Molekulární vodík je nejmenší molekula, kterou můžeme v přírodě najít. Jeho účinnost byla vědeckým výzkumem objevena teprve před deseti lety.
Vodík má řadu výhod, a to díky svým antioxidačním, protizánětlivým, antiapoptotickým, antialergickým a cytoprotektivním vlastnostem. Pravděpodobně byste se divili, jak může mít tato malá molekula všechny tyto vlastnosti. Vědci stále objevují nová využití vodíku den za dnem. Každý den se objevují nové výsledky výzkumu a můžete najít stovky studií, které byly provedeny v oblasti léčby vodíkem, většinou na zvířatech, ale stále častěji i na lidech.
V tomto článku budeme hovořit o cytoprotektivním účinku vodíku.
Buňka je nejmenší stavební jednotkou živého organismu. Pokud buňky špatně fungují, může dojít k závažným onemocněním. Buňky mohou být poškozeny z různých důvodů, včetně úrazu, oxidačního stresu, chemických látek, popálenin, mikroorganismů, záření a dalších.
Co je to cytoprotekce?
Cytoprotekce je proces, při kterém jsou buňky chráněny před škodlivými látkami nebo podněty. Tento proces byl popsán především v žaludeční sliznici. Vzniku žaludečních vředů lze zabránit použitím cytoprotektiva pro žaludek, jako je prostaglandin. Podobně může vodík působit jako prostředek, který chrání buňky před škodlivými podněty.
Jak vodík působí jako cytoprotektivní látka?
Vodík může na rozdíl od většiny ostatních látek působit na buněčné úrovni, a proto je považován za jedinečný. Dokáže dokonce překonat hematoencefalickou bariéru, která odděluje mozek od krevního oběhu. Může dokonce pronikat do subcelulárních organismů, jako jsou mitochondrie. Jakmile se vodík dostane do těchto ideálních míst, může uplatnit své antioxidační, cytoprotektivní a antiapoptotické vlastnosti.
Předpokládá se, že vodík může vyvolat signalizační mechanismy, které vedou k tvorbě cytoprotektivních faktorů. Podle Itoh et al. 2011 působí vodík jako modulátor signálu a ovlivňuje přenos signálu. Navrhli, že vodík může inhibovat produkci oxidu dusnatého vyvolanou LPS/IFNγ v makrofázích, což následně vede ke snížení zánětlivých reakcí, které v konečném důsledku chrání buňky. Ačkoli úplný mechanismus není dosud jasný, existují další výzkumy, které naznačují možné mechanismy. Podle jiné studie vodík zvyšuje hladinu antioxidačních enzymů, jako je superoxiddismutáza a kataláza, a tím zajišťuje cytoprotektivní účinek.
Dalším navrhovaným mechanismem působení vodíku jako cytoprotektivní látky je zabránění působení kaspázy, která se podílí na buněčné smrti, jak je popsáno v článku o anti-apoptotických vlastnostech vodíku.
Navrhuje se také, že molekulární vodík se váže na ionty kovů a ovlivňuje přenos signálu interakcí s metaloproteiny.
Jaké jsou případy cytoprotektivního účinku vodíku?
Vzhledem k tomu, že vodík není pro organismus toxický ani ve vyšších koncentracích, lze jeho používání považovat za zcela bezpečné. Vzhledem k tomu, že vodík může rychle difundovat membránami a působí s další výhodou proveditelnosti a relativně nízké ceny, lze jej využít při léčbě různých onemocnění.
Cytoprotektivní účinek molekulárního vodíku poprvé publikovali Ohsawa a kol. v roce 2007. Tento výzkum byl první svého druhu. Zkoumali antioxidační účinek na modelu potkana, u kterého bylo poškození oxidativním stresem vyvoláno v mozku fokální ischemií a reperfuzí, a na kultivovaných buňkách pomocí tří nezávislých metod. Po cévní mozkové příhodě, kdy je odstraněn uzávěr cévy (reperfuze), mohou být buňky poškozeny náhlým uvolněním oxidačních látek, jedná se o tzv. reperfuzní poškození. Zde se ukázalo, že vodík má potenciál jako antioxidant pro preventivní a terapeutické použití. Tento výzkum připravil půdu pro mnoho dalších výzkumů zkoumajících strategie využití vodíku k prevenci poškození buněk po ischemii.
Molekulární vodík byl také schopen chránit jaterní buňky před poškozením způsobeným obstrukční žloutenkou. Na krysím modelu byla vyvolána obstrukční žloutenka. Po 10 dnech bylo mikroskopicky hodnoceno poškození jater a sledovány hladiny jaterních enzymů (ASAT a ALAT) a hladiny zánětlivých mediátorů (IL-1, IL-6, TNFa a dalších). Fyziologický roztok bohatý na vodík snížil hladiny těchto markerů a zmírnil morfologické poškození jater. Kromě toho významně zvýšil aktivitu antioxidačních enzymů. Potlačuje zánět, oxidační stres a také moduluje tzv. dráhu ERK1/2, čímž chrání buňky před poškozením.
