Kategorie
Pytania i odpowiedzi
Aktualności
Blog
Kontakt
Mapa partnerów
Leczenie wodorem - Medyczny gaz przyszłości
Data dodania: 22-03-2022
Wodór cząsteczkowy (tj. H2 w postaci gazowej) przyciąga uwagę naukowców i lekarzy na całym świecie. Dzieje się tak ze względu na najnowsze doniesienia potencjale jaki daje leczenie wodorem. Jedna z najwcześniejszych publikacji na temat wodoru jako gazu medycznego i leczeniu wodorem pochodzi z 1975 r. Jej autorami byli Dole i współpracownicy z Baylor University i Texas A&M University. Na łamach tygodnika Science opublikowali artykuł. Stwierdzili w nim, że hiperbaryczna (8 atm) terapia wodorowa okazała się skuteczna w zmniejszaniu guzów czerniaka u myszy. Jednak zainteresowanie terapią wodorową zaczęło się dopiero w 2007 r. Wykazano wtedy, że podawanie wodoru w postaci gazowej poprzez wdychanie (na poziomie poniżej granicy palności 4,6%) lub spożycie wodnego roztworu zawierającego rozpuszczony wodór, również może wywierać terapeutyczne efekty biologiczne. Wyniki te sugerują, że wodór ma bezpośrednie zastosowanie medyczne i kliniczne.
W 2007 r. zespół pod kierownictwem dr Ohty napisał w artykuł opublikowany na łamach miesięcznika Nature Medicine. Wykazano w nim, że leczenie wodorem poprzez wdychanie gazu w stężeniu 2-4% znacząco zmniejszyło objętość zawału mózgu w szczurzym modelu zmian niedokrwienno-reperfuzyjnych. Były one wywołane przez okluzję tętnicy środkowej mózgu. Wodór, jako medyczny gaz był bardziej skuteczny niż edaravone – zatwierdzony lek na zawał mózgu. Nie wywoływał on szkodliwych efektów ubocznych. Autorzy wykazali również, że wodór rozpuszczony w podłożu dla hodowanych komórek, w biologicznie istotnych stężeniach, zmniejsza poziom toksycznych rodników hydroksylowych (*OH). Jednak nie reaguje z innymi fizjologicznie ważnymi reaktywnymi formami tlenu (np. nadtlenek, tlenek azotu, nadtlenek wodoru).
.png)
Badania biomedyczne pod kątem leczenia wodorem są na wczesnym poziomie zaawansowania, ale ich liczba ciągle rośnie. Liczba artykułów wynosi obecnie około 1000, badaniami zajmuje się 1600 badaczy. Te publikacje i wyniki badań sugerują, że leczenie wodorem ma potencjał terapeutyczny w ponad 170 różnych modelach chorób u ludzi i zwierząt. Wodór, jako medyczny gaz wydaje się działać poprzez modulowanie przewodzenia sygnałów, fosforylacji białek i ekspresji genów (zob. część Farmakodynamika).
Idea terapeutycznego działania cząsteczek gazowych nie jest nowa. Na przykład tlenek węgla (CO), siarkowodór (H2S) i oczywiście tlenek azotu (NO*). (Początkowo wyśmiewany przez sceptyków, później uhonorowany Nagrodą Nobla.) Są to biologicznie aktywne gazy. Wciąż jednak trudno uwierzyć, że H2 może wywierać jakikolwiek efekt biologiczny. W przeciwieństwie do tych innych gazów, wodór cząsteczkowy nie tworzy rodników. Nie jest również gazem reaktywnym, jest niepolarny, wysoce dyfuzyjny i obojętny. Zatem jest mało prawdopodobne, aby miał specyficzne miejsca wiązania lub oddziaływał na specyficzne receptory.
Z ewolucyjnego punktu widzenia fakt, że wodór ma działanie biologiczne, nie wydaje się aż tak dziwny. Oprócz swojej roli w powstaniu wszechświata, wodór brał również udział w powstaniu życia i odegrał aktywną rolę w ewolucji eukariontów. W ciągu milionów lat ewolucji rośliny i zwierzęta rozwinęły mutualistyczną relację z bakteriami produkującymi wodór. Skutkuje to podstawowymi poziomami cząsteczkowego wodoru w systemach eukariotycznych. Ta stała ekspozycja na wodór cząsteczkowy mogła zachować pierwotny poziom wodoru. Można tak wnioskować na podstawie genetycznych pozostałości enzymów hydrogenaz u wyższych eukariontów. Alternatywnie, ale nie wyłącznie, eukarionty mogły rozwinąć wrażliwość na wodór cząsteczkowy w ciągu milionów lat ewolucji.
Wodór cząsteczkowy może być podawany drogą wziewną (inhalacje wodorem). Również przez spożycie rozpuszczonych roztworów bogatych w wodór (np. wody, napojów smakowych itp.). Wykorzystuje się również podanie bogatego w wodór roztworu do hemodializy, dożylne wstrzyknięcie bogatej w wodór soli fizjologicznej, miejscowe podawanie środków bogatych w wodór (np. kąpiele, prysznic, kremy i maści), leczenie hiperbaryczne, spożycie materiału wytwarzającego wodór w reakcji z kwasem żołądkowym, spożycie nieprzyswajalnych węglowodanów jako prebiotyku dla bakterii jelitowych wytwarzających wodór, insuflację doodbytniczą i inne metody.
Unikalne właściwości fizykochemiczne gazu medycznego jakim jest wodór, (hydrofobowość, neutralność, rozmiar, masa itp.) sprawiają, że ma on znakomite właściwości dystrybucyjne. Pozwalają one na szybkie przenikanie przez biomembrany (np. błony komórkowe, barierę krew-mózg) i docieranie do kompartmentów komórkowych (mitochondria, jądro itp.). Tam wodór może wywierać działanie terapeutyczne.
Niektóre kliniki w Japonii stosują dożylne wstrzykiwanie soli fizjologicznej bogatej w wodór. Jednak najbardziej powszechnymi metodami w leczeniu wodorem są inhalacje i picie wody bogatej w wodór. Farmakokinetyka każdej z tych metod jest wciąż badana – wiadomo, że jest zależna od dawki, drogi i czasu podania. W artykule opublikowanym w Nature’s Scientific Reports porównano inhalację, wstrzykiwanie i picie wody o różnym stężeniu wodoru. Znaleziono przydatne spostrzeżenia do zastosowania klinicznego. Na podstawie tego i innych badań, krótko podsumowujemy farmakokinetykę inhalacji i picia.
