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抗氧化作用在静息状态下，机体内的自由基和抗氧化酶维持着动态平衡。然而，当受到过度训练或物理和化学因素的刺激时，自由基的增加打破了产生和之间的平衡。过多的自由基攻击细胞膜上的多不饱和脂肪酸，导致脂质过氧化。这个过程改变了膜的结构和功能，造成组织损伤，降低机体的工作能力，并导致疲劳。在严重情况下，它会导致遗传物质破坏、蛋白质交联或肽断裂，以及由于交联聚合而失活的关键代谢酶，引发一系列病理变化，如动脉粥样硬化、糖尿病、肿瘤、胃肠功能障碍、和免疫失衡。活性氧（ROS）是一系列具有活跃化学性质和强氧化能力的含氧物质的总称。这些包括过氧亚硝酸根离子（ONOO–）、超氧阴离子（O2–）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（OH–）、臭氧（O3）和单线态氧（1O2）。由于它们含有未配对的电子，它们表现出高化学反应性，要么是自由基，要么是由氧在体内正常代谢反应中直接或间接形成的衍生物。当机体受到病理因素刺激时，产生过多的ROS，破坏了ROS产生和去除的动态平衡。这导致机体的抗氧化能力下降，对蛋白质、脂质和核酸等生物大分子造成氧化损伤，形成氧化应激状态。在心、脑、肾等重要器官和组织的缺血或缺氧等刺激下，免疫细胞释放大量的ROS，包括过氧亚硝酸根离子和羟基自由基，导致细胞氧化损伤。研究显示，氢气具有强大的抗氧化作用，能够减轻局灶性脑缺血-再灌注损伤。这种作用是由于氢气选择性中和羟基自由基和过氧亚硝酸根离子。在全脑缺血/再灌注损伤的大鼠模型中观察到，富氢溶液能够通过影响线粒体通透性转换孔的开放，减轻脑缺血/再灌注损伤并保护神经元。化学方法证实，这种保护作用是通过中和缺血-再灌注损伤引起的自由基释放来实现的[13]。在使用生理盐水作为载体的研究中，发现饱和富氢溶液能够减轻小鼠的缺血/再灌注损伤。富氢溶液还显示出能够减少离子辐射对精子细胞的损害，并提高精子的生存能力。其他研究证实，氢分子选择性过量的活性氧物种，并上调超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化酶的活性。一项开放试验研究显示，患有代谢综合征的患者在饮用富氢液8周后，血液中的抗氧化酶SOD活性增加了39%，而尿液中的脂质过氧化产物水平降低了43%。这表明饮用富氢液可以安全有效地改善代谢综合征的，这归因于其抗氧化作用。2.2 抗疲劳作用剧烈运动显著增加能量需求和氧气消耗，导致活性氧和氮的产生增加。这种增加破坏了氧化还原平衡，造成氧化应激损伤。在正常情况下，活性氧和活性氮的产生速率相对较低，这被抗氧化系统有效。然而，在剧烈运动期间，当这些活性物种的产生速率超过机体抗氧化系统的能力时，它们的浓度升高，对细胞膜和其他细胞成分造成损伤。研究表明，富氢水不仅提高了活跃足球裁判的基础血液pH值，而且在反复力竭运动后显著增加了基础血液pH值。与生理盐水相比，富氢水组在14天后空腹血液pH值显著降低，运动后降低更明显，伴随着血液中碳酸氢盐水平的显著增加。富氢水对反复力竭运动引起的血液酸化表现出保护机制。为了缓解力竭运动带来的疲劳，对抗剧烈运动引起的血液乳酸酸化增加和血氧饱和度下降，富氢水显示出显著的抗疲劳效果。已经证明，向大鼠腹腔注射富氢水可使血液中的氢气浓度达到微摩尔水平，同时伴随丙二醛水平的显著降低——这是一种有效的氢气分子抗氧化干预模式。研究表明，离心运动后富氢水的干预减少了线粒体中活性氧物种的产生速率，并抑制了线粒体DNA的继发性氧化损伤和炎症反应。此外，富氢水被发现增加了骨骼肌线粒体的膜电位和锰超氧化物歧化酶（MnSOD）这一抗氧化酶的活性。除了直接活性氧外，富氢水通过增加SIRT3的表达改善了线粒体的能量代谢和抗氧化能力。这种对偏心运动诱导的线粒体氧化应激和继发性炎症反应的抑制，实现了对骨骼肌的保护作用，展现了氢气的强大抗疲劳效果。2.3 抗辐射效应电离辐射损伤是指电离辐射对身体水分子的电离和激发，导致产生大量细胞毒性的羟基自由基。这些羟基自由基无差别地攻击生物大分子，造成组织和器官的损伤，从而引发一系列疾病。氢分子的选择性抗氧化能力使其能够羟基自由基，提供抗辐射损伤的保护。各种给氢方法，如口服富氢水或吸入氢气，都一致显示出对电离辐射损伤有显著的保护作用。例如，Qian等人在辐射前20分钟向小鼠腹腔内注入含有饱和氢气的生理盐水，观察到辐射诱导的HIEC细胞在肠隐窝内的凋亡被显著抑制，从而增加了细胞的活力。同样，直接向胸腺细胞供氢显著减少了辐射对胸腺细胞的诱导作用，并抑制了小鼠胸腺淋巴瘤的形成。某些抗肿瘤具有肾毒性，这通常归因于氧化应激。研究表明，在小鼠中吸入氢气或饮用氢水可以抑制由顺铂引起的体重减轻，减少肾毒性，降低死亡率，并且不会干扰顺铂的抗肿瘤效果。临床试验也表明，在接受放疗的肝癌患者中饮用含氢水6周可以降低血液中ROS代谢物，显著提高生活质量评分，并且对放疗的抗肿瘤效果没有不利影响。