视。
虽然1975年就有学者开展氢气改善癌症的研究，但当时采用连续吸入8个大气压的高压氢气。2007年日本学者的研究是采用吸入35分钟0.01~0.04个大气压的氢气，两种剂量相差数十万倍，完全不可同日而语。因此，学界公认2007年日本的氢气医学研究是氢气医学研究的奠基性工作。
二、发展迅速的氢气医学
太田教授在《自然医学》发表研究论文以后，氢气医学开始受到国际学术界重视，至今已经发表1500多篇相关研究论文，目前参与氢气医学研究最多的是中国和日本学者，全面了解中日学者的研究成果可以迅速掌握氢气医学研究的全貌，这不仅是研究者必须了解的知识，也是氢产业发展需要重视的理论基础。
21世纪初，在企业界开发氢气相关产品的同时，氢气的医学效应研究也受到学术界重视，日本有多家参与氢气医学效应研究的学术机构，其中日本医科大学老年和发育研究所最早开展氢气医学研究，同时也是最为成功的。太田教授发表在《自然医学》的氢气医学奠基性论文，在当时引起学术界的轰动以及各大媒体争相报道(见图2-1)，截至2019年底，该论文被引用次数已经超过1560次。这一研究报道彻底改变了学术界对氢气的认识，并迅速引起日本、美国和中国等国家学者的广泛关注。
图2-1 日本各大新闻媒体对氢气医学研究的报道
2008年，第二军医大学孙学军教授课题组在《神经科学通讯》上发表文章，证实吸入氢气对新生儿缺血缺氧性脑病的改善作用，这是中国学者在国际上发表的第一篇氢气医学研究论文。同年日本医科大学再次证明吸入氢气可改善肝脏和心肌缺血再灌注损伤(这说明该课题组的氢气效应研究已经形成了系列，也提示该课题组对氢气医学效应研究非常重视)。美国著名研究机构匹兹堡大学Nakao教授课题组发表吸入氢气改善小肠移植的研究论文，首次在国际上证明氢气的抗炎症作用是其发挥疾病保护作用的基础。众所周知，炎症几乎是人类所有疾病发生发展的共同病理生理学过程，这一发现给氢气的医学应用开辟了广阔前景。后来匹兹堡大学又相继报道了氢气对心、肺、肾脏和血管移植改善效果等一系列研究结果。
三、中国氢气医学发展历程
第二军医大学孙学军教授课题组在发表国内第一篇氢气医学论文后，考虑到吸入氢气研究需要的设备较为复杂，加上氢气具有易燃易爆的特性，很多学者对此有畏惧心理。从科学研究的便利性和创新性角度出发，孙教授课题组研发制作氢饱和生理盐水(利用气体加压装置促进氢气在水溶液中溶解)用于氢气医学研究，首次证实腹腔注射氢气饱和生理盐水也能有效地改善新生儿缺血缺氧性脑病。该课题组先后与多家研究机构合作开展研究(包括小肠缺血后损伤、急性胰腺炎、脊髓损伤、胆管阻塞损伤、慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)、阿尔茨海默病、动脉粥样硬化、皮肤移植后损伤保护和噪声性耳聋等)。同时课题组还开展一氧化碳中毒迟发性脑病、潜水减压病、慢性氧中毒肺损伤等氢气医学研究项目。从2008年至2018年，孙学军教授课题组先后发表氢气改善各类疾病方面的论文100多篇，论文发表数量超出该领域第二和第三的研究课题组的论文数量总和，是国际上氢气医学领域发表论文最多的课题组。许多论文都是国际首次报道的氢气医学效应研究，对中国氢气医学研究的迅速发展起了极大的促进作用。
中国的情况不同于日本，日本是氢气医学产业优先于学术，中国则是氢气医学学术研究推动了氢气健康产业的发展。中国学者在氢气医学研究方面有比较大的贡献，2009年，本书主编孙学军教授申请获得第一个国家自然科学基金项目，截至2018年相继获得90多项国家自然科学基金项目。先后参与氢气医学研究的中国学者有数千名，发表了600多篇学术论文。从事氢气医学学术研究的研究生超过200名，相关毕业论文达到200多篇。过半的国际氢气生物医学同行评议学术论文来自中国。2013年，孙学军教授主编出版了第一本氢气医学专著《氢分子生物学》，该书在普及氢气医学知识、推动中国氢气医学健康产业的发展方面发挥了重要作用。2015年，孙学军与太田成男教授合作，以《氢分子生物学》为基础，组织撰写英文专著《氢气医学生物学》，使氢气医学知识的传播产生了国际影响。