Do inhalacji zwykle stosuje się mieszaninę gazową zawierającą 2-4% wodoru, ponieważ takie stężenie pozostaje poniżej poziomu palności; w niektórych badaniach stosuje się jednak mieszaninę 66,7% H2 i 33,3% O2, który jest nietoksyczna i skuteczna, ale palna. Inhalacja wodorem daje szczytowy poziom w osoczu (tj. równowagę zgodnie z prawem Henry’ego) w ciągu około 30 minut. Po zaprzestaniu inhalacji powrót do poziomu wyjściowego następuje w ciągu około 60 minut.
Stężenie/rozpuszczalność wodoru w wodzie w standardowej temperaturze i ciśnieniu otoczenia (SATP, Standard Ambient Temperature and Pressure) wynosi 0,8 mM lub 1,6 ppm (1,6 mg/l). Dla porównania, zwykła woda (np. z kranu, filtrowana, butelkowana, itp.) zawiera mniej niż 0,0000002 ppm H2, a więc znacznie poniżej poziomu terapeutycznego. Stężenie 1,6 ppm można łatwo osiągnąć wieloma metodami, takimi jak po prostu przepuszczanie wodoru przez wodę. Ze względu na niską masę molową wodoru cząsteczkowego (tj. 2,02 g/mol H2 we porównaniu np. z 176,12 g/mol witaminy C), w dawce H2 o masie 1,6 mg znajduje się więcej cząsteczek wodoru niż cząsteczek witaminy C w dawce czystej witaminy C o masie 100 mg (1,6 mg H2 ma 0,8 milimola H2, podczas gdy 100 mg witaminy C ma 0,57 milimola witaminy C).
Okres półtrwania wody bogatej w wodór jest krótszy niż w przypadku innych napojów gazowanych. Poziom terapeutyczny może utrzymywać się przez wystarczająco długi czas, aby tak przygotowaną wodę można było łatwo spożyć. Po wypiciu wody bogatej w wodór szczytowy wzrost stężenia wodoru w osoczu i w oddechu następuje w ciągu 5-15 minut. Wzrost stężenia wodoru w oddechu wskazuje, że wodór przenika przez błonę podśluzową. Następnie dostaje się do krążenia ogólnego, skąd jest wydalany przez płuca. Wzrost stężenia wodoru we krwi i w oddechu powraca do poziomu wyjściowego w ciągu 45-90 minut, w zależności od przyjętej dawki.
.png)
Znaczna liczba badań na zwierzętach, ludziach, a nawet roślinach potwierdziła działanie medycznego gazu jakim jest wodór w układach biologicznych. Jednak dokładne mechanizmy molekularne i podstawowe poziomy pozostają na razie nieznane.
Początkowo sugerowano, że korzystny wpływ wodoru, jako gazu medycznego wynika z działania antyoksydacyjnego. W badaniach in vitro wodór selektywnie neutralizował cytotoksyczne rodniki hydroksylowe. Okazuje się jednak, że chociaż H2 redukuje rodniki *OH może to nie następować poprzez bezpośrednie oczyszczanie. Nie wyjaśnia to także w pełni wszystkich korzyści wynikających z działania wodoru. Na przykład, w podwójnie ślepych badaniach kontrolowanych placebo na grupie chorych z RZS wodór miał efekt rezydualny. Widoczna była kontynuacja poprawy objawów choroby przez cztery tygodnie po zakończeniu podawania.
Wiele badań na komórkach pokazuje również, że wstępne traktowanie wodorem ma wyraźnie korzystne efekty. Dzieje się tak nawet jeśli działania szkodliwe (np. toksyny, promieniowanie, urazy itp.) mają miejsce długo po tym, jak cały wodór został usunięty z systemu. W dodatku stała szybkość działania wodoru w stosunku do rodnika hydroksylowego jest stosunkowo niska (4.2 x 107 M-1 na sekundę). Stężenie wodoru na poziomie komórkowym jest również dość niskie (poziom mikromoli). H2 nie może raczej skutecznie konkurować z poziomem innych, licznych substancji nukleofilowych w komórce. Wreszcie, gdyby mechanizm był związany przede wszystkim z usuwaniem rodników hydroksylowych, to powinniśmy zaobserwować większy efekt inhalacji w porównaniu z piciem wody wodorowej. Jednak nie zawsze tak jest. Krótko mówiąc, uważamy, że twierdzenie, iż korzyści z przyjmowania wodoru wynikają z jego bezpośredniego działania jako silnego przeciwutleniacza, jest nieścisłe lub przynajmniej niepełne.
W rzeczywistości, wodór działa selektywnie. Jest bardzo słabym przeciwutleniaczem i dlatego nie neutralizuje istotnych RFT (reaktywnych form tlenu). Nie zakłóca również działania ważnych biologicznych cząsteczek sygnałowych. Niemniej jednak, badania metaboliczne z wykorzystaniem gazowego deuteru wykazały, że w warunkach fizjologicznych deuter w postaci gazowej jest utleniany. Szybkość utleniania wodoru wzrasta wraz z rosnącym poziomem stresu oksydacyjnego, ale fizykochemiczny mechanizm tego procesu może nadal nie polegać na bezpośrednim usuwaniu rodników. Nie wszystkie badania potwierdzają jednak, że wodór jest utleniany przez tkanki ssaków. Stwierdzono także, że gazowy deuter nie wywierał efektu terapeutycznego w badanym modelu, podczas gdy 1H tak (dane niepublikowane).
W przeciwieństwie do typowych przeciwutleniaczy, wodór, jako gaz medyczny ma zdolność do redukcji nadmiernego stresu oksydacyjnego. Jednak dzieje się tak tylko w warunkach, w których komórka doświadcza nienormalnie wysokiego poziomu stresu oksydacyjnego. Jest to poziom szkodliwy, a nie hormetyczny.
