V tomto článku sa dozvieme o ďalšej dôležitej výhode vodíka, ktorou je jeho anti-apoptotický účinok. Skôr ako prejdeme k podrobnostiam, povedzme si, čo znamená apoptóza.
Čo je to apoptóza?
Apoptóza je odumieranie buniek, ku ktorému bežne dochádza v našom tele v dôsledku starnutia alebo ako riadená súčasť rastu a vývoja. K tejto programovanej bunkovej smrti môže dôjsť v dôsledku rôznych biochemických procesov v bunke. Je to forma samovraždy prostredníctvom aktivácie vnútorného mechanizmu smrti.
Čo sa teda skutočne stane, keď je bunka prinútená spáchať samovraždu?
Vedie to k spusteniu rôznych chemických procesov v tele. Spustia sa proteíny známe ako kaspázy, ktoré ničia bunkovú architektúru. To následne spustí enzým nazývaný DNAse, ktorý je schopný degradovať DNA. DNA je genetický materiál v bunkovom jadre, ktorý riadi celú bunku. Poškodená bunka sa potom postupne začne zmršťovať a uvoľňujú sa ďalšie proteolytické enzýmy, ktoré ničia bunku zvnútra. Na povrchu bunky sa vytvárajú škvrny podobné bublinám.
Keď sa zničí mitochondria, generátor energie vo vnútri bunky, uvoľní sa cytochróm C a bunka sa rozpadne na malé fragmenty, ktoré sú obalené membránou. Keď je vnútro bunky zničené, uvoľňuje chemické látky, ktoré pôsobia ako núdzové signály pre vonkajšiu časť bunky, že bunka umiera. Niektoré z nich sú ATP a UTP. ATP, nukleotid, a UTP, nukleozid, sú viazané na fagocytujúce bunky. Tieto bunky môžu pohltiť a stráviť časti tkaniva a iné časti.
Keď k fagocytujúcim bunkám prídu signály, že bunka odumiera, snažia sa dostať k týmto konkrétnym fragmentom bunky. Tieto fragmenty buniek tiež odhaľujú fosfolipidy, ktoré nie sú za normálnych okolností zvonku viditeľné. To pomáha makrofágom presne identifikovať tieto fragmenty a začnú ich pohlcovať. Mýtne bunky môžu vylučovať látky, ako sú cytokíny, ktoré môžu vyvolať zápal v okolí.
Počas tohto procesu však zostáva bunková membrána neporušená. Preto nedochádza k veľkému poškodeniu okolitého tkaniva. Tým sa líši od nekrózy, pri ktorej bunka odumiera v dôsledku traumy a poranenia. Tu je však poškodená bunková membrána a všetky toxické látky sa uvoľňujú do vonkajšieho prostredia, čo spôsobuje veľký zápal.
Aká je úloha apoptózy?
K apoptóze môže dôjsť, keď bunka prirodzene zostarne a "rozhodne sa", že jej účel bol splnený. Môže k nej dôjsť aj vtedy, keď do bunky prenikne cudzia baktéria alebo vírus a bunka sa snaží infekciu potlačiť spáchaním samovraždy.
Apoptóza môže nastať aj pri iných ochoreniach. Pri veľkom oxidačnom strese môžu bunky podstúpiť apoptózu. Existuje mnoho ochorení, ktoré vykazujú zvýšenú apoptózu ako súčasť svojho chorobného procesu. Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba a AIDS a ďalšie majú zvýšenú apoptózu. Používaním anti-apoptotických liekov môžeme nielen zastaviť tieto chorobné procesy, ale do určitej miery aj bojovať proti procesu starnutia.
Ako pôsobí vodík ako anti-apoptotikum?
Od publikovania Ohta a kol. o účinku vodíka v roku 2015 sa uskutočnilo mnoho štúdií na testovanie účinnosti vodíka proti rôznym chorobám. Už v tejto prvej štúdii sa odhadovalo, že vodík má anti-apoptotické vlastnosti prostredníctvom regulácie expresie génov buniek. Niektoré z týchto štúdií uvádzame v prílohe. Tu zhrniem vedecké dôkazy o účinnosti vodíka v boji proti apoptóze, ktoré boli preukázané na zvieracích modeloch.
Bolo preukázané, že inhalácia vodíka má antioxidačné a anti-apoptotické účinky a chráni mozog pri ischemicko-reperfúznom poškodení. Robí to redukciou oxidačných voľných radikálov, ako je hydroxylový radikál a peroxynitrit.
Vodík je účinný aj pri znižovaní akútneho poškodenia pečene. Keď sa myšiam podával fyziologický roztok bohatý na vodík, inhibovala sa aktivita látok podporujúcich apoptózu, ako sú JNK a kaspáza-3. To môže inhibovať bunkovú smrť v pečeni nielen pri akútnom poškodení, ale aj pri cirhóze pečene a kompenzačnej proliferácii pečeňových buniek vedúcej k ochoreniu pečene.
Antiapoptotický účinok je dôležitý aj pri transplantácii orgánov na zníženie bunkovej smrti. V črevných transplantátoch sa preukázalo, že vodík zvyšuje reguláciu anti-apoptotického proteínu hem oxygenázy 1. Keď sa štepy pred transplantáciou vopred ošetrili vodíkom, ich funkcia bola chránená, čo viedlo k lepšej miere prežitia u príjemcov štepov.
Keď sa vodík podával ako inhalačný plyn po operácii kardio-pulmonálneho bypassu, viedlo to k pozitívnym výsledkom a výskumníci navrhli túto liečbu ako novú potenciálnu terapiu.
