氢是任何生命形式的主要成分，组成物种所有原子角度，在动物物种60%以上，植物50%以上。氢，包括质子和电子，似乎不仅能够实现，而且优化细胞能量工厂线粒体的能量产生作用。水和氧在生物学中的重要性不容低估，因为它是线粒体功能第一步的一部分，也是最后一步的一部分，无论是质子泵的一部分，电子的转移，还是氧化还原平衡和体内平衡的完成。

氢气医学应用的想法首次被幽默地提出在Nature（1996）中作为一种天然抗氧化剂和氧自由基的选择性清除剂来治疗氧化应激。最近研究广泛表明，氢分子以两种主要方式发挥其生物效应。第一个是清除自由基，另一个是调节动物和植物中的特定基因表达或信号通路。氢分子已被证明可以诱导基因表达的变化，导致所有测试的生物体中的抗氧化、抗炎和抗凋亡反应，而没有任何有害的副作用。因此，氢分子使生物体能够在蓬勃发展的同时更长时间更好地减少和承受压力。

然而，最新的发现更进一步，表明它是多细胞生命的核心受到积极影响。氢气可以将配合物I的辅酶Q池中的电子捐赠给泛醌，从而缩短配合物I中的电子转移链。因此，这种复合物产生的超氧自由基减少，而质子泵活性得以维持。氢气，包括质子和电子，补充到线粒体和复合物I中，最终导致质子梯度增加，并且产生的质子梯度增加将导致ATP的产生增加。

线粒体是ATP（三磷酸腺苷）的主要来源，是植物，动物和真菌的重要细胞器，它们独立于细胞分裂，并具有自己的基因组。它们的主要功能是通过称为细胞呼吸的过程，使用氧气以ATP的形式为细胞提供能量。此外，线粒体还参与其他关键任务，如信号传导、维持对细胞周期的控制、细胞生长、细胞分化，甚至细胞死亡。据估计，体内有37.2万亿个细胞，每个细胞含有2至2500个线粒体，每个线粒体拥有17000个ATP装配线。例如，据估计，成年人体内大约有10亿（10，000万亿）线粒体！

氢可以使线粒体ATP的产生增加50%以上，同时减少第一呼吸复合物产生超氧化物。在减少活性氧产生的同时增加ATP产量的能力，从而减少修复它们造成的损害的需要，代表了生物学的进步，在当今世界，同行评审的科学文件现在已达到数千篇。总的来说，他们清楚地认识到，生物有机体中的氢缺乏每年使世界损失超过100万亿美元的收入。它支撑着所有事物的健康潜力和寿命，并最终支撑着我们所知道的整个生物圈（包括气候）。

氢已经确定影响和决定结果的巨大潜力包括：

• 线粒体功能

• ATP的产生增加

• 氧化应激及其管理

• 免疫细胞恢复

• 炎症和炎症反应

• NF-kB 蛋白复合物

线粒体功能

线粒体是植物、动物和真菌的重要细胞器，它们独立于细胞分裂，并具有自己的基因组。它们的主要功能是通过称为细胞呼吸的过程，利用氧气以ATP（三磷酸腺苷）的形式为细胞提供能量。除了提供细胞能量外，线粒体还参与其他任务，例如信号传导、细胞分化、维持对细胞周期的控制以及细胞死亡。细胞呼吸是一种分解代谢途径，可分解葡萄糖和其他分子以最终产生ATP。细胞呼吸的阶段包括糖酵解、丙酮酸氧化、柠檬酸或克雷布斯循环以及使用氧气作为末端电子受体的氧化磷酸化。然而，该过程非常复杂和敏感，并且是意外产生活性氧的起源。因此，线粒体也是氧化应激的中心，其中产生最有效的自由基，羟基自由基。

已经表明，氢气可以清除活细胞中的羟基自由基，从而减少体内氧化应激，此外，还证明补充H2抑制了复合物I的超氧化物产生。提出H2可以在Q室中提供电子，这表明复合物I可以直接使用H2将质子从基质泵送到膜间空间，从而增加潜在的ATP产生而不使用源自葡萄糖降解的底物，并建议与对照相比，在H50存在下可以实现ATP产量增加2%以上。

氧化应激

氧化应激是指细胞内活性氧（ROS）水平升高，对脂质、蛋白质和DNA造成损害。氧化应激是由生物体中 ROS 和抗氧化剂的不平衡引起的，例如 α-硫辛酸、谷胱甘肽和氢。氧化应激是生物体正常功能的自然发生的结果，但也可以通过环境和病理压力增强，同时也在衰老过程中发挥直接作用。活性氧是“想要”从他人那里捕获电子以稳定自身的分子。因为它们具有高反应性，它们会从靠近它们的任何来源窃取电子，例如蛋白质和DNA，这会破坏供体分子的稳定性和功能。ROS的主要细胞来源是线粒体。对此，抗氧化剂是可以供体电子而不会自身变得反应的分子。抗氧化剂通过“还原”氧化剂并防止损害来阻止氧化途径。

一种可以以极快的速度被动扩散到生物体（或植物）中的强效抗氧化剂是氢气。此外，生物体产生超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶，催化超氧化物安全转化为分子氧和过氧化氧。同时，过氧化氢酶将过氧化氢转化为水和分子氧。有趣的是，暴露于氢会显着增加两种酶的活性，进一步增强抗氧化系统。

炎症

炎症是身体组织在细胞损伤或检测到潜在损伤效应器后的通用反应。感染性和非感染性病原体以及细胞损伤都可以激活炎症反应。响应是通用的，因为它不区分可能的原因。炎症反应可消除有害刺激并启动愈合过程，同时涉及免疫和循环系统。但是，这是一种可能会出错的平衡行为。氢气补充剂以两种协同方式对抗炎症。第一种与氧化应激有关，氧化应激可以引发或维持炎症反应。由于氢气是一种强大的抗氧化剂，它可以抑制氧化应激信号，并降低不必要地触发或过度维持炎症反应的风险。其次，所有炎症途径都通过NF-kB途径的激活。氢气抑制NF-kB途径，直接避免非常有害的失控炎症反应。

NF-kB

NF-kB（活化B细胞的核因子κ轻链增强子）是一种蛋白质复合物，可控制DNA的转录，细胞因子的产生和细胞存活。NF-κB存在于几乎所有动物细胞类型中，并参与细胞对刺激的反应，如应激，细胞因子，自由基，重金属，紫外线照射和细菌或病毒抗原。它在调节对感染的免疫反应中也起着至关重要的作用。因此，NF-κB的错误调节与许多挑战有关，例如炎症和自身免疫反应，败血症，病毒感染和免疫发育不当。虽然炎症反应是必不可少的，但它可以自我维持并成为一个问题，因为炎症会导致氧化应激，而氧化应激会导致炎症。

免疫细胞

长期的免疫挑战导致免疫细胞异常高的耗竭率，最终导致其死亡。最近，已经证明免疫细胞耗竭是由与活性氧（如羟基自由基和超氧化物）增加相关的线粒体功能障碍引起的。免疫细胞衰竭与线粒体自噬减少和功能失调的去极化线粒体的积累有关。再一次，我们看到补充氢气通过使复合物I中的质子泵浦来维持或帮助恢复线粒体内膜极化，同时减少相同复合物的ROS产生并增加ATP产生。此外，氢气补充剂促进超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的表达，进一步降低ROS水平并上调实现线粒体自噬的PINK1 / parkin途径。

氢气的有益作用

自2007年以来，约有2，000篇研究论文表明，氢气在广泛的生物应用和物种中具有抗氧化和抗炎作用。氢气直接或间接地在生物系统中充当强大的抗氧化剂。直接通过清除一些活性氧，间接通过增强天然抗氧化系统。氢气抑制正常细胞中的NF-kB途径，通过减少炎症来帮助实现愈合。