.png)
Jednym z mechanizmów, za pomocą którego wodór chroni przed uszkodzeniem oksydacyjnym, jest aktywacja systemu Nrf2-Keap1. Po niej następuje indukcja ścieżki elementu odpowiedzi antyoksydacyjnej (ARE, antioxidant response element). Prowadzi to do produkcji różnych białek cytoprotekcyjnych, takich jak glutation, katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa, peroksydaza glutationowa, oksygenaza hemowa-1, itd. W niektórych modelach chorób, korzyści ze stosowania wodoru są negowane przez zastosowanie nokautu genu Nrf2, wyciszenie genetyczne Nrf2 za pomocą iRNA lub farmakologiczne blokowanie szlaku Nrf2. Co ważne, wodór, jako gaz medyczny aktywuje szlak Nrf2 tylko w przypadku działań szkodliwych (np. działania toksyny, urazu, itp.), w przeciwieństwie do działania w roli katalizatora, które może być szkodliwe. Sposób, w jaki wodór aktywuje szlak Nrf2, pozostaje na razie nieznany.
Poza potencjalnym neutralizowaniem rodników hydroksylowych i / lub aktywacją szlaku Nrf2, wodór może łagodzić stres oksydacyjny poprzez działanie modulujące komórki. Może również redukować tworzenie się wolnych rodników, np. poprzez regulację systemu oksydazy NADPH. Różne efekty modulowania komórek przez wodór są odpowiedzialne za pośredniczenie w jego działaniach przeciwzapalnych, antyalergicznych i przeciwdziałaniu otyłości. Wykazano, że wodór obniża poziom cytokin prozapalnych (np. IL-1, IL-6, IL-8, itd.), osłabia aktywację TNF-α, NF- κB, NFAT, NLRP3, HMGB1 i innych mediatorów reakcji zapalnej. Dodatkowo wodór ma korzystny wpływ na otyłość i metabolizm poprzez zwiększenie ekspresji genów FGF21, PGC-1a, PPARa, i innych. Dodatkowe cząsteczki drugiego przekaźnika lub czynniki transkrypcyjne, na które wpływa wodór, to grelina, JNK-1, ERK1/2, PKC, GSK, TXNIP, STAT3, ASK1, MEK, SIRT1 i wiele innych. Pod wpływem wodoru zmianie ulega ponad 200 biomolekuł, w tym ponad 1000 ekspresji genów.
.png)
Jednak najważniejsze poziomy i główne regulatory odpowiedzialne za te zmiany pozostają nieznane. Istnieje wiele systemów i pętli sprzężeń zwrotnych, które należy wziąć pod uwagę. Dlatego trudno jest określić, czy wykrywamy przyczynę – czy skutek podawania wodoru.
Dokładny mechanizm tego, w jaki sposób wodór moduluje transdukcję sygnału, ekspresję genów i fosforylację białek, jest nadal badany. Ostatnia publikacja na łamach Scientific Reports dostarcza dowodów sugerujących, że jednym z mechanizmów, poprzez które wodór osiąga różne efekty modulujące komórki, jest modyfikacja peroksydacji lipidów w błonie komórkowej. W hodowanych komórkach, w biologicznie istotnych stężeniach, wodór tłumił peroksydację zależną od reakcji łańcuchowej wolnych rodników i przywracał ekspresję genów indukowaną przez Ca2+, jak określono w kompleksowej analizie mikromacierzy.
Główne cele stosowania i dokładne mechanizmy biochemiczne działania wodoru nadal nie są w pełni poznane. Jednak efekt terapeutyczny na zwierzętach, ludziach, a nawet roślinach jest dziś powszechnie uznawany. Stało się tak dzięki ponad 500 recenzowanym artykułom i 1600 badaczom zajmującym się medycznym zastosowaniem wodoru. Coraz wyższa jest także jakość publikacji. Średni wskaźnik cytowań (IF, impact factor) czasopism publikujących artykuły na temat wodoru wynosi około 3. Poniższa tabela przedstawia kilka badań opublikowanych w czasopismach o wyższym IF, który waha się od 6 do 27.
Wzrasta także zastosowanie wodoru jako gazu medycznego, ponieważ już teraz ma on wiele zastosowań medycznych w sytuacji różnych problemów zdrowotnych. Dixon i współpracownicy z Loma Linda University donoszą, że leczenie wodorem ma potencjał, aby pomóc w 8 na 10 przypadkach chorób mogących wywołać skutki śmiertelne. Wymieniono je przez centra kontroli chorób (CDC, Centers for Disease Control and Prevention). Dr Banks z VA/U of Washington twierdzi, że spożywanie wody bogatej w wodór chroniło przed zmianami neurodegeneracyjnymi wywołanymi urazowym uszkodzeniem mózgu u myszy. Wyniki pokazują, że podawanie wodoru zmniejszyło obrzęk mózgu, zablokowało patologiczną ekspresję białka tau i pozwoliło utrzymać stały poziom ATP. To i inne badania mogą mieć istotny wpływ na praktykę medyczną w sytuacjach, w których często dochodzi do urazów mózgu (takich jak np. wstrząs mózgu, przewlekła encefalopatia urazowa, itp.).
Wiele osób zgłasza spektakularne efekty terapii wodorowej – od szybkiego łagodzenia bólu i stanu zapalnego do normalizacji poziomu glukozy i cholesterolu. Jednak inne osoby mogą nie stwierdzić żadnych natychmiastowych czy zauważalnych korzyści. Wodór nie jest uważany za silny lek. Pomaga on jedynie przywrócić komórkę/narząd do stanu homeostazy, nie powodując większych zakłóceń. Być może niektóre z odnotowanych spektakularnych skutków jego stosowania mogą być przypisane efektowi placebo lub innym zjawiskom. Jednak część badaczy zauważa, że niektórzy ludzie są bardziej wrażliwi na działanie wodoru i doświadczają większych efektów. Aby odpowiedzieć na te pytania, potrzeba większej liczby badań na ludziach.
