В тази статия ще се запознаем с друга важна полза от водорода - антиапоптотичния му ефект. Преди да навлезем в подробности, нека да знаем какво означава апоптоза.

Какво представлява апоптозата?

Апоптозата е клетъчна смърт, която нормално настъпва в телата ни поради стареене или като контролирана част от растежа и развитието. Тази програмирана клетъчна смърт може да настъпи в резултат на различни биохимични процеси в клетката. Тя е форма на самоубийство чрез активиране на вътрешния механизъм на смъртта.

И така, какво се случва в действителност, когато клетката е принудена да извърши самоубийство?

Това води до задействане на различни химични процеси в организма. Протеините, известни като каспази, се задействат и разрушават клетъчната архитектура. Това от своя страна задейства ензим, наречен ДНКсе, който е в състояние да разгражда ДНК. ДНК е генетичният материал в клетъчното ядро, който контролира цялата клетка. След това увредената клетка постепенно започва да се свива и се освобождават още протеолитични ензими, които разрушават клетката отвътре. По повърхността на клетката се образуват мехурчести петна.

Когато митохондрията, генераторът на енергия в клетката, е разрушена, се освобождава цитохром С и клетката се разпада на малки фрагменти, които са обвити от мембрана. Когато вътрешността на клетката е разрушена, тя освобождава химикали, които действат като сигнали за бедствие към външната част на клетката, че тя умира. Някои от тях са АТФ и УТФ. АТФ, нуклеотид, и УТФ, нуклеозид, са свързани с фагоцитните клетки. Тези клетки могат да поглъщат и смилат части от тъканта и други части.

Когато до фагоцитните клетки постъпят сигнали, че дадена клетка умира, те се опитват да се доберат до тези конкретни клетъчни фрагменти. Тези клетъчни фрагменти също така разкриват фосфолипиди, които обикновено не се виждат отвън. Това помага на макрофагите да идентифицират точно тези фрагменти и те започват да ги поглъщат. Клетките-митачи могат да отделят вещества като цитокини, които могат да предизвикат възпаление в околността.

Клетъчната мембрана обаче остава непокътната по време на този процес. Поради това не се стига до голямо увреждане на околната тъкан. Това е различно от некрозата, при която клетката загива вследствие на травма и нараняване. Но тук клетъчната мембрана е увредена и всички токсични вещества се освобождават навън, предизвиквайки силно възпаление.

Каква е ролята на апоптозата?

Апоптоза може да настъпи, когато клетката естествено остарее и "реши", че предназначението ѝ е изпълнено. Тя може да настъпи и когато в клетката нахлуе чужда бактерия или вирус и клетката се опита да овладее инфекцията, като извърши самоубийство.

Апоптоза може да възникне и при други заболявания. Когато има голям оксидативен стрес, клетките могат да претърпят апоптоза. Съществуват много заболявания, при които се наблюдава повишена апоптоза като част от болестния процес. Болестта на Алцхаймер, болестта на Паркинсон, СПИН и други имат повишена апоптоза. Чрез използването на антиапоптотични лекарства можем не само да спрем тези болестни процеси, но и да се преборим до известна степен с процеса на стареене.

Как действа водородът като антиапоптотик?

След публикацията на Ohta et al. за ефекта на водорода през 2015 г. са проведени много изследвания за проверка на ефективността на водорода срещу различни заболявания. Още в това първо проучване е оценено, че водородът има антиапоптотични свойства чрез регулиране на генната експресия на клетките. В приложението сме посочили някои от проучванията. Тук ще обобщя научните доказателства за ефективността на водорода в борбата с апоптозата, които са демонстрирани при животински модели.

Доказано е, че вдишването на водород оказва антиоксидантно и антиапоптотично действие и защитава мозъка при исхемично-реперфузионно увреждане. Това става чрез намаляване на окислителните свободни радикали, като хидроксилния радикал и пероксинитрита.

Водородът е ефективен и за намаляване на острото чернодробно увреждане. Когато на мишки се дава богат на водород физиологичен разтвор, активността на веществата, които насърчават апоптозата, като JNK и каспаза-3, се потиска. Това може да потисне клетъчната смърт в черния дроб не само при остро увреждане, но и при чернодробна цироза и компенсаторна пролиферация на чернодробните клетки, водеща до чернодробно заболяване.

Антиапоптотичният ефект е важен и при трансплантация на органи, за да се намали клетъчната смърт. При чревни трансплантати е доказано, че водородът повишава регулацията на антиапоптотичния протеин хем оксигеназа 1. Когато трансплантатите са били предварително третирани с водород преди трансплантацията, функцията им е била защитена, което е довело до по-добра преживяемост при реципиентите на трансплантати.

Когато водородът е бил прилаган като газ за вдишване след кардио-пулмонален байпас, това е довело до положителни резултати и изследователите предлагат това лечение като нова потенциална терапия.

Водородът може да подобри преживяемостта при сепсис. Това е важно, тъй като сепсисът остава една от водещите причини за смърт при критично болни пациенти в болница. При прилагане на богат на водород физиологичен разтвор на животински модели е установено, че в допълнение към противовъзпалителните и антиоксидантните си свойства той намалява апоптозата, като по този начин намалява последиците от сепсиса.

Възможно е да изпитваме киселини, когато сме подложени на стрес. Предизвиканите от стреса стомашни язви могат да бъдат предотвратени чрез пиене на богати на водород течности. Лечението с водород може да намали нивото на каспазата в стомашната лигавица и да намали увреждането на стомашната лигавица чрез предотвратяване на клетъчната апоптоза.

