中風是當今世界威脅人類生命的最重要疾病。每年美國大約79.5萬人發(fā)生中風，其中61萬是首次發(fā)生。缺血中風的治療策略就是盡快恢復血流，恢復血流的方法是采用藥物和血管介入方法。但是中風的問題依然嚴重，因為繼續(xù)是導致死亡和能力喪失的最重要原因。據(jù)估計，現(xiàn)在有中風史的20歲以上美國成人高達720萬。中國情況也不容樂觀，中風和心肌梗塞是導致中國人死亡的最重要原因，國家倡導的健康中國行動計劃也把預防中風作為重要內(nèi)容。
腦缺血一旦發(fā)生，即使盡快恢復血流，腦組織細胞損傷也不能避免，所以保護神經(jīng)細胞是中風學研究的重要工作。許多中風動物模型中顯示一些藥物分子具有神經(jīng)保護作用，可惜所有神經(jīng)保護劑都沒有成功進入臨床。腦缺血的病理過程復雜，單一分子很難同時成功阻斷細胞凋亡和細胞毒性效應。另一個困難是這些神經(jīng)保護劑很難跨過腦缺血組織半暗區(qū)擴散到目標組織。潛在成功的神經(jīng)保護藥物必須是：容易在組織中擴散、擁有多種病理干預效應，且很少有毒負效應。最近氫氣神經(jīng)保護效應研究逐漸成為一個讓許多人感興趣的新課題。
缺血再灌注損傷是缺血組織恢復血流后損傷進一步加速的現(xiàn)象。在血流恢復數(shù)秒到數(shù)分鐘，線粒體功能下降導致大量活性氧產(chǎn)生，速度是正常組織的6倍。羥基自由基是活性最強，也是毒性最大的活性氧，其氧化活性是過氧化氫的數(shù)百倍。
最重要的活性氧包括單線態(tài)氧、羥基自由基、超氧陰離子和過氧亞硝酸。這些活性氧參與細胞死亡和凋亡的瀑布信號效應。過氧亞硝酸是一氧化氮和超氧陰離子反應的產(chǎn)物，能啟動細胞壞死和凋亡。這是炎癥反應、動脈硬化、神經(jīng)退行性過程的共同病理現(xiàn)象。
活性氧自由基能發(fā)生鏈式反應，產(chǎn)生新的活性分子。身體內(nèi)存在多層次對抗活性氧的系統(tǒng)，如各種抗氧化劑。維生素E能保護脂質(zhì)過氧化。維生素C和巰基則能保護細胞漿內(nèi)過氧化過程。膽固醇、縮醛磷脂和類胡蘿卜素能中和單線態(tài)氧和羥基自由基。自由基的活性越高，半衰期（壽命）越短。抗氧化分子的部位對于中和活性氧非常重要。單線態(tài)氧能被SOD催化成超氧陰離子，進一步可變成過氧化氫，過氧化氫則能被谷胱甘肽過氧化物酶或過氧化氫酶催化為水。在鐵和銅離子存在情況下，過氧化氫能變成羥基自由基。
地球大氣中，無色無嗅的氫氣的濃度大約是0.5ppm。水電解能產(chǎn)生氫氣和氧氣，腸道細菌消化碳水化合物也能產(chǎn)生氫氣。沒有任何研究證據(jù)發(fā)現(xiàn)氫氣對人有毒性，但氫氣濃度過高會因為氧氣被稀釋濃度下降導致人體缺氧甚至窒息。
氫氣發(fā)生爆炸的濃度是4.1%以上（美國潛艇密閉艙室的規(guī)定）。49%氫氣50%氦氣1%氧氣三元混合氣曾經(jīng)用于大深度潛水，這種高壓下吸入高濃度氫氣都沒有發(fā)現(xiàn)氫氣的任何毒性說明氫氣的安全性巨大。氫氣混合氣潛水不僅安全，而且能減少500米深度持續(xù)潛水27小時高壓神經(jīng)綜合癥的發(fā)生。