.png)
Badania i leczenie wodorem w modelach komórkowych i zwierzęcych wyglądają obiecująco. Aby jednak potwierdzić skuteczność leczenia wodorem na ludziach, potrzeba większej liczby długoterminowych badań klinicznych. Istnieje łącznie tylko 40 badań z udziałem ludzi. Niewielka część z nich to badania randomizowane, z podwójnie ślepą próbą i kontrolą placebo, a także z wystarczającą liczbą uczestników. Kilka z tych badań klinicznych sugeruje, że spożywanie wody bogatej w wodór było korzystne w przypadku zespołu metabolicznego, cukrzycy i hiperlipidemii. Inne, prowadzone przez rok badanie kliniczne kontrolowane placebo sugeruje, że woda bogata w wodór jest korzystna w chorobie Parkinsona. Jeszcze inne badania kliniczne sugerują znaczące korzyści w RZS, w przypadku zaburzeń mitochondrialnych, wydajności ćwiczeń, czasu regeneracji sportowców, gojeniu się ran, redukcji stresu oksydacyjnego związanego z przewlekłym zapaleniem wątroby typu B, poprawę przepływu krwi, szybsze leczenie zapalenia przyzębia, korzyści dla pacjentów dializowanych, a także poprawę jakości życia u pacjentów poddawanych radioterapii z powodu nowotworów i innych.
Przeprowadzono także ponad 15 innych badań na ludziach, z obiecującymi wynikami. Obecnie ich opisy są przygotowywane do publikacji w recenzowanych czasopismach. Potrzeba jednak więcej takich badań. Należy określić właściwe dawkowanie, czas, metodę podawania i to, dla jakich chorób – a także, potencjalnie, dla jakich genotypów – wodór może być najbardziej skuteczny. Terapia wodorem jest wciąż w powijakach i potrzeba więcej danych, zanim będziemy mogli naukowo stwierdzić jakiekolwiek realne korzyści. Trzeba jednak powiedzieć, że wstępne dane są intrygujące. Szczególnie istotne są badania nad modelami chorób, mechanizmami działania i badania kliniczne. Wysoki profil bezpieczeństwa wodoru molekularnego sprawia, że jest on znakomitym wyborem.
Wodór jest naturalnie produkowany przez florę jelitową podczas trawienia błonnika. Badania przeprowadzone przez naukowców z Bostonu potwierdziły, że wodór produkowany przez bakterie ma działanie terapeutyczne. Stwierdzili oni, że rekonstrukcja mikrobiomu jelitowego za pomocą bakterii E. coli (pałeczki okrężnicy) produkującej H2 (ale nie zmutowanej E. coli z niedoborem H2), chroniła przed zapaleniem wątroby wywołanym przez konkanawalinę A. Inne badania wykazują również, że wodór wytwarzany przez bakterie po podaniu akarbozy ma działanie terapeutyczne. Może to właśnie tłumaczy, dlaczego w dużym badaniu klinicznym opisanym na łamach Journal of American Medical Association (JAMA) stwierdzono znaczącą redukcję zdarzeń sercowo-naczyniowych u osób przyjmujących akarbozę indukującą produkcję wodoru. Badania te nie tylko sugerują terapeutyczne działanie przy leczeniu wodorem cząsteczkowym (molekularnym), ale również wykazują jego wysoki profil bezpieczeństwa.
Wodór jest naturalny dla naszego organizmu, gdyż jesteśmy na jego działanie wystawieni codziennie, w wyniku normalnego metabolizmu bakterii. Dodatkowo, wodór gazowy jest również stosowany w nurkowaniu głębinowym od lat 40. XX w., w celu zapobiegania chorobie dekompresyjnej.
Setki badań przeprowadzonych na ludziach podczas nurkowania głębinowego wykazały, że wdychanie wodoru w ilościach o rząd wielkości większych niż potrzebne do celów terapeutycznych, jest dobrze tolerowane przez organizm i nie powoduje przewlekłych efektów toksycznych. U niektórych osób wodór może jednak powodować luźne stolce. W rzadkich przypadkach u chorych na cukrzycę może wywołać hipoglikemię, którą kontroluje się przez zmniejszenie poziomu podawanej insuliny. Setki badań nad wodorem pochodzącym z metabolizmu bakterii, nad nurkowaniu głębinowym nie wykazały żadnych bezpośrednich szkodliwych skutków ubocznych podawania wodoru na poziomach biologicznie terapeutycznych. Tak wysoki profil bezpieczeństwa to niemal paradoks.
Środki chemoterapeutyczne, które wywierają efekty biologiczne, powinny mieć zarówno korzystne, jak i szkodliwe efekty w zależności od dawki, czasu, miejsca, okresu trwania itp. Jeśli jednak chodzi o leczenie wodorem, żadne tego typu szkodliwe skutki uboczne nie zostały na razie zgłoszone. Możliwe, że szkodliwe efekty są tak łagodne i krótkookresowe, że są maskowane przez korzystne działania. Możliwe, że nawet są tym, co pośredniczy w korzystnych efektach poprzez szlaki hormetyczne.
Nieczęsto można znaleźć metodę leczenia, która ma zarówno wysoki potencjał terapeutyczny, jak i wysoki profil bezpieczeństwa; wodór wydaje się pasować do tej kombinacji. Niektórzy badacze zainteresowali się leczeniem wodorem po prostu ze względu na jego nieprzewidzianą zdolność do wywoływania efektów biologicznych. Wraz z uświadomieniem sobie, że wodór jest zarówno bezpieczny, jak i skuteczny, pojawia się moralny obowiązek rozwijania badań, edukacji i świadomości na temat wodoru jako gazu medycznego. Przy zaledwie kilkuset recenzowanych artykułach i kilku tysiącach zajmujących się tym tematem badaczy, badania nad wodorem są wciąż w powijakach. Wstępne badania sugerują jednak, że prace dotyczące wodoru cząsteczkowego powinny być kontynuowane dla potencjalnych korzyści w zapobieganiu i leczeniu chorób.
Źródło: Molecular Hydrogen Institute
Kraków
KCTH Spiro, ul. Rzeczna 8/1
KCTH Spiro, Filia Ruczaj, ul. Raciborska 17 (Pasaż Ruczaj)
telefon: +48 730 174 307
Częstochowa
OMEGA-3, ul. PCK 2b lok. 8
telefon: +48 607 874 746
Przejdź do strony głównej Wróć do kategorii dla nauki
W tym artykule przeczytasz o szczegółowych badaniach i czym jest leczenie wodorem. Miały one na celu zbadanie wodoru molekularnego jako gazu, o potencjalnie szerokim zastosowaniu medycznym.
