惊闻《健康从水开始》主笔、电解还原水研究领域的主要奠基人之一、“活性氢还原水学说”和“活性氢矿物纳米粒子还原水学说”的首倡者——原九州大学研究生院农学研究院生命机能科学部门功能水和功能性食品及能量讲座奠基人白畑实隆教授已于去年（2018年7月6日）逝世，为缅怀他对功能水特别是还原水研究所作的贡献，今特别刊载白畑实隆教授的一篇文章，本人认为有很重要的参考价值。该文之Supplementaryinformation(补充材料)将在后续刊载介绍。
Trends in FoodScience & Technology 23(2) February 2012, 124 131
有益健康的还原水研究的发展状况
白畑实隆＊、滨崎武记、照屋辉一郎
九州大学大学院农学研究院生命机能科学部门
〒812-8581福冈市东区箱崎6-10-1
（电话：+81-92-642-3045；传真：+81-92-642-3052；电邮：sirahata@grt.kyushu-u.ac.jp）
＊主要作者
日本的功能水，特别是其中的还原水方面的研究正得到快速发展。电解还原水和天然还原水等还原水，能清除掉培养细胞中的活性氧（氧自由基）。还原水针对氧化应激类疾病诸如糖尿病、癌症、动脉硬化症、神经病性疾病以及血液透析治疗中的副作用可能都有预防及改善功效。还原水中的活性物质显示就是氢(氢原子及氢分子)、矿物质纳米胶体及储氢矿物质。
序言：还原水是有益健康的水！
在食品科学工程领域，对于能给身体健康带来良好效果的功能性食品的研究非常盛行。同时，水是影响味觉、流变及食品保存的重要成分之一。但很少人知道，其实在饮用水中，也存在一些具有生理功能并对健康有益的水（Shirahata,2002;2004）。最近10年间，由于长期的全球性环境污染的影响，自来水的水质恶化已成为很严重的社会问题。大气污染带来酸雨，已影响波及到土壤、河流及农作物。被污染了的水中的化学物质很有可能会在孕妇胎盘中引起氧化应激，从而导致新生儿出现各种各样的疾病（Obolenskaya et al.,2010 ）。
人体约有60-80%的水分。体内水的功能大体上可分为三类：（1）水分子本身的功能。流动的水对细胞功能和器官的发育及其功能双方面都能带来影响。在决定心脏的形状和身体的左右形状上，体液和血流更发挥着重要作用(Hirokawa,Tanaka,Okada,& Takeda,2006;Hove et al.,2003)。同时，水的水合及布朗运动对蛋白质功能具有决定性的作用。因为肌球蛋白利用水的布朗运动而动作，所以肌肉只需少量的能量就能收缩(Iwaki et al.,2009)。（2）来源于水分子的原子与分子的功能。例如，氢离子(质子、H+)、氢原子(活性氢、原子氢、氢基、H・)、氢负离子(负氢离子、H-)、氢分子(H2)、氧原子(活性氧、原子氧、氧基、O・)、以及活性氧类(reactive oxygen species,ROS：单线态氧、超氧自由基、过氧化氢、羟基自由基、过氧化脂质、一氧化氮、次氯酸、臭氧，等)、氧分子(O2)等所具有的功能。（3）溶解于水中的分子的功能。例如矿物离子、矿物纳米粒子、有机及无机化合物，还有溶解气体等所具有的功能。
在（1）到（3）这些正在逐渐被解明的功能之外，今后的关注焦点可能会是集合状态的水的功能。水是通过力量微弱的氢键的相互结合而构筑网络的。为这个网络，水表现出了像生物那种的非线性行为。而且，已知在带正电或负电的凝胶或溶质周围，有数百万层的水形成牢固的分子簇结构，变成达数百微米的能拒绝溶质侵入的液晶状态的水(Zheng & P ollack,2003)。液晶物质被用在电视显示屏等设备上，其信息传递能力非常优异。因为生物体内存在众多带电物质，所以推测体内应该存在大量液晶状态的水。我们认为，将来有必要对水的分子簇结构和液晶结构与生物功能之间的关系做进一步的研究。
功能水被定义为“带有特殊功能的、被活化了的水”。活化方式各式各样，比如电解方式、磁场处理、光照射、超声波处理、气体曝气、强水流冲撞、利用某种矿物或岩石进行处理，等等。根据日本机能水学会的定义，功能水是指在人工处理的各种水中，在治疗及功能这两方面上均已被证实或者即将被证实的水，或者能够再现的已被证实或即将被证实具有有益功能的水。另一方面，本研究室发现在天然水中也存在像天然还原水那样具有突出功能的水，这些水也应该被归类到功能水中。在所有功能水里面，电解水是被研究得最透彻的。利用电化学方法还原以后的水(electrochemically reduced water,ERW、电解还原水)是在电解槽的阴极附近生成，而电化学方式氧化的水(electronchemically oxidized water,EOW、电解氧化水)则是在阳极附近生成。正如本篇论文所论述的，可饮用的电解还原水是有益健康的水。电解氧化水也被称作电解酸性水，是一种主要在次氯酸、氯气和臭氧的作用下具有杀菌功效的功能水(Bari,Sabina,Isobe,Uemura,& Isshiki,2003)（图1A）。
