V tomto článku se dozvíme o dalším důležitém přínosu vodíku, a to o jeho antiapoptotickém účinku. Než se pustíme do podrobností, řekněme si, co apoptóza znamená.
Co je to apoptóza?
Apoptóza je buněčná smrt, ke které v našem těle běžně dochází v důsledku stárnutí nebo jako řízená součást růstu a vývoje. K této programované buněčné smrti může dojít v důsledku různých biochemických procesů uvnitř buňky. Jedná se o formu sebevraždy prostřednictvím aktivace vnitřního mechanismu smrti.
Co se tedy skutečně stane, když je buňka nucena spáchat sebevraždu?
Vede to ke spuštění různých chemických procesů v těle. Spustí se proteiny známé jako kaspázy, které ničí buněčnou architekturu. To následně spustí enzym zvaný DNAse, který je schopen degradovat DNA. DNA je genetický materiál v buněčném jádře, který řídí celou buňku. Poškozená buňka se pak začne postupně smršťovat a uvolňují se další proteolytické enzymy, které buňku ničí zevnitř. Na povrchu buňky se vytvoří skvrny podobné bublinám.
Po zničení mitochondrie, generátoru energie uvnitř buňky, se uvolní cytochrom C a buňka se rozpadne na malé fragmenty, které jsou obaleny membránou. Když je vnitřek buňky zničen, uvolní se z něj chemické látky, které působí jako nouzový signál pro vnější část buňky, že umírá. Některé z nich jsou ATP a UTP. ATP, nukleotid, a UTP, nukleosid, jsou vázány na fagocytující buňky. Tyto buňky mohou pohltit a strávit části tkáně a další části.
Když k fagocytárním buňkám přijde signál, že buňka umírá, snaží se dostat k těmto konkrétním fragmentům buňky. Tyto buněčné fragmenty také obnažují fosfolipidy, které za normálních okolností nejsou zvenčí viditelné. To pomáhá makrofágům tyto fragmenty přesně identifikovat a začnou je pohlcovat. Mrchožroutské buňky mohou vylučovat látky, jako jsou cytokiny, které mohou vyvolat zánět v okolí.
Buněčná membrána však během tohoto procesu zůstává neporušená. Proto nedochází k velkému poškození okolní tkáně. Tím se liší od nekrózy, kdy buňka v důsledku traumatu a poranění odumírá. Zde je však buněčná membrána poškozena a všechny toxické látky se uvolňují ven, což způsobuje velký zánět.
Jakou roli hraje apoptóza?
K apoptóze může dojít, když buňka přirozeně stárne a "rozhodne se", že její účel byl naplněn. Může k ní také dojít, když buňku napadne cizí bakterie nebo virus a buňka se snaží infekci zadržet tím, že spáchá sebevraždu.
K apoptóze může dojít také u jiných onemocnění. Při velkém oxidačním stresu mohou buňky podstoupit apoptózu. Existuje mnoho onemocnění, u nichž se v rámci procesu onemocnění projevuje zvýšená apoptóza. Zvýšenou apoptózu mají Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, AIDS a další. Použitím antiapoptotických léků můžeme nejen zastavit tyto chorobné procesy, ale také do jisté míry bojovat proti procesu stárnutí.
Jak vodík působí jako anti-apoptotikum?
Od publikace Ohty a kol. o účinku vodíku v roce 2015 bylo provedeno mnoho studií, které testovaly účinnost vodíku proti různým onemocněním. Již v této první studii se odhadovalo, že vodík má anti-apoptotické vlastnosti prostřednictvím regulace genové exprese buněk. Některé z těchto studií uvádíme v příloze. Zde shrnu vědecké důkazy o účinnosti vodíku v boji proti apoptóze, které byly prokázány na zvířecích modelech.
Bylo prokázáno, že inhalace vodíku má antioxidační a antiapoptotické účinky a chrání mozek při ischemicko-reperfuzním poškození. Toho dosahuje redukcí oxidačních volných radikálů, jako je hydroxylový radikál a peroxynitrit.
Vodík je také účinný při snižování akutního poškození jater. Když byl myším podáván fyziologický roztok bohatý na vodík, byla potlačena aktivita látek podporujících apoptózu, jako jsou JNK a kaspáza-3. V případě, že myši dostaly vodík, byla aktivita těchto látek potlačena. To může inhibovat buněčnou smrt v játrech nejen při akutním poškození, ale také při jaterní cirhóze a kompenzační proliferaci jaterních buněk vedoucí k jaternímu onemocnění.
