电解水在日本已经被应用了近一个世纪，中国美国和欧洲也已经广泛使用，研究也发现了许多生物学效应，但是2007年前对电解水生物学效应的解释存在许多错误，导致电解水一直无法被主流学术界接受。2007年，微量氢气具有强大生物学效应被发现后，终于弄清了电解水生物学效应的本质来自氢气。这一发现导致氢气生物医学领域的产生，也让电解水生物学的研究走向一个新阶段。但是由于历史问题，对电解水的认识仍然存在模糊和错误。现在到了应该进行彻底纠正的时候。

为了让大家对这一问题有更准确的判断和认识，这里介绍美国学者最近写的关于电解水真相的文章。

LeBaron TW, Sharpe R, Ohno K. Electrolyzed-Reduced Water: Review I. Molecular Hydrogen Is the Exclusive Agent Responsible for the Therapeutic Effects. Int J Mol Sci. 2022 Nov 25;23(23):14750.

碱化电解还原水（电解水）被赋予了众多的益处。有时，这些主张与易于揭穿的观念有关。对电解水所观察到的益处曾经被推测是由于其内在特性（例如，负氧化还原电位（ORP）、碱性pH、氢气气体）以及神秘的特性（例如，水结构改变、微团簇、自由电子、活性氢、矿物氢化物）。相关伪科学营销进一步助长了主流科学不愿接受电解水具有生物效应的态度。最后，通过许多体外和体内研究，逐一检查和反驳了这些主张，直到最终证明氢气是负责ORP的负值和观察到的电解水治疗效果的唯一因素。本文简要介绍了电解水的历史，并全面回顾了连续的研究，表明了氢气的重要性。我们说明电解水的效果可以很容易地用已知的氢气的生物效应和利用传统化学来解释，而不需要任何形而上的推测（例如，微团簇、自由电子等）或依赖于不可信的概念（例如，碱性水抵消酸性废物）。应测量电解水中氢气的浓度，以确保其与临床研究中使用的浓度相当。

1.介绍

电解还原水（电解水），也称为“碱性离子水”，是一种由水电解产生的碱性水。执行此操作的设备被称为“碱性水离子发生器”或“水电解槽”。几十年来，电解水一直是一种受欢迎的水，并因其声称的许多健康益处而继续在世界各地普及。其中一些说法有科学依据，并得到已发表研究证据的支持，而另一些则缺乏证据，甚至缺乏可证伪性（伪科学的特点）。在过去50多年电解水的使用和研究中，现已证实电解水可以产生重大的生物效应，而这些生物效应是由氢分子造成的。不幸的是，至今对氢气在电解水中的重要性的认识仍然滞后。这导致了一些令人遗憾的后果，包括（1）主流科学难以接受电解水具有生物效应的说法；（2）关于电解水的被揭穿的和伪科学的说法持续存在和继续扩散；（3）关于电解水的科学研究仍然不足；（4）有健康意识的消费者在购买次优装置时被忽悠；（5）某些安全问题被忽视，甚至将其作为正面效应来宣传。

电解水是生产氢气的常用方法。这使得水离子发生器成为制造氢水的潜在有效方法。然而，在用电解制造电解水中不可避免地发生的负ORP、碱性pH和降低的氧气浓度等可模糊电解水中有效成分的身份。本文概述了电解水的历史以及最突出主张的发展情况，然后将其与科学共识并列。我们首先讨论了氢分子的一些特性和生物效应，然后回顾了表明氢分子才确实是电解水中唯一有益物质的证据。

2.氢气的理化性质及生物学效应

氢气是一种双原子气体，由两个氢原子共价结合而成。氢气是一种稳定的中性分子，在10%到75%的浓度之间具有爆炸性，但溶解在水中时不会爆炸。由于氢气独特的物理化学性质，其细胞生物利用度极高。氢气分子小尺寸、低质量、中性电荷和非极性性质，加上其高扩散速率，使其易于穿透细胞生物膜并扩散到线粒体和细胞核中。事实上，氢气是宇宙物质最小的分子，其共价半径为31pm，还不到氧气的一半。氢气是最轻的分子（2.02克/摩尔），密度最小。在标准环境温度和压力下，氢气在水中的溶解度可达0.8 mm（1.6 mg/L）。然而，氢气在脂类中的溶解度要高许多。当溶于水时，无论pH值如何，氢气都不会离解成电子和质子，而是简单地被水分子包围，形成含氢气水。氢气在地球表面大气中约5.50×10^-5%；因此，在平衡时，环境水中溶解的氢气浓度预计为4.29×10-7mM（8.65×10-7mg/L）。这还不到每升百万分之一毫克。相反，常压饱和氢水含有1.6 mg/L。1.6 mg/L的浓度可能看起来并不高，但由于氢气是最轻和最小的分子，应使用摩尔而不是质量进行比较。摄入1升氢气饱和的水比摄入100毫克剂量的维生素C提供更多的“治疗摩尔”（0.79毫摩尔氢气对0.57毫摩尔维生素C）。类似地，正常的3mg剂量的褪黑素，其仅有约3%的生物利用度，导致仅0.09mg到达血液（或21毫摩尔）， 其比摄入1升饱和氢气水后的氢气的摩尔数少26倍。

最近，氢气因其独特的抗氧化、抗炎和抗细胞应激作用而被广泛研究。关于氢的临床研究已经证明了其在认知障碍、代谢综合征、中风、COVID-19和运动医学中的潜在应用。氢气的临床和分子效应机制已被广泛研究。

