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 目前关于氢气治疗疾病的病理生理学机制，国内外主流观点是氢气的选择性抗氧化和抗炎症作用。全国氢医学专业委员会主任、第二军医大学孙学军教授认为，构成细胞的大分子含有成双配对的电子，这是这些分子稳定的基础。如果失去一个电子，电子就不再成 “对”，分子就变成不稳定的 “自由基 ”。在生物学上，自由基就是指游离的、含有一个至三个不配对电子的分子、原子或原子团。自由基极为活跃。为重归稳定状态，自由基就 “抢”其他分子的电子来配对，在化学上就是 “氧化应激反应 ”。 
自由基不都是坏的。身体新陈代谢中有适量自由基产生，属内源性自由基，参与信息传递的生命活动，是机体不可缺少的活性信号因子。人体内有自动清除自由基的抗氧化系统，可及时清除多余的自由基,但所需时间较长，外国有学者在电子显微镜下观察 ,免疫系统的白血球或丁细胞，要1 小时才吞噬一个病菌。免疫系统使两者处于平衡状态。有害的和过量产生的自由基，如得不到及时清除，就可破坏生命攸关的物质，包括DNA 的蛋白质、脂质等，对机体造成伤害。 
在电子显微镜下会发现丢失3 个电子的羟基自由基，如千万只小蝌蚪,一天会1 万次极快的速度攻击其他组织，去捕获他人电子，使自身平衡。DNA 链一旦断了，即基因突变，就是癌化，正常细胞变为癌细胞，成年人体内每天会产生数千癌细胞，鉴于这一现象，癌肿瘤中80-82%为氧元素，其它碳、氢、氮、钙、磷等只会提供电子，不存在氧化。氧元素中会恶性繁殖的是丢失 3 个电子的是羟基自由基。氢气在所有能提供电子维C、维E、卵磷脂中，成本最低，制取最方便。 
氢气是使癌细胞获得电子，中和成中性水，形成细胞液或排出体外，氢气使癌细胞改邪归正变为正常细胞，这一机理优于放化疗的杀灭癌细胞。就如战争中消灭永远不如改造来得快，否则，解放战争中解放全国的时间可能会延长。放化疗是灭杀癌细胞，而自身免疫系统的白血球和丁细胞更容易被杀灭，杀敌三百，自损一千，很多癌患者会被治死，就是自身免疫系统崩溃。氢分子能抑制癌细胞，一般认为缘于其抗氧化和抗炎症作用。体内最强大和最毒的氧化剂有·OH和ONOO- ，能作用于核酸、脂质和蛋白质，引起DNA受损、脂质过氧化和蛋白变性。吸烟、大气污染、化学物、精神压力、炎症等，通过诱导这些过氧化剂，促发细胞突变，引发癌细胞生成。H2是这两种氧化剂的特异性清除剂。但新近研究显示，氢分子尚可通过维护线粒体和调节免疫，对癌症发挥作用。 
可以说，自由基是百病之源。而现在氢分子具有超过维生素 C、胡萝卜、卵磷脂等所有人类已知抗氧化物的抗氧化性，对过敏性皮炎、便秘、高血压、糖尿病、癌症、乙肝、血管粥样硬化等由自由基引起的各类症状都有强大的防治作用。“氢比较明显的特点是强大穿透性，可非常容易地进入细胞内，如细胞核和线粒体等任何部位，而其他许多抗氧化物质难以迅速到达这些部位而无法实现理想的抗氧化作用。 肿瘤专家、世界第十八届冷冻治疗学会主席、中宣部2014年全国时代楷模、暨南大学附属复大肿瘤医院荣誉总院长徐克成教授，从事氢气控癌方面探索、研究的他，一直在动态观察、随访着每一个患者的细微变化，迄今已收集了超过80多例验证有效的病患资料，随即出版了《氢气控癌》一书，作为氢分子健康领域的权威之作。 
这些病例和实验室数据证实:氢气在医疗方面的应用前景是广阔的。徐克成教授表示，吸氢喝氢水可作为手术、放化疗术前术后的辅助治疗，提高疗效，减少副反应；再比如在癌症有效治疗后的康复治疗过程中引入氢气，预防复发转移。此外，对于一些放化疗失败、耐药的案例，氢气吸入疗法有可能产生效果。鉴于氢气是多靶位作用的气体，在整体治疗项目中，氢气的医学功能将不断显现。
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