Содержание:
1. Молекулярный водород – уникальный антиоксидант
4. Основные методы введения водорода в организм
4.2. Прием растворенного в воде водорода – водородной воды
5. Объяснение механизмов терапевтического действия водорода
5.1. Антиоксидантно-подобный эффект
6. Научное признание терапевтического эффекта водорода (водородной воды)
7. Медицинское применение водорода и водородной воды
8. Исследование воздействия водорода (водородной воды) на человека
9. Безопасность применения водорода и водородной воды
10. Будущие направления терапевтического применение водорода и водородной воды
1.Молекулярный водород – уникальный антиоксидант
Согласно современным научным исследованиям, одной из основных причин старения и возникновения острых и хронических заболеваний является воздействие на организм активных форм кислорода, или оксидантов. Наиболее опасные из них – свободные гидроксильные радикалы - агрессивные молекулы, повреждающие жиры, белки, ДНК. Это приводит к нарушению функционирования клеток, тканей, органов и систем.
На сегодняшний день молекулярный водород является самым уникальным из известных антиоксидантов. Почему?
Благодаря своим крохотным размерам, в отличие от других известных антиоксидантов (аскорбиновой кислоты, коэнзима Q10, ...), водород способен проникать через плотную оболочку митохондрий и нейтрализовать вредные радикалы. Кроме того, водород действует в качестве терапевтического антиоксиданта, избирательно уничтожая только цитотоксические радикалы кислорода и не воздействуя на другие. Прочие антиоксиданты поглощают также и полезные свободные радикалы, важные для организма.
И еще - как указывает д.м.н., зав. кафедрой фармакологии факультета фундаментальной медицины МГУ Медведев О.С.: «При взаимодействии водорода с радикалом ОН получается молекула воды - абсолютно нейтральное, безвредное вещество».
2. Общее в источниках с целебной водой Франции, Индии, Японии, Мексики, Германии – наличие во всех них водорода.
Интересно, что именно водород стал тем общим компонентом, который пытались найти в наиболее известных целебных источниках по всему миру – в Японии, Индии (Надана), Мексике (Тлакоте), Германии (Норденау), Франции (Лурдес) и др. в начале 2000-х годов японские ученые.
Молекулярный водород (т. е. газ Н2) с 2007 года привлекает значительное внимание исследователей, ученых и медиков всего мира в связи с обнаруженным терапевтическим потенциалом [1]. Одна из первых публикаций о водороде в качестве медицинского газа была сделана в 1975 году Доулом и его коллегами из Университета Бейлора [2]. Они сообщили в журнале Science, что гипербарическая (8 атм) водородная терапия эффективна для уменьшения опухолей меланомы у мышей.
3. Открытие профессором Охта терапевтических свойств водорода как селективного антиоксиданта в 2007 г.
В 2007 года, было продемонстрировано, что введение газообразного водорода через ингаляцию (при уровнях ниже предела воспламеняемости 4,6%) или прием внутрь водного раствора, содержащего растворенный водород, т.е. водородной воды, также может оказывать терапевтическое действие [3]. Эти данные показывают, что водород имеет непосредственное медицинское и клиническое применение [4].
В 2007, к
оманда доктора Охта сообщила в Nature Medicine [3], что ингаляция 2-4% -ного газообразного водорода значительно уменьшала объемы церебротифического фиброзного инфаркта в крысиной модели повреждения ишемии/реперфузии, вызванной окклюзией средней церебральной артерии.
Водород был более эффективным, чем одобренный клинический препарат при инфаркте головного мозга - препарат эдаравон, но без побочных эффектов.
Авторы также продемонстрировали, что растворенный в биологически значимых концентрациях водород избирательно удаляет токсичные гидроксильные радикалы (* OH) в средах культивируемых клеток, но не реагирует с другими физиологически важными активными формами кислорода (например, супероксид, оксид азота, перекись водорода).
Биомедицинские исследования водорода все еще находятся в зачаточном состоянии. К 2017 году вышло только около 700 научных статей, эти публикации предполагают, что водород обладает терапевтическим потенциалом в более чем 170 различных моделях болезней человека и животных практически в каждом органе человеческого тела [ 5].