3.电解水发生器的历史及其与氢的关系

水电解是将水电解为氢气和氧气[即，2e+2H2O→2H2（G）+O2（G）]。该电化学反应是氧化-还原反应，其中通过氢离子[2H+（AQ）+2e-→H2（G）]的还原在阴极形成氢气，并且通过氢氧根离子[2OH-（AQ）→O2（G）+2H+（AQ）+2e-]的氧化在阳极形成氧气。通过用不透H+和OH-离子的半透膜分隔两个电极，可以在阴极产生含有氢气的碱性水，在阳极产生含有氧气的酸性水。在阴极产生的水被称为“电解还原水”（电解水）。使用“电解”是因为它经历了电解，而使用“还原”是因为在阴极发生了还原反应。

电解水也常被称为“碱性离子水”。术语“离子化的”可以说是一种误称，因为水分子本身不是离子（即，只是H2O而不是H2O+或H2O-）；水经过电离过程，在阳极形成更多的H+离子，在阴极形成更多的OH-离子。此外，尽管产生的水含有或多或少的H+和/或OH-离子，使得中性pH水源水呈碱性或酸性，但OH-和H+浓度的乘积仍等于水的离子乘积（即，Kw=[OH-][H+]=1×10-14）。因此，产出的水并不比原来的水含有更多的离子，符合电中性定律，水本身并没有真正电离。

电解水的特点是具有高pH值、低溶解氧浓度、高溶解氢浓度和负氧化还原电位（ORP）。1931年，日本开始对电解水进行研究，1965年，日本政府批准了水离子发生器，以帮助缓解各种肠胃疾病。十年后的1978年，韩国联邦药品管理局（Korean Federal Drug Administration）也出于类似原因批准了水离子发生器。然而，在这些早期，溶解的氢气作为治疗剂的作用尚未被认识。这是可以理解的，因为这是在科学上确定氢气具有任何生物效应之前。

电解水的健康作用

至少自1985年5月以来，有许多记录表明，电解水的使用带来了临床改善，这在当时被认为是奇迹。1997年前后，随着对电解水研究增加，更多的研究表明，电解水具有抗氧化作用，保护DNA免受氧化损伤，促进GLUT4易位，保护胰腺β细胞免受四氧嘧啶诱导的细胞损伤，防止阿司匹林诱导的胃粘膜损伤，抑制脂质过氧化，具有抗糖尿病和抗癌作用。

然而，电解水的发挥作用的分子本质仍然未知。氢气曾经被简单地视为电解的惰性副产物，没有生物价值。电解水的有效性开始是通过pH和ORP来评估的，而不是通过溶解的氢气浓度来评估的。事实上，这些早期研究中的大多数直到2007年后才报告了氢气的溶解浓度，而这正是氢气的治疗效果首次得到明确证明的时候。

4.关于电解水的错误假设

由于氢气仅被视为电解的一种生物惰性副产品，人们对电解水中的哪种特性导致其治疗效果进行了许多推测。例如，（I）碱性pH，（II）与自来水相比，由所声称的更高的电解水的kW所反映的水的增加的能量，（III）由于所声称的不同的水结构（例如，微团簇）而增加的水的细胞生物利用度，（IV）负的ORP，其被视为用于淬灭自由基的可用电子，（V）铂纳米颗粒，和（vi）原子氢（称为活性氢），所以氢原子被提出是因为氢气被认为太惰性。表1概述了经常提出的关于电解水的主张，并就其科学合理性作了简要评论。该表仅侧重于电解水的物理化学特性，而不是许多生物健康声称，后者数量太多，超出了本文的范围。此外，一旦电解水的物理/化学特性被仔细审查/驳斥（例如，水的负电荷提高了细胞电压，改变的水结构提高了细胞水合作用等）和/或证明氢气本身可以解释所观察到的治疗生物益处，许多健康声明就变得无关紧要了。

随着这些声明的扩散，导致电解水被分别称为：离子水、离子水、负水、电子水、微水、微团簇水、团簇水、纳米水、六方水、羟基水、神奇水、增能水、电振动水等。重要的是，正如将要讨论的，除了最近的氢气解释，表1中列出的所有“假设”在科学审查下都站不住脚。后续将具体讨论几个最突出的猜想命题。

4.1.碱性pH值

正常健康血浆pH值约为7.4（即7.35至7.45），呈弱碱性。如果pH值偏离这个狭窄的范围，就会出现病理后果。细胞pH在≈6.8至7.8的范围之外与人类生命不相容，因为许多蛋白质的结构都会改变，导致功能丧失。身体不断努力维持这一严格的pH值范围，这主要是对抗食物代谢过程中产生的酸（即H+离子）。这些氢离子中的许多最终与线粒体中的氧结合形成水（例如，4H++O2→2H2O）。然而，并不是所有的都这样，这增加了H+离子浓度（降低了pH值）。此外，在代谢过程中，产生二氧化碳，其通过根据反应（CO2+H2O→HCO3-+H+）添加更多的H+离子来进一步降低血液的pH。每天仅通过在正常代谢中产生二氧化碳而产生的H+的量（即， 脂肪、碳水化合物和蛋白质的氧化）产生的H+浓度超过正常血浆H+浓度的1亿倍。