Сърдечните пристъпи са много често срещани в днешно време

Доказано е обаче, че богатият на водород физиологичен разтвор намалява размера на инфаркта на миокарда. Друга група е установила, че газовият водород подобрява възстановяването на функцията на лявата камера след аноксия-реоксигенация (което означава, че реперфузията обикновено причинява така нареченото реперфузионно увреждане). Водородът е намалил размера на инфаркта, без да променя хемодинамичните параметри. Водородният газ също така предотвратява ремоделирането на лявата камера (процесът на промяна на размера, формата и функцията на камерата) след инфаркт на миокарда.

Субарахноидният кръвоизлив се счита за животозастрашаващо състояние и може да доведе до смърт на мозъчни клетки. Водородът е в състояние да модифицира пътищата, които водят до смърт, по-специално чрез пътя Akt/GSK3β. Това намалява апоптозата на невроните в мозъка и подобрява изхода след субарахноидален кръвоизлив.

Не само това, водородът може да действа и върху белите дробове и да намали клетъчната смърт при белодробно увреждане. Той индуцира антиапоптотични гени. По този начин антиапоптозният протеин Bcl 2 се повишава, а протеините, които насърчават апоптозата, като Bax, се понижават.

Доказано е, че водородът намалява апоптозата в панкреаса при остър панкреатит, като по този начин намалява риска от развитие на захарен диабет.

В случай на диабетна ретинопатия апоптозата на ретината и биомаркерите на съдовата пропускливост са намалени чрез вдишване на водороден газ при модел на плъх. Тези резултати предполагат възможно използване на водорода за лечение на това заболяване, което често води до слепота.

Водородът може да се приема чрез вдишване на газ, вдишване на богат на водород аерозолен разтвор, инжектиране на богат на водород физиологичен разтвор, вземане на водородна вана и пиене на разтворен във вода водород. За ежедневно приемане най-подходящият метод е пиенето на обогатена с водород вода или вдишването на водороден газ, произведен от електролизер.

Въпреки че водородът е най-разпространеният химичен елемент във Вселената, той все още не е използван в терапевтична среда за лечение на заболявания. Неотдавнашните открития за този невероятен газ обаче промениха това. Стотици изследвания на водорода, досега предимно върху животински модели, показват, че той е ефективен и при хората за много заболявания. Можем спокойно да предположим, че в близко бъдеще ще видим водорода в клиниките. Поради антиапоптотичното и антиоксидантното си действие той би могъл да се използва и като средство против стареене.

Източници

Ohta, S., Molecular hydrogen as a novel antioxidant: overview of the advantages of hydrogen for medical applications (Молекулярният водород като нов антиоксидант: преглед на предимствата на водорода за медицински приложения). Methods Enzymol, 2015. 555: p. 289-317.
Shen, M.H., et al, Hydrogen as a novel and effective treatment for acute carbon monoxide poisoning. Medical Hypotheses, 2010. 75(2): p. 235-237.
Sun, H., et al, The protective role of hydrogen-rich saline in experimental liver injury in mice. Journal of Hepatology, 2011. 54(3): p. 471-80.
Buchholz, B.M., et al, Hydrogen-enriched preservation protects isogenic intestinal graft and improves recipient gastric function during transplantation. Transplantation, 2011. 92(9): p. 985-92.
Li, G.M., et al. Effects of treatment with hydrogen-rich saline on polymicrobial sepsis. Journal of Surgical Research, 2013. 181(2): p. 279-86.
Liu, X., et al, The protective of hydrogen on stress-induced gastric ulceration. Int Immunopharmacol, 2012. 13(2): p. 197-203.
Fujii, Y., et al, Insufflation of hydrogen gas inhibits the inflammatory response in cardiopulmonary bypass in a rat model. Artif Organs, 2013. 37(2): p. 136-41.
Zhang G, Gao S, Li X, et al. Pharmacological postconditioning with lactic acid and hydrogen rich saline alleviates myocardial reperfusion injury in rats. Sci Rep. 2015 Apr 30;5:9858.
Bari, F., et al, Inhalation of hydrogen gas protects cerebrovascular reactivity from moderate but not severe perinatal hypoxic injury in newborn piglets. Stroke, 2010. 41(4): p. E323-E323.
Hong, Y., et al, Neuroprotective effect of hydrogen-rich saline against neurologic damage and apoptosis in early brain injury following subarachnoid hemorrhage: possible role of the Akt/GSK3beta signalling pathway. PLoS One, 2014. 9(4): p. e96212.
Huang, C.S., et al, Hydrogen inhalation ameliorates ventilator-induced lung injury (Вдишване на водород подобрява белодробното увреждане, предизвикано от вентилатор). Critical Care, 2010. 14(6): p. R234.
Li, Y.-P., Teruya, K., Katakura, Y., Kabayama, S., Otsubo, K.,Morisawa, S., et al, Effect of reduced water on the apoptotic cell death triggered by oxidative stress in pancreatic b HIT-T15 cell. Animal cell technology meets genomics, 2005: pp. 121-124.
Oharazawa, H., et al, Protection of the Retina by Rapid Diffusion of Hydrogen (Защита на ретината чрез бърза дифузия на водород): Administration of Hydrogen-Loaded Eye Drops in Retinal Ischemia-Reperfusion Injury (Прилагане на капки за очи с водород при ретинуална исхемия и реперфузия). Investigative Ophthalmology & Visual Science, 2010. 51(1): p. 487-492.
Qu, J., et al, Inhalation of hydrogen gas attenuates ouabain-induced auditory neuropathy in gerbils. Acta Pharmacologica Sinica, 2012. 33(4): p. 445-451.
Hayashida, K., Sano, M., Ohsawa, I., Shinmura, K., Tamaki, K., et al. (2008) Inhalation of Hydrogen Gas Reduces Infarct Size in the Rat Model of Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury. Biochemical and Biomedical Research Communications, 373, 30-35.