可以饮用的电解还原水(pH8-10)作为有益健康的水，在日本广泛普及。电解还原水从理化及生理学角度出发，也被称为碱性电解水、碱离子水、碱性阴极水或碱性离子水。在本篇论文中，主要使用更侧重于生理效应的电解还原水这一称呼。电解还原水呈碱性的pH，富含分子氢，负电位(oxidationreduction potential,ORP)，具有活性氧类清除活性(Shira-hara et al.,2007)。有关电解还原水的功能上的研究在日本是始于1931年，在农业中的应用尝试最早是在1954年。1960年，作为有益健康的水利用于医疗领域，1966年日本厚生省与药品一样批准电解还原水可以宣传具有改善慢性下痢、消化不良、肠胃异常发酵、制酸及胃酸过多的疗效，并作为家用医疗器械发放电解还原水生成装置的批件(碱性离子整水器协议会官网http://www.3aaa.gr.jp/english/alkali/kl.html）。1994年以促进电解水在全社会中的应用推广为主旨，在厚生劳动省支持下成立了(财)机能水研究振兴财团。Hyakawa(1999)发表报告指出，在连续喝了8周时间碱性离子水的大鼠阑尾，其总短链脂肪酸含量指标明显低于对照组的大鼠。但是，碱性离子水并未对肠道菌群造成影响。施用了pH10的电解还原水的大鼠，其肠道内的ORP水平要比对照组更低。验证碱性离子水功效为目的的随机双盲临床试验，以患有腹部症状（例如烧心、身体不适、腹胀、慢性下痢及便秘等）的受试人员为实验对象，从1996年1月至1999年1月耗时长达3年。为了排除心理作用这个因素，安慰剂对照水采用经活性炭滤芯净化处理后的自来水，再将其通过电解方式制造成碱性离子水作为试验用水。受试人员分为碱性离子水组84人和净水组79人，在两周时间内，每天至少要喝0.5公升的pH9.5的碱性离子水或者净水。结果，饮用碱性离子水明显比净水组更好地改善了受试人员的腹部症状。特别是慢性下痢患者喝了碱性离子水后，其改善比例高达94.1%，明显比喝净水的患者(改善率64.7%)高出很多(Tashiro et al.,2000)。日本药事法在2005年修订时，基于大量的科学依据，再次批准认定电解还原水制造装置为家用医疗器械。机器的使用目的被确定为制造具有改善肠胃症状功效的饮用型碱性电解水。日本机能水学会成立于2001年，一直积极开展包括电解还原水在内的各种功能水相关的研究工作。
作为含有全新活性氧清除剂的氢及矿物纳米粒子的还原水的作用机制
大量的临床数据表明，电解还原水能改善形形色色的与氧化应激相关的疾病(Hayashi& Kawamura,2002)。并且，日本日田市的地下水（以“日田天领水”这一商标在市面销售）和德国的诺地那水等天然还原水也同样具有活性氧清除活性(Li et al.,2002)。作者们通过体外试验证实电解还原水清除掉活性氧类，抑制了因活性氧类诱发的DNA损伤(Shirahataet al.,1997)。对水进行电解时，荷载电压的绝大部分都施加于阴极表面附近非常稀薄的水层上边，形成一个极强的电场，所以所有的离子都以加速度式移动，具有很强的活性。估计在阴极附近的水本身也在强大的还原性氛围中变成高能量状态。阴极的铂金表面被水中氢离子获取电子后形成的原子氢（活性氢）密密地覆盖起来。在铂金表面，原子氢可自由移动。这称为“原子氢溢流(overflow)”。移动的原子氢相遇后变成分子氢而气化。分子氢的饱和浓度在室温条件下约为1.6ppm，新鲜制成的电解还原水就含有过饱和的分子氢，一部分则变成氢气纳米气泡。氧和臭氧纳米气泡非常稳定，其高浓度状态能够维持半年左右，但氢气纳米气泡在开放条件下仅能维持3小时左右就会消失（请参考补充材料）。由于氢是能量物质，所以含有高浓度分子氢的电解还原水也可被视作具有还原力的能量水。另一方面，被吸附的部分原子氢储存到铂金内部，变成吸存式原子氢。被吸存到金属原子间的氢，一般认为处于原子状态，但也可把它看成是与金属内存在的自由电子结合后形成的负氢离子状态，区别不清。氢是最小的原子，几乎可被所有金属吸收、储存起来。把氢吸存起来会扩张原子间距，是金属疲劳的原因。被吸存起来的原子氢在金属表面扩散和移动，溢出到金属表面的原子氢具有还原力。并且，原子氢相互结合后会变成分子氢（氢气）。因此，储氢金属可被看做是与有机抗氧化物质同样的具有提供原子氢能力的还原物质。
市面上销售的电解还原水制造装置大多使用钛板表面电镀铂金的电极板。铂金是一种被许可可作为食品添加剂的安全性金属，具有优异的产生氢的能力。自来水和天然水中含有钙、镁离子等各种各样的矿物离子。这些矿物离子在阴极表面得到电子后变成矿物原子。矿物原子具有自我构建形成矿物纳米粒子的特性。数个纳米程度的微细纳米粒子不会沉淀，只要条件适合的话能稳定分散存在水中长达数年以上。数个纳米程度的纳米粒子以很高比例保持着有很强活性的表面原子，具有很强的触媒（催化）活性。而且，由于其具有隧道效应等特殊的量子效应，所以其在工业产品、药品、化妆品、食品等许多领域上的应用研究工作正在广泛开展。电解还原水中，估计含有来自于原水的由各种矿物离子生成的矿物纳米粒子及矿物纳米粒子氢化物（图1B）。一般认为离子化倾向较弱的铂金、黄金、钒、钯等金属纳米粒子的存在时间比较长，但推断经过缓慢释放电子后就会恢复成原来的离子状态。最近已经知道离子化倾向较强的镁离子和钙离子也能在很强的还原作用下生成稳定的氢化物MgH2和CaH2。因为矿物纳米粒子也能释放被储存起来的氢，所以能释放出更多的电子和氢。实际上把MgH2和CaH2等氢化物作为能在水中徐徐释放氢的能量物质在氢燃料电池和抗氧化食品中的应用研究一直在进行中（请参考补充材料）。自来水和天然水中由于含有多种矿物离子、有机或无机化合物，因此一直以来都认为要解开以这类水为原水的电解还原水的作用机制并非一件易事，正因如此，我们就采用与自来水同等水平电导率的氢氧化钠（NaOH）溶液制成的电解还原水作为研究用的模型水，来研究其化学及生物学功能。如图1C和D所示，以NaOH溶液为原液的电解还原水在经过减压浓缩器进行浓缩之后，再用10000截留分子量的超滤膜进行分割发现，截留下来的部分中存在1～10纳米大小的铂金纳米粒子（图1C和D。请参考补充材料）。因为原水中基本上不存在铂金离子，所以可推断这些铂金纳米粒子是从铂金电极板上析出的。在电解还原水的模型水中，我们推断在微量的铂金纳米粒子的触媒作用下，活性氢能从分子氢中稳定地产生出来。