众所周知，某些增加产酸的疾病（例如，由于局部缺血引起的糖尿病酮症酸中毒和乳酸性酸中毒）、松散的碳酸氢盐（例如，慢性腹泻和阿狄森氏病）或减少的肾酸排泄（例如，肾衰竭和肾小管酸中毒）可由于血液pH降低而导致医疗危机。可以说，如果血液pH值低于正常值，那么这个人就有病。还可以说，较低的pH值可导致许多不利的症状，包括头痛、关节痛、肌肉无力、心脏问题和认知功能受损。然而，这些相关事实经常被误解为单向因果关系，即：（1）酸性pH值“导致”所有疾病，（2）任何人出现上述任何症状都是因为他们具有酸性pH值。

因此，很大程度上是这些不合逻辑的信念导致了错误的结论，即防止酸性pH发生也能预防甚至治愈任何疾病。因此，错误的推测继续存在，即饮用具有高碱性pH值的电解水将通过维持/增加血液pH值至健康水平而直接有助于预防和治疗疾病。（这就是所谓的酸性体质假说）

关于酸性体质的推理有三大谬误:

错误声明一:酸性pH值导致所有疾病.

这种说法来自于这样一种认识，即患有某些疾病（如糖尿病）的人可能具有低pH值，而低pH值可能导致其他疾病。然而，应该认识到，是疾病（即糖尿病）导致了低pH值，而不是低pH值导致了疾病。事实上，许多疾病根本不会影响身体的pH值，而其他疾病则会诱发致命性碱中毒（pH值过高），如某些类型的癌症、肾功能障碍、脱水、氯离子通道基因突变、醛固酮增多症以及Bartter综合征、Gitelman综合征和Liddle综合征等。

错误声明二:普通疾病感觉是低pH值的证据

低pH值的许多症状，如头痛、疲劳、思维麻木、关节疼痛等，也是许多其他疾病的症状，包括正常生活。事实上，在代谢性碱中毒的情况下，许多pH值过低的症状也会出现。不幸的是，许多销售碱性产品的人利用这些症状和其他症状从根本上诊断消费者患有“酸中毒”，然后提供“治疗”，这就是他们销售的碱性产品。

错误声明三:饮用碱性水会影响血液pH值，对健康有益

的确，对于某些医疗状况，摄入碱性成分（例如碳酸氢钠）可能是有帮助的，例如胃灼热、代谢性酸中毒、某些类型的肾结石等。然而，通常，摄入碱性成分不会提供任何医疗益处，甚至可能是有害的。事实上，长期摄入碳酸氢钠会导致危及生命的并发症，包括严重的代谢性碱中毒、惊厥、电解质失衡和横纹肌溶解。

然而，即使我们接受假设前提，即我们需要摄入碱性成分来帮助身体维持/增加血液pH值，也无法用电解水产生的碱性水来实现。这是因为，尽管具有高的碱性pH（例如，≈9.5），这种类型的碱性水具有非常小的缓冲能力（即，抵抗pH变化的能力）。实际上，碱性pH和酸碱缓冲能力是独立的性质。作为说明性比较，pH值约为8.1的碳酸氢钠是一种有效的缓冲剂，这意味着它可以抵抗pH值的变化。化学计量上，1茶匙小苏打（4.8克）可以中和约1800升pH 9.5的碱性水中的酸（H+离子）。

那些销售碱性水机的人通过证明几滴普通的碳酸饮料会降低碱性水的pH值，从而认识到高pH值碱性水的低缓冲能力。然而，他们并没有认识到碱性水是一种无效的“碱化剂”，而是将焦点转移到饮料对身体的“酸性”（因此“有害”）程度上。这些水离子发生器不向水中添加碱性缓冲剂，这意味着，尽管具有“碱性pH ”，但实际的“碱度”（抗酸化能力）仅略大于其来自的原始自来水。因此，与原始水源水相比，电解水的碱性不会对人体的pH值产生更大的影响，因此，既不会产生有益影响，也很可能不会产生任何有害影响。

另一方面，自然产生的碱性水似乎对健康有益。然而，这不是由于碱性pH，而是由于增加的矿物质浓度。具体而言，天然碱性水通常含有较高水平的钙、镁和其他对健康至关重要的微量元素，并且这些元素在溶解于水中时具有高度的生物可利用性。事实上，一项荟萃分析的结果显示，摄入含有较高矿物质的水可以降低患心血管疾病和其他疾病的风险。（氢思语：原作者从化学角度，论证电解水的碱性本身没有价值，主要是不足以影响身体的酸碱度，因为这种水的缓冲能力有限。但是，这也只是从理论上进行的分析，是否真的如此，仍然需要研究。）

与电解水中的碱性pH值无关

重要的是，尽管电解水具有碱性pH值，但我们可以从逻辑上排除这一特性是影响其治疗效果的因素，因为除了上述事实外，在所有体外细胞培养研究中，碱性pH值总是被中和。否则，高碱性pH值会损伤细胞，因为高pH值与我们的细胞结构和功能不相容。尽管如此，许多主张电解水的人错误地将观察到的电解水的好处归因于碱性pH值。具有讽刺意味的是，被市场营销人员用作碱性pH值证据的电解水出版物要么没有提出任何此类主张，要么该研究实际上驳斥了这些主张，因为碱性pH值被中和了。