Vodík môže zlepšiť prežívanie pri sepse. Je to dôležité, pretože sepsa zostáva jednou z hlavných príčin úmrtí kriticky chorých pacientov v nemocnici. Keď sa na zvieracích modeloch podával fyziologický roztok bohatý na vodík, zistilo sa, že okrem protizápalových a antioxidačných vlastností znižuje apoptózu, čím znižuje účinky sepsy.
Keď sme v strese, je možné pociťovať pálenie záhy. Žalúdočným vredom vyvolaným stresom možno predchádzať pitím tekutín bohatých na vodík. Liečba vodíkom môže znížiť hladinu kaspázy v žalúdočnej sliznici a znížiť poškodenie žalúdočnej sliznice tým, že zabráni apoptóze buniek.
Infarkty sú v modernej dobe veľmi časté
Bolo však preukázané, že fyziologický roztok bohatý na vodík znižuje veľkosť infarktu myokardu. Iná skupina zistila, že plynný vodík zlepšuje obnovu funkcie ľavej komory po anoxii-reoxygenácii (čo znamená, že reperfúzia zvyčajne spôsobuje tzv. reperfúzne poškodenie). Vodík zmenšil veľkosť infarktu bez zmeny hemodynamických parametrov. Plynný vodík tiež zabránil remodelácii ľavej komory (proces zmeny veľkosti, tvaru a funkcie komory) po infarkte myokardu.
Subarachnoidálne krvácanie sa považuje za život ohrozujúci stav a môže viesť k smrti mozgových buniek. Vodík je schopný modifikovať dráhy, ktoré vedú k smrti, najmä prostredníctvom dráhy Akt/GSK3β. Tým sa znižuje apoptóza neurónov v mozgu a zlepšujú sa výsledky po subarachnoidálnom krvácaní.
Nielen to, vodík môže pôsobiť aj na pľúca a znížiť odumieranie buniek pri poškodení pľúc. Indukuje anti-apoptotické gény. Dochádza tak k zvýšeniu regulácie anti-apoptotického proteínu Bcl 2 a k zníženiu regulácie proteínov podporujúcich apoptózu, ako je Bax.
Ukázalo sa, že vodík znižuje apoptózu v pankrease pri akútnej pankreatitíde, čím znižuje riziko vzniku diabetes mellitus.
V prípade diabetickej retinopatie sa na modeli potkanov znížila apoptóza sietnice a biomarkery cievnej permeability inhaláciou plynného vodíka. Tieto výsledky naznačujú možné využitie vodíka na liečbu tohto ochorenia, ktoré často vedie k slepote.
Vodík možno prijímať vdychovaním plynu, vdychovaním aerosólového roztoku bohatého na vodík, injekčným podávaním soľného roztoku bohatého na vodík, vodíkovým kúpeľom a pitím vodíka rozpusteného vo vode. Na každodenné požitie je najvhodnejšou metódou pitie vody obohatenej o vodík alebo inhalácia plynného vodíka vyrobeného elektrolyzérom.
Hoci je vodík najrozšírenejším chemickým prvkom vo vesmíre, v terapeutickom prostredí sa zatiaľ na liečbu chorôb nepoužíva. Nedávne zistenia o tomto úžasnom plyne to však zmenili. Stovky štúdií o vodíku, zatiaľ väčšinou na zvieracích modeloch, naznačujú, že je účinný aj u ľudí pri mnohých ochoreniach. Dá sa predpokladať, že v blízkej budúcnosti sa s vodíkom stretneme aj na klinikách. Vzhľadom na jeho anti-apoptotické a antioxidačné účinky by sa mohol používať aj ako prostriedok proti starnutiu.
Zdroje
Ohta, S., Molekulárny vodík ako nový antioxidant: prehľad výhod vodíka pre lekárske aplikácie. Methods Enzymol, 2015. 555: s. 289-317.
Shen, M.H., et al, Hydrogen as a novel and effective treatment for carbon monoxide poisoning acute. Medical Hypotheses, 2010. 75(2): s. 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): s. 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): s. 985-92.
Li, G.M., et al. Effects of treatment with hydrogen-rich saline on polymicrobial sepsis. Journal of Surgical Research, 2013. 181(2): s. 279-86.
Liu, X., et al, The protective of hydrogen on stress-induced gastric ulceration. Int Immunopharmacol, 2012. 13(2): s. 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): s. 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): s. E323-E323.
Hong, Y., et al, Neuroprotektívny účinok fyziologického roztoku bohatého na vodík proti neurologickému poškodeniu a apoptóze pri včasnom poškodení mozgu po subarachnoidálnom krvácaní: možná úloha signálnej dráhy Akt/GSK3beta. PLoS One, 2014. 9(4): s. e96212.
Huang, C.S., et al, Hydrogen inhalation ameliorates ventator-induced lung injury (Inhalácia vodíka zlepšuje ventilátorom indukované poškodenie pľúc). Critical Care, 2010. 14(6): s. 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: s. 121-124.
Oharazawa, H., et al, Protection of the Retina by Rapid Diffusion of Hydrogen: Podávanie očných kvapiek s obsahom vodíka pri ischemicko-reperfúznom poškodení sietnice. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 2010. 51(1): s. 487-492.
Qu, J., et al, Inhalation of hydrogen gas attenuates ouabain-induced auditory neuropathy in gerbils. Acta Pharmacologica Sinica, 2012. 33(4): s. 445-451.
Hayashida, K., Sano, M., Ohsawa, I., Shinmura, K., Tamaki, K., et al. (2008) Inhalácia plynného vodíka znižuje veľkosť infarktu na potkaních modeloch ischemicko-reperfúzneho poškodenia myokardu. Biochemical and Biomedical Research Communications, 373, 30-35.