因此证明了从铂金离子合成多种尺寸的铂金纳米粒子，且在分子氢与铂金纳米粒子同时存在的情况下能稳定地生成出活性氢。而且，经过从反应速度角度对这些合成的铂金纳米粒子的活性氧类清除效果进行分析时发现，合成铂金纳米粒子具有与SOD酶同等水平的清除超氧自由基（O2.-）的效果。同时还以与抗坏血酸（维生素C）和谷胱甘肽酶等同等甚至更高的效率清除掉了最具危险性的羟自由基（·OH）。不但如此，虽然触媒效率比不上过氧化氢酶，但它仍可以清除过氧化氢（H2O2）（Kajita et al.,2007;Hamasaki et al.,2008）（图2）。铂金纳米粒子是一种物质，而且已明确它是具有类SOD活性、类过氧化氢酶活性、羟自由基清除活性的多功能抗氧化物质，与酶不同的是它很稳定，所以即使微量也可能具有生理活性。事实上，已经发现电解还原水模型水中所含2ppb左右的微量合成铂金纳米粒子延长了线虫的寿命（Yan et al.,2011）。
另一方面，很多的天然温泉水都是有还原作用类的水，涌出来后会随着时间推移而逐渐老化，转变成为具有氧化作用的水（参考补充材料）。根据最新的行星形成理论，地球上的水来自于星云，原始地球可能被深达200km的含有大量水分的原始岩浆海洋所覆盖。被认为在地球诞生时存在的覆盖整个地球的大量水分的绝大部分现在已不存在了，这可能因为原始海洋的水在高热下被分解成氢和氧，氧飘散到宇宙中消失，氢则与铁结合后以铁氢化合物形式沉积到地核而造成的（Sakamaki et al.,2009）。地核内存在10%左右的氧以外的轻元素，可能这是由于原始地球曾属于还原性氛围的缘故（Huang et al.,2011）。因为人类活动非常活跃，所以地球表面的氧化状态日趋严重，从地球整体来看，地球内部深处仍处于缺氧状态，可看做现在仍保持着绝对性的还原状态。最近的研究发现，地下5000米深处栖息着与数m深的地下大致同等数量的微生物。由于光照射不到，同时氧气也稀薄，因此，地底生物是如何获取能量赖以生存的一直是个谜。1995年有报告指出，从2000m深的美国哥伦比亚河流域的地下抽取出来的地下水中，含有约60μM的氢气。估计这些氢气是地下水在玄武岩的作用下被还原后产生的，这提示地底微生物有可能依赖氢能源维持生命(Stevens et al.,1995)。后续的研究搞清楚了地底微生物正是通过化学性地把氢加以氧化来进行呼吸的，根本的能量来自于地球本身亦即岩石能量，由此命名为岩石营养生物，使地底下形成地球上最大的生命圈（参考补充材料）。传统上，生命体大体上被分为利用阳光进行光合作用的植物等独立营养生物，和以独立营养生物为食物而赖以生存的从属营养生物。因此这等于是发现了以无机物和水为能量来源的新生命体。地下5000m深处的温度超过100℃，在此栖息的微生物也可能是地球上最初出现的生命体，也成为生命起源相关研究的对象。日田天领水和诺地那水那样的天然还原水可能就是以还原性矿物或矿氢化合物一类的形式保存着地下的氢能量的一种水（参考补充材料）。在天然还原水中可能也存在含有分子氢的水，它们以与电解还原水相似的机制来发挥其还原作用。
另方面有报告指出，一直以来由于还原力很弱而被忽视的体内还原物质分子氢能选择性地中和羟自由基和过氧亚硝酸盐一类具有剧烈反应活性的活性氧类，从而改善了脑梗塞模型大鼠的症状（Ohsawa et al.,2007）。后来，大量的关于分子氢对氧化应激相关疾病模型动物的症状有改善效果的研究成果发表出来，人类临床试验也已开始进行（参考补充材料）。本研究室也发表了内容为“分子氢诱导SOD酶和过氧化氢酶等抗氧化酶，降低细胞内过氧化氢水平”的报告（Shirahata et al.,2011）。肠内及口腔内存在的氢气细菌能大量生产分子氢，血中浓度仅次于氧气和二氧化碳气体，但其生理功能长期以来不为人所知。期待通过以后的研究，能够证明分子氢及活性氢与一氧化氮一样是担负体内氧化还原调节作用的重要因子。
我们为了综合说明电解还原水和天然还原水的作用机制，提出了活性氢矿物纳米粒子还原水学说（图3）（参考补充材料）。
电解还原水可以把它看做是“以电能方式把含有对人体无害程度数量的矿物离子的水转变为矿物纳米粒子的水。电解还原水中的矿物纳米粒子能将分子氢转换成活性氢，其自身也能作为多功能活性氧清除剂发挥作用，同时它缓慢地释放还原能量后又变回原来的无害的水。估计这也与至今从未有报告说因为饮用电解还原水而出现副作用有关。另方面，天然还原水可能是储存了源自地球本身的还原能量的一种水。天然还原水的作用机制不明确的地方还很多，希望能和电解还原水一样得到更进一步的研究。
还原水的抗糖尿病作用
据2007年的日本全国健康营养调查结果，日本有2210万人（占全国人口的六分之一）是糖尿病患者或疑似糖尿病人。真性糖尿病主要分为两大类：1型胰岛素依赖性糖尿病和2型非胰岛素依赖性糖尿病。1型糖尿病起因于受到免疫细胞攻击的胰腺β细胞因氧化损伤所造成的胰岛素缺乏。2型糖尿病则与精神压力、暴饮暴食及运动不足引起的肌肉和脂肪细胞的氧化损伤密切相关。电解还原水、日田天领水及诺地那水在取自仓鼠胰腺β细胞的HIT-T15细胞实验中，显示具有清除细胞内活性氧、显著激活胰岛素分泌的作用。使用四氧嘧啶（1型糖尿病诱导剂）诱发的氧化损伤，在培养细胞模型和四氧嘧啶诱导1型糖尿病模型小鼠身上均受到了抑制（Li et al.,2002,2005,2010,2011）。电解还原水、日田天领水及诺地那水在大鼠L6肌小管细胞中去除了活性氧，并增强了细胞摄糖能力(Oda et al.,1999)。电解还原水、诺地那水及日田天领水通过抑制酪氨酸蛋白磷酸酶（一种氧化还原敏感蛋白）的活性，促进胰岛素受体的磷酸化，激活PI3-激酶和Akt，促进糖转运体GLUT4向细胞膜移动（易位），从而提高摄糖能力(Shirahata et al.,2001,2007)。这些水减轻了2型糖尿病模型小鼠的葡萄糖耐受障碍(Gadek& Shirahata,2002;Osada et al.,2010)。以自来水为原水的电解还原水改善了糖尿病模型小鼠的症状(Jin et al., 2006; Kim & Kim, 2006;Kim et al.,2007）。