4.2.小分子团簇

关于电解水的研究已经证明了有意义的治疗效果，但对这些好处的解释和原因以前是未知的。由于碱性pH值没有任何意义，研究人员开始测试水的其他性质。一个有趣的发现是，当对电解水进行17O核磁共振（NMR）测试时，结果显示电解水的带宽明显小于自来水。据推测，这种差异表明了水的一种重组类型，特别是“微团簇”的存在。通常的说法是，正常的水由15个或更多的水分子团组成，这些水分子团不容易穿透细胞。另一方面，电解水据称是“电重组”的，每个簇只有3到5个水分子，使其更具水合性。然而，NMR带宽变化已显示为pH的函数，其中与pH7的任何偏离都会导致较小的共振带宽。

另一个试图证明微团簇存在的常用证明是能够用电解水制茶的表象。据称，较小的水微团可以更容易地穿透茶包并提取茶分子，绕过了加热水的正常要求。然而，这个演示只适用于某些茶，特别是绿茶是最常用的茶。事实是，茶叶中的有机分子，就像卷心菜和许多其他食物一样，是天然的pH值指示剂。当pH值增加时，颜色变绿，当pH值降低时，溶液变清。这就解释了为什么不是所有的茶都可以用于这个演示，因为不是所有的茶都可以作为pH值指示剂。尽管较高的pH值可能使各种茶分子离子化并增加它们的溶解度和随后的提取以及气体（气泡）也可能有助于植物化学提取，主要现象是由于pH引起的颜色变化。类似的pH依赖证明依赖于将油与“强碱性水”混合。声称微团簇是这种高pH水与油混合的能力的原因，而实际上这仅仅是由于非常高的pH，其中OH-离子与脂肪的酯部分反应以皂化和乳化油。实际上，这与用于制造肥皂的方法相同，其中将高pH物质（例如，碱）与动物脂肪混合。这是许多“脱脂”产品背后的相同机制，这些产品也具有高碱性pH值。另一个关于饮用碱性离子水的常见轶事是，它“感觉”它被身体吸收的速度明显更快。胃里没有胀气或水“晃动”的感觉。这种明显现象的机制通常归因于微团簇。然而，如果这种更快的吸收是真的， 那么它将再次最有可能归因于水的高碱性pH值。事实上，酸性饮料会延迟胃排空，而胃pH值越高，胃排空越快。

事实上，化学和生物学的基本原理，以及测试微团簇声明的具体研究，都驳斥了水中这种类型的微团簇的概念。例如，（I）水分子不以簇的形式存在，并且任何瞬时缔合在飞秒尺度（十亿分之一秒）上转瞬即逝，不记得它们之前所处的位置，（II）水分子通过水通道蛋白通道以线性和单分子“非簇”的方式进入细胞，以及（III）在NMR带宽中观察到的变化，制茶，以及与油的混合都是pH的函数，而不是水簇大小的函数。

4.3.氧化还原电位

由于电解水研究人员在这一点上没有将电解水的任何治疗益处归因于其碱性pH值，也没有可信的研究支持微团簇的存在，因此需要对电解水的其他特性进行评估。与pH值一样，氧化还原电位（ORP）是溶液的固有属性。可以用ORP探针测量ORP，所述ORP探针包括作为工作电极的铂电极和参比电极（通常为Ag/AgCl），所述参比电极被校准到标准氢电极。两个电极测量电位差（电势），单位为伏特。因此，含有高氧化性化学物质，例如氯化水、过氧化氢、三氧化铬等的溶液给出高的正ORP读数（+500至>+1000mV），而含有还原性化学物质，例如2-巯基乙醇、氢气、抗坏血酸和其它某些抗氧化剂等，给出负ORP读数（−100至<−1000 MV）。

生物体液的ORP值通常是还原性的，摄入某些高氧化性物质，如过氧化物、高氯酸盐、高锰酸盐等，会对身体有害。具有负ORP的解决方案是健康的，而具有正ORP的解决方案是有害的，这一命题是合理的，但也是错误的。例如，从逻辑上讲，摄入高度阳性的ORP溶液可能是有害的，这是由于高度氧化的化学物质；因此，具有较低ORP的溶液可能危害较小。此外，如果溶液是还原性的，如负ORP所示，那么这可能会维持甚至恢复细胞氧化还原稳态。然而，该推理是错误的，因为没有迹象表明由于不可克服的活化能的可能性甚至会发生氧化还原反应，或者导致负ORP的化学物质是有益的。事实上，2-巯基乙醇提供了一个负的氧化还原电位，但它的摄入可能会产生致命的后果。 换句话说，仅仅因为一种溶液具有还原性氧化还原电位（ORP），并不能使其无害，更不利于健康。不幸的是，焦点随后变成了氧化还原电位本身，而不是导致负氧化还原电位的化学物质。

还对氧化还原电位（ORP）进行了数学转换，以尝试消除pH值的影响，这被称为R氢气指数。该R氢气指数基于能斯特定律和吉布斯自由能，使用玻尔兹曼常数使其相对于标准氢电极（SHE）与pH无关。然后用它来估计溶液的抗氧化能力。不幸的是，这进一步强调了ORP的重要性，而没有考虑（I）负责ORP的化学物质（即健康的或有害的），（II）这些物质的浓度，或（III）活化能是否甚至允许有意义的反应速率进行。