但是，中国学者在临床研究方面明显不足，国际上近50篇临床研究论文中，中国学者发表的论文不超过10篇。其中，山东泰山医学院秦树存教授团队的氢水对血脂调节效应、复旦大学华山医院皮肤科骆肖群教授的氢水沐浴改善银屑病、同济大学同济医院余少卿教授的氢水冲洗改善过敏性鼻炎、301医院营养科的饮用氢水改善痛风、河北医科大学的氢气吸入抗雾霾都开展了比较系统的研究。值得注意的是，近年来我国多家医疗机构和氢气医学创新企业开展氢气针对癌症的试验性改善，许多患者取得了非常神奇的效果，有的晚期癌症患者肿瘤消失，转移患者的关键指标恢复正常，这些个案虽然还不能作为氢气改善癌症的高质量证据，但提示了氢气医学研究的方向。2019年6月，广州复大肿瘤医院总院长徐克成教授对氢气改善癌症的个案进行系统整理，主编成《氢气控癌：理论和实践》出版，是中国氢气医学临床研究的标志工作之一，对氢气医学研究的推广和传播产生了重要影响。2020年，国家市场监督管理总局将氢氧雾化机批准为辅助改善慢阻肺急性发作的三类医疗器械。国家卫生健康委员会在《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》中将氢氧混合气吸入作为推荐疗法。
中国也先后建立了一些氢气医学学术组织。2013年，上海氢分子医学康复专业委员会成立，这是中国第一个地方氢气医学学术组织，此后连续多年组织学术会议。2014年，中国医疗保健国际交流促进会氢分子生物医学分会成立，先后组织了6次学术会议，每次会议都非常成功并取得了很好的交流宣传效果。2015年，设立中国健康促进基金会氢分子生物医学发展专项基金。2017年，全国卫生产业企业管理协会氢医学健康产业分会成立，开展制定了四项团体标准。2017年，上海汇康氢医学研究中心在孙学军教授的指导下成立，特别邀请烧伤科专家夏照帆院士担任荣誉顾问，汇康氢医学研究中心在上海科协的领导下开展工作，目前已经成功举办两届氢气医学转化论坛。
四、日本及其他国家的氢气医学发展现状
在一系列动物和细胞研究的基础上，日本学者开展大量饮用氢水和吸入氢气的临床人群研究。发现氢水对糖尿病、帕金森病、脂肪肝和肥胖都具有不同程度的改善作用。2011年，美国和日本学者合作研究发现，氢水可以显著提高放射改善患者的生活质量。2017年，日本学者发现吸入氢气对脑中风具有改善效果，可以改善患者脑组织影像学异常和长期预后，对预防阿尔茨海默病具有显著效果。
2018年，欧洲学者发现饮用氢水对反流性食管炎的改善作用，同年，日本学者证实吸入氢气可提高晚期大肠癌患者的抗肿瘤免疫功能，对患者生存时间等预后指标有改善效果。日本学者还发表了关于类风湿关节炎、运动损伤和健康人焦虑等方面的临床研究报道。自2012年开始，日本庆应义塾大学氢气医学中心进行心搏骤停复苏后综合征的氢气吸入改善研究，先通过动物实验研究确定氢气对心搏骤停后复苏的吸入改善效果，2015年进行了初步临床试验，确定氢气吸人对这类患者的安全性和效果。日本学者对心搏骤停后氢气脑损伤保护作用的多中心临床研究也正在开展，该研究计划将在2023年完成。
日本医科大学老年和发育研究所是首先开展氢气改善疾病效应的研究单位，在日本氢水制造公司蓝水星等的资助下，日本医科大学成立了国际上第一个氢气分子医学研究中心(见图2-2)，早期来自日本的研究报道，使用的大部分饱和氢水是这些公司直接提供的。因此，日本氢气医学研究是首先从企业开始，再逐渐引起学术界关注的一个科研领域。2009年，太田教授组织成立了日本氢气医学学术组织，这也是国际上第一个国家级氢气医学学术机构。