Antiapoptotický účinek je důležitý také při transplantaci orgánů, kdy snižuje buněčnou smrt. U střevních štěpů bylo prokázáno, že vodík zvyšuje regulaci anti-apoptotického proteinu hem oxygenázy 1. Pokud byly štěpy před transplantací ošetřeny vodíkem, byla jejich funkce chráněna, což vedlo k lepšímu přežití příjemců štěpu.
Když byl vodík podáván jako inhalační plyn po kardio-pulmonálním bypassu, vedlo to k pozitivním výsledkům a vědci navrhli tuto léčbu jako novou potenciální terapii.
Vodík může zlepšit přežití u sepse. To je důležité, protože sepse zůstává jednou z hlavních příčin úmrtí kriticky nemocných pacientů v nemocnici. Při podávání fyziologického roztoku bohatého na vodík zvířecím modelům bylo zjištěno, že kromě protizánětlivých a antioxidačních vlastností snižuje apoptózu, a tím snižuje účinky sepse.
Pálení žáhy je možné, když jsme ve stresu. Stresem vyvolaným žaludečním vředům lze předcházet pitím tekutin bohatých na vodík. Léčba vodíkem může snížit hladinu kaspázy v žaludeční sliznici a omezit poškození žaludeční sliznice tím, že zabrání apoptóze buněk.
Srdeční infarkty jsou v moderní době velmi časté
Bylo však prokázáno, že fyziologický roztok bohatý na vodík snižuje velikost infarktu myokardu. Jiná skupina zjistila, že plynný vodík zlepšuje obnovu funkce levé komory po anoxii-reoxygenaci (což znamená, že reperfuze obvykle způsobuje tzv. reperfuzní poškození). Vodík snížil velikost infarktu, aniž by se změnily hemodynamické parametry. Plynný vodík také zabránil remodelaci levé komory (proces změny velikosti, tvaru a funkce komory) po infarktu myokardu.
Subarachnoidální krvácení je považováno za život ohrožující stav a může vést k odumření mozkových buněk. Vodík je schopen modifikovat dráhy, které vedou ke smrti, zejména prostřednictvím dráhy Akt/GSK3β. Tím se snižuje apoptóza neuronů v mozku a zlepšují se výsledky po subarachnoidálním krvácení.
Nejen to, vodík může působit také na plíce a snižovat buněčnou smrt při poranění plic. Indukuje totiž anti-apoptotické geny. Dochází tak k upregulaci anti-apoptotického proteinu Bcl 2 a k downregulaci proteinů podporujících apoptózu, jako je Bax.
Bylo prokázáno, že vodík snižuje apoptózu ve slinivce břišní při akutní pankreatitidě, a tím snižuje riziko vzniku diabetu mellitu.
V případě diabetické retinopatie došlo při inhalaci plynného vodíku na krysím modelu ke snížení apoptózy sítnice a biomarkerů cévní permeability. Tyto výsledky naznačují možné využití vodíku k léčbě tohoto onemocnění, které často vede ke slepotě.
Vodík lze přijímat vdechováním plynu, vdechováním aerosolového roztoku bohatého na vodík, injekční aplikací solného roztoku bohatého na vodík, vodíkovou koupelí a pitím vodíku rozpuštěného ve vodě. Pro každodenní požití je nejvhodnější metodou pití vody obohacené vodíkem nebo vdechování plynného vodíku vyrobeného elektrolyzérem.
Přestože je vodík nejrozšířenějším chemickým prvkem ve vesmíru, nebyl dosud v terapeutickém prostředí k léčbě nemocí využíván. Nedávné poznatky o tomto úžasném plynu to však změnily. Stovky studií o vodíku, zatím většinou na zvířecích modelech, naznačují, že je účinný i u lidí při mnoha onemocněních. Lze předpokládat, že se s vodíkem v blízké budoucnosti setkáme i na klinikách. Díky svým antiapoptotickým a antioxidačním účinkům by se mohl používat také jako prostředek proti stárnutí.
Zdroje
Ohta, S., Molekulární vodík jako nový antioxidant: přehled výhod vodíku pro lékařské aplikace. 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): p. 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): p. E323-E323.
Hong, Y., et al, Neuroprotective effect of hydrogