Wodór cząsteczkowy jest najmniejszą cząsteczką, jaką możemy znaleźć w naturze. Jego skuteczność została odkryta dopiero około dekady temu dzięki badaniom naukowym.

Wodór ma wiele zalet, a wynika to z jego właściwości przeciwutleniających, przeciwzapalnych, antyapoptotycznych, przeciwalergicznych i cytoprotekcyjnych. Prawdopodobnie zastanawiasz się, w jaki sposób ta mała cząsteczka ma te wszystkie właściwości. Naukowcy wciąż odkrywają nowe zastosowania wodoru. Każdego dnia pojawiają się nowe wyniki badań i możesz znaleźć setki badań, które zostały przeprowadzone na temat leczenia wodorem, głównie w badaniach na zwierzętach, ale coraz częściej w badaniach na ludziach.

W tym artykule omówimy cytoprotekcyjne działanie wodoru.

Komórka jest najmniejszym budulcem żywego organizmu. Nieprawidłowe funkcjonowanie komórek może prowadzić do poważnych chorób. Komórki mogą zostać uszkodzone z różnych powodów, w tym z powodu urazów, stresu oksydacyjnego, chemikaliów, oparzeń, mikroorganizmów, promieniowania i innych.

Czym jest cytoprotekcja?

Cytoprotekcja to proces, w którym komórki są chronione przed szkodliwymi substancjami lub bodźcami. Proces ten został opisany przede wszystkim w błonie śluzowej żołądka. Powstawaniu wrzodów żołądka można zapobiec stosując środek cytoprotekcyjny dla żołądka, taki jak prostaglandyna. Podobnie wodór może działać jako środek chroniący komórki przed szkodliwymi bodźcami.

W jaki sposób wodór działa jako środek cytoprotekcyjny?

Wodór, w przeciwieństwie do większości innych substancji, może działać na poziomie komórkowym i dlatego jest uważany za wyjątkowy. Może nawet przekraczać barierę krew-mózg, która oddziela mózg od krwiobiegu. Może nawet dostać się do organizmów subkomórkowych, takich jak mitochondria. Gdy wodór dotrze do tych idealnych miejsc, może wywierać swoje właściwości przeciwutleniające, cytoprotekcyjne i antyapoptotyczne.

Sugeruje się, że wodór może indukować mechanizmy sygnalizacyjne, które prowadzą do powstawania czynników cytoprotekcyjnych. Według Itoh et al. 2011, wodór działa jako modulator sygnału i wpływa na transdukcję sygnału. Zaproponowali oni, że wodór może hamować indukowaną przez LPS/IFNγ produkcję tlenku azotu w makrofagach, co z kolei prowadzi do zmniejszenia reakcji zapalnych, które ostatecznie chronią komórki. Chociaż pełny mechanizm nie jest jeszcze jasny, istnieją inne badania, które sugerują możliwe mechanizmy. Według innego badania, wodór zwiększa poziom enzymów przeciwutleniających, takich jak dysmutaza ponadtlenkowa i katalaza, zapewniając w ten sposób efekt cytoprotekcyjny.

Innym proponowanym mechanizmem działania wodoru jako substancji cytoprotekcyjnej jest zapobieganie działaniu kaspazy, która bierze udział w śmierci komórki, jak opisano w artykule na temat antyapoptotycznych właściwości wodoru.

Proponuje się również, że wodór cząsteczkowy wiąże się z jonami metali i wpływa na transdukcję sygnału poprzez interakcję z metaloproteinami.

Jakie są przypadki cytoprotekcyjnego działania wodoru?

Ponieważ wodór nie jest toksyczny dla organizmu nawet w wyższych stężeniach, można go uznać za całkiem bezpieczny w użyciu. Ponieważ wodór może szybko dyfundować przez błony i wywiera swoje działanie z dodatkową zaletą w postaci wykonalności i stosunkowo niskich kosztów, może być stosowany w różnych metodach leczenia chorób.

Cytoprotekcyjne działanie wodoru molekularnego zostało po raz pierwszy opublikowane przez Ohsawę i wsp. w 2007 roku. Badania te były pierwszymi tego rodzaju. Zbadali oni działanie przeciwutleniające w modelu szczurzym, w którym uszkodzenie stresu oksydacyjnego zostało wywołane w mózgu przez ogniskowe niedokrwienie i reperfuzję oraz w hodowanych komórkach przy użyciu trzech niezależnych metod. Po udarze, gdy okluzja naczynia zostanie usunięta (reperfuzja), komórki mogą zostać uszkodzone przez nagłe uwolnienie substancji oksydacyjnych, jest to tak zwane uszkodzenie reperfuzyjne. W tym przypadku wykazano, że wodór ma potencjał jako przeciwutleniacz do zastosowań profilaktycznych i terapeutycznych. Badania te utorowały drogę wielu innym badaniom nad strategiami wykorzystania wodoru do zapobiegania uszkodzeniom komórek po niedokrwieniu.

Wodór molekularny był również w stanie chronić komórki wątroby przed uszkodzeniami spowodowanymi żółtaczką obturacyjną. W modelu szczurzym wywołano żółtaczkę obturacyjną. Po 10 dniach uszkodzenie wątroby oceniano mikroskopowo i monitorowano poziomy enzymów wątrobowych (ASAT i ALAT) oraz mediatorów stanu zapalnego (IL-1, IL-6, TNFa i inne). Sól fizjologiczna bogata w wodór obniżyła poziomy tych markerów i złagodziła morfologiczne uszkodzenie wątroby. Ponadto znacząco zwiększyła aktywność enzymów antyoksydacyjnych. Hamuje stan zapalny, stres oksydacyjny, a także moduluje tzw. szlak ERK1/2, chroniąc komórki przed uszkodzeniem.

