Водород оказывает благотворное влияние на физиологию и продолжительность жизни

Содержание:

1. О статье
2. Аннотация
3. Вступление
4. Материал - мухи
5. Приготовление и оценка обогащенной водородом пищи для мух
6. Процедуры
7. Статистический анализ
8. Результаты
9. MagH₂ продлил срок жизни

О статье

Уже опубликовано много статей о воздействии водорода при тех или иных заболеваниях. Но исследований о том, как влияет питье водородной воды на организм в целом, на продолжительность жизни и активное долголетие пока практически не было.
Очень важно, что в была еще раз доказана эффективность именно водорода. Нагревание раствора приводило к тому, что водород улетучивался и вместе с этим, терялся положительный эффект.
Судя по фамилиям - авторы - наши соотечественники:
Vladimir I. Klichko (Southern Methodist University, Dallas, TX 75275, USA)
Vladimir L. Safonov (Mag and Bio Dynamics, Inc., Granbury, TX 76049, USA)
Marina Yu. Safonov (Mag and Bio Dynamics, Inc., Granbury, TX 76049, USA)
Svetlana N. Radyuk (Southern Methodist University, Dallas, TX 75275, USA)
Эта статья опубликована 14 мая 2019 года в авторитетном голландском научном журнале Heliyon с высоким индексом цитирования (Q1). (Что такое квартиль научного издания Q1?)
Оригинал статьи: https://www.heliyon.com/article/e01679/?fbclid=IwAR2wtEfgq3VQNcp07xBGxAwaopR5pN-_2S_y_eFJT-cDbrnF3UfvkDIuPXw

Краткое содержание:

1. Что сейчас известно о молекулярном водороде как новом селективном антиоксиданте
1.1. Положительные эффекты от водорода (H₂) были зарегистрированы для многих острых и хронических патологических состояний
1.2. Чем объясняется положительное действие водорода
2. Как воздействует водород на организм в целом? Выяснить это-цель данной статьи
3. Схема эксперимента - мух кормили смесью, выделяющей водород при переваривании
4. Подготовка и проведение эксперимента
5. Результаты эксперимента и обсуждение
5.1. Смесь при переваривании имеет пониженный ОВП, как и водородная вода в генераторах водородной воды
5.2. Удаление водорода нагревом приводит к потере его положительных свойств - это показывает, что именно водород дает эффект

Аннотация

Недавно молекулярный водород (Н₂) стал известен как новый антиоксидант и окислительно-восстановительный агент. Эффекты от воздействия H₂ были зарегистрированы для многих острых и хронических патологических состояний. Настоящее исследование было направлено на определение влияния водорода на физиологию и продолжительность жизни дрозофилы. Мухам давали запатентованную пищевую добавку, состоящую из смеси инертных солей с металлическим магнием, которая реагировала с кислыми водными растворами, выделяя газообразный водород. Добавка, обогащающая водородом продлила срок жизни штамма мух дикого типа. Чтобы понять влияние водорода, мы использовали ранее созданные штаммы мух мутантов , у которых недостаточно экспрессируются редокс-регулирующие ферменты пероксиредоксины в митохондриях. Водород уменьшил серьезное сокращение продолжительности жизни мух-мутантов. Водород также задерживал развитие кишечной дисфункции, вызванной недостаточной экспрессией пероксиредоксинов в кишечном эпителии. Водород также предотвратил значительное снижение подвижности мутантных мух, которые недостаточно экспрессировали пероксиредоксины в глобальном масштабе или в определенных тканях. В совокупности, результаты показали, что введение водорода стареющим или недолго живущим мухам может увеличить их выживаемость, задержать развитие дисфункции кишечного барьера и значительно улучшить физическую активность.

Вступление

За последние два десятилетия, ранее считавшиеся инертным газом, молекулярный водород (Н₂) появился в качестве нового агента с глубокими биологическими эффектами на функцию клеток и физиологию. Влияние водорода на лечение различных патологических состояний и заболеваний было продемонстрировано в многочисленных исследованиях на животных моделях и в клинических исследованиях (обзор приведен в [1, 2, 3]). Благоприятное воздействие водорода объясняется его способностью функционировать в качестве селективного антиоксиданта, который в отличие от других антиоксидантов очень эффективен при удалении строго вредных активных форм кислорода (АФК), таких как гидроксильные радикалы и пероксинитрит [4], сохраняя при этом активность функционально важные АФК, такие как H₂O₂ и NO [4, 5]. H₂ также может действовать как сигнальная молекула и вызывать различные защитные реакции [6, 7, 8]. Наиболее выраженные терапевтические эффекты Н₂ были зарегистрированы при заболеваниях, связанных с окислительным стрессом [1, 5, 9, 10].