作為神經(jīng)保護劑，氫氣有許多優(yōu)點，如使用方便，容易制造，跨細胞膜擴散，相對惰性，只與有毒活性氧發(fā)生反應等。且氫氣能影響多種病理生理通路。
在培養(yǎng)細胞，氫氣能降低羥基自由基保護PC12，同時不影響具有信號作用的活性氧。氫氣也顯示出降低脂質(zhì)過氧化作用，避免DNA氧化和降低谷氨酸誘導的神經(jīng)細胞死亡。氫氣也可調(diào)節(jié)細胞氧化應激、炎癥反應和細胞凋亡通路。
線粒體自噬是清除異常線粒體，減少線粒體產(chǎn)生過量活性氧的重要方式，氫氣可以通過調(diào)節(jié)PINK1/Parkin通路提高線粒體自噬。Nrf2是細胞內(nèi)控制抗氧化系統(tǒng)的最重要轉錄因子，氫氣能提高Nrf2表達。氫氣也能逆轉腦缺血組織SOD和過氧化氫酶活性下降。
氫氣抗炎癥效應是通過降低損傷腦組織中小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞數(shù)量，氫氣提高Treg細胞數(shù)量，一些促炎癥因子如TNF-α, IL-6, IL-1B水平下降，而抗炎癥因子如TGF-1β水平增加。氫氣能激活調(diào)節(jié)多種抗細胞凋亡因子的NF-kB和凋亡抑制分子。
人類使用氫氣非常安全，但是使用超過4%以上濃度氫氣存在燃燒和爆炸風險，治療疾病必須在保證安全的前提下使用氫氣。在能源領域氫氣安全保存技術一直很受重視，固體儲存氫氣就是其中典型代表。避免氫氣爆炸的一種方法是將氫氣溶解在水中，通過飲用、注射和沐浴等方式攝取氫氣。也有人利用腸道細菌發(fā)酵產(chǎn)生氫氣，例如口服乳果糖等方法。
目前比較大的挑戰(zhàn)是如何把動物和細胞學研究成果轉化到臨床應用。動物模型研究包括中動脈阻斷、頸動脈阻斷、四動脈全腦缺血和心臟驟停后復蘇。在一過性前腦缺血模型中，再灌注期間吸入2%氫氣能縮小1天后腦梗死體積，提高7天后動物行為學評分。自發(fā)高血壓中風敏感性大鼠進行氫水干預后，皮層和海馬區(qū)腦出血和缺血幾率下降。作用可能是氫氣抑制了基質(zhì)金屬蛋白酶活性，保護了血腦屏障的完整性。沙土鼠腦缺血后氫氣治療能提高7日后動物存活率（8.3%提高到50%）。也有研究發(fā)現(xiàn)，氫氣對心臟驟停后功能指標有明顯改善。
一項開放前瞻性非隨機臨床研究中，38名患者獲得氫氣或衣達拉奉治療，發(fā)現(xiàn)實驗室檢查、腦電圖、放射等都沒有惡化。飲用中性氫水不會產(chǎn)生基因突變、臨床癥狀和實驗室檢查等不良后果。每天20毫升/公斤（60公斤約1200毫升）沒有發(fā)現(xiàn)明顯副作用。
25名腦缺血患者的臨床試驗中，3%氫氣吸入1小時，每天2次，連續(xù)7天。氫氣水平在20分鐘后達到平臺，停止吸入6-18分鐘后下降到10%。生命指標和血液檢查大多數(shù)沒有改變，但氫氣治療組氧飽和度顯著提高，臨床改善速度也明顯超過對照組。
細胞、動物和人體研究證據(jù)都表明，氫氣能安全作為血管再通過程的神經(jīng)保護劑，足夠多研究數(shù)據(jù)召喚大規(guī)模雙盲安慰劑研究確認和評估氫氣對治療急性中風的效果。