重点明显放在氧化还原电位（例如，越负越健康）而不是溶解的氢气的浓度上，这可能是因为不清楚氢气是不是在电解水中产生负的氧化还原电位的原因，但很清楚的是，当负的氧化还原电位消除时，治疗效果也同样消失了。由于氧化还原电势代表了潜在电子转移的方向，一些人误解为负ORP是由于溶解在水中的电子的字面存在，甚至可能是因为电解水中的术语“还原”指的是在阴极发生的电化学“还原”。这意味着，在电解过程中，电子从负铂电极上脱落，它们不是与质子反应形成氢气，而是溶解在水中，产生负的氧化还原电位（ORP），可能产生带负电荷的“电离”水分子（例如，氢气O-或氢气Oe-，氢气Oesolv-）。然而， 在正常条件下，不可能在液态水的体相中具有稳定的溶剂化/水合电子，并且即使实现了这一点，也是有毒的。（所谓氢原子水的概念，好好看这一段的描述）

相反，负ORP是溶解的氢气的直接结果，如根据氢离子对氢气的标准半电池还原电势（方程（2））的能斯特方程（方程（1））所示。

其中，E是氧化还原电位，E°是标准半电池还原电位（0.000 V），R是通用气体常数（8.3145 J K−1 mol−1），T是绝对温度（开尔文），F是法拉第常数，96485℃mol−1，n是半反应中转移的电子摩尔数，p氢气是氢气的压力（大气压）。因此，根据方程式（1）和（2），如果将氢气添加到水中或pH增加（H+浓度降低），则ORP将为负。实际上，从电解水中除去氢气导致正的ORP，并且简单地将氢气鼓泡到水中导致负的ORP。

理论上，基于方程，如果pH保持恒定或通过使用R氢气指数使氧化还原电位与pH无关，则具有较大负ORP的溶液将具有最高的氢气浓度。然而，从方程中可以看出，pH对ORP的影响在很大程度上模糊了氢气浓度变化对ORP的任何影响，如图1. 图1A表明pH的变化对ORP的影响大于氢气浓度的变化。实际上，将pH从0改变至14使ORP改变约800mV，而将氢气改变10倍（0.16mg/L至1.6mg/L）仅使ORP改变29.58mV。同样地，图1B说明即使当将氢气浓度增加100×（0.14mg/L至14mg/L）时，ORP仅改变59.16mV，而将pH从7增加至12（一些电解水装置的典型情况）时，ORP改变295.8mV。重要的是，在氢气浓度增加100倍的情况下观察到的59.16 MV ORP变化与仅通过pH的一个单位变化（H+浓度的10倍变化）实现的变化幅度相同。在方程（1）中，pH从0到14的变化对ORP的影响相当于将氢气的浓度增加1028倍。换句话说，pH比氢气对ORP的影响更大的原因图1pH是[H+]的对数，其项也是平方的，而氢气的压力以线性标度表示，因此与[H+]相比，它具有较小的动态范围。

图1 ORP的变化是pH（A）或氢气浓度（B）的函数。温度保持恒定在25°C。注意，尽管标准环境温度和压力下的氢气浓度为1.6 mg/L，但根据亨利定律（C=P/KH；C是浓度，P是压力，KH是特定气体在给定温度下的亨利溶解度常数）。

尽管该图给人的印象是，即使没有氢气，ORP仍然是负的，但这仅仅是因为氢气浓度的范围很宽。然而，重要的是，仅基于能斯特预测而不考虑任何其他氧化还原对，即使氢气浓度仅为0.0001mg/L，水的ORP仍为负值（-290mV）。（有的产品宣称加热也不影响氢浓度，其实是因为加热不影响酸碱度，而碱性对负电位的贡献非常大，并不是氢气没有跑，而是碱性没有变。）

最后，电解水中的负氧化还原电位读数完全可以通过溶解的氢气水平和pH值来解释，因此不需要额外的神秘解释，如“自由电子”或“储存的能量”。如前所述，许多化合物可以产生负的ORP溶液，其中一些具有致命的后果。电解水中的负ORP是由于氢气而不是“自由电子”。

4.4.氢原子

原子氢是造成电解水的原因这一观点始于1995年左右。这个想法的提出是因为氢分子被认为只是电解的惰性副产品。然而，氢原子在水中的存在是非常不可能的，因为它是一种高活性自由基，并且会与其他氢原子（H•+H•→氢气）反应，其高速率常数（1010 m-1 s-1）仅受扩散速率的限制。此外，Hiraoka等人专门调查了这一说法，但无法找到水中存在原子氢的任何证据。他们的结论是，水的任何类似抗氧化剂的作用都可以很容易地用通常的物理化学知识来解释，而不依赖于“活性氢”。电解水中根本不存在需要“活性氢”存在的现象。

4.5.铂纳米颗粒和矿物元素胶体

随着对电解水的研究不断深入，人们注意到，在某些情况下，电解水的作用不同于通过将氢气鼓泡放入水中而制备的氢水。例如，一些（但不是全部）电解水清除了超氧阴离子自由基和过氧化氢，而氢气不能清除。铂纳米颗粒（PtNPs）的电极降解和随后的浓度是时间依赖性的。发现，在连续电解2小时的一些情况下，由于电极的降解，电解水含有少量ppb范围内的PtNP。

已知氢原子容易吸附在铂表面上，并且PtNPs可以催化氢气活化为活性自由基原子氢或简单的电子和质子。因此，提出了一个新的假设，即电解水中的PTNPs激活氢气，并且吸附的氢原子容易提供给各种活性氧（ROS）。研究还表明，电解减少了阴极表面的矿物阳离子，水中含有稳定的“矿物纳米团簇”，其中吸附了原子氢和“矿物氢化物”。