Другим преимуществом молекулярного водорода в качестве терапевтического агента является его подвижность и способность к проникновению. Небольшая незаряженная молекула Н₂ может легко диффундировать через клеточные мембраны и проникать в органеллы, такие как митохондрии, один из основных источников продукции АФК, и защищать эту органеллу от повреждения чрезмерными концентрациями АФК, тем самым предотвращая развитие заболеваний, связанных с митохондриями. дисфункция и окислительный стресс.

Существует много препятствий на пути развития терапии на основе Н₂. Введение водорода путем вдыхания, питье или впрыскивания растворов, обогащенных H₂, имеет много недостатков, таких как проблемы безопасности или трудности в контроле дозирования [11]. Альтернативой является получение водорода при реакции металлов с кислыми растворами.

В представленном исследовании мы использовали пищевую добавку, содержащую магний (Mg) - MagH₂, и проверили ее биологическое действие на плодовых мух. Хотя молекулярный водород в настоящее время признан перспективным терапевтическим вариантом для лечения различных заболеваний, связанных с окислительным стрессом и митохондриальной дисфункцией, исследования, показывающие влияние водорода на старение, практически отсутствуют. Здесь мы использовали модель Drosophila, хорошо известную в исследованиях старения, чтобы определить влияние H₂ на старение и физиологию на уровне организма.

Материал - мухи

Эталонный штамм "y w" поддерживается в этой лаборатории более 23 лет. Драйверные линии Da-GAL4 и D42-GAL4 были любезно предоставлены госпожой Blanka Rogina (Научно-исследовательский центр здравоохранения Университета Коннектикута), а линейка драйверов NP1-GAL4 была любезным подарком Генриха Джаспера (Институт Бака для исследований по проблемам старения). Двойной мутант (DM) dprx3, dprx5, недостаточно экспрессирующий оба митохондриальных пероксиредоксина (Prxs), описан в предыдущих публикациях [12, 13, 14]. Вкратце, глобальная или тканеспецифическая недостаточная экспрессия Prxs была достигнута путем экспрессии шпилечной конструкции RNAi-dPrx3 с использованием глобальных Da-GAL4 или тканеспецифичных D42-GAL4 (моторных нейронов) и NP1-GAL4 (средней кишки) драйверов в фон мутанта dprx5 - / -.

Приготовление и оценка обогащенной водородом пищи для мух

Дрожжево-сахарный бульон был приготовлен из 0,5% дрожжевого экстракта и 5% сахара и метилпарабена до конечной концентрации 0,19%. Для доведения рН до уровня 4,5–4,8 использовали смесь пропионовой, уксусной и о-фосфорной кислот (31,5%, 10% и 3,5% соответственно). Бульон был нанесен на ватные тампоны или губки, вставленные в стеклянные флаконы.

Для приготовления обогащенного водородом бульона мы использовали запатентованную композицию под названием MagH₂, любезно предоставленную доктором Мильковичем (Nano H₂ Minus, Inc., патенты США 8,852,660 B2 и 9,144,581 B2). Композиция содержит металлические микрочастицы магния, смешанные с основным карбонатом магния, и способна выделять молекулярный водород при добавлении в кислые водные растворы. MagH₂ добавляли в кислый дрожжево-сахарный бульон в различных концентрациях непосредственно перед экспериментами. pH раствора был доведен до 4,5–4,8 с использованием той же смеси кислот, которая использовалась для приготовления бульона. В этих условиях металлический магний мгновенно производит молекулярный водород в реакции: Mg + 2H⁺ → Mg⁺₂ + H₂.

Чтобы определить потенциальную токсичность компонентов MagH₂ и подтвердить, что эффекты MagH₂ были обусловлены исключительно молекулярным водородом и не связаны с другими компонентами в смеси, растворы MagH₂ кипятили три раза для удаления образующегося газообразного водорода.

Антиоксидантная способность корма для мух была оценена путем измерения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) с использованием 350 pH Temp/mV измерителя (Beckman Coulter). H₂.

Процедуры

Для экспериментальных исследований самцов и самок мух собирали в течение 1-2 дней после вылупления и выращивали на стандартной среде с сахарозой и кукурузной мукой при 25°C или переносили в корм, содержащий MagH₂. Исследования выживания проводились, как описано в предыдущих публикациях [12]. В каждом эксперименте для каждой линии мух использовалось примерно 50–60 мух.

