氢气应用于预防保健的研究进展

摘要：氢气通过发挥抗炎、抗氧化、抗凋亡和生物酶活性等作用机制，在生物医学领域应用前景广泛，并在已开展的临床干预试验中表现出积极的机体保护效应和疾病防治效果。随着公众对健康管理和疾病预防要求的不断提高，氢气的预防保健作用逐渐受到国内外研究者的广泛关注。本文归纳整理了51篇以健康人为研究对象的氢气临床试验研究，结果表明氢气的相关基础研究初步证实了氢气的安全性能；氢气可调节机体运动训练造成的氧化损伤及酸碱代谢紊乱，影响其运动表现；氢气可发挥积极的皮肤保护作用，在抗衰老、美容护肤等方面效果显著；氢气可改善健康人体的氧化应激及炎症水平，提高其心血管健康状态。

江雪,刘伯言,吴逢霖等.氢气应用于预防保健的临床研究进展[J].中国老年保健医学,2023,21(03):117-122.

氢气作为一种还原剂，不仅能抗氧化，还能发挥抗炎、抗细胞凋亡、保护生物大分子生理功能等多种作用［1］。目前，氢气转化应用不断凝结成研究成果，并在各种临床疾病中 展现出广泛而强大的治疗作用［ 2 ］，但随着健康干预模式从疾病治疗到疾病预防的转变，调节身体机能、消除疲劳及亚健康状态已经成为全民的健康新追求，在此社会经济发展背景下， 氢气干预对健康机体的正向调节作用逐渐受到研究者的广泛关注。本研究通过检索PubMed和中国知网(CNKI)，对51篇以健康人为研究对象的氢气生物医学 临床试验研究进行归纳分析总结 ( 图 1) ，以期为人体健康调理和预防保健提供新的思路。

1.基础研究

基础研究可为其他临床试验的开展提供重要的理论依据，分析整理基础研究成果，对选择合适的氢气干预方式意义重大，并为氢气的安全性能提供了重要佐证。Shimouchi等［3，4］于2012年招募7名成年受试者应用半导体气相色谱法通过测定人体呼出气体中氢气的总量来评估氢气被机体消耗的量，从而达到反映体内自由基水平变化的目的，结果受试者饮用氢气水10分钟后，其呼出气中氢气水平迅速到达峰值，60分钟后恢复至基础水平，其中60%的氢气经过呼吸排到体外，大约40%的分子氢气被机体代谢消耗，随后该研究团队在2013年又对一名55岁志愿者进行了呼吸低浓度氢气(140～180ppm)后机体氢气利用规律的分析，经公式计算，该研究得出人体每分钟每平方米体表面积可以利用0.7μmol氢气的结论。Kato等［5］以24名健康受试者为研究对象，分别接受10分钟富氢水浴或普通水浴，以热成像方法观察到氢气水浴后身体不同部位的保温不同，腹部、上肢等部位保温效果尤为明显。Cole等［6］给予8名健康成年志愿者2.4%氢气分别连续吸入24小时(n=2)、48小时(n=2)及72小时(n=4)，干预前后志愿者生命体征、心肺功能、神经检查及血清学检验等均无明显变化，机体对氢气的耐受性良好，综合验证了氢气的安全性能。2.运动训练氢气干预对运动训练有着积极的影响作用，其可降低机体因剧烈运动造成的氧化应激损伤，减少运动后的乳酸堆积状况，预防运动性酸中毒，并缓解机体运动疲劳，提高运动者的运动表现。