每天喝2公升诺地那水的411例2型糖尿病患者（平均年龄71.5岁）中的45%，血糖和HbA1c水平在饮用后第6天显著降低。在饮用更长时间后这些指标均进一步下降了。同时，血中胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇（LDL）和肌酐浓度也明显降低。并且，高密度脂蛋白胆固醇(HDL)水平则显著上升了。更长期地饮用诺地那水后，病情改善的患者比例进一步提高(Gadek, Li. & Shirahata, 2006;Gadek, Hamasaki, & Shirahata, 2009)。在中国吉林省长春市第一中央医院进行的开放临床试验中，65例糖尿病患者和50例高血脂患者历时两个月，每天喝约2公升的日田天领水。结果，89%的糖尿病患者的血糖指标出现明显下降，92%的高血脂患者的血中甘油三酯与总胆固醇均显著降低（Osada et al., 2010）。此外，在福冈市的福冈德洲会医院开展了对29例2型糖尿病患者的双盲随机临床试验。连续6个月每天喝1公升的日田天领水后，患者尿中8-OH dG （体内氧化标记物）水平出现显著下降（Matsubayashi,Hisamoto, Murao, & Hara,2008）。还有在2008年11月至2009年9月间，在广岛大学进行的针对100名受试者的随机双盲临床试验中，每天喝2公升日田天领水，空腹血糖、血压、总胆固醇、LDL胆固醇、GOT·GPT·γ-GTP、甘油三酯、动脉硬化指标、尿酸及瘦素指标均有显著下降，证实其具有抗代谢障碍症候群及改善便秘的功效(Higashikawa, Kuriya,Noda, & Sugiyama,2009)。临床试验表明，即使每天喝2公升的天然矿泉水对健康也是有益的。
还原水的其他生理效应
延长线虫寿命的作用
有关衰老的最新理论指出，生物体内有一个对延年益寿来讲最佳的活性氧水平，活性氧水平偏低或者过高都会缩短生存寿命（Brewer,2009）。我们发表的论文指出，电解还原水通过消除活性氧，从而明显地延长了线虫(Caenorhabditis elegans)的生存期限(Yan et al., 2010)。电解还原水中起到延长线虫生存期限作用的活性物质似乎并不是分子氢，而是ppb（10亿分之一）水平的铂金纳米粒子(Yan et al.,2011)。其他研究团队也发表过通过最佳浓度的铂金纳米粒子清除活性氧，延长了线虫寿命的报告（Kim et al.,2008; Kim, Shirasawa,& Miyamoto,2010）。
抗肿瘤作用
癌细胞中一种不死基因端粒酶表达强烈，致使位于染色体末端的端粒根本不缩短，不会衰老。在注入了电解还原水的培养基中培养癌细胞时发现，端粒缩短了，细胞的增殖被抑制了（Shirahata et al.,1999）。而且，恶性的癌细胞通过分泌血管内皮细胞增殖因子VEGF，非常活跃地新生血管，不断增殖。电解还原水则通过去除细胞内的活性氧，抑制血管内皮生长因子的遗传基因表达和分泌，从而抑制了肿瘤性血管新生（Ye et al., 2008）。电解还原水抑制了癌细胞和微生物的增殖（Hamasaki et al., 2005; Komatsu et al.,2001）。此外，在有谷胱甘肽酶共存的情况下，诱发了人白血病HL60细胞的凋亡（Tsai, Hsu, Chen, Ho, & Lu, 2009）。电解还原水通过诱导K562白血病细胞向巨核细胞（正常细胞）分化，显示了抗肿瘤作用（Komatsu et al., 2003）。添加了铂金纳米粒子的电解还原水强力抑制了致癌物质3-甲基胆蒽和佛波醇酯引起的NIT3T3细胞的形质转换（癌变），由此可期待在预防致癌中是有效的（Nishikawa et al., 2005）。
抗动脉硬化作用
电解还原水抑制人LDL的Cu2+离子催化引起的氧化，在喂食高脂食物的小鼠身上，成功抑制了血中中性脂肪浓度，由此可期待它具有抗高脂血症的功效（Abe et al.,2010）。另外也有报告指出，添加了分子氢的水能抑制动脉硬化（参考补充材料）。
抗神经退行性病变的作用
电解还原水能抑制氧化应激引起的神经细胞凋亡（Kashiwagi et al., 2005）。添加分子氢的水也显示具有多种多样的抗神经退行性疾病的功效(参考补充材料）。
电解还原水在血液透析中的应用
近年来，为确立起使用电解还原水的新型透析疗法，电解还原水在血液透析中的应用研究正如火如荼进行中 (Huang, Yang,Lee, & Chien,2003; Huang et al., 2006,2010; Nakayama etal., 2007, 2009, 2010;Zhu et al., 2011)。临床结果显示，采用电解还原水的电解水透析疗法进行治疗，能减轻透析带来的种种副作用。
对化疗药物副作用的抑制作用
添加氢气的水能抑制化疗药物产生的副作用（参考补充材料）。
水通道蛋白透过性的增强效果
最近有报告提出，日田天领水中所含的可用有机溶剂提取且无法稳定冻结的特殊成分能增强负责调解水向细胞的渗透性的水通道蛋白（水通道）的活性，从而促进水渗透进细胞内的速度(Kitagawa,Liu, and Ding et al., 2011) 。这暗示，介由水通道蛋白促进水的移动的该种成分，通过激活细胞的免疫应答，使预防或治疗若干种慢性病变为可能。
