氢气在医学和科学研究中一直被被广泛应用，在医学领域，氢气呼吸试验是一种临床疾病检测技术，呼吸氢气检测方法主要是检测来自肠内细菌产生氢气的多少，由于大肠内细菌可以利用人体无法消化吸收的能量物质产生氢气，如果细菌出现小肠，可以利用氢气产生的时间判断细菌是否出现移位。也可用来诊断一些疾病，例如亚洲人普遍发生的乳糖不耐受，患者吃奶制品或喝牛奶，由于肠道内缺乏乳糖酶，乳糖无法被消化吸收，进入大肠后被细菌利用可以产生大量氢气，当然如果数量太多甚至可出现腹泻等表现。

2007年，Ohsawa等在《自然医学》上发表的长篇论文“Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals”首先报道了氢气可以选择性中和细胞毒性自由基，对抗脑缺血引起氧化损伤。这一结论是在大鼠脑缺血再灌注损伤模型中获得的证据。当缺血再灌注被诱导后，作者发现动物动脉血中的氢气的浓度低于呼吸气体中的分压，而静脉血低于动脉血中的氢气浓度，说明氢气可能被组织利用（这个推论并不合理）。该研究提示，氢气可以和羟自由基反应，发挥保护氧化损伤的作用。羟自由基是生物体系中最危险的自由基，生物体内缺乏特异性中和该物质的机制。该研究随后吸引了一大批学者开展相关研究。

使用氢气治疗疾病的主要有三类方法。一是通过呼吸氢气和其他气体（氧气或空气等）的混合气；二是通过注射氢气饱和生理盐水；三是通过饮用氢气饱和水。因为氢气没有毒性，可以通过呼吸摄取。虽然一些报道显示呼吸高压氢气可以导致轻微麻醉，但在一般治疗剂量下，并没有发现氢气存在任何毒性作用。理论上讲，通过面罩、呼吸机、鼻导管和密封舱室都可以实现呼吸氢气的目的。但必须考虑到氢气和空气混合存在爆炸的危险，因此必须限制呼吸氢气的浓度或限制混合气体的使用体积以避免发生燃烧和爆炸。通过腹腔和血管注射氢气饱和溶液也是一种理想的方式，目前已经有临床研究方面的报道证明这种方式可以治疗皮肤病和类风湿关节炎等疾病。通过饮用氢气饱和水是目前最常采用的方式，已经有商品化氢气水产品在日本和东南亚等国家和地区大量销售。也是普通人最容易实现的一种使用方法。

根据目前研究报道的氢气可治疗疾病的种类看，氢气对许多引起人类死亡最常见疾病类型如心血管疾病、恶性肿瘤、慢性呼吸系统疾病、脑血管疾病、事故(意外伤害)、老年痴呆症、糖尿病、肺炎、肾炎(肾病综合征和肾病)和自杀(故意伤害)，都具有理想的治疗效果。

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