Действие водорода, по-видимому, осуществляется посредством модуляции сигнальной трансдукции, фосфорилирования белка и экспрессии генов (см. Раздел «Фармакодинамика») [4].
Идея терапевтических газообразных молекул не нова. Например, монооксид углерода (СО), сероводород (H2S) и, конечно, оксид азота (NO *), который изначально был высмеян скептиками, но позднее за его исследование была присуждена Нобелевской премия, все являются биологически активными газами [6].
Трудно было поверить, что H2 может оказывать какое-либо биологическое действие, потому что, в отличие от этих газов, водород - не является радикалом, он - неактивный, неполярный, летучий нейтральный газ[7].
В то же время, с эволюционной точки зрения не должно быть странно, что водород оказывает биологическое действие [8]. В дополнение к своей роли в происхождении вселенной, водород также участвовал в зарождении жизни и играл активную роль в эволюции эукариот [9]. За миллионы лет эволюции растения и животные развили взаимную связь с бактериями, вырабатывающими водород.
4. Методы введения водорода в организм:
Молекулярный водород можно вводить путем ингаляции [11], путем приема растворов, богатых водородом (например, вода, ароматизированные напитки и т. д.) [12], применения обогащенного водородом раствора для гемодиализа [13], внутривенной инъекции богатого водородом физиологического раствора [14], местного введения богатых водородом сред (например, ванны, душ и крем) [15], гипербарической обработки [2], поглощение водородсодержащего материала при реакции с желудочной кислотой [15], усваивание углеводов в качестве пребиотика для продуцирующих водород кишечных бактерий [16], ректальная инсуффляция [17] и другими методами. [15].
Фармакокинетика водорода
Уникальные физико-химические свойства водорода - гидрофобность, нейтральность, размер, малая масса и т. д. позволяют быстро проникать в биомембраны (например, клеточные мембраны, гематоэнцефалический, плацентарный и яичный барьер) и достигать органелл клеток (например, митохондрий, ядер и т. д.), где он может оказывать свое терапевтическое действие [15].
Хотя различные медицинские клиники в Японии используют внутривенную инъекцию богатого водородом солевого раствора, наиболее распространенными методами являются ингаляция и питьевая вода, богатая водородом. Фармакокинетика каждого метода все еще находится на стадии исследования. В статье, опубликованной в Nature’s Scientific Reports [18], сравнивалась ингаляция, инъекция и питье водородной воды и приводилась полезная информацию для клинического применения. Основываясь на этом и других исследованиях, мы кратко рассмотрим фармакокинетику ингаляции и питья.
Рассмотрим подробнее основные методы введения водорода
4.1. Ингаляция водорода
Для ингаляции обычной является 2-4% водородная газовая смесь поскольку она ниже уровня воспламеняемости; Однако в некоторых исследованиях используется смесь 66,7% H2 и 33,3% O2, что является нетоксичным и эффективным, но легковоспламеняющимся. Вдыхание водорода приводит к достижению пикового уровня в плазме примерно через 30 мин, а после прекращения ингаляции возвращение к исходному уровню происходит примерно через 60 мин.
4.2. Прием растворенного в воде водорода – водородной воды
Концентрация / растворимость водорода в воде при стандартной температуре и давлении составляет 0,8 мМ или 1.6 ppm (1,6 мг / л). Для справки, обычная вода (например, из крана, фильтрованная, разлитая в бутылки и т. д.) содержит менее 0,0000002 ppm (частей на миллион) Н2, что значительно ниже терапевтического уровня. Концентрация 1,6 ppm легко достигается многими способами, такими как просто барботирование (пропускание пузырьков) газообразного водорода в воду. Из-за низкой молярной массы H2 (2,02 г / моль Н2 против 176,12 г / моль витамина С), в дозе 1,6 мг H2 больше молекул водорода, чем молекул витамина С в100 мг чистого витамина С (т.е. 1,6 мг H2 имеет 0,8 миллимолей H2, а 100 мг витамина С имеет 0,57 миллимолей витамина С).