其他多种多样的功效
Naito et al.,(2002)曾发表论文指出，长期用电解碱性水喂养大鼠，对阿司匹林诱导的胃黏膜损伤有抑制作用。有关论文显示，电解水素水没有突变诱导性、遗传毒性及亚慢性经口毒性，很安全（Saitoh, Harata,Mizuhashi, Nakajima, & Miwa, 2010）。电解还原水对四氯化碳诱导的小鼠肝损伤具有保护作用（Tsai et al., 2009）。碱性离子水改善了实验动物的代谢性酸血症症状(Abo-Enein,Gh eith, Barakat, Nour, & Sharaf, 2009)。电解还原水也对宿醉有抑制作用(Park et al.,2009)。在巴基斯坦罕萨村村民长期饮用的罕萨水中发现的二氧化硅氢化物，对四氯化碳诱导的小鼠肝脏毒性有抑制作用(Tsu et al., 2010)。
近年来发表的多篇论文显示，电解还原水中的一种成分“分子氢”对很多氧化应激相关疾病有抑制作用（参考补充材料）。可以认为，不只是电解还原水和天然还原水，因分子氢、矿物纳米粒子、矿氢化合物等的作用而显示具有还原力的水，都包含在还原水这个范畴中。目前为止有关还原水的研究已证实的主要功能，我们将其归纳整理出来，如图4所示。不过，这并非表示图中所示还原水的每种功能都已全部得到清晰的证明，还需要以后更进一步的研究。
总结与展望
积累的证据显示，还原水是有益健康的水，对糖尿病、癌症、动脉硬化、神经退行性疾病、过敏症及血液透析副作用等氧化应激相关疾病具有抑制效果。清除活性氧的还原水的作用机制很复杂。电解还原水含有分子氢和矿物纳米粒子。现已逐渐明确分子氢是一种能诱导抗氧化酶的基因表达的新型氧化还原调节因子。分子氢可能是在金属纳米粒子的触媒（催化）作用下转变成具有还原性强的活性氢后，才在体内发挥作用。矿物纳米粒子本身也是新型多功能抗氧化剂。矿氢化合物纳米粒子与抗坏血酸（维生素Ｃ）那样的有机抗氧化物质等同属还原性物质，也是还原水中活性物质的候补选手。天然还原水可能含有上述活性物质的一种或多种而表现还原作用。利用电场、磁场或光对水进行活化的方法方面更进一步的研究，可能对将来研发出更有益于我们健康的高能量水大有助益。还原水通过净化羊水和血液，可能改善妊娠女性的健康状态以及抑制环境污染对胎儿造成的伤害。
癌症、糖尿病、动脉硬化、神经退行性疾病和过敏症等与氧化应激相关的疾病大多属于多种病因叠加影响造成，所以传统的分子靶向药物很难有效对付它们。笔者之所以开始研究还原水，就是因为当时有报告提到，仅仅依靠日常饮用还原水来替代自来水，上述棘手难治的疾病就得到了改善。后来，我们提出了“电解水中的分子氢以某种机制被活化生成的活性氢能清除氧化应激相关疾病的病因之一的活性氧，从而使身体稳态得以恢复”这个活性氢还原水学说，接着又进一步发现矿物纳米粒子也有关联，于是将该学说发展成为“活性氢矿物纳米粒子还原水学说”。还原水能被身体快速吸收，活化体内所有细胞，从而可能对身体稳态的保持和恢复带来帮助。还原水方面的研究工作目前以瑞典的卡洛琳斯卡研究所为代表，世界各国已开始进行认真的研究。传统的抗氧化物质在释放活性氢用来清除活性氧之后，会变身为促氧化剂，反而加强了氧化应激，具有双刃剑性质。还原水将来可能主要被作为仅具有还原性的温和的抗氧化物质，广泛普及到全世界。
还原水通过改善食品味道、流变以及保质性，可能对食品行业做出贡献。工业上，作为抑制半导体生锈的洗涤水，电解还原水有应用潜力。在环保领域，利用还原水营造还原性氛围，可能有助于抑制腐败菌及有害菌的增殖，以及改善河流、湖泊水质。地球诞生之时就处于富含氢气的还原性氛围中，因此推测地球上最早出现的原始细胞就诞生于富含分子氢的还原水中(Tian et al.,2005)。通过对还原水及水本身的更深入研究，也许能帮助我们解开生命起源之谜。
鸣谢
在还原水方面的联合研究工作中，得到了株式会社日本多宁的森泽绅胜先生和株式会社日田天领水的石井嘉时先生在专业上及财务上的大力支持，在此深表感谢。我们就电解还原水的抗糖尿病作用的研究，也得到部分日本的科研基金（科研费No.11876073）的支持。同时，对在临床研究上给予我们协助的河村宗典博士（协和医院）和Zbigniew Gadek博士（德国诺地那），也一并在此表示衷心的谢意。
Supplementaryinformation(补充材料)
本论文相关的补充资料可以在线doi:10.1016/j.tifs.2011.10.009查阅。
（本论文是在发表于欧洲学术期刊上的原论文（Sanetaka Shirahata,Takeki Hamasaki and Kiichiro Teruya：Advanced research on the health benefit of reduced water.Trends inFood Science & Technology 23(2012)124-131）基础上进行了部分充实、修订后完成的。修订日期2012年3月5日。）
文献资料
Abe, M., Sato, S., Toh, K., Hamasaki, T., Nakamichi, N., Teruya,K., et al.(2010). Suppressive effect of ERW on lipid
peroxidaton andplasma triglyceride level. In M. Kamihira, et al. (Eds.), Animal celltechnology: Basic & applied aspects,
Vol. 16 (pp. 315321). Dordrecht: Springer.
