脑血管病是指脑部动脉或支配脑的颈部动脉发生病变，从而引起颅内血液循环障碍，脑组织受损的一组疾病。脑血管病可分为缺血性脑血管病和出血性脑血管病两大类，导致脑出血和脑梗死，其中脑梗死包括脑血栓和脑栓塞。
无论是脑缺血还是脑出血，目前临床仍缺乏十分有效的治疗手段。虽然脑血管疾病产生脑组织损伤的病理生理学机制比较复杂，但多种类型的急性脑损伤都存在类似的病理生理学过程，如缺血缺氧、再灌注损伤、钙超载、自由基和炎症损伤等，都有可能因神经细胞凋亡甚至死亡导致中枢神经系统功能紊乱，也可因颅内压增高导致脑组织的破坏。上述各类病理生理学过程又相互影响，最终共同导致脑损伤。自由基和炎症损伤在上述病理生理学过程中居于核心地位，这也是氢气在各类脑血管病中的研究中受到广泛关注的根本原因。在Ohsawa等2007年报道的呼吸氢气对大鼠大脑中动脉阻断模型的治疗作用后，我们很快证明呼吸氢气对新生儿窒息引起的缺血缺氧性脑损伤具有理想的治疗作用,并发现氢气对缺血缺氧性脑损伤后神经细胞凋亡酶活性有抑制作用，凋亡酶活性下降导致神经细胞凋亡减少,使神经细胞坏死减少，从而减轻了脑损伤,保护了成年后的脑功能。尽管后来有学者认为，氢气治疗重型缺血缺氧性脑损伤效果不理想，但很快有更多研究证明氢气对心脏停跳引起的脑损伤具有保护作用，进一步肯定了氢气对缺血缺氧性脑损伤的保护作用。
依达拉奉是目前唯一被批准用于脑卒中治疗的抗氧化药物。日本学者 Ono等开展了一项静脉注射氢气饱和生理盐水联合依达拉奉治疗脑干梗死的临床研究，并和单独使用依达拉奉进行对照,其中静脉注射氢气饱和生理盐水患者8名,使用依达拉奉治疗患者26采磁共扩散加权成像技术,观察局部表观扩散系数、假性扩散成像和系数正常时间(评价脑损伤程度的一项临床指标)等评价治疗效果。结果发现,和单纯使用依达拉奉相比,氢气联合使用依达拉奉上述核磁共振检测指标均获得更好的改善。依达拉奉的主要作用原理是抗氧化，这和氢气的作用非常类似，两者联合应用效果超过依达拉奉的结果提示氢气具有更理想的治疗效果。这是目前唯一一项将氢气用于脑缺血治疗的临床研究报道。
脑出血是一类非常容易导致死亡的脑血管疾病，包括脑实质出血和蛛网膜下隙出血。虽然目前国际上对这两类脑血管疾病并不十分深入，但仍有美国LomaLinda神经外科研究所和南京医科大学、浙江大学附属医院神经外科等三家实验室先后报道氢气呼吸和注射氢气生理盐水对脑出血和蛛网膜下隙出血引起的早期脑损伤、神经细胞坏死、脑水肿和血管痉挛等具有理想的保护作用。这说明氢气在各类脑血管疾病中都具有潜在的治疗价值。由于最近有人发现氢气具有对抗血小板凝聚的作用，这对氢气治疗出血性疾病来说是需要注意的现象，因为对脑血管性疾病来说，延迟性出血是严重的并发症，容易导致患者死亡，氢气抗血小板凝聚暗示有促进出血的趋势。但令人意外的是,有学者证明氢气呼吸可以减少高血糖诱导的脑缺血出血转化程度。显然将氢气用于临床前，这些存在矛盾的问题都需要更加深入的研究

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