然而，没有可信的证据表明稳定的矿物氢化物和元素矿物纳米团簇。事实上，它们的存在是不可能的，因为这些化学物质的反应性会迅速将含水质子还原为氢气[例如，2e-（AQ）+2H+→H2（G）]。此外，如表2矿物/金属的标准还原电位需要2伏以上，即使在pH值为14的情况下，也明显高于质子还原为氢气的电位。换句话说，与矿物/金属相比，质子在电解过程中优先在阴极还原为氢气。

类似地，基于它们的标准还原电势，在水溶液中，在阴极形成的氢原子不能还原碱性矿物或与它们形成氢化物。相反，氢原子将相互结合，作为自由基反应的终止步骤。因此，含有PtNPs的电解水的ROS清除能力可以用PtNPs单独存在而不需要吸附氢来解释。

4.6.电解水相对于氢水的优越性？

一些公司可能认为，由于PTNP的存在，氢浓度与非电解水氢水相同的电解水具有更多的生物效应（好的或坏的）。例如，由Nihon-TRIM（日本最大的水离子发生器制造商，紧随其后的是Panasonic）赞助的一项经常被引用的研究报告称，与同等水平的溶解氢相比，电解水具有更好的活性氧物质清除活性。该研究正确地证明，由于PTNPs的存在，即使在通过高压灭菌去除溶解的氢气后，电解水的清除活性仍然存在。这些PTNPs可以直接清除ROS，甚至可以激活细胞内的抗氧化系统。逻辑上，如果氢水补充有额外的清除剂（例如，抗坏血酸、PTNPs等），则预期其比单独的氢发挥更大的清除活性。确实，该研究表明，将PTNPs添加到氢水中比单独的氢水表现出更大的抗氧化活性。

虽然电解水中的PTNP可能有一些额外的好处，或者可能因PTNP的存在而产生协同效应，但也有潜在的毒性效应，这是关于电解水摄入风险所讨论的安全问题之一（我们的串联审查报告第二部分）。幸运的是，唯一似乎含有PTNPs的水是那些补充了PTNPs的水或在间歇式水离子发生器中对NaOH溶液连续电解1–2小时的水。事实上，许多关于电解水的研究表明，电解水中没有PTNP，或者至少低于检测限度（0.1微克/升）。

总之，添加PTNPs可以合理地在细胞（不一定是人类）中产生更大的生物效应。重要的是，这种生物效应可能对癌症和正常人体细胞具有毒性。毒性很大程度上取决于PTNPs的大小和剂量。然而，如上所述，由于电解水中缺少PTNP，日常用户可能不必过分担心这一点，因为含有PTNP的电解水中已经添加了PTNP，或者水已经持续电解了1-2小时]。（任何生物学作用都意味着风险可能！）

另一个论点是，电解水含有一种非气态抗氧化剂，因为即使在氢气消散后，其治疗保护作用仍然存在。然而，即使假设该观察结果不是由PTNPs引起的，该结论也是有缺陷的，因为它错误地假设氢气仅发挥直接的ROS清除活性。事实上，氢气不太可能发挥任何显著的直接自由基清除活性。氢气的生物学益处最好的解释是信号转导和基因表达的调节，包括内源性抗氧化剂的上调。因此，氢气可在其短暂暴露后数小时、数天甚至数周内具有残留的保护性生物效应。根据这一理解，研究也再次证明，氢气是电解水具有疾病治疗效果的真正原因。

5.氢分子是电解水作用的基础

随着电解水研究的继续，一次排除一个变量是一个合乎逻辑的过程。2002年，一个研究小组使用阿司匹林诱导的胃粘膜损伤大鼠模型来消除电解水的非治疗特性。他们分成四组：（1）pH值为10.5的电解水，（2）用氢氧化钠配制的pH值类似的水，（3）矿物质含量与电解水类似的水，以及（4）pH值和矿物质含量类似的水。毫不奇怪，根据我们上面的讨论，单独的碱性pH没有提供任何益处。水中的矿物质也是如此，其浓度相对较低。然而，发现只有电解水是有效的，这进一步证实了溶解氢气的重要性。

至少到2004年，镁金属介质被研究人员用来生产碱性水，它也表现出负的氧化还原电位（ORP），并具有抗癌和抗糖尿病的作用，就像电解水一样。这是在氢气被认为是治疗成分之前，因此在引用的研究中甚至没有提到氢气。根据反应（Mg+2H2O→H2+Mg（OH）2），元素镁产生氢水和碱性pH。然而，这些研究表明，电解过程并没有什么独特之处，这缩小了确定治疗剂的变量范围。

5.1.氢气是电解水治疗效果的基础

2005年，研究表明，中性pH的富氢电解水可以降低大鼠的氧化应激，这进一步证实了氢气，而不是碱性pH，是治疗效果的原因。关于电解水的其他研究也使用了中性pH值的水。同样，2006年，一些电解水研究人员开始在其研究中提到，氢气是生理活性物质，而不是微量还原性金属。几年后，研究人员使用镁金属方法来制造具有负ORP的碱性水，但从水中去除了大部分氢气。他们证明，治疗效果是溶解的氢，而不是镁、氧化还原电位或碱性。