2.1氧化损伤

长时间、大强度的运动训练常常诱发机体产生氧化应激和活性氧相关的功能紊乱［7］，而氢气可对症发挥抗氧化能力，恢复机体细胞的氧化还原平衡，并改善肌肉损伤状态。胡静［8］将32名北京游泳队中短距离男运动员随机分为4组，分别接受富氢水200ml、番茄红素100g、富氢水200ml+番茄红素100g或空白干预，2周后富氢水、番茄红素及两者联合干预均能显著降低高强度间歇训练对游泳运动员蛋白质、脂质和DNA造成的氧化应激损伤，但联合抗氧化剂未表现出明显的协同作用。张明月［9］研究发现，24名苏州市体育运动学校青少年女子足球运动员连续1年每日饮用富氢水或矿泉水1.5L，其中富氢水干预在一定程度上缓解了运动员的运动疲劳，并降低其血液的氧化应激水平。Sha等［10］选取与张明月［9］相同的研究对象，并将样本量扩大至38名，结果与对照组相比，富氢水干预2个月后运动员的血清炎症水平显著降低，机体抗氧化酶活性提高，肠道菌群的多样性增加。季程程［11］观察了13名自行车运动员高强度运动结束接受富氢水或安慰剂后机体的表现，40天后每天饮用735ml富氢水，提高了机体的抗氧化酶活性，并有效减少了高强度运动导致的氧化应激损伤。Dobashi等［12］观察了8名年轻健康男性连续3天在剧烈运动前后饮用富氢水(5.15ppm)或安慰剂各500ml的效果，结果饮用富氢水有助于在连续几天的剧烈运动中维持机体的氧化还原状态，并可防止累积性肌肉疲劳。Shibayama等［13］要求8名男性受试者在高强度运动后的60分钟内吸入氢气氧混合气(氧气21.57%，氢气4.08%)或安慰剂气体，结果氢气干预抑制了受试者氧化损伤产物排泄率的增加。Alharbi等［14］安排18名年轻运动员随机接受1500mg/天富含氢气(2.544μg)的钙粉或安慰剂，3天后氢气补充增加了运动员静息时的抗氧化能力，并影响增量运动期间的通气及pH状态。江东等［15］将110例特勤疗养人员随机分为两组，对照组连续3个月每日正常饮用矿物质水，干预组在此基础上每日上午和下午训练前后补充富氢水共600ml，结果发现富氢水干预能抑制特勤疗养人员的氧化应激反应，增强肌肉氧的利用能力，并改善其炎症反应。Eda等［16］将8名男性受试者随机分为两组，两组志愿者在进行75%最大摄氧量的剧烈运动前4小时，摄入可诱导肠道细菌氢气产生的产氢气牛奶或安慰剂，结果摄入产氢气牛奶的改善了机体运动后氧化损伤的程度，减少了剧烈运动后运动员的肌肉酸痛，并增强运动后的身体恢复能力。

2.2酸碱代谢紊乱

在剧烈运动时，人体细胞被迫依赖非线粒体ATP运转，造成机体乳酸堆积，组织及血液的pH降低，从而引起代谢紊乱的发生。已有研究证明［17～23］，富氢水可作为碱化剂有效缓解机体因运动造成的酸中毒相关症状。Ostojic研究团队［17～19］在2011年第一次招募11名参与者随机接受碱性负氧化还原电位配方饮料或安慰剂干预，7天后干预组与对照组比较，运动期间及运动后的血乳酸累积率降低，血清缓冲能力增强，且安全性能较高，基于此项研究，随后该团队要求20名健康志愿者每天口服2L富氢水(1.1mM)，7天后其空腹和运动后血液pH较干预前升高，且并无不良反应报告，该团队还于2014年开展了一项随机、双盲、安慰剂对照研究，将26名年轻男性运动员随机分为两组，分别接受14天的富氢水或安慰剂干预，结果氢气干预改善了运动员运动后的动脉血碱度。Aoki等［20］验证了足球运动员在运动前饮用富氢水(0.92～1.02mM)可降低运动员运动后血液中的乳酸水平，并缓解运动引起的肌肉功能下降。Da等［21］招募8名平均年龄41岁的男性自行车运动员，连续2周每天补充富氢水(450ppb)或安慰剂共2L，随后进行交叉干预，结果饮用富氢水可减轻运动员代谢性酸中毒的相关症状，并延缓其疲劳效应。Botek的研究团队［22，23］招募12名健康男性受试者在进行急性运动前分别补充富氢水或安慰剂2次各300ml，结果氢气干预降低了较高运动强度下机体的血液乳酸水平，同时改善了受试者运动诱导的应变感知和通气效率，该团队最近还报告了一项随机、双盲、安慰剂对照交叉研究，对12名健康男性受试者，阻力训练前、中、后5次饮用富氢水或安慰剂水1260ml后，氢气干预改善了阻力训练后机体的肌肉功能，降低了乳酸反应，并对肌肉酸痛的延迟发作有一定的缓解作用。