Niezwykły gaz
Wodór cząsteczkowy (tj. H2 w postaci gazowej) przyciąga uwagę naukowców i lekarzy na całym świecie. Dzieje się tak ze względu na najnowsze doniesienia potencjale jaki daje leczenie wodorem. Jedna z najwcześniejszych publikacji na temat wodoru jako gazu medycznego i leczeniu wodorem pochodzi z 1975 r. Jej autorami byli Dole i współpracownicy z Baylor University i Texas A&M University. Na łamach tygodnika Science opublikowali artykuł. Stwierdzili w nim, że hiperbaryczna (8 atm) terapia wodorowa okazała się skuteczna w zmniejszaniu guzów czerniaka u myszy. Jednak zainteresowanie terapią wodorową zaczęło się dopiero w 2007 r. Wykazano wtedy, że podawanie wodoru w postaci gazowej poprzez wdychanie (na poziomie poniżej granicy palności 4,6%) lub spożycie wodnego roztworu zawierającego rozpuszczony wodór, również może wywierać terapeutyczne efekty biologiczne. Wyniki te sugerują, że wodór ma bezpośrednie zastosowanie medyczne i kliniczne.
„Leczenie wodorem” na zawał mózgu
W 2007 r. zespół pod kierownictwem dr Ohty napisał w artykuł opublikowany na łamach miesięcznika Nature Medicine. Wykazano w nim, że leczenie wodorem poprzez wdychanie gazu w stężeniu 2-4% znacząco zmniejszyło objętość zawału mózgu w szczurzym modelu zmian niedokrwienno-reperfuzyjnych. Były one wywołane przez okluzję tętnicy środkowej mózgu. Wodór, jako medyczny gaz był bardziej skuteczny niż edaravone – zatwierdzony lek na zawał mózgu. Nie wywoływał on szkodliwych efektów ubocznych. Autorzy wykazali również, że wodór rozpuszczony w podłożu dla hodowanych komórek, w biologicznie istotnych stężeniach, zmniejsza poziom toksycznych rodników hydroksylowych (*OH). Jednak nie reaguje z innymi fizjologicznie ważnymi reaktywnymi formami tlenu (np. nadtlenek, tlenek azotu, nadtlenek wodoru).
Leczenie wodorem wśród badaczy
Badania biomedyczne pod kątem leczenia wodorem są na wczesnym poziomie zaawansowania, ale ich liczba ciągle rośnie. Liczba artykułów wynosi obecnie około 1000, badaniami zajmuje się 1600 badaczy. Te publikacje i wyniki badań sugerują, że leczenie wodorem ma potencjał terapeutyczny w ponad 170 różnych modelach chorób u ludzi i zwierząt. Wodór, jako medyczny gaz wydaje się działać poprzez modulowanie przewodzenia sygnałów, fosforylacji białek i ekspresji genów (zob. część Farmakodynamika).
Idea terapeutycznego działania cząsteczek gazowych nie jest nowa. Na przykład tlenek węgla (CO), siarkowodór (H2S) i oczywiście tlenek azotu (NO*). (Początkowo wyśmiewany przez sceptyków, później uhonorowany Nagrodą Nobla.) Są to biologicznie aktywne gazy. Wciąż jednak trudno uwierzyć, że H2 może wywierać jakikolwiek efekt biologiczny. W przeciwieństwie do tych innych gazów, wodór cząsteczkowy nie tworzy rodników. Nie jest również gazem reaktywnym, jest niepolarny, wysoce dyfuzyjny i obojętny. Zatem jest mało prawdopodobne, aby miał specyficzne miejsca wiązania lub oddziaływał na specyficzne receptory.
Wodór – pierwiastek życia
Z ewolucyjnego punktu widzenia fakt, że wodór ma działanie biologiczne, nie wydaje się aż tak dziwny. Oprócz swojej roli w powstaniu wszechświata, wodór brał również udział w powstaniu życia i odegrał aktywną rolę w ewolucji eukariontów. W ciągu milionów lat ewolucji rośliny i zwierzęta rozwinęły mutualistyczną relację z bakteriami produkującymi wodór. Skutkuje to podstawowymi poziomami cząsteczkowego wodoru w systemach eukariotycznych. Ta stała ekspozycja na wodór cząsteczkowy mogła zachować pierwotny poziom wodoru. Można tak wnioskować na podstawie genetycznych pozostałości enzymów hydrogenaz u wyższych eukariontów. Alternatywnie, ale nie wyłącznie, eukarionty mogły rozwinąć wrażliwość na wodór cząsteczkowy w ciągu milionów lat ewolucji.
Metody podawania wodoru leczniczego
Wodór cząsteczkowy może być podawany drogą wziewną (inhalacje wodorem). Również przez spożycie rozpuszczonych roztworów bogatych w wodór (np. wody, napojów smakowych itp.). Wykorzystuje się również podanie bogatego w wodór roztworu do hemodializy, dożylne wstrzyknięcie bogatej w wodór soli fizjologicznej, miejscowe podawanie środków bogatych w wodór (np. kąpiele, prysznic, kremy i maści), leczenie hiperbaryczne, spożycie materiału wytwarzającego wodór w reakcji z kwasem żołądkowym, spożycie nieprzyswajalnych węglowodanów jako prebiotyku dla bakterii jelitowych wytwarzających wodór, insuflację doodbytniczą i inne metody.
Farmakokinetyka
Unikalne właściwości fizykochemiczne gazu medycznego jakim jest wodór, (hydrofobowość, neutralność, rozmiar, masa itp.) sprawiają, że ma on znakomite właściwości dystrybucyjne. Pozwalają one na szybkie przenikanie przez biomembrany (np. błony komórkowe, barierę krew-mózg) i docieranie do kompartmentów komórkowych (mitochondria, jądro itp.). Tam wodór może wywierać działanie terapeutyczne.
Niektóre kliniki w Japonii stosują dożylne wstrzykiwanie soli fizjologicznej bogatej w wodór. Jednak najbardziej powszechnymi metodami w leczeniu wodorem są inhalacje i picie wody bogatej w wodór. Farmakokinetyka każdej z tych metod jest wciąż badana – wiadomo, że jest zależna od dawki, drogi i czasu podania. W artykule opublikowanym w Nature’s Scientific Reports porównano inhalację, wstrzykiwanie i picie wody o różnym stężeniu wodoru. Znaleziono przydatne spostrzeżenia do zastosowania klinicznego. Na podstawie tego i innych badań, krótko podsumowujemy farmakokinetykę inhalacji i picia.
