氢——宇宙最初的元素

氢（hydrogen，H）的原子序数为1，原子量为1.008。在元素周期表中，氢位于第一周期IA族。两个氢原子形成一个氢气分子。氢气无色、无味、无臭。在常温常压下，氢气密度只有空气的十四分之一。氢有氕、氘、氚三种同位素。一个氘原子和一个氚原子发生聚变反应，生成两个氦原子和一个中子，同时释放出1.76×107 eV能量，这一聚变反应是氢弹爆炸的能量来源。

1766年，英国科学家卡文迪许（Henry Cavendish）用盐酸与铁反应制得一种气体。这种气体极易逃逸（因为密度小），可在空气中燃烧生成水。当时燃素理论盛行，科学界认为水是一种单质元素，燃素（phlogiston）燃烧后剩余的产物就是水。卡文迪许对燃素理论深信不疑，认为这种新气体也是一种燃素。1783年，法国化学家拉瓦锡重复了卡文迪许的实验，指出所谓的“燃素”其实是一种单质元素，他将这种新元素命名为hydrogen，希腊语意思是“形成水的元素”。

1855年，在广州行医的英国传教士合信（Benjamin Hobson）在其著作《博物新编》中，首次将hydrogen译为“轻气”，原因是这种气体很轻。此后，徐寿和傅兰雅（John Fryer）等早期西学翻译家沿用了这一译名。明治维新时期，日本大量翻译西方科技著作。根据英文原意，日本学者将hydrogen译为“水素”。甲午战争后，有中国学者开始使用“水素”、“酸素”（氧）、“窒素”（氮）、“盐素”（氯）等日译化学术语。1901年，中华教育会（前身为益智书会，由各国驻华传教士发起成立）颁布《化学词汇与名词》（Chemical Term and Nomenclature），首次建议将气态元素的名称冠以“气”字偏旁。1915年，化学术语委员会编制《元素译名商榷》，首次将hydrogen译为氢。1932年，中华民国教育部发布《化学命名原则》，将hydrogen的中文译名确定为氢。

氢是宇宙中最丰富的元素，若按原子数计算，宇宙物质有90%为氢；若按质量计算，宇宙物质有74%为氢。在地壳中，氢的丰度约为1400 ppm（0.14%），在各元素中位居第十。氢气在地球大气中含量极少，按体积计算只有0.5 ppm。这是因为氢气密度低，很容易逃离地球引力而逸散到外太空。

氢与其他元素可形成多种化合物。氢与氧结合形成水（H2O），氢参与构成蛋白质、核酸、脂肪、碳水化合物等有机大分子的框架，因此氢是生命体必需的元素。源于古生物的石油、煤炭、天然气等都含有丰富的氢。

人体肠道中的细菌可对食物起发酵分解作用，将大分子转变为小分子，使营养成分更易于吸收。部分肠道细菌可通过有氧发酵产生氢气，并利用氢气获取能量。肠道细菌产氢的能力取决于肠道环境和食物成分，有研究者测算，成人肠道每天可产生氢气150~12000毫升。

肠道中的氢气除了为细菌提供能量，也会影响其他组织器官的功能。在患肝炎的小鼠中发现，用强效抗生素将肠道细菌全部杀灭后，小鼠肠道不再产生氢气，这时肝炎就会迅速恶化，而不使用抗生素的小鼠，其肝炎会逐渐好转。

氢气会影响肠蠕动。如果肠道细菌产生甲烷过多，肠道蠕动减慢，食物残渣排出迟缓，这时容易发生便秘；如果肠道细菌产生氢气过多，肠道蠕动加快，食物残渣排出迅速，这时容易发生腹泻。肠易激综合征（IBS）患者因肠道菌群过度繁殖，产生大量氢气，肠道发生剧烈收缩，患者往往出现腹痛和腹泻。针对这类患者，使用抗生素杀灭部分肠道细菌、减少氢气产量，往往能缓解腹痛和腹泻。

有些药物可增加肠道细菌产氢量。阿卡波糖（acarbose）是一种结构复杂的低聚糖，其结构类似寡糖。阿卡波糖这种“假寡糖”可在肠道和寡糖竞争与α-葡萄糖苷酶结合，抑制寡糖分解为葡萄糖，从而减少肠道葡萄糖吸收，最终发挥降低血糖的作用。因此，阿卡波糖常用于治疗糖尿病。服用阿卡波糖后，未被降解的寡糖进入结肠，被细菌分解产生大量氢气，有时患者会出现腹痛和腹胀。检测发现，服用阿卡波糖的人呼出气中都含有高浓度氢气。

乳果糖是由半乳糖与果糖组成的二糖，也是一种寡糖。乳果糖口服后几乎不被小肠吸收，大部分以原型抵达结肠。乳果糖在结肠被细菌分解产生大量氢气，导致肠道蠕动加快。因此，乳果糖可用于治疗便秘。

在细胞研究中发现，氢气可消除对人体有害的活性氧簇（ROS），增加超氧化物歧化酶（SOD）的表达，提高血红素加氧酶（heme oxygenase）的活性，这些作用使氢气在细胞内具有一定抗氧化作用。最近的研究还发现，氢气能抑制细胞凋亡。