图2-2 日本医科大学成立氢气分子医学研究中心
2016年11月，日本政府监管机构厚生劳动省认可氢气吸入为先进医疗技术(见图2-3)，这在氢气医学研究发展过程中具有里程碑意义，说明氢气应用方法已经从学术研究进入临床应用领域，并纳入政府医疗机构的监管范围。
图2-3 日本厚生省认可氢气吸入 为先进医疗技术的公告
五、氢气医学研究的前景和面临的挑战
氢气医学效应的内在机制研究是氢气医学的热点和重点，太田教授的文章初步证明，溶解在细胞培养基的氢气具有选择性清除羟自由基的作用，但对其他具有生理功能的自由基，如过氧化氢、一氧化氮和超氧阴离子等都没有显著影响。这种只清除有毒自由基，不影响具有信号功能的自由基的特性称为氢气的选择性抗氧化效应。根据谷歌学术上的引用情况，氢气医学目前发表学术论文1500篇左右，这些论文发现氢气对180多种人类和动物疾病模型具有改善效果，证明氢气可能通过信号分子调节、蛋白磷酸化和基因表达调控等内在机制发挥作用。
氢气医学研究从开始发展就面临巨大的挑战，大家对具有医学作用的气体(称为医学气体)了解不多且存在很多质疑，例如最著名的医学气体一氧化氮，在开始发现它具有生理作用时，就曾被认为是错误的研究结论，后来经过漫长的时间才被广泛认可和接受。1992年《科学》杂志将一氧化氮评选为明星分子，主要原因就是这种普通气体具有广泛且重要的生物学效应。除了一氧化氮以外，一氧化碳和硫化氢也被证明是具有重要生物学作用的气体分子。
与上述三种经典医学气体相比，氢气具有生物学作用的观点更难以被人们接受。因为氢气的结构非常简单，而且化学活性低，没有极性，具有很强的扩散性，这些特征导致氢气不太可能拥有特异性受体结构，或者说氢气很难特异性地结合某些蛋白质结合位点。但是从生物进化角度看，氢气具有生物学效应理所当然。氢元素是宇宙最主要的组成成分，也是宇宙最早出现的元素，氢元素也是水和有机分子的最基本元素，是地球生命起源的关键物质，没有氢元素和氢气就不可能出现地球生命。氢气在生物进化过程中也发挥至关重要的作用，在长期进化过程中，植物和动物体内都存在一定浓度的氢气，植物、动物与产氢细菌存在互惠关系，也有研究发现植物细胞本身就具有制造氢气的能力。理论上作为氢气产生的关键酶，细菌氢化酶在动物包括人类的后裔分子中，可能还保留着特异性作用靶点，更有可能的是，人类等真核生物已经进化出对氢气分子更高效的感受方式。
中国有句谚语，“是药三分毒”，意思是所有药物都有毒性。但医学研究者总是渴望找到一种具有改善作用且没有任何毒性的药物，氢气似乎符合这种标准。大部分研究人员开始对氢气有兴趣是因为氢气能改善疾病，随着对氢气医学效应研究的深入，许多学者逐渐意识到安全性才是氢气更让人激动的特征。氢气不仅有效而且高度安全，这意味着氢气可以很快得到广泛应用，实现这一目标的关键条件是要有足够多的有识之士认识到氢气的这些品质，这需要对氢气深入研究并广泛开展氢气医学宣传教育。希望全体科研人员、氢气健康产业从业人员和普通爱好者团结起来，共同致力于这一项对人类健康有重大价值的事业。需要清醒认识到，虽然目前已有超过千篇的同行评议学术论文和数千名规模的学者队伍，但是氢气医学研究的规模和深度都还远远不足，仍然需要政府、企业和学术界等各方面的大力帮助和支持，加快探索氢气医学效应机制的步伐和确定临床应用的精准范围和领域。
氢气医学研究已经成为一个国际热点，考虑到氢气几乎没有任何毒性，通过饮水、吸入等方式摄取少量氢气就可以对某些疾病发挥改善作用，虽然进入临床应用尚需要做许多工作，但氢气在改善人类健康状况方面的巨大潜力将不可估量。