Leczenie wodorem – inhalacje
Do inhalacji zwykle stosuje się mieszaninę gazową zawierającą 2-4% wodoru, ponieważ takie stężenie pozostaje poniżej poziomu palności; w niektórych badaniach stosuje się jednak mieszaninę 66,7% H2 i 33,3% O2, który jest nietoksyczna i skuteczna, ale palna. Inhalacja wodorem daje szczytowy poziom w osoczu (tj. równowagę zgodnie z prawem Henry’ego) w ciągu około 30 minut. Po zaprzestaniu inhalacji powrót do poziomu wyjściowego następuje w ciągu około 60 minut.
Picie rozpuszczonego wodoru
Stężenie/rozpuszczalność wodoru w wodzie w standardowej temperaturze i ciśnieniu otoczenia (SATP, Standard Ambient Temperature and Pressure) wynosi 0,8 mM lub 1,6 ppm (1,6 mg/l). Dla porównania, zwykła woda (np. z kranu, filtrowana, butelkowana, itp.) zawiera mniej niż 0,0000002 ppm H2, a więc znacznie poniżej poziomu terapeutycznego. Stężenie 1,6 ppm można łatwo osiągnąć wieloma metodami, takimi jak po prostu przepuszczanie wodoru przez wodę. Ze względu na niską masę molową wodoru cząsteczkowego (tj. 2,02 g/mol H2 we porównaniu np. z 176,12 g/mol witaminy C), w dawce H2 o masie 1,6 mg znajduje się więcej cząsteczek wodoru niż cząsteczek witaminy C w dawce czystej witaminy C o masie 100 mg (1,6 mg H2 ma 0,8 milimola H2, podczas gdy 100 mg witaminy C ma 0,57 milimola witaminy C).
Okres półtrwania wody bogatej w wodór jest krótszy niż w przypadku innych napojów gazowanych. Poziom terapeutyczny może utrzymywać się przez wystarczająco długi czas, aby tak przygotowaną wodę można było łatwo spożyć. Po wypiciu wody bogatej w wodór szczytowy wzrost stężenia wodoru w osoczu i w oddechu następuje w ciągu 5-15 minut. Wzrost stężenia wodoru w oddechu wskazuje, że wodór przenika przez błonę podśluzową. Następnie dostaje się do krążenia ogólnego, skąd jest wydalany przez płuca. Wzrost stężenia wodoru we krwi i w oddechu powraca do poziomu wyjściowego w ciągu 45-90 minut, w zależności od przyjętej dawki.
Farmakodynamika
Znaczna liczba badań na zwierzętach, ludziach, a nawet roślinach potwierdziła działanie medycznego gazu jakim jest wodór w układach biologicznych. Jednak dokładne mechanizmy molekularne i podstawowe poziomy pozostają na razie nieznane.
Wpływ antyoksydacyjny
Początkowo sugerowano, że korzystny wpływ wodoru, jako gazu medycznego wynika z działania antyoksydacyjnego. W badaniach in vitro wodór selektywnie neutralizował cytotoksyczne rodniki hydroksylowe. Okazuje się jednak, że chociaż H2 redukuje rodniki *OH może to nie następować poprzez bezpośrednie oczyszczanie. Nie wyjaśnia to także w pełni wszystkich korzyści wynikających z działania wodoru. Na przykład, w podwójnie ślepych badaniach kontrolowanych placebo na grupie chorych z RZS wodór miał efekt rezydualny. Widoczna była kontynuacja poprawy objawów choroby przez cztery tygodnie po zakończeniu podawania.
Wiele badań na komórkach pokazuje również, że wstępne traktowanie wodorem ma wyraźnie korzystne efekty. Dzieje się tak nawet jeśli działania szkodliwe (np. toksyny, promieniowanie, urazy itp.) mają miejsce długo po tym, jak cały wodór został usunięty z systemu. W dodatku stała szybkość działania wodoru w stosunku do rodnika hydroksylowego jest stosunkowo niska (4.2 x 107 M-1 na sekundę). Stężenie wodoru na poziomie komórkowym jest również dość niskie (poziom mikromoli). H2 nie może raczej skutecznie konkurować z poziomem innych, licznych substancji nukleofilowych w komórce. Wreszcie, gdyby mechanizm był związany przede wszystkim z usuwaniem rodników hydroksylowych, to powinniśmy zaobserwować większy efekt inhalacji w porównaniu z piciem wody wodorowej. Jednak nie zawsze tak jest. Krótko mówiąc, uważamy, że twierdzenie, iż korzyści z przyjmowania wodoru wynikają z jego bezpośredniego działania jako silnego przeciwutleniacza, jest nieścisłe lub przynajmniej niepełne.
W rzeczywistości, wodór działa selektywnie. Jest bardzo słabym przeciwutleniaczem i dlatego nie neutralizuje istotnych RFT (reaktywnych form tlenu). Nie zakłóca również działania ważnych biologicznych cząsteczek sygnałowych. Niemniej jednak, badania metaboliczne z wykorzystaniem gazowego deuteru wykazały, że w warunkach fizjologicznych deuter w postaci gazowej jest utleniany. Szybkość utleniania wodoru wzrasta wraz z rosnącym poziomem stresu oksydacyjnego, ale fizykochemiczny mechanizm tego procesu może nadal nie polegać na bezpośrednim usuwaniu rodników. Nie wszystkie badania potwierdzają jednak, że wodór jest utleniany przez tkanki ssaków. Stwierdzono także, że gazowy deuter nie wywierał efektu terapeutycznego w badanym modelu, podczas gdy 1H tak (dane niepublikowane).
Szlak sygnalizacyjny Nrf2
W przeciwieństwie do typowych przeciwutleniaczy, wodór, jako gaz medyczny ma zdolność do redukcji nadmiernego stresu oksydacyjnego. Jednak dzieje się tak tylko w warunkach, w których komórka doświadcza nienormalnie wysokiego poziomu stresu oksydacyjnego. Jest to poziom szkodliwy, a nie hormetyczny.