由于氢气具有抗氧化作用，在人体和动物研究中曾尝试将氢气导入体内，以预防和治疗与氧化应激有关的疾病。让氢气进入体内的途径包括呼吸、口服和注射。研究发现，给大鼠短期吸入含2%氢气的空气可减轻血管闭塞后的脑损伤，减轻冠脉闭塞后的心肌损伤，减轻呼吸机和高压氧导致的肺损伤。

饮用富氢水（日本称“水素水”）是最常用的摄氢方法。制备富氢水的常用方法包括：溶解法、电解法和化学法。溶解法是将氢气通入水中，通过自然溶解产生富氢水。电解法是将正负电极置入水中，水电解后生成氢气和氧气，部分富氢水杯就是通过这一原理制成。化学法是将镁条放入水中，镁和水在常温下发生缓慢反应，生成氢氧化镁和氢气，有些富氢水杯就是在杯体中放置镁条。

出于安全考虑，目前还不敢让人直接吸入高比例含氢空气，或注射含氢溶液；但饮用富氢水已在临床开展研究。日本学者赤山（Kajiyama）让糖尿病患者每天饮用900毫升富氢水，2月后发现糖耐量指标有所恢复。还有日本学者发现，让代谢综合征（肥胖、高血脂、糖耐量异常）患者每天饮用1500毫升富氢水，8周后血液SOD和高密度脂蛋白（HDL）水平升高。另外，饮用富氢水可缓解放射治疗后的疲劳和消化道不适，还能治疗牙周病。日本学者认为，富氢水是理想的运动饮料，饮用富氢水可降低剧烈运动导致的乳酸升高，使肌肉快速恢复力量。

随着氢气医学的进展，敏锐的商家瞄准了氢气这一巨大商机。在利益相关者鼓吹下，氢气不仅成为防治各种疾病的万应丹，还能延年益寿、养颜美容。富氢水、富氢棒、富氢水杯、富氢食品在市场热销。但应当强调的是，用氢气预防和治疗任何一种疾病，目前都缺乏循证依据。

氢气抗氧化作用的具体机制尚有待探索，其最佳剂量也有待评估。氢气治疗的临床研究结果差异很大，有的观察到疗效，有的未观察到疗效，说明这些结果存在很大不确定性。氢气医学源于日本，学术研究集中于冈山大学（Okayama University）等个别机构，其背后的利益冲突值得高度怀疑。关键的问题是，商家宣称的氢气疗效根本不能用现有知识体系合理解释。

氢气是一种难溶于水的气体，常温常压下氢气在水中的溶解度仅为1.83%，即每100毫升水最多可溶解1.83毫升氢气。成人肠道每天产生氢气150～12000毫升，蔬菜水果等高纤维食物会大幅增加肠道产氢量。每天饮用1000毫升富氢水，氢气含量也不过18毫升（其实根本达不到这种饱和浓度），相对肠道动辄几千毫升的氢气产量，富氢水中的氢无论如何都显得微不足道。

氢元素约占人体质量的10%，体内的氢元素主要以水和碳水化合物的形式摄入。体内的氢元素与氢气毫无瓜葛，人体也不存在利用氢气的机制。氢气是一种相当稳定的分子，肠道中的氢气终究会成为养活细菌的能量，被细菌利用后转变为硫化氢和氨，以屁的形式排出体外。仅少量氢气随水分弥散入血，经过组织器官间转运，经过肺循环与空气交换，抵达目标组织的氢气已所剩无几。

在细胞学研究中，高浓度高分压氢气可产生一定抗氧化应激作用，这是商家推崇富氢水的主要借口。问题的关键是，目前的技术不可能在体内产生如此高浓度高分压的氢气。从理论上推测，抗氧化剂可用于肿瘤、动脉粥样硬化、糖尿病等慢病的防治。科学家也研发出了多种具有强烈抗氧化应激作用的物质，如虾青素、番茄红素、花青素、β-胡萝卜素、维生素C、维生素E等，遗憾的是，还没有一种抗氧化剂能被临床试验证明可防治肿瘤等慢性病，更遑论抗氧化作用微不足道的富氢水。

最近几年来，日本商界和学界联手，推动日本政府批准氢气为食品添加剂，面向世界推销富氢水和氢化产品。除日本外，其他国家鲜有开展氢气临床研究，也没有其他国家批准氢气为食品或饮水添加剂。目前，美国食品药品监督管理局（FDA）批准的氢气食品用途仅限两项，其一是制造鱼油时吹入氢气，因为氢气能使液态鱼油迅速固化为胶丸；其二是将氢气吹入玉米糖浆制成保湿剂，但这种保湿剂仅限于狗粮和猫粮，人类不得食用。

水是重要的饮食要素，对饮水理化性质的任何改变都可能对公众健康产生潜在威胁。无论镁化学法还是水电解法产生的富氢水，其毒性、致畸性和致癌性均未确立。氢在肠道内经细菌转化为硫化氢，具有引发溃疡性结肠炎的可能。部分营销商依据个别模棱两可的所谓疗效，或借口细胞学研究的遥远证据，向民众兜售富氢保健品，这些夸大宣传更会贻误高血压、糖尿病等慢病的防治。