2.3运动表现

氢气干预除了能缓解机体运动性氧化损伤和酸化趋势外，还能影响运动表现。Javorac等［24］设计了一项针对20名健康受试者的随机、双盲、安慰剂对照交叉研究，7天随访期间，与吸入空气相比，每天吸入4%的氢气20分钟可提高机体的跑步速度并刺激胰岛素分泌。Mikami等［25］同时进行了两组临床试验，当99名未经训练的健康志愿者在轻度运动前30分钟分别饮用富氢水(0.8ppm)或安慰剂500ml时，60名接受训练的健康志愿者在中度运动前10分钟也在分别接受同等容量的富氢水(1.0ppm)或安慰剂干预，结果氢气干预提高了受试者轻中度运动时的耐力，并缓解其心理测量疲劳程度。LeBaron等［26］在19名年轻受试者进行亚极限强度有氧运动在测试前一天和测试当天，分别服用富氢水或安慰剂500ml，洗脱期4天后进行交叉试验，结果证明，急性补充富氢水可以通过降低运动者运动时心率而有助于其在亚极限强度有氧运动的表现。Hori等［27］在递增式自行车运动前半小时给予9名大学生500ml富氢水或安慰剂饮用;后给予20名男大学生连续2周每日补充500ml富氢水或安慰剂，并在干预前后进行递增循环运动测试，结果富氢水干预显著增加了大学生的氧摄取峰值，对改善其有氧运动表现和身体健康有重要意义。Timón等［28］招募15名未经训练志愿者及12名经过训练的自行车运动员，两个群体分别接受7天富氢水(1.9ppm)或安慰剂干预，结果氢气只对经过训练的自行车运动员的无氧运动表现有一定改善作用，并可改善其运动后疲劳感。Botek等［29］对16名男性足球运动员在短跑冲刺前后分4次饮用富氢水(0.9ppm)或安慰剂1260ml，结果富氢水饮用在运动员15米和30米短跑成绩上分别提高了约3.1%和1.9%。Dong等［30］招募18名每天训练4小时的龙舟运动员，分别接受7天富氢水(1600ppb)及安慰剂干预1000ml/d，结果短期饮用富氢水可以有效提高龙舟运动员的力量表现，且有利于其运动后心率的恢复。当然，并不是所有的研究结果都令人满意。Botek等［31］对16名男性运动员在赛前分4次饮用富氢水(0.9ppm)或安慰剂共1680ml，值得注意的是，富氢水摄入对运动员的抗疲劳作用并不明显，上坡跑的成绩似乎更取决于运动员的自身能力。Ito等［32］研究发现，12名年轻的铁人三项运动员在32℃环境下，蹬车测试60分钟内每15分钟饮用2ml/kg纯净水或富氢水，后进行递增蹬车测试，经过3天洗脱期后，进行交叉干预，结果在热环境中进行耐力运动时摄入富氢水会减少运动员的能量消耗，但不会影响其体液平衡或运动表现。Ooi等［33］将14名平均年龄34岁的经过耐力训练的男性运动员随机分为两组，分别接受2次290ml富氢水或安慰剂干预，发现小剂量的富氢水干预并不会像预想的那样对运动员在剧烈耐力锻炼期间的缓冲能力起到正向调节作用。Valenta等［34］在24名田径运动员跑步运动前给予1260ml富氢水或安慰剂干预，洗脱期1周后交叉干预，遗憾的是富氢水仍未改变运动员最大有氧速度下的跑步成绩。

2.4其他

氢气干预还可促进机体运动后的脂质代谢，并缓解因高强度离心运动导致的延迟性肌肉酸痛。Hori等［35］于2020年招募10名受试者在进行20分钟亚极限强度运动过程中吸入1%氢气或安慰气体，同时有6名受试者保持坐姿35分钟并吸入1%氢气或安慰气体，结果氢气干预可以增加亚极限强度运动后机体呼吸中的丙酮排泄，促进肝脏脂质代谢，产生类似的升酮效应。Todorovic等［36］设计了一项随机、双盲、安慰剂对照交叉研究，高强度离心运动结束后，6名健康男性随机接受200L富氢水或安慰剂沐浴30分钟，洗脱期2周后交叉干预，结果单次富氢水沐浴可以减轻受试者的肌肉损伤，并缓解其高强度离心运动后的肌肉酸痛。

3.皮肤美容

人们对护肤品的养颜、抗皱、祛斑等功效提出了更高的要求，氢气或许可以做到。通过氢气水浴、氢气面膜等给氢气方式，氢气可以快速渗透到皮肤真皮层，清除皮肤中的自由基，达到美容护肤的效果。Kato等［37］征集6名受试者参加了为期3个月的每日富氢水沐浴试验，90天后氢气水浴显著改善了其中4名受试者颈部背部的皱纹。于杨等［38］应用MoorFLPI-2激光散斑血流实时成像系统对12名健康成人志愿者吸入高浓度氢气氧混合气(氢气/氧=2∶1)前后面部和手部皮肤循环血流量进行监测，发现氢气干预半小时后志愿者面部、手背以及指尖等部位皮肤血流量明显增加。Tanaka等［39］对2名年龄分别为18岁和43岁的女性进行氢气水沐浴7天，结果氢气温水(40℃)对毛细血管血流、皮肤水分和皮肤毛孔中的角蛋白栓塞等的卫生问题均有所改善。Asada等［40］利用6个月的时间，在4名40岁以上受试者中证实了富氢水浴装置可以电解产生大量耐沸腾的氢气泡，使氢气在煮沸后仍能保持治疗浓度，同时氢气浴的使用能起到抑制皮肤斑点和减肥等美容效果。Kwon等［41］将氢气面罩贴片放在20名临床试验参与者的手臂内24小时，4周后氢气面膜显著提高了受试者的皮肤密度，对皮肤层也起到一定的恢复作用。4.健康保健健康保健是保护和增进人体健康状态的综合性措施。目前的临床研究成果已经证明氢气干预可以改善机体氧化应激及炎症水平，提高心血管健康状态，发挥多种积极的健康保健作用。