"Период полураспада" обогащенной водородом воды меньше, чем других газообразных напитков (например, газированная или насыщенная кислородом вода), но терапевтическим уровень может оставаться в течение достаточно длительного времени, что делает легким потребление. Питье богатой водородом воды приводит к пиковому повышению концентрации водорода в плазме крови и выдыхаемом воздухе в течение 5-15 мин в зависимости от дозы водорода. Увеличение концентрации водорода в выдыхаемом воздухе является признаком того, что водород диффундирует через слизистую оболочку и проникает в системную циркуляцию, где вытесняется из легких. Концентрация водорода в крови и дыхании возвращается к исходному уровню в течение 45-90 мин в зависимости от принимаемой дозы.
5. Объяснение механизмов терапевтического действия водорода
5.1.Антиоксидантно-подобный эффект
Первоначально предполагалось, что благоприятный эффект водорода обусловлен его антиоксидантными свойствами -избирательной нейтрализацией водородом цитотоксических гидроксильных радикалов [3]. Однако, хотя это может иметь место [20], как было показано в различных системах [3, 21, 22], это не может полностью объяснить все механизмы действия водорода [23]. Например, при двойном слепом плацебо-контролируемом исследовании при ревматоидном артрите [24] водород имел остаточный эффект, который продолжал уменьшать симптомы болезни в течение четырех недель после прекращения введения водорода [24]. Многие клеточные исследования также показывают, что предварительная обработка водородом оказывает положительное влияние, даже когда агент (например, токсин, радиация, повреждение и т. д.) воздействует значительно позже, после того, как весь водород рассеивался из системы [25-27]. Кроме того, константы скорости реакции водорода относительно гидроксильного радикала - медленны (4,2 × 107 М-1 с-1) [20], а концентрация водорода на клеточном уровне также довольно низкая (микромолярные уровни), что делает маловероятным, чтобы H2 мог эффективно конкурировать с многочисленными другими нуклеофильными мишенями клетки [28]. Наконец, если бы механизм был главным образом в нейтрализации гидроксильных радикалов (OH
.), то мы должны были увидеть больший эффект от ингаляции по сравнению с питьем водородной воды, но это не так [29, 30]. Короче говоря, мы считаем неточным или, по крайней мере, неполным утверждением, что воздействие водорода обусловлено его действием непосредственно в качестве антиоксиданта. В действительности, водород является селективным, поскольку он является очень слабым антиоксидантом и, таким образом, не нейтрализует важные АФК (ROS) и не нарушает важные биологические сигнальные молекулы.
Тем не менее, исследование метаболического индикатора [31] с использованием дейтериевого газа показало, что в физиологических условиях газ дейтерий окисляется, а скорость окисления водорода возрастает с увеличением количества окидативного стресса [32], но физико-химический механизм этого может все еще не быть прямой нейтрализацией радикалов[31]. Однако не все исследования показывают, что водород окисляется тканями млекопитающих [33], а также сообщалось, что дейтерий-газ не оказывал терапевтического эффекта в изученной модели, тогда как 1H - оказывал.
5.2. Активация NRF2 пути
В отличие от обычных антиоксидантов [34], водород обладает способностью снижать чрезмерный окислительный стресс [23], но только в условиях, когда клетка испытывает аномально высокие уровни окислительного стресса, которые могут быть вредными для нее.
Одним из механизмов, который использует водород для защиты от окислительного повреждения является активация системы Nrf2-Keap1 и последующая индукция пути антиокислительного отклика -, что приводит к выработке различных цитопротекторных белков, таких как глутатион, каталаза, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидазу, гем-1-оксигеназу и т. д. [5, 35, 36]. Важно отметить, что водород активирует путь Nrf2, только когда происходит шок (например, интокскация, рана и т. д.) [40], а не действует постоянно, что могло бы быть вредным [42, 43]. Способ, которым водород активирует путь NRF2 остается недостаточно ясным.