2013年，研究人员测试了过滤水、电解水和脱气电解水。正如预期的那样，只有使用未脱气的电解水才能观察到治疗效果。一项更详细的研究检测了阿司匹林诱导的胃损伤大鼠模型中不同pH下不同浓度的氢气。他们创造了四种不同类型的水：pH值为8.5和9.5的电解水，这两种水都有额外的氢气鼓泡以增加浓度或氮气以去除氢气（作为对照）。发现最低氢气浓度（0.07mg/L）没有效果，但较高氢气浓度（0.22mg/L和0.84mg/L）具有剂量依赖性的效果。此外，当氢气浓度相同时，pH8.5与pH9.5的电解水同样有效。类似地，由常规水离子发生器（氢气1.3mg/L，ORP-772mV，pH10.8）产生的电解水用于在体外和体内治疗癌症。对照水是除去氢气气体的电解水。对于体外治疗， 电解水的pH值被中和。电解水中的氢气抑制癌细胞存活并诱导凋亡。对于体内研究，发现与非氢气 电解水相比，用含有氢气的电解水治疗显著延缓了转基因Balb-neut小鼠中乳腺肿瘤的发展。

最后，在2019年，我们发表了一项研究，该研究进一步阐明并证实，在高脂饮食诱导的非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）动物模型中，氢气是导致电解水生物效应的唯一因素。简言之，在本研究中，我们使用pH11，ORP-495mV，氢气浓度为0.2mg/L的电解水，然后将小鼠分为四组：（1）常规饮食（RD）/常规水（RW）；（2）高脂饮食（HFD）/RW；（3）常规饮食/电解水；（4）高脂饮食/电解水。测量小鼠的体重和身体成分。12周后，处死动物，对其肝脏进行组织学和逆转录聚合酶链反应。我们的结果很有趣，因为与其他研究相比，结果显示，饮用电解水和RW的两组之间在RD或HFD方面没有差异。我们假设无效结果是由于氢气浓度低。因此，我们评估了RW以及低和高HRW浓度（分别为L-HRW=0.3 mg/L和H-HRW=0.8 mg/L）对喂食HFD的小鼠的影响。与RW和L-HRW相比，H-HRW导致脂肪量增加减少（46%vs61%），体重减少更多（42%vs 28%），肝脏脂质减少（P<0.01）。我们还发现，与饮用普通水的小鼠相比，从饮用H-HRW的小鼠中分离的肝细胞暴露于棕榈酸过载，通过减少肝细胞脂质积累，证明了氢气的保护作用。因此，我们得出结论，氢气确实是电解碱性水中的治疗剂，对减轻HFD诱导的小鼠非酒精性脂肪性肝病起作用。

2007年Ohsawa等《自然医学》文章后，由于证明了氢气的明显好处，许多电解水研究人员开始专注于氢，水离子发生器的使用成为生产富氢水的一种手段，而不是生产电解水的一种手段。我们注意到，2007年之前的文章几乎没有报道氢浓度，但几乎所有2007年之后的文章都报道了氢浓度。表3总结了一些有助于最终证明氢气是负ORP和观察到的生物效应的唯一原因的研究。

2021年，NIHON-TRIM赞助了另一项研究，证明中性pH氢水具有与电解水相同的抗酒精毒性的肝细胞保护作用。他们还报告说，脱气能消除电解水的细胞保护作用和减少有害物质的作用，但中和pH值却不能消除这种作用，从而证实氢气而不是pH值是造成电解水治疗效果的原因。

可以看出，许多研究表明，氢气是造成电解水的好处的原因，而不是其他特性。这一观察结果说明于见图2这是我们在集体研究电解水的个别特性时所期望的图形表示。总之，对照水表示基线水平。这一水平类似于pH值为10的电解水，但氢气从水中脱气。如果有的话，该水平略低于基线，表明当pH值超过10时，可能会产生有害影响。此外，这说明不存在因电解而产生的“神奇”影响，包括微团簇、电子、能量等。接下来，如所预期的，提供用氢氧化物（例如，钠、钾、钙等）产生的碱性pH 10的水与对照没有不同，除了可能再次由于非常高的pH而产生轻微的有害影响。向水中添加少量矿物质（<50mg/L），如钙和镁，也不会提供任何明显的益处。 我们接下来注意到，当存在痕量氢气（≈0.05 mg/L）时，pH 10 电解水的非显著有益趋势。如上所述，这是足以提供非常负的ORP的氢气，但不足以提供任何治疗效果。然而，当提供含有较高氢气浓度（即1毫克/升）的电解水时，观察到治疗效果。当中性-pH水具有鼓泡到相同浓度的氢气气体时，观察到相同的益处。也许由于电解水如此高的pH值的潜在有害影响，中性pH值可能有一种益处更大的次要趋势（见第二部分）。

图2 从各种水条件中获得的相对利益的假设符号表示。与呈下降趋势的基线相比，电解水或NaOH pH 10水没有任何益处。来自低水平氢气的存在的负ORP仅施加正的有益趋势。然而，在电解水或鼓泡氢气中较高的氢气浓度下，超过了治疗阈值，并且存在剂量依赖性的氢气益处。