4.1心血管健康

氢气除了可以治疗心血管疾病外［42］，还可对心血管健康发挥积极的保健作用。Sakai等［43］观察了34名志愿者在饮用富氢水(7ppm)或安慰剂后的血管反应，结果与安慰剂组相比，饮用富氢水干预的志愿者的血管内皮功能得到改善，氢气似乎通过维持一氧化氮介导的血管运动反应，起到保护血管系统的作用。Korovljev等［44］研究发现，16名65岁及以上老年人在每天吸入4%氢气20分钟，4周后受试者心脏风险相关评分显著降低。Ishibashi等［45］将68名健康志愿者随机接受安慰剂或富氢水(7ppm)，14天后氢气干预改善了志愿者外周动脉测压试验评估的动脉或小动脉内皮功能，这对改善机体的心血管健康有一定作用。

4.2抗氧化和抗炎

疾病的发生发展往往与机体的氧化应激和炎症水平密切相关，二者相互影响［46］，氢气或可通过发挥抗氧化、抗炎作用达到健康保健的目的。Tanaka的研究团队［47，48］于2020年进行了一项为期8周的研究，并检测了对照组(软水)、安慰剂组和饮用氢气水后人类唾液中氧化还原点位(Oxidation-reductionpotential，OＲP)的变化，结果不论是短期或长期氢气干预后，受试者唾液中OＲP水平均有所降低，这与机体氧化应激水平改善密切相关。2022年该团队还观察到3名健康受试者在接受10分钟氢气水浴后，与3名接受普通水浴受试者相比，其血清C反应蛋白水平显著降低。Sim等［49］招募了38名20～59岁的健康志愿者，每天分别摄入富氢水或白开水1.5L，4周后氢气干预降低了志愿者的炎症反应，NF-κB信号的转录网络显著下调。Mizuno等［50］观察了64名健康志愿者每天摄入500ml富氢水的抗氧化作用，与对照组相比，连续6个月的氢气干预可激活机体抗氧化作用，并有助于减轻健康成年人各种氧化应激相关功能障碍和疾病的风险。

4.3其他

氢气还有助睡眠、抗衰老以及解酒等保健作用。Mizuno等［51］对26名健康成年人交叉进行富氢水及安慰剂干预，4周后其焦虑、抑郁情绪得以改善，休息时交感神经系统的活动减少，生活质量普遍提高。Tanaka等［52］于2019年设计了一项随机、双盲对照研究，60名健康参与者随机接受碱性电解水或自来水干预，4周后饮用碱性电解水的参与者其大便更正常，且睡眠质量更好。Zanini等［53］招募40名老年人，并随机接受6个月的每天500ml富氢水(15ppm)或安慰剂饮用，结果氢气干预改善了受试者的功能丧失和端粒长度，该结果证明氢气或许可以成为一种新的抗衰老剂。Todorovic等［54］要求16名健康参与者在24小时睡眠剥夺和12小时禁食后的早晨接受富氢水(8ppm)、咖啡因(50mg)、富氢水(8ppm)+咖啡因(50mg)或者安慰剂饮用，结果表明氢气干预能够提高受试者的注意力，主要表现在反应速度和短时记忆能力。Lv等［55］在一项随机、双盲、安慰剂对照交叉研究中，20名健康参与者随机分配，分别在饮用100ml白酒(40%酒精)前接受安慰气体或氢气氧混合气吸入1小时，饮酒后饮用350ml富氢水或纯净水，洗脱期为1周，氢气干预后受试者呼出气体酒精含量在饮酒后30分钟、60分钟、90分钟时均显著低于安慰剂组，且宿醉症状更少。

值得注意的是，Chen等［56］给予20名成年健康参与者每分钟3L氢气氧混合气(氢气/氧=2∶1)，每天干预2小时或4小时，大多数参与者的免疫指标在氢气吸入2周后没有明显变化，少数参与者抗感染和抗肿瘤细胞亚型水平下降，似乎反映了高浓度氢气吸入后的某些不良反应。

5.小结与展望

随着人们健康保健意识的不断提高，治未病渐渐发展成为健康理念的核心，健康管理和疾病预防是新趋势，氢气作为一种全新的保健方式，或可成为推动实现全民健康战略目标的新生力量。本研究对氢气干预机体健康保健的相关临床试验进行初步总结，归纳基础研究的实验结果，并分析了氢气干预对机体运动训练、皮肤保护及健康保健的影响作用。未来期待开展更多方面的氢气干预临床试验，也盼望氢气生物医学在提高人类健康水平方面发挥重要作用。

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