Abo-Enein, H., Gheith, O. A., Barakat, N., Nour, E., & Sharaf, A.-E.(2009). Ionized alkaline water: new strategy for
management ofmetabolic acidosis in experimental animals. Therapeutic Apheresis and Dialysis,13, 220 224.
Bari, M. L., Sabina, Y., Isobe, S., Uemura, T., & Isshiki, K.(2003).Effectiveness of electrolyzed acidic water in killing
Escherichia coliO157:H7, Salmonella enteritidis, and Listeria monocytogenes on the surface oftomatoes. Journal of Food
Protection, 66, 542 548.
Brewer, G. J. (2009). Epigenetic oxidative redox shift (EORS) theory ofaging unifies the free radical and insulin signaling
theories.Experimental Gerontology, 45, 173 179.
Gadek, Z., & Shirahata, S. (2002). Changes in the relevant test parametersof 101 diabetes patients under the influence of the
socalled “Nordenau-phephenomenon”.In S. Shirahata, et al. (Eds.), Animal cell technology: Basic & appliedaspects, Vol. 12 (pp.
427 431).Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.
Gadek, Z.,Hamasaki, T., & Shirahata, S. (2009). “Nordenau phenomenon” e applicationof natural reduced water to therapy. Follow-up study upon 411 diabetespatients. In K. Ikura, et al.(Eds.), Animal cell technology: Basic &applied aspects, Vol.15 (pp. 265 271). Dordrecht: Springer.
Gadek, Z., Li, Y.,& Shirahata, S. (2006). Influence of natural reduced water on relevanttests parameters and reactive oxygen species concentration in blood of 320diabetes patients in the prospective observation procedure. In S. Iijima, &K.-I.Nishijima (Eds.), Animal cell technology: Basic & applied aspects,Vol. 14 (pp. 377 385). Dordrecht: Springer.
Hamasaki, T.,Kashiwagi, T., Aramaki, S., Imada, T., Komatsu, T., Li, Y., et al. (2005).Suppression of cell growth by platinum nanocolloids as scavengers againstreactive oxygen species. In F. Godia, & M. Fussenegger (Eds.), Animal celltechnology meets genomics (pp. 249‐251). Dordrecht: Springer.
Hamasaki, T.,Kashiwagi, T., Imada, T., Nakamichi, N., Aramaki, S., Toh, K., et al. (2008).Kinetic analysis of superoxide anion radicalscavenging and hydroxylradical-scavenging activities of platinum nanoparticles. Langmuir, 24, 7354‐7364.
Hayakawa, T. (1999). Functions and application of alkali-ion sui water.Food Style, 21(3), 49‐55.
Hayashi, H., &Kawamura, M. (2002). Clinical application of electrolyzed-reduced water. In S.Shirahata, et al. (Eds.), Animal cell technology: Basic & applied aspects,Vol. 12 (pp.31‐36). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.
Higashikawa, F., Kuriya, T., Noda, M, & Sugiyama, M. (2009). Verificationof improving action of mineral water on lipid metabolism in clinical trials. InAbstract book of the 7th meeting of the Japanese Society ofPreventive Medicine (pp.20).
Hirokawa, N., Tanaka, Y., Okada, Y., & Takeda, S. (2006). Nodal flowand the generation of left-right asymmetry. Cell, 125, 33
‐45.
Hove, J. R.,Koster, R. W., Forouhar, A. S., Acevedo-Bolton, G., Fraser, S. E., &Gharib, M. (2003). Intracardiac fluid forces are an essential epigenetic factorfor embryonic cardiogenesis. Nature, 421, 172‐177.
Huang, H., Fei,Y., Cai, L., Jing, F., Hu, X., Xie, H., Zhang, L., Gong, Z. (2011) Evidence foran oxygen-depleted liquid outer core of the Earth. Nature, 479, 513 - 516.
Huang, K.-C., Hsu,S.-P.,Yang, C.-C.,Ou-Yang, P., Lee,K.-T.,Morisawa, S., et al. (2010).Electrolyzed-reduced water improves T-cell damage in end-stage renal disease patientswith chronic hemodialysis. Nephrology, Dialysis,Transplantation, 25, 2730‐2737.
Huang, K.-C.,Yang, C.-C., Hsu, S.-P., Lee, K.-T., Liu, H.-W., Morisawa, S., et al. (2006).Electrolyzed-reduced water reduced hemodialysis-induced erythrocyte impairmentin end-stage renal disease patients. Kidney International, 70, 391‐398.
Huang, K.-C.,Yang, C.-C., Lee, K.-T., & Chien, C.-T. (2003). Reducedhemodialysis-induced oxidative stress in end-stage renal disease patients byelectrolyzed reduced water. Kidney International, 64, 704‐714.
Iwaki, M., Iwane,A. H., Shimokawa, T., Cooke, R., & Yanagida, T. (2009). Browniansearch-and-catch mechanism for myosin-VI steps. Nature Chemical Biology, 5, 403‐405.
Jin, D., Ryu,S.-H., Kim, H.-W., Yang, E.-J., Lim, S.-J., Ryang, Y.-S., et al. (2006).Anti-diabetic effect of alkaline-reduced water on OLETF rats. Bioscience,Biotechnology, and Biochemistry, 70, 31‐37.
Kajita, M.,Hikosaka, K., Iitsuka, M., Kanayama, A., Toshima, N., & Miyamoto, Y.(2007). Platinum nanoparticle is a useful scavenger of superoxide anion andhydrogen peroxide. Free Radical Research, 41, 615‐626.
Kashiwagi, T.,Hamasaki, T., Kabayama, S., Takaki, M., Teruya, K., Katakura, Y., et al.(2005). Suppression of oxidative stress-induced apoptosis of neuronal cells byelectrolyzed reduced water. In F. Godia, & M. Fussenegger (Eds.), Animal celltechnology meets genomics (pp. 257‐259). Dordrecht:Springer.
Kim, M.-J., &Kim, H.-K. (2006). Anti-diabetic effects of electrolyzed reduced water instreptozotocin-induced and genetic diabetic mice. Life Sciences, 79, 2288‐2292.