最后一个示例列见图2说明了经常观察到的（尽管不总是）氢气浓度的剂量依赖性效应和相应的治疗效果。在这个假设的例子中，与pH值为10的电解水或中性pH值的水相比，含有更多氢气的中性pH值的水具有更大的保护作用。总之，这一模拟图进一步说明了（1）氢气是电解水中的益处的唯一原因，（2）氢气浓度必须足够高才能发挥有益作用，以及（3）氢气的治疗效果可能具有剂量依赖性。

5.2.仍然需要广泛认识到氢气的重要性

尽管大量研究最终表明氢气是造成电解水治疗效果的唯一原因，但研究人员和工业界有时仍然忽视这一点。通过在PubMed上搜索在标题或摘要中含有或不含氢的电解水文章来说明这一点（见见图3)。在1988年之前，没有任何电解水条款提到氢。这一简要分析表明，尽管未提及氢的条款在电解水条款总数中所占的比例正在逐渐下降，但仍有50%以上的电解水条款未提及氢。例如，关于电解水的几篇综述文章和临床研究讨论了氢气的重要性，但没有明确认识到其益处完全来自于氢气。此外，其他综述文章仍然没有认识到氢气的重要性，甚至错误地认为其益处是由于碱性pH。

图3 从1948年至2022年，标题或摘要中含有或不含氢气的电解水论文的年度数量。电解水的定义是标题中含有“碱性（离子）水”或“电解还原水”。在标题或摘要中搜索“氢”的存在与否。不含氢的电解水出版物占电解水出版物总数的比例平均为5年。

这种不必要的混淆可能导致在使用电解水的研究中甚至不测量氢气浓度。例如，一项随机对照研究发现，8周每天饮用2升碱性离子水可降低氧化应激指标，并改善生活质量和运动表现。然而，没有报道氢气的浓度，仅报道了ORP，其不能用于估计溶解的氢气的浓度。这使得不可能知道结果是基于每天摄入的高氢气还是低氢气，因为我们不知道初始浓度，并且水每周只制备两次。类似地，另一项研究测试了pH 8.0、pH 9.5以及pH 9.5和11.5的组合的过滤水对糖尿病患者血糖水平的影响，持续14天。尽管pH为8的水是碱性的，具有负的氧化还原电位（ORP），但与过滤的对照水相比，pH为8的水没有有益效果。然而，pH值为9.5和11。5个具有剂量依赖性的治疗效果。该结果与我们对电解水中氢气的理解一致。pH 8的碱性水可能没有提供足够浓度的氢气，而pH 11.5的水比pH 9.5的碱性水具有更多的氢气，这解释了剂量依赖性效应。不幸的是，该研究从未测量氢气的浓度，而只是参考了其他关于氢水的研究，电解水的好处被归因于被揭穿的原子氢、微团簇、碱度和电子的观点。因此，希望氢气在电解水中的本质重要性能够得到研究人员和消费者更广泛的认可。这将允许更好的研究设计，更有意义的发现，以及对结果更好的解释。此外，尽管氢水的真实临床效果尚无定论，但至少让潜在客户了解事实是很重要的。 通过这种方式，他们可以得到关于哪种产品可能最适合他们的指导，而不会被围绕电解水的许多被揭穿的说法所迷惑。

此外，正如我们的串联审查第二部分所述，当摄入碱性水，特别是pH值高于10的电解水时，电解水具有一些潜在的健康问题。例如，（I）电极降解增加，随后释放PTNPs和/或其他可能导致组织损伤的有毒金属，（II）矿物质和营养吸收受损，（III）微生物组失调，（IV）钾稳态受损等。这是有问题的，因为只有在伴随产生非常高的pH值的情况下，才能获得电解水中最高的氢气浓度。此外，正如第二部分所讨论的，由于电解水机器、源水和流速的差异，即使在最高设置下，氢气的产量也可能低于成功的临床研究中所使用的产量。尽管这些担忧和警告可以规避，但许多人甚至没有意识到氢气的重要性，更不用说这些方面是有问题的。确实， 认为高pH值电解水和PTNP具有治疗作用的观点类似于认为解毒剂就是毒药的观点。需要测量电解水中的氢气，正如所讨论和广泛审查的那样，氧化还原电位（ORP）计不能用于估计水中的氢气浓度。不幸的是，ORP仪表的问题延伸到通常使用和销售的便携式氢气仪表。这些类型的氢气计量器没有被校准，而是基于测量ORP，然后使用算法来尝试计算氢气浓度。然而，这些基于ORP的氢气测量仪已被证明是不准确的，特别是在较高和较低的pH值下，其中氢气浓度分别显著过高或过低。

6.结论

电解水已经被使用了几十年，但直到最近才最终证明氢气是造成负氧化还原电位和所观察到的生物效应的原因。负ORP可以指示氢气的存在，但是由于pH的主要影响，负ORP读数的大小不能用于估计或比较氢水的浓度。重要的是，仅氢气的存在就可以充分解释电解水的好处，而无需依赖不准确或形而上学的概念，如用碱性水、微团簇、自由电子、原子氢、增加的熵能等将物体碱化。尽管氢气的安全性已得到充分证实，但电解水仍然存在重要的安全问题（见我们的串联审查报告第二部分）。然而，由于对氢分子在电解水中的作用缺乏了解，这些安全问题在被视为解毒剂时可能得不到认识。 今后关于电解水的研究应确保使用准确的方法测量氢气的浓度，并在设计研究和解释结果时认识到氢气的重要性。消费者应对宣传电解水的公司持怀疑态度，这些公司的说法要么超出科学数据，要么与科学数据相矛盾。