Při transplantaci jater je ischemické a reperfuzní poškození kritické pro přežití štěpu. To má za následek tvorbu cytotoxických volných kyslíkových radikálů. Jejich účinek lze neutralizovat antioxidačními vlastnostmi vodíku. Chrání buňky před reperfuzním poškozením. To bylo zjištěno ve studii s prasaty.
Ulcerózní kolitida je onemocnění, při kterém se v důsledku genetické predispozice tvoří vředy ve střevní sliznici. Je spojena se zvýšenou produkcí reaktivních forem kyslíku a změněnou angiogenezí. Podávání vodíku intraperitoneální injekcí jednou za 2 dny po dobu 2 týdnů na modelu potkanů dokázalo snížit výskyt vředů tím, že zabránilo poškození slizničních buněk díky jeho cytoprotektivním účinkům. Léčba fyziologickým roztokem obsahujícím vodík rovněž snížila příznaky, jako je úbytek hmotnosti a průjem.
Podle několika studií inhalace vodíku chránila také nervové buňky. Vzhledem k tomu, že vodík snadno překonává hematoencefalickou bariéru, může se dostat k neuronům a zlepšit neurologické výsledky při onemocnění. Pití vody bohaté na vodík dokázalo na myším modelu potlačit oxidační stres dopinergních neuronů u Parkinsonovy choroby. Bylo také prokázáno, že vodík zabraňuje zhoršení kognitivních funkcí.
Nedávno byla zahájena pilotní klinická studie, která zkoumala účinky vodíkové vody na progresi Parkinsonovy choroby u japonských pacientů. Jednalo se o randomizovanou, placebem kontrolovanou, dvojitě zaslepenou studii s paralelními skupinami. Účastníci pili po dobu 48 týdnů jeden litr hydratované vody denně nebo placebo. Vyšetření skóre Unified Parkinson's Disease Rating Scale ukázalo, že ve skupině bez užívání vodíkové vody se onemocnění zhoršilo, zatímco ve skupině s vodíkovou vodou se skóre zlepšilo. Přestože počet obou skupin byl malý a doba trvání studie krátká, rozdíl mezi skupinou s vodíkovou vodou a skupinou s placebem byl významný (p < 0,05).
Když byl po srdeční zástavě na začátku hyperoxické kardiopulmonální resuscitace podán fyziologický roztok bohatý na vodík, významně zlepšil výsledky mozku a srdce na modelu potkanů tím, že chránil buňky před dalším poškozením.
Někteří pacienti musí být kvůli kómatu a poranění dlouhodobě uměle ventilováni. U těchto osob může dojít k poškození plic, které se nazývá akutní ventilátorem indukované poškození plic. Podávání plynného vodíku na myším modelu snížilo výskyt tohoto poškození prostřednictvím modulace signální dráhy nukleárního faktoru-kappa B (NFκB). Časná aktivace této dráhy během léčby vodíkem souvisela se zvýšením hladiny anti-apoptotických proteinů. Inhalace vodíku zvýšila tenzi kyslíku, snížila plicní edém a snížila expresi prozánětlivých mediátorů. Byl prokázán cytoprotektivní účinek vodíku proti apoptotickým a zánětlivým signálním drahám.
Vodík jako plyn v koncentraci 3 % rovněž prodloužil in vitro replikační životnost stromálních buněk kostní dřeně a mezenchymálních kmenových buněk. To je důležité, protože kmenové buňky se používají v regenerativní medicíně k léčbě mnoha onemocnění. Cytoprotektivní účinek vodíku byl původně připisován antioxidačnímu efektu. Zjistilo se však, že 3% koncentrace, kterou použili, nesnižuje hydroxylové radikály, ačkoli je účinná při ochraně buněk. Proto se domnívali, že při ochraně buněk musí působit další mechanismus.
Vzhledem k těmto úžasným účinkům vodíku se používá jako nový terapeutický prostředek v kardiovaskulární, metabolické, respirační, neurologické a onkologické léčbě. V budoucnu by se v urgentní medicíně mohl současně podávat nejen kyslík, ale i vodík (Brownův plyn).
Odkazy
Liu, Q., et al, Hydrogen-rich saline protects against liver injury in rats with obstructive jaundice (Fyziologický roztok bohatý na vodík chrání před poškozením jater u potkanů s obstrukční žloutenkou). Liver International, 2010. 30(7): s. 958-968.
Matsuno, N., et al, Beneficial effects of hydrogen gas on porcine liver reperfusion injury with use of total vascular exclusion and active venous bypass. Transplant Proc, 2014. 46(4): p. 1104-6.
He, J., et al. (angl.), Protective effects of hydrogen-rich saline on ulcerative colitis rat model. Journal of Surgical Research, 2013(0).
Hayashida, K., et al, Inhalace vodíku během normoxické resuscitace zlepšuje neurologický výsledek u krysího modelu srdeční zástavy nezávisle na cíleném řízení teploty. Circulation, 2014
Cui, Y., et al, Hydrogen-rich saline attenuates neuronal ischemia-reperfusion injury by protecting mitochondrial function in rats. J Surg Res, 2014.
Ito, M., et al, Drinking hydrogen water and intermittent hydrogen gas exposure, but not lactulose or continuous hydrogen gas exposure, prevent 6-hydorxydopamine-induced Parkinson's disease in rats. Med Gas Res, 2012. 2(1): s. 15.