Kim, M.-J., Jung,K.-H., Uhm, Y.-K., Leem, K.-H., & Kim, H.-K.(2007). Preservative effect ofelectrolyzed reduced water on pancreatic b-cell mass in diabetic db/db mice. Biologicaland Pharmaceutical Bulletin, 30, 234‐236.
Kim, J.,Shirasawa, T., & Miyamoto, Y. (2010). The effect of TAT conjugated platinumnanoparticles on lifespan in a nematode Caenorhabditis elegans model.Biomaterials, 31, 5849‐5854.
Kim, J.,Takahashi, M., Shimizu, T., Shirasawa, T., Kajita, M.,Kanayama, A., et al.(2008). Effects of a potent antioxidant, platinum nanoparticle, on the lifespanof Caenorhabditis elegans. Mechanism of Ageing and Development, 129, 322‐331.
Kitagawa, Y., Liu,C., & Ding, X. (2011). The influence of natural mineral water on aquaporinwater permeability and human natural killer cell activity. Biochemical andBiophysical Research Communications, 409, 40‐45.
Komatsu, T.,Kabayama, S., Hayashida, A., Nogami, H., Teruya, K., Katakura, Y., et al.(2001). Suppressive effect of electrolyzed reduced water on the growth ofcancer cells and microorganisms. In E. Lindner-Olsson, N. Chatzissavidou, &L. Elke (Eds.), Animal cell technology: From target to market (pp.220‐223). Dordrecht: Kluwer AcademicPublishers.
Komatsu, T.,Katakura, Y., Teruya, K., Otsubo, K., Morisawa, S., & Shirahata, S. (2003).Electrolyzed reduced water induces differentiation in K-562 human leukemiacells. In K. Yagasaki (Ed.), Animal cell technology: Basic & appliedaspects (pp.387‐391). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.
Li, Y.-P.,Hamasaki, T., Nakamichi, N., Kashiwagi, T., Komatsu, T., Ye, J., et al. (2010).Suppressive effects of electrolyzed reduced water on alloxan-induced apoptosisand type 1 diabetes mellitus. Cytotechnology, doi:10.1007/s10616-010-9317-6.
Li, Y.-P.,Hamasaki, T., Teruya, K., Nakamichi, N., Gadek, Z., Kashiwagi, T., et al.(2011). Suppressive effects of natural reduced waters on alloxan-inducedapoptosis and type 1 diabetes mellitus. Cytotechnology, in press.
Li, Y.-P.,Nishimura, T., Teruya, K., Maki, T., Komatsu, T., Hamasaki, T., et al. (2002).Protective mechanism of reduced water against alloxan-induced pancreatic â-cell damage: scavenging effect against reactive oxygenspecies. Cytotechnology, 40, 139‐149.
Li, Y.-P., Teruya,K., Katakura, Y., Kabayama, S., Otsubo, K.,Morisawa, S., et al. (2005). Effectof reduced water on the apoptotic cell death triggered by oxidative stress inpancreatic â HIT-T15 cell. In F. Godia, & M.Fussenegger (Eds.), Animal cell technology meets genomics (pp.121‐124). Dordrecht:Springer.
Matsubayashi, N.,Hisamoto, T., Murao, N, & Hara, T. (2008).About effect of so called reducedwater on diabetes patients. In The abstract book of the 46th Kyushu RegionalMeeting of Japan Diabetes Society (pp. 82).
Naito, Y., Takagi,T., Uchiyama, K., Tomatsuri, N., Matsuyama, K., Fujii, T., et al. (2002).Chronic administration with electrolyzed alkaline water inhibitsaspirin-induced gastric mucosal injury in rats through the inhibition of tumornecrosis factor-a expression. Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition,32, 69‐81.
Nakayama, M.,Kabayama, S., Nakano, H., Zhu, W.-J., Terewaki, H., Nakayama, K., et al.(2009). Biological effects of electrolyzed water in hemodialysis. ClinicalPractice, 112, c9 ‐c15.
Nakayama, M.,Kabayama, S., Terawaki, H., Nakayama, K., Kato, K., Sato, T., et al. (2007).Less-oxidative hemodialysis solution rendered by cathode-side application ofelectrolyzed water. Hemodialysis International. International Symposium on HomeHemodialysis. 11, 322‐327.
Nakayama, M.,Nakano, H., Hamada, H., Itami, N., Nakazawa, R., & Ito, S. (2010). A novelbioactive haemodialysis system using dissolved dihydrogen (H2) produced bywater electrolysis: a clinical trial. Nephrology, Dialysis, Transplantation,25, 3026 ‐3033.
Nishikawa, R.,Teruya, K., Katakura, Y., Osada, K., Hamasaki, T., Kashiwagi, T., et al.(2005). Electrolyzed reduced water supplemented with platinum nanoparticlessuppresses promotion of two-stage cell transformation. Cytotechnology, 47, 97‐105.
Obolenskaya, M.Y., Teplyuk, N. M., Divi, R. L., Poirier, M. C., Filimonova, N. B., Zadrozna,M., et al. (2010). Human placental glutathione S-transferase activity andpolycyclic aromatic hydrocarbon DNA adducts as biomarkers for environmentaloxidative stress in placentas from pregnant women living in radioactivity- andchemically-polluted regions. Toxicology Letters, 196, 80‐86.
Oda, M., Kusumoto,K., Teruya, K., Hara, T., Maki, S., Kabayama, S., et al. (1999). Electrolyzedand natural reduced water exhibit insulin-like activity on glucose uptake intomuscle cells and adipocytes. In A. Bernard, B. Griffiths, W. Noe, & F. Wurm(Eds.), Animal cell technology: Products from cells, cells as products (pp. 425‐ 427). Dordrecht:Kluwer Academic Publishers.
Ohsawa, I., Ishikawa, M.,Takahashi, K., Watanabe, M., Nishimaki, K., Yamagata, K., Katsura, K.,Katayama, Y., Asoh, S., & Ohta, S. (2007). Hydrogen acts as a therapeuticantioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nature Medicine13,688-694.