Отрицательный геотаксис оценивался, как описано [15, 16], с некоторыми изменениями. Вкратце, количество мух, способных забраться или прыгнуть на расстояние ~4 см и достичь верха флакона, было подсчитано в разные промежутки времени. Мухи осторожно постукивали по дну пробирки и позволяли подниматься в течение 30 секунд. Анализ повторяли для одной и той же группы три раза, предоставляя 10-минутный период отдыха между каждым испытанием. Геотаксис выражался в виде количества “альпинистов” / прыгунов к общему количеству мух с наблюдениями, выполненными в течение 30 секунд для каждого флакона.
Дисфункцию кишечного барьера проверяли с использованием фенотипического анализа «смурф» [17]. Вкратце, мух переносили во флаконы с пищей, содержащей 2,5% (мас. / Об.) Синего красителя №1. Мухи с нормальной кишечной функцией имели синее пятно, ограниченное просветом кишечника. Когда целостность кишечного эпителиального барьера нарушалась, синий краситель вызывал более широкое окрашивание по всему телу, что было подтверждено микроскопическим исследованием.

Статистический анализ

Все статистические данные были рассчитаны с использованием программного обеспечения Excel и Prism для Macintosh версии 6.0b (GraphPad Software, Inc., Сан-Диего, Калифорния). Различия в отрицательном геотаксисе сравнивали между группами с помощью дисперсионного анализа. Среднее время выживаемости и статистическая значимость различий между кривыми выживаемости были оценены с помощью теста лог-ранга. Различия в выживаемости при 10% смертности и развитии фенотипа «смурф» были определены с помощью двустороннего дисперсионного анализа.

Результаты

MagH₂ снижает окислительно-восстановительный потенциал

Предыдущие исследования in vitro показали, что при растворении в воде MagH₂ образует нанопузырьки H₂, тем самым поддерживая высокое количество растворенного H₂ в течение относительно длительного периода времени [18]. Это также привело к стабильному отрицательному окислительно-восстановительному потенциалу при относительно высоких значениях рН [18]. Здесь мы определили, что MagH₂ также способен увеличивать отрицательные значения ОВП в пище мух в кислых условиях, которые сопоставимы с таковыми в желудочном пространстве, что приближает условия к условиям in vivo.

Добавление в дрожжево-сахарный бульон различных концентраций MagH₂ (рН 4,4–4,8) приводило к значительному снижению окислительно-восстановительного потенциала. Таким образом, ОВП быстро снизился с +185 мВ (обычное питание) до (–160) - (–166) мВ (0,1 мг / мл MagH₂), (–320) - (–330) мВ (0,3 мг / мл MagH₂), и до (–410) - (–470) мВ (1 и 3 мг / мл MagH₂) и продолжалось при отрицательных значениях в течение не менее 4 часов. Таким образом, наблюдаемые эффекты MagH₂ на корм для мух были сопоставимы с наблюдаемыми в водных растворах [18], что свидетельствует о существовании молекулярного водорода в форме нанопузырьков и относительной стабильности его концентраций в продуктах питания мух.

Мы также определили, что 5 минут кипения было достаточно для удаления газообразного водорода из растворов, поскольку значения ОВП варьировались от +180 до +190 мВ и были сопоставимы со значениями ОВП в обычном корме для мух.

MagH₂ продлил срок жизни

Чтобы определить влияние MagH₂ на продолжительность жизни, самцы и самки долгоживущего штамма дрозофилы получали корм, смешанный с MagH₂, в диапазоне концентраций 0,1, 0,3, 1, 3 и 10 мг / мл.
<MagH₂ назначается, начиная с 42-дневного возраста или около 50% их соответствующей продолжительности жизни и непосредственно перед началом быстрого увеличения смертности, чтобы избежать потенциальных неблагоприятных воздействий на молодые здоровые организмы. Благоприятные эффекты наблюдались, когда самцы питались пищей с 0,1–0,3 мг / мл MagH₂ и самки с 0,3–1 мг / мл, тогда как более высокие концентрации, 3 и 10 мг / мл, были токсичными и снижали выживаемость (рис. 1 и неопубликованные данные). данные). Добавление MagH₂ в оптимальном диапазоне концентраций привело к увеличению медианы (50% смерти) на ∼ 15% у самцов и и 25% у самок и среднего возраста, но небольшое увеличение максимальной (90% смерти) ) возраст (рис. 1). Таким образом, MagH₂ лишь умеренно продлевал продолжительность жизни, но значительно улучшал возрастные условия. Удаление H₂ при нагревании растворов перед введением в мух полностью устраняет положительный эффект от оптимальных доз MagH₂. С другой стороны, наблюдаемая токсичность высокого содержания MagH₂ (3–10 мг / мл) была связана с другими компонентами MagH₂, а не с H₂, поскольку продолжительность жизни мух была значительно снижена, независимо от удаления H₂ (не опубликовано наблюдения).