W transplantacji wątroby niedokrwienie i uraz reperfuzyjny mają kluczowe znaczenie dla przeżycia przeszczepu. Powoduje to powstawanie cytotoksycznych wolnych rodników tlenowych. Ich działanie może być neutralizowane przez przeciwutleniające właściwości wodoru. Chroni on komórki przed urazami reperfuzyjnymi. Stwierdzono to w badaniu przeprowadzonym na świniach.

Wrzodziejące zapalenie jelita grubego to choroba, w której wrzody tworzą się w błonie śluzowej jelit z powodu predyspozycji genetycznych. Jest to związane ze zwiększoną produkcją reaktywnych form tlenu i zmienioną angiogenezą. Podawanie wodoru we wstrzyknięciu dootrzewnowym raz na 2 dni przez 2 tygodnie w modelu szczurzym było w stanie zmniejszyć owrzodzenia, zapobiegając uszkodzeniu komórek błony śluzowej poprzez jego działanie cytoprotekcyjne. Leczenie solą fizjologiczną zawierającą wodór zmniejszyło również objawy, takie jak utrata masy ciała i biegunka.

Według kilku badań wdychanie wodoru chroniło również komórki nerwowe. Ponieważ wodór może z łatwością przekraczać barierę krew-mózg, może docierać do neuronów i poprawiać wyniki neurologiczne w chorobach. Picie wody bogatej w wodór było w stanie tłumić stres oksydacyjny w neuronach dopinergicznych w chorobie Parkinsona w modelu mysim. Wykazano również, że wodór zapobiega upośledzeniu funkcji poznawczych.

Niedawno rozpoczęto pilotażowe badanie kliniczne w celu zbadania wpływu wody wodorowej na postęp choroby Parkinsona u japońskich pacjentów. Badanie było randomizowanym, kontrolowanym placebo, podwójnie zaślepionym badaniem z grupami równoległymi. Uczestnicy pili jeden litr dziennie nawodnionej wody lub placebo przez 48 tygodni. Badanie wyników Unified Parkinson's Disease Rating Scale wykazało, że choroba pogorszyła się w grupie bez stosowania wody wodorowej, podczas gdy wyniki poprawiły się w grupie wody wodorowej. Chociaż liczebność obu grup była niewielka, a czas trwania badania krótki, różnica między grupą otrzymującą wodę wodorową a grupą placebo była znacząca (p < 0,05).

Gdy bogata w wodór sól fizjologiczna została podana po zatrzymaniu krążenia na początku hiperoksycznej resuscytacji krążeniowo-oddechowej, znacznie poprawiła wyniki mózgu i serca w modelu szczurzym, chroniąc komórki przed dalszym uszkodzeniem.

Niektórzy pacjenci muszą być sztucznie wentylowani przez długi czas z powodu śpiączki i urazów. U takich osób może dojść do uszkodzenia płuc zwanego ostrym uszkodzeniem płuc wywołanym respiratorem. Podawanie wodoru w modelu mysim zmniejszyło częstość występowania tego urazu poprzez modulację szlaku sygnałowego czynnika jądrowego-kappa B (NFκB). Wczesna aktywacja tego szlaku podczas leczenia wodorem była skorelowana ze zwiększonym poziomem białek antyapoptotycznych. Wdychanie wodoru zwiększyło napięcie tlenu, zmniejszyło obrzęk płuc i zmniejszyło ekspresję mediatorów prozapalnych. Wykazano cytoprotekcyjny wpływ wodoru na apoptotyczne i zapalne szlaki sygnałowe.

Wodór jako gaz w stężeniu 3% przedłużył również żywotność replikacji in vitro komórek zrębowych szpiku kostnego i mezenchymalnych komórek macierzystych. Jest to ważne, ponieważ komórki macierzyste są wykorzystywane w medycynie regeneracyjnej do leczenia wielu chorób. Cytoprotekcyjne działanie wodoru początkowo przypisywano działaniu przeciwutleniającemu. Stwierdzono jednak, że zastosowane stężenie 3% nie redukowało rodników hydroksylowych, choć skutecznie chroniło komórki. Dlatego zasugerowali, że musi istnieć dodatkowy mechanizm chroniący komórki.

Ze względu na te niesamowite efekty wodoru, jest on stosowany jako nowy środek terapeutyczny w leczeniu chorób układu krążenia, metabolicznych, oddechowych, neurologicznych i nowotworowych. W przyszłości nie tylko tlen, ale także wodór (gaz Browna) będzie podawany jednocześnie w medycynie ratunkowej.

Piśmiennictwo
Liu, Q., et al, Hydrogen-rich saline protects against liver injury in rats with obstructive jaundice. 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. (Engl.), Protective effects of hydrogen-rich saline on ulcerative colitis rat model. Journal of Surgical Research, 2013(0).
Hayashida, K., et al, Hydrogen Inhalation During Normoxic Resuscitation Improves Neurological Outcome in a Rat Model of Cardiac Arrest, Independent of Targeted Temperature Management. 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.