5.3. Модуляция клеток
Помимо потенциальной нейтрализации гидроксильных радикалов и / или активации пути Nrf2, водород может уменьшать окислительный стресс посредством клеточного модуляционного эффекта [5] и уменьшать образование свободных радикалов [44], например, подавлением регуляции NADPH-оксидазной системы [45]. Способность водорода оказывать противовоспалительное, антиаллергическое и противотуберкулезное действие объясняется его клеточномоделирующей активностью. Было показано, что водород подавляет провоспалительные цитокины (например, IL-1, IL-6, IL-8 и т. Д.) [46], ослабляет активацию TNF-a [24], NF-? B [47], NFAT [30, 48], NLRP3 [49, 50], HMGB1 [51] и другие воспалительные медиаторы [5]. Кроме того, водород оказывает благотворное влияние при ожирении и на метаболизм, увеличивая экспрессию FGF21 [52], PGC-1a [53], PPARa [53] и т.д. [54]. Дополнительные молекулы второго мессенджера или факторы транскрипции, на которые водород оказывает влияние, включают грелин [55], JNK-1 [45], ERK1 / 2 [56], PKC [57], GSK [58], TXNIP [49], STAT3 [59], ASK1 [60], MEK [61], SIRT1 [62] и многие другие. При введении водорода изменяются более 200 биомолекул, включая экспрессию более 1000 генов.
Мишени и главные регуляторы, ответственные за эти изменения, окончательно не ясны [46]. Точный механизм того, как водород модулирует трансдукцию сигнала, экспрессию генов и фосфорилирование белка, все еще исследуется [5]. Недавняя публикация [63] в Scientific Reports дает хорошие доказательства того, что один из механизмов, посредством которого водород выполняет различные клеточно-модулирующие действия, заключается в изменении в окислении липидов в клеточной мембране, вызванной свободными радикалами. При отсутствии водорода цепь окисления свободными радикалами липидов мембраны образует окисленные фосфолипидные медиаторы, вызывается сигнал Ca2+, за которым следует включение NFAT белков. В свою очередь, водород меняет цепь окисления свободными радикалами и, т.о. изменяет выработку окисленных фофсолипидов (рис 6). Мнимоокисленные фосфолипиды приводят к прекращению Са2+ сигнализации.
6. Научное признание терапевтического эффекта водорода (водородной воды)
Терапевтический эффект в клетках, тканях, животных, человека и даже растениях [64] становится общепринятым вследствие более чем 500 рецензируемых статей 1600 исследователей, изучающих действие водорода. Качество публикаций также улучшается, причем средний фактор цитируемости (IF) журналов, где опубликованы статьи о водороде, составляет около 3. В приведенной ниже таблице показаны некоторые из исследований, опубликованных в журналах с более высоким индексом цитируемости, которые варьируются от 6 до 27.
7. Медицинское применение водорода и водородной воды
Интерес к водороду как медицинскому газу также растет, потому что он имеет непосредственное медицинские применения [65, 66]. Диксон и его коллеги из Университета Лома-Линда сообщили, что водород обладает потенциалом для оказания помощи в лечении 8 из10 смертельных случаев, вызывающих заболевания, которые перечислены Центрами контроля за заболеваниями США [67]. Доктор Бэнкс из VA / U в Вашингтоне сообщил, что прием богатой водородом воды защищает от нейродегенеративных изменений, вызванных черепно-мозговой травмой у мышей [68]. Результаты показывают, что введение водорода уменьшает отек мозга, блокирует патологическую экспрессию тау и поддерживает уровни АТФ. Это и другие исследования особенно важны для терапии черепно-мозговых травм (например, сотрясение мозга, хроническая травматическая энцефалопатия и т. д. [69]. Многие люди сообщают о отличных результатах водородной терапии, от быстрого обезболивания и облегчения воспаления до нормализации уровня глюкозы и холестерина, другие люди могут не заметить каких-либо наблюдаемых улучшений. Водород не считается мощным лекарством, и, как уже упоминалось, только помогает вернуть клетку / орган обратно в гомеостаз, не вызывая побочных эффектов.
