炎症和氧化損傷幾乎是一切疾病的基礎，心腦血管疾病的病理基礎主要是血管的老化和病變，比較重要的是血管粥樣硬化，導致血管硬化的誘因如飲食、吸菸、環境污染和心理等。所有這些誘因產生危害的基礎是通過氧化和炎症對血管產生緩慢的危害，長期的慢性炎症和氧化導致血管嚴重硬化，最終會出現血管部分或完全堵塞，這種病變出現在心臟就產生心絞痛或心肌梗死，出現在大腦就會導致中風。這就是心腦血管意外，是當今人類死亡的頭號原因。解決了心腦血管疾病的問題，就可以挽救足夠多的人類生命。

能產生自由基的物質廣泛存在於人類呼吸的空氣、喫的食物、喝的飲水和服用的藥物。油炸食物、酒精、香菸、殺蟲劑、放射線和各種污染物都能通過產生自由基危害人體健康。由於人類組織需要氧氣氧化能量物質，身體需要吸入大量氧氣維持生命。這導致自由基在氧氣存在的條件下變成活性氧。例如氧氣獲得一個電子變成超氧陰離子，就是典型的活性氧自由基。這種自由基是人體組織內活性氧的源頭，可通過酶催化等過程變成過氧化氫和羥基自由基。自由基的特徵是擁有最外層不成對電子，也決定了自由基容易和其他物質發生反應的化學活性。這些活性氧自由基不成對電子會尋求組織中其他物質中原子核外電子配對，這會表現爲活性氧和其他生物分子的化學反應，結果導致細胞內蛋白質、酯類和DNA等分子被破壞，導致細胞損傷和疾病的發生。

自由基生物化學和自由基生物學已經成爲備受關注的領域。身體內大量自由基、活性氧和活性氮代謝產生，外來物理化學因素和病理生理過程會近一步增加這些活性物質的產生。身體內自由基和抗氧化系統相互制衡形成平衡穩態，這樣的情況不會出現氧化應激增加，氧化損傷是心腦血管病理生理過程的重要特點。

不是所有抗氧化劑都有利於健康。如食品加工中用作抗氧化劑的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）和飼料中的抗氧化劑丁基羥基茴香醚（BHA），都屬於人工合成抗氧化劑，但對人體健康都有害。羥基和亞硝酰自由基代表身體組織破壞的主要特徵，可能是自由基直接反應產物，也可能是自由基連鎖反應的產物。

清除自由基可能具有預防和治療疾病的作用，許多和自由基反應的物質具有清除自由基的能力，能提供內源性抗氧化潛力，保護組織發生氧化損傷。越來越多研究尋找有效無毒的有抗氧化作用的天然化合物，用於預防心腦血管疾病和其他慢性病。

氫氣是一種抗氧化還原劑，能中和組織細胞內的羥基自由基，亞硝酸自由基，顯著降低氧化應激標誌物，抑制在心腦血管疾病病理生理過程核心地位的炎症反應。這說明氫氣具有潛在的疾病預防和治療效果。Slezak等研究提示氫氣能快速擴散到組織細胞內，且不影響代謝氧化還原反應，也不干擾信號活性分子。（圖1）

圖1 氫氣生物學效應基礎模式圖

氫氣能調節基因表達，包括表觀遺傳學也能被調節，產生這樣的作用基礎可能是氫氣能降低氧化應激對基因損傷，氫氣保護了基因發揮正常功能，近一步導致產生抗炎症和抗細胞凋亡的作用。氫氣抗氧化可能是在心腦血管疾病等慢性病中發揮作用的基礎，因爲許多慢性病的主要基礎是氧化應激損傷。氫氣治療是在自由基相對過量，這是相對簡單的情況，但對這些疾病的作用細節仍然值得探討。最近發表的氫氣醫學研究論文顯示，除了作爲抗氧化物質發揮作用外，氫氣也能通過調節多種抗氧化相關基因，提高細胞自身的抗氧化能力。

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