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腸道菌群和氫氣醫學效應的關系存在相互作用，腸道菌群代謝產生氫氣，氫氣也會影響腸道菌群。一各方面是，腸道菌群對氫氣的代謝非常活躍，可以給整個人體宿主提供氫氣的來源，實驗發現通過調節這種來自腸道的氫氣可產生生物學效應，人體健康也可能和腸道菌群氫氣代謝存在密切關系。另一個方面是，外源性氫氣補充也可能會影響腸道菌群，因為腸道菌群對宿主健康影響廣泛，這也可能是氫氣發揮廣泛生物學效應的重要原因。
許多報告表明，產氫細菌在腸道中有一些生理作用。例如，2009年哈佛大學醫學院就有報道稱產氫細菌可以抑制小鼠肝炎的發展，抗生素清除產氫細菌后，這種作用消失了(Kajiya et al. 2009)。乳果糖是僅由腸道細菌消化和吸收的糖，人體口服乳果糖可以增加腸道細菌產生氫氣。一項研究報道稱，給大鼠口服乳果糖能使動物體內產生大量氫氣，這種氫氣可以保護大腦缺血再灌注損傷(Zhai et al. 2013)。據報道，帕金森氏病患者的腸道中幾乎沒有產氫細菌，即使給患者服用乳果糖，其呼吸氣中氫氣也沒有健康人多。帕金森病患者中，腸道細菌不能產生足夠數量氫氣抑制疾病進展(Ito et al. 2012;Scheperjans et al. 2015; Hasegawa et al.，2015)。也有研究報道發現，百歲老人體內產生的氫氣是普通人的三倍，其子女也超過一般人水平，雖然這不能證明腸道菌產氫氣能力和長壽的必然聯系，但關于氫氣生物學效應的大量證據仍然讓人非常期待氫氣和長壽存在關系。
最近一項研究發現，氫氣對膿毒癥的影響體現腸道菌群產氫對損傷的抑制作用(Ikeda et al . 2018年)。細菌易位是指腸道細菌或有毒介質從腸道逃逸到遠端器官，被認為是嚴重疾病，如創傷、燒傷、缺血再灌注損傷和膿毒癥等導致多器官功能障礙綜合征的根源。Ikeda等在盲腸結扎穿刺誘導小鼠膿毒癥實驗中，將動物分為假手術組、生理鹽水對照組和氫水治療組等三組。氫水治療組手術后7天口服15 mL/kg氫氣生理鹽水。結果發現氫水治療組成活率比生理鹽水對照組顯著提高30%（圖10）。特別突出的變化是，氫水治療組和對照組之間微生物組成顯著不同(圖10a)。盲腸結扎穿刺前兩組菌群的微生物組成基本一致，以Muribaculaceae為主；盲腸結扎穿刺后1天，對照組腸桿菌科暴增，氫水治療組并沒有出現這種改變。盲腸結扎穿刺后7天，對照組Lachnospiraceae相對豐度增加，氫水治療組沒有出現這種改變。圖10b所示的定量分析中，對照組腸桿菌科菌數在第1天增加了10萬倍，第7天基本恢復正常，氫水治療組始終未出現明顯改變。
這一點在細菌易位中得到了進一步體現。盲腸結扎穿刺后24小時從腸系膜淋巴結和血液中取樣本，厭氧培養24小時，計數菌落數量。圖11所示，對照組腸系膜淋巴結和血液中發生細菌易位在氫水治療組顯著減少。組織學觀察顯示，膿毒癥所致的腸高通透性是黏膜損傷的結果，氫水治療組腸高通透性得到改善。氫水治療組腸道氧化應激水平也有所降低。腸桿菌科含有一些潛在致病菌，如大腸桿菌、克雷伯氏菌、變形桿菌和檸檬酸桿菌。事實上，有報道稱致病性大腸桿菌粘附可直接破壞屏障功能，允許細菌通過細胞內途徑穿過粘膜。Ikeda等人的實驗表明，口服氫水可以抑制這種現象。
腸道菌群是近年來研究的熱點，研究發現它在人類健康的各個方面發揮著重要作用。其中，腸道菌群對免疫系統的影響尤為重要。腸道共生微生物群給免疫系統提供了一個補充的人體基因庫。微生物群的大小和組成在不同個體之間有很大不同，不同個體微生物群是不同的。通過移植一些改造的腸道細菌微生物能對一些疾病產生治療效果。
對免疫系統的重要意義是，作為一個整體微生物群可讓免疫系統對不斷入侵的病原體保持警惕。該系統出現漏洞是某些疾病發生的原因。人們普遍認為，疾病往往是微生物組成平衡破壞引起，而并非特定細菌的有害作用。為了使微生物群免疫系統在人體中正常發揮作用，菌群與先天免疫系統協作必不可少。
氫氣對腸道微生物群的影響在這方面很有啟發意義。Ikeda等認為，氫氣對微生物群的顯著作用應引起微生物群免疫活性的巨大變化，這可能是氫氣治療疾病的關鍵作用機制，能合理解釋氫氣效應的廣泛性和預防作用。微生物組研究和氫氣醫學都是年輕的研究領域，涉及許多尚未闡明的問題和現象，它們之間聯系的重要性也是不言而喻的。
氫氣生理鹽水抑制腸道腸桿菌科過度生長。
(a)盲腸穿刺引起腸道菌群發生系列改變。 (b)盲腸穿刺引起腸道腸桿菌科改變非常顯著，其中第一天升高10萬倍(Ikeda et al. 2018)。
氫氣生理鹽水抑制小鼠腸系膜淋巴結（MLN）和血液細菌易位(Ikeda et al.2018)。