Osada, K., Li,Y.-P., Hamasaki, T., Abe, M., Nakamichi, N., Teruya, K., et al. (2010).Anti-diabetes effects of Hita Tenryosui water, a natural reduced water. In K.Ikura, et al. (Eds.), Animal cell technology: Basic & applied aspects,Vol.15 (pp. 307‐313). Dordrecht: Springer.
Park, S. K., Qi,X. F., Song, S. B., Kim, D. H., Teng, Y. C., Yoon, Y. S., et al. (2009).Electrolyzed-reduced water inhibits acute ethanolinduced hangovers inSprague-Dawley rats. Biomedical Research, 30, 263‐269.
Sakamaki, K.,Takahashi, E., Nakajima, Y., Nishihara, Y., Funakoshi, K., Suzuki, T., Fukai,Y. (2009) Melting phase relation of FeHx up to 20 Gpa: Implication for thetemperature of the Earth’s core. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 174,192 - 201.
Saitoh, Y.,Harata, Y., Mizuhashi, F., Nakajima, M., & Miwa, N. (2010). Biologicalsafety of neutral-pH hydrogen-enriched electrolyzed water upon mutagenicity,genotoxicity and subchronic oral toxicity. Toxicology and Industrial Health,26,203‐216.
Shirahata, S.(2002). Reduced water for prevention of diseases. In S. Shirahata, et al.(Eds.), Animal cell technology: Basic & applied aspects, Vol. 12 (pp. 25‐30). Dordrecht: Kluwer AcademicPublishers. Shirahata, S. (2004). Reduced water. In Characteristics and applicationtechnology e Application to the fields of agriculture, foods, and medicaltherapy (pp. 33‐45). Tokyo: N.T.S.
Shirahata,S., Hamasaki, T., Nakamura, T., Abe, M., Yan, H., Kinjo, T. Nakamichi, N.,Kabayama, S., Teruya, K.
Anti-diabetes effect of water containing hydrogenmolecule and Pt nanoparticles. BMC Proceedings, 5(Suppl 8), 18.
Shirahata, S.,Kabayama, S., Nakano, M., Miura, T., Kusumoto, K., Gotoh, M., et al. (1997).Electrolyzed-reduced water scavenges active oxygen species and protects DNAfrom oxidative damage. Biochemical and Biophysical Research Communications,234, 269-274.
Shirahata, S., Li,Y., Hamasaki, T., Gadek, Z., Teruya, K., Kabayama, S., et al. (2007). Redoxregulation by reduced water as active hydrogen donors and intracellular ROS scavengersfor prevention of type 2 diabetes. In E. Smith (Ed.), Cell technology for cellproducts (pp. 99‐101). Dordrecht: Springer.
Shirahata, S.,Murakami, E., Kusumoto, K.-I., Yamashita, M., Oda, M., Teruya, K., et al.(1999). Telomere shortening in cancer cells by electrolyzed-reduced water. InK. Ikura (Ed.), Animal cell technology: Challenges for the 21st century (pp.355‐359). Dordrecht:Kluwer Academic Publishers.
Shirahata, S.,Nishimura, T., Kabayama, S., Aki, D., Teruya, K., Otsubo, K., et al. (2001).Anti-oxidative water improves diabetes. In E. Lindner-Olsson, et al. (Eds.),Animal cell technology: From target to market (pp. 574‐577). Dordrecht:Kluwer AcademicPublishers.
Stevens, T. O. and McKinley, J. P. (1995). Lithoautotorphic microbialecosystems in deep basalt aquifers. Science, 270, 450 - 454.
Tashiro, H.,Kitahora, T., Fujiyama, Y., & Banba, T. (2000). Clinical evaluation ofalkali-ionized water for chronic diarrhea - placebocontrolled double-blindstudy. Digestion & Absorption, 23, 52‐56.
Tian, F., Toon, O.B., Pavlov, A.A., De Sterck, H. (2005). A hydrogen-richearly earth atomosphere. Science, 308, 1014 - 1017.
Tsai, C.-F., Hsu,Y.-W., Chen,W.-K., Chang,W.-H., Yen, C.-C., Ho, Y.- C., et al. (2009).Hepatoprotective effect of electrolyzed reduced water against carbontetrachloride-induced liver damage in mice. Food and Chemical Toxicology, 47,2031‐2036.
Tsai, C.-F., Hsu,Y.-W., Chen, W.-K., Ho, Y.-C., & Lu, F.-J. (2009). Enhanced induction ofmitochondrial damage and apoptosis in human leukemia HL-60 cells due toelectrolyzed -reduced water and glutathione. Bioscience, Biotechnology, andBiochemistry, 73, 280‐287.
Tsu, Y.-W., Tsai,C.-F., Chuang, W.-C., Chen, W.-K., Ho, Y.-C., & Lu, F. J. (2010).Protective effects of silica hydride against carbon tetrachloride-inducedhepatotoxicity in mice. Food and Chemical Toxicology, 48, 1644‐1653.
Yan, H., Tian, H.,Kinjo, T., Hamasaki, T., Tomimatsu, K., Nakamichi, N., et al. (2010). Extensionof the lifespan of Caenorhabditis elegans by the use of electrolyzed reduced water.Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 74, 2011 ‐2015.
Yan, H., Kinjo,T., Tian, H., Hamasaki, T., Teruya, K., Kabayama, S., et al. (2011). Mechanismof the lifespan extension of Caenorhabditis elegans by electrolyzed reducedwater ‐participation ofPt nanoparticles. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 75, 1295‐1299.
Ye, J., Li, Y.,Hamasaki, T., Nakamichi, N., Komatsu, T., Kashiwagi, T., et al. (2008).Inhibitory effect of electrolyzed reduced water on tumor angiogenesis.Biological and Pharmaceutical Bulletin, 31, 19‐26.
Zhen, J.-M, Pollack, G.H. (2003) Long-range forces extending frompolymer-gel surface. Physical Review, 68, 031408.
Zhu, W.-J.,Nakayama, M., Mori, T., Nakayama, K., Katoh, J., Murata, Y., et al. (2011).Intake of water with high levels of dissolved hydrogen (H2) suppressesischemia-induced cardio-renal injury in Dahl salt-sensitive rats. Nephrology, Dialysis,Transplantation, 26, 2112‐2118.