Jednym z mechanizmów, za pomocą którego wodór chroni przed uszkodzeniem oksydacyjnym, jest aktywacja systemu Nrf2-Keap1. Po niej następuje indukcja ścieżki elementu odpowiedzi antyoksydacyjnej (ARE, antioxidant response element). Prowadzi to do produkcji różnych białek cytoprotekcyjnych, takich jak glutation, katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa, peroksydaza glutationowa, oksygenaza hemowa-1, itd. W niektórych modelach chorób, korzyści ze stosowania wodoru są negowane przez zastosowanie nokautu genu Nrf2, wyciszenie genetyczne Nrf2 za pomocą iRNA lub farmakologiczne blokowanie szlaku Nrf2. Co ważne, wodór, jako gaz medyczny aktywuje szlak Nrf2 tylko w przypadku działań szkodliwych (np. działania toksyny, urazu, itp.), w przeciwieństwie do działania w roli katalizatora, które może być szkodliwe. Sposób, w jaki wodór aktywuje szlak Nrf2, pozostaje na razie nieznany.
Modulacja komórek
Poza potencjalnym neutralizowaniem rodników hydroksylowych i / lub aktywacją szlaku Nrf2, wodór może łagodzić stres oksydacyjny poprzez działanie modulujące komórki. Może również redukować tworzenie się wolnych rodników, np. poprzez regulację systemu oksydazy NADPH. Różne efekty modulowania komórek przez wodór są odpowiedzialne za pośredniczenie w jego działaniach przeciwzapalnych, antyalergicznych i przeciwdziałaniu otyłości. Wykazano, że wodór obniża poziom cytokin prozapalnych (np. IL-1, IL-6, IL-8, itd.), osłabia aktywację TNF-α, NF- κB, NFAT, NLRP3, HMGB1 i innych mediatorów reakcji zapalnej. Dodatkowo wodór ma korzystny wpływ na otyłość i metabolizm poprzez zwiększenie ekspresji genów FGF21, PGC-1a, PPARa, i innych. Dodatkowe cząsteczki drugiego przekaźnika lub czynniki transkrypcyjne, na które wpływa wodór, to grelina, JNK-1, ERK1/2, PKC, GSK, TXNIP, STAT3, ASK1, MEK, SIRT1 i wiele innych. Pod wpływem wodoru zmianie ulega ponad 200 biomolekuł, w tym ponad 1000 ekspresji genów.
Jednak najważniejsze poziomy i główne regulatory odpowiedzialne za te zmiany pozostają nieznane. Istnieje wiele systemów i pętli sprzężeń zwrotnych, które należy wziąć pod uwagę. Dlatego trudno jest określić, czy wykrywamy przyczynę – czy skutek podawania wodoru.
Dokładny mechanizm tego, w jaki sposób wodór moduluje transdukcję sygnału, ekspresję genów i fosforylację białek, jest nadal badany. Ostatnia publikacja na łamach Scientific Reports dostarcza dowodów sugerujących, że jednym z mechanizmów, poprzez które wodór osiąga różne efekty modulujące komórki, jest modyfikacja peroksydacji lipidów w błonie komórkowej. W hodowanych komórkach, w biologicznie istotnych stężeniach, wodór tłumił peroksydację zależną od reakcji łańcuchowej wolnych rodników i przywracał ekspresję genów indukowaną przez Ca2+, jak określono w kompleksowej analizie mikromacierzy.
LECZENIE WODOREM A WSPÓŁCZESNA NAUKA
Główne cele stosowania i dokładne mechanizmy biochemiczne działania wodoru nadal nie są w pełni poznane. Jednak efekt terapeutyczny na zwierzętach, ludziach, a nawet roślinach jest dziś powszechnie uznawany. Stało się tak dzięki ponad 500 recenzowanym artykułom i 1600 badaczom zajmującym się medycznym zastosowaniem wodoru. Coraz wyższa jest także jakość publikacji. Średni wskaźnik cytowań (IF, impact factor) czasopism publikujących artykuły na temat wodoru wynosi około 3. Poniższa tabela przedstawia kilka badań opublikowanych w czasopismach o wyższym IF, który waha się od 6 do 27.
WODÓR: OBECNE ZASTOSOWANIA MEDYCZNE
Wzrasta także zastosowanie wodoru jako gazu medycznego, ponieważ już teraz ma on wiele zastosowań medycznych w sytuacji różnych problemów zdrowotnych. Dixon i współpracownicy z Loma Linda University donoszą, że leczenie wodorem ma potencjał, aby pomóc w 8 na 10 przypadkach chorób mogących wywołać skutki śmiertelne. Wymieniono je przez centra kontroli chorób (CDC, Centers for Disease Control and Prevention). Dr Banks z VA/U of Washington twierdzi, że spożywanie wody bogatej w wodór chroniło przed zmianami neurodegeneracyjnymi wywołanymi urazowym uszkodzeniem mózgu u myszy. Wyniki pokazują, że podawanie wodoru zmniejszyło obrzęk mózgu, zablokowało patologiczną ekspresję białka tau i pozwoliło utrzymać stały poziom ATP. To i inne badania mogą mieć istotny wpływ na praktykę medyczną w sytuacjach, w których często dochodzi do urazów mózgu (takich jak np. wstrząs mózgu, przewlekła encefalopatia urazowa, itp.).
Wiele osób zgłasza spektakularne efekty terapii wodorowej – od szybkiego łagodzenia bólu i stanu zapalnego do normalizacji poziomu glukozy i cholesterolu. Jednak inne osoby mogą nie stwierdzić żadnych natychmiastowych czy zauważalnych korzyści. Wodór nie jest uważany za silny lek. Pomaga on jedynie przywrócić komórkę/narząd do stanu homeostazy, nie powodując większych zakłóceń. Być może niektóre z odnotowanych spektakularnych skutków jego stosowania mogą być przypisane efektowi placebo lub innym zjawiskom. Jednak część badaczy zauważa, że niektórzy ludzie są bardziej wrażliwi na działanie wodoru i doświadczają większych efektów. Aby odpowiedzieć na te pytania, potrzeba większej liczby badań na ludziach.