8. Исследование воздействия водорода (водородной воды) на человека
Хотя исследования применения водорода выглядят многообещающими на моделях клеток или животных, для подтверждения его эффективности у людей требуются более длительные клинические испытания [70]. На 2016 год проведено более 40 исследований воздействия на человека; Немногие из них проведены двойным слепым плацебо-контролируемом рандомизированным образом. Некоторые из этих клинических исследований показывают, что прием богатой водородом воды был полезен при метаболическом синдроме [71], диабете [72] и гиперлипидемии [73, 74]. Еще одно однолетнее плацебо-контролируемое клиническое исследование показало, что богатая водородом вода полезна при болезни Паркинсона [75], другие клинические исследования показывают значительные положительный эффект при ревматоидном артрите [24, 76], митохондриальной дисфункции [77], для повышения эффективности физических упражнений [78 ], для уменьшения времени восстановления после тренировок [79], при заживлении ран [80-82], снижении окислительного стресса от хронического гепатита В [83]. Отмечалось улучшение кровотока [84] при периодонтите [85], при диализе [86, 87] , а также улучшение качества жизни пациентов, получающих лучевую терапию при онкологии [88] и др. [5].
Было проведено еще более15 исследований пациетов, результаты - многообещающи и находятся в процессе подготовки рукописи и публикации через процедуру резензирования. Исследование моделей болезней, механизмов действия и клинические исследования особенно актуальны, поскольку молекулярный водород безопасен, не имеет побочных эффектов, что делает его применение особенно привлекательным [89].
9. Безопасность применения водорода и водородной воды
Водород естественным образом вырабатывается кишечной флорой при переваривании волокон [90]. Исследование, проведенное в Университете Флориды и Институте Форсайт в Бостоне, штат Массачусетс, подтвердило, что водород, полученный из бактерий, оказывает терапевтическое воздействие [91]. Они обнаружили, что восстановление кишечной микробиоты продуцирующей H2 E. coli, но не содержащей H2-мутантную кишечную палочку, защищает от индуцированного конканвалином А гепатита. Другие исследования также показывают, что бактериальный продуцированный водород из введения акарбозы является терапевтическим [92]. Возможно, это помогает объяснить, почему большое клиническое исследование из Журнала Американской медицинской ассоциации (JAMA) обнаружило значительное снижение сердечно-сосудистых событий у тех, кто принимал водородный препарат акарбозы [92, 93]. Эти исследования не только предполагают терапевтическое действие молекулярного водорода, но также демонстрируют его высокий профиль безопасности. Водород очень естественен для нашего организма, поскольку мы подвергаемся ему ежедневно, в результате нормального бактериального обмена [1]. Кроме того, водородный газ также использовался в глубоководных погружениях с 1940-х годов, чтобы предотвратить декомпрессионную болезнь [94, 95]. Сотни исследований глубоководных погружений человека показали, что ингаляция газообразного водорода на порядок выше, чем требуется для терапевтического использования, хорошо переносится организмом без хронических токсических эффектов [96]. У некоторых людей, однако, сообщается, что водород может приводить к нарушению стула [97], а в редких случаях с диабетом - гипогликемия [77], которая контролируется снижением уровня вводимого инсулина. Сотни исследований по водороду от бактериального производства, глубоководного дайвинга и недавних медицинских применений не выявили прямых вредных побочных эффектов введения водорода на биологически терапевтических уровнях. Такой высокий профиль безопасности можно считать парадоксальным, поскольку химиотерапевтические агенты, которые оказывают биологические эффекты, должны обладать как полезными, так и вредными свойствами в зависимости от дозировки, времени, местоположения, продолжительности и т. д. Такие вредные эффекты еще не сообщаются для водорода. Однако, возможно, вредные эффекты настолько кратковременны и мягки, что они замаскированы полезными эффектами.
10. Будущие направления терапевтического применение водорода и водородной воды
Нечасто можно найти лечение с высоким терапевтическим потенциалом и высоким профилем безопасности; Водород, похоже, соответствует этой комбинации [23]. Некоторые исследователи интересуются водородом просто из-за его непредвиденной способности иметь биологический эффект; С осознанием того, что водород является безопасным и эффективным, возникает понимание важности продвижения исследований водорода в медицине.
Оригинал статьи: http://www.molecularhydrogeninstitute.com/hydrogen-an-emerging-medical-gas
