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英国拉夫堡大学曾报道，定期适度运动会减少全身性炎症，但长期高强度运动训练则会增加炎症[]。运动带给身体的效应是负的还是正的，取决于运动频率、强度、持续时间和恢复时间。例如，运动员将自己推向极限水平的长期密集训练，或者是未经训练的人完成马拉松或其他身体要求较高的活动（例如周末篮球），可能会造成运动疲劳和损伤。这些长期或不稳定的剧烈活动可直接损害肌肉组织，导致细胞死亡、线粒体功能或数量减少以及其他病理变化。然而，与久坐不动的人相比，定期的适当运动会引起多种人体指标的有益变化，从而使身体保持和改善最佳稳态水平[]。活性氧自由基在体育运动中发挥双刃剑作用：既可以诱发运动的训练适应，又会介导运动过度引起的损伤[]。运动大大增加了人体对氧气的需求，因此也增加了随后的自由基产生，0.2%~2％的吸入氧气被转化为各种自由基。自由基产生的瞬时峰值激活了大量的转录因子并调节各种信号传导途径，使运动具有引起兴奋的作用[]。传统的抗氧化剂补充剂无益于严重的运动损伤[]。长期过量地摄入抗氧化剂会抑制氧化还原敏感的信号传导途径，并干扰运动训练的生理性适应，导致细胞中线粒体数量的减少、心脏和骨骼肌功能减弱，以及胰岛素敏感性的降低[]。
有趣的是，氢分子并不总是能减少线粒体内氧自由基的数量，而只是减少过量的氧自由基，以帮助细胞维持最佳的氧化还原稳态。这一事实使氢分子成为一种安全有效的医疗气体，临床中的应用思路是保留运动对身体的益处并减少偶尔或长期剧烈运动给机体带来的危害。氢分子的使用方法多种多样，尽管吸入氢气量可能比饮用富氢水所含的氢气量高很多倍，但饮用富氢水的效果通常与吸入相同，甚至还比吸入更有效，这可能归因于氢分子在消化道更容易完全吸收以及作为信号调节剂的活性有关[]。
1.饮用富氢水
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缓解运动后肌肉疲劳
运动损伤常表现为肌肉疲劳，是由许多不同的原因引起的，包括肌肉纤维内代谢产物的积累、肌肉运动指令的产生不足等，通常认为乳酸积累是造成肌肉疲劳和酸痛的重要原因。此外，有氧、无氧或混合运动会使肌肉内自由基产生增加，导致炎症和细胞损伤，损伤机制包括线粒体内的电子泄漏、儿茶酚胺的自动氧化、NADPH活性或局部缺血再灌注损伤等[]。
年，日本筑波大学通过测量运动后的肌肉疲劳和血液乳酸水平，评估了富氢水对男性足球运动员的功效[]。入组10名受试者，平均年龄为21岁，均没有吸烟或正在服用任何保健品。所有人在测试前一天晚上睡觉前和测试当天起床后共饮用1.5升富氢水（氢浓度为0.92?1.02毫克/升），不吃早餐直接进行2小时的运动测试。一周后，将富氢水换成普通水，再重复一次。每次测试时运动员需要先后进行强体力运动（快速骑车）和极限运动（在增加阻力情况下次最大速蹬车）各30分钟，然后在多个时间点抽血检测乳酸水平，数值越高代表身体越疲惫。观察结果发现，在运动后45分钟和60分钟时，两组测试中受试者血液中乳酸水平均比运动前显著增加，但富氢水组受试者的血液乳酸水平增高幅度相比低得多（图13）。表面肌电图用于评估肌肉静态收缩能力，所测得的功率值代表四肢肌肉疲劳的程度；受试者大腿股直肌的平均功率频率和中值功率随着运动时间的延长均显著降低（代表肌肉力量随疲劳而降低），两组测试没有统计学差异，这提示肌肉力量不受富氢水的影响。该研究表明饮用富氢水可减少血液中乳酸水平，有助于运动员减轻运动后的肌肉疲劳和酸痛，将饮用普通水更换成富氢水简便易行，可使运动员在赛场上获得更佳表现。