BADANIA NA LUDZIACH
Badania i leczenie wodorem w modelach komórkowych i zwierzęcych wyglądają obiecująco. Aby jednak potwierdzić skuteczność leczenia wodorem na ludziach, potrzeba większej liczby długoterminowych badań klinicznych. Istnieje łącznie tylko 40 badań z udziałem ludzi. Niewielka część z nich to badania randomizowane, z podwójnie ślepą próbą i kontrolą placebo, a także z wystarczającą liczbą uczestników. Kilka z tych badań klinicznych sugeruje, że spożywanie wody bogatej w wodór było korzystne w przypadku zespołu metabolicznego, cukrzycy i hiperlipidemii. Inne, prowadzone przez rok badanie kliniczne kontrolowane placebo sugeruje, że woda bogata w wodór jest korzystna w chorobie Parkinsona. Jeszcze inne badania kliniczne sugerują znaczące korzyści w RZS, w przypadku zaburzeń mitochondrialnych, wydajności ćwiczeń, czasu regeneracji sportowców, gojeniu się ran, redukcji stresu oksydacyjnego związanego z przewlekłym zapaleniem wątroby typu B, poprawę przepływu krwi, szybsze leczenie zapalenia przyzębia, korzyści dla pacjentów dializowanych, a także poprawę jakości życia u pacjentów poddawanych radioterapii z powodu nowotworów i innych.
Przeprowadzono także ponad 15 innych badań na ludziach, z obiecującymi wynikami. Obecnie ich opisy są przygotowywane do publikacji w recenzowanych czasopismach. Potrzeba jednak więcej takich badań. Należy określić właściwe dawkowanie, czas, metodę podawania i to, dla jakich chorób – a także, potencjalnie, dla jakich genotypów – wodór może być najbardziej skuteczny. Terapia wodorem jest wciąż w powijakach i potrzeba więcej danych, zanim będziemy mogli naukowo stwierdzić jakiekolwiek realne korzyści. Trzeba jednak powiedzieć, że wstępne dane są intrygujące. Szczególnie istotne są badania nad modelami chorób, mechanizmami działania i badania kliniczne. Wysoki profil bezpieczeństwa wodoru molekularnego sprawia, że jest on znakomitym wyborem.
BEZPIECZEŃSTWO
Wodór jest naturalnie produkowany przez florę jelitową podczas trawienia błonnika. Badania przeprowadzone przez naukowców z Bostonu potwierdziły, że wodór produkowany przez bakterie ma działanie terapeutyczne. Stwierdzili oni, że rekonstrukcja mikrobiomu jelitowego za pomocą bakterii E. coli (pałeczki okrężnicy) produkującej H2 (ale nie zmutowanej E. coli z niedoborem H2), chroniła przed zapaleniem wątroby wywołanym przez konkanawalinę A. Inne badania wykazują również, że wodór wytwarzany przez bakterie po podaniu akarbozy ma działanie terapeutyczne. Może to właśnie tłumaczy, dlaczego w dużym badaniu klinicznym opisanym na łamach Journal of American Medical Association (JAMA) stwierdzono znaczącą redukcję zdarzeń sercowo-naczyniowych u osób przyjmujących akarbozę indukującą produkcję wodoru. Badania te nie tylko sugerują terapeutyczne działanie przy leczeniu wodorem cząsteczkowym (molekularnym), ale również wykazują jego wysoki profil bezpieczeństwa.
Wodór jest naturalny dla naszego organizmu, gdyż jesteśmy na jego działanie wystawieni codziennie, w wyniku normalnego metabolizmu bakterii. Dodatkowo, wodór gazowy jest również stosowany w nurkowaniu głębinowym od lat 40. XX w., w celu zapobiegania chorobie dekompresyjnej.
Setki badań przeprowadzonych na ludziach podczas nurkowania głębinowego wykazały, że wdychanie wodoru w ilościach o rząd wielkości większych niż potrzebne do celów terapeutycznych, jest dobrze tolerowane przez organizm i nie powoduje przewlekłych efektów toksycznych. U niektórych osób wodór może jednak powodować luźne stolce. W rzadkich przypadkach u chorych na cukrzycę może wywołać hipoglikemię, którą kontroluje się przez zmniejszenie poziomu podawanej insuliny. Setki badań nad wodorem pochodzącym z metabolizmu bakterii, nad nurkowaniu głębinowym nie wykazały żadnych bezpośrednich szkodliwych skutków ubocznych podawania wodoru na poziomach biologicznie terapeutycznych. Tak wysoki profil bezpieczeństwa to niemal paradoks.
Środki chemoterapeutyczne, które wywierają efekty biologiczne, powinny mieć zarówno korzystne, jak i szkodliwe efekty w zależności od dawki, czasu, miejsca, okresu trwania itp. Jeśli jednak chodzi o leczenie wodorem, żadne tego typu szkodliwe skutki uboczne nie zostały na razie zgłoszone. Możliwe, że szkodliwe efekty są tak łagodne i krótkookresowe, że są maskowane przez korzystne działania. Możliwe, że nawet są tym, co pośredniczy w korzystnych efektach poprzez szlaki hormetyczne.
LECZENIE WODOREM PRZYSZŁE KIERUNKI BADAŃ
Nieczęsto można znaleźć metodę leczenia, która ma zarówno wysoki potencjał terapeutyczny, jak i wysoki profil bezpieczeństwa; wodór wydaje się pasować do tej kombinacji. Niektórzy badacze zainteresowali się leczeniem wodorem po prostu ze względu na jego nieprzewidzianą zdolność do wywoływania efektów biologicznych. Wraz z uświadomieniem sobie, że wodór jest zarówno bezpieczny, jak i skuteczny, pojawia się moralny obowiązek rozwijania badań, edukacji i świadomości na temat wodoru jako gazu medycznego. Przy zaledwie kilkuset recenzowanych artykułach i kilku tysiącach zajmujących się tym tematem badaczy, badania nad wodorem są wciąż w powijakach. Wstępne badania sugerują jednak, że prace dotyczące wodoru cząsteczkowego powinny być kontynuowane dla potencjalnych korzyści w zapobieganiu i leczeniu chorób.
Źródło: Molecular Hydrogen Institute
Osoby zainteresowane leczeniem wodorem, zapraszamy do naszych punktów partnerskich w Krakowie i Częstochowie.
Kraków
KCTH Spiro, ul. Rzeczna 8/1
KCTH Spiro, Filia Ruczaj, ul. Raciborska 17 (Pasaż Ruczaj)
telefon: +48 730 174 307
Częstochowa
OMEGA-3, ul. PCK 2b lok. 8
telefon: +48 607 874 746
Przejdź do strony głównej Wróć do kategorii dla nauki