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2007年，日本太田成男等报道，手术夹闭颈动脉可诱导大鼠大脑的缺血再灌注性脑损伤模型，吸氢能迅速扩散到细胞膜上，缓冲氧化应激的作用，显著抑制脑损伤。这一开创性研究为分子氢应用于临床疾病治疗提供了理论基础。
分子氢对许多与ROS有关的疾病模型和人类疾病具有治疗作用，这种作用主要基于其选择性抗氧化和抗炎症，已有多篇综述发表，如2010年中国的Huangs等、2011年和2014年日本的0hta等发表的文章。
癌症是由起始、促进和进展定义的多阶段过程，氧化应激对该过程的3个阶段均有作用。由ROS介导的过氧化和炎症以及两者的相互促进，是癌症发生和发展的关键性因素。一般认为，H,可能主要通过抗氧化和抗炎症控制癌症的发生和发展。但新近研究显示，氢分子是直接作用于肿瘤细胞和免疫细胞的线粒体，发挥杀伤肿瘤和复活免疫细胞的作用。