图13运动期间血液乳酸水平的顺序变化[]注：*代表与运动前相比，快速骑车和最大速度蹬车30分钟后数值显著升高，＃代表组间相比存在差异显著。运动前用富氢水补液对长时间间歇性短跑[]和等速膝关节屈曲[]期间的肌肉抵抗运动诱发的疲劳具有积极作用。年，韩国延世大学发现富氢水有助于显著提高动物的耐力[]。从新陈代谢的角度来看，剧烈运动时和运动后机体会发生乳酸分解、氧自由基和氮自由基的积累以及代谢性酸中毒，导致肌肉的疲劳酸痛、运动能力下降；饮用富氢水会在立即降低血液乳酸水平，刺激CO2大量呼出体外[]。年，日本医科大学研究发现富氢水会改变人体的代谢水平，进而改变最大运动强度下的心血管反应，因此对干预运动的生理和知觉反应有一定意义[]。
年，澳大利亚堪培拉大学开展了一项研究，先让受试者在进行逐步增量运动测试之前饮用富氢水（pH值7.4，氢浓度0.5毫克/升），然后观察饮用富氢水是否在每个增量阶段的最后一分钟对生理和知觉有影响[]。该研究招募了12名健康的、不吸烟的体育专业学生，他们均没有在服用保健品。首先测量受试者体力运动极限时的最大摄氧量（maximumoxygenuptakevolume，VO2max；与人的体能呈正相关），根据检测结果将受试者平均划分为试验组和对照组，每组各6人；两组受试者在运动前30分钟和1分钟分别饮用毫升富氢水或普通水（第一种水），然后让他们在自行车测力计上开始逐步进行4种强度的阶梯增量锻炼，完成第二次测量；1周后，第三次测量，轮换饮用水的种类（第二种水）实施相同的锻炼方案（图14），完成第三次测试。在每个阶梯强度的自行车运动中，监测血液中乳酸浓度、1分钟通气量、氧气通气当量和劳累程度、心率、VO2max和呼吸商等指标。
图14研究方案概述[]两种锻炼方案之间受试者的体重变化不明显，因此试验组和对照组的受试者运动强度是相同的。观察发现在4种强度锻炼中的最大运动强度下，与饮用普通水相比，在运动8分钟后饮用富氢水的受试者血液乳酸浓度降低16%，1分钟通气量、氧气通气当量和劳累程度均降低，说明最大运动强度下可能是富氢水的最佳使用时机。其他变量（心率、VO2max和呼吸商）未发现显著差异。在次最大运动强度下，富氢水只显著降低血液乳酸含量。在小运动强度下组间的评价指标都没有差别。此结果可能通过氢分子对ATP的再合成的影响来解释。在增加运动强度期间，通过葡萄糖和糖原与最终代谢产物乳酸的厌氧分解开始重新合成ATP，从而导致肌肉内乳酸积累和pH值降低。肌肉酸中毒水平的提高被认为是导致肌肉疲劳发展的重要因素，因为酸中毒与抑制ATP重新合成和肌肉收缩有关。乳酸是ATP重新合成的首选能量来源，并不会引起肌肉疲劳。氢分子可能对线粒体呼吸或线粒体功能表现具有刺激作用，从而导致ATP产生或乳酸氧化。总的来说，饮用富氢水会降低运动员血液中的乳酸浓度，减轻肌肉疲劳，尤其是在运动强度较高的情况下。
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纠正运动后的代谢性酸中毒
运动引起的代谢性酸中毒是常见的代谢紊乱，特点是在人体组织和血液中的pH值降低，同时伴随体内乳酸积累、多种神经肌肉症状和心肺功能障碍。当细胞被迫依赖无氧酵解供应能量时，会导致血清pH值和CO2分压降低，从而可能对运动表现产生负面影响[]。患有高乳酸血症的体育锻炼者的治疗方法是使用碳酸氢盐类的碱化剂来提高血液pH值，主要用于运动员的短时、高强度体育比赛，但是碳酸氢盐给药的不良反应（如胃肠道不适、代谢性碱中毒、钠超载引起的水肿）和剂量难以控制，限制了运动员使用的次数[]。埃及的曼苏拉大学研究了电解碱性水对实验性代谢性酸中毒的狗和大鼠的影响，结果提示碱性水对血清CO2分压过低和高乳酸血症都有显著改善作用[]。
年，塞尔维亚贝尔格莱德的运动与体育科学中心报道了一项饮用富氢水改善年轻运动员的血液pH值的研究结果[]。招募了52名现役男性运动员，年龄20~30岁，将他们平均分配到氢水治疗组和对照组（饮用普通水）。富氢水的制备方法为将20毫克镁粉溶解在0.5升饮用水中，每天饮用2升富氢水，持续14天。在研究进行期间，运动员未反映任何新增不适症状或体征，其肝功能和血液学指标也没有显著变化。干预前、后运动员动脉血pH值与干预前的差别变化如图15所示：富氢水干预2周后，无论空腹还是运动（加速跑30秒），氢水治疗组运动员血液中的pH值、CO2分压以及碳酸氢盐水平都显著提升，而对照组基本没有变化。氢水治疗组运动员血浆pH值的升高可能由于摄入的富氢水呈碱性所致，而空腹CO2分压增高可以对碱性血液进行补偿。因此可以认为饮用富氢水后的这两个效应相互配合，使血液酸碱度的调节更加有效。尽管人们对急性代谢性酸中毒的正确治疗方案有一些争议，但该研究提示富氢水可以作为一种潜在的抗乳酸累积的治疗策略。
图15饮用富氢水和普通水的运动员血液酸碱指标变化情况[]?表示组间有统计学差异。2.富氢水泡浴
通常肌肉损伤是通过肌肉中肌酸激酶和肌红蛋白渗入血液循环中的量来评估的，细胞因子、白细胞计数和氧化还原生物标志物（例如蛋白羰基和谷胱甘肽状态）也经常被用作辅助生理指标[]。曾有研究表明，单腿小腿抬高运动数小时后，迁徙性中性粒细胞计数及其自由基生产率都增加[]。维生素C和E等抗氧化剂可用作干预策略，以减轻肌肉损伤和迟发性肌肉酸痛[]。
日本早稻田大学最先发现运动员下坡跑步后富氢水泡浴可以有效减轻迟发性肌肉酸痛，并于年对富氢水泡浴的效果进行研究[]。招募了10名年龄在20~30岁的健康男人，平均年龄25为岁，体重及血压正常。研究方法如下：①受试者使用跑步机进行渐进式上坡跑，直至心电图和VO2max等指标到达体力极限为止；②休息1小时，用手压腿部肌肉，评估疼痛；③受试者再以相当于75%?85％VO2max的速度进行了30分钟下坡跑步；④休息15分钟后，在富氢水或普通水中泡浴（10分钟×2次，间隔3分钟），富氢水制作方法为将2.5克氢化镁或5.5克氢氧化镁粉末与等量的镁粉溶解在升热水中；⑤受试者回家后，采用与运动当天同样的方法（富氢水或普通水）泡浴持续7天，每天抽血检测炎症因子水平。观察发现，在运动当天的大多数时间点，受试者的血清肌酸激酶活性、肌红蛋白浓度、2次运动后的肌肉酸痛程度和IL-6水平均呈正相关，表明下坡跑步后诱导的肌肉损伤和迟发性肌肉酸痛能促进IL-6的分泌。在随后7天的观察中，富氢水泡浴的受试者肌肉酸痛缓解更为明显，但没有发现血清IL-6表达水平的差异。说明富氢水泡浴可以有效减轻运动员的迟发性肌肉酸痛，但不会影响运动员血液中的肌肉损伤、炎症和氧化应激相关的标志物。
3.口服产氢胶囊
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对生理指标的影响
年，美国南犹他大学报道了口服产氢胶囊对年轻人VO2max、呼吸交换率、呼吸次数以及心率等指标的影响[]。研究者招募了20名健康志愿者，包括5名女性（平均年龄为23岁）和15名男性（平均年龄为31岁）。排除标准包括吸烟、糖尿病、肥胖、怀孕等。每名受试者通过跑步机尽全力完成3次奔跑，根据体能评估平均分配入氢气组和对照组，每组10人。产氢胶囊内含80毫克镁粉和有机酸（能中和氢氧化镁并催化反应速率），每粒胶囊在受试者体内预计产生2.5毫摩尔的氢气。氢气组受试者在测试前一晚和测试前30分钟各服用1粒胶囊，对照组服用安慰剂。再次测试（3次尽全力奔跑）后的结果为：①所有受试者的最小和最大检测数值（包括氧需求量、呼吸交换率以及心率）均无显著差异，表明该种产氢胶囊不会提升人体的最大运动能力；②与第一次测试相比，氢气组受试者的平均心率明显降低，而对照组略微提高；③与对照组相比，氢气组平均呼吸次数降低。综合分析，此种产氢胶囊可以降低受试者运动的心跳和呼吸次数，即可以降低心、肺负荷。
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对运动损伤的缓解
运动损伤定义为在任何与运动有关的活动中因训练或比赛而造成的直接或间接创伤，包括肌肉扭伤、韧带拉伤、肌腱炎、挫伤等，占所有运动伤害的75％。常用的治疗运动损伤的保守疗法包括：①受伤48小时内为急性期，接受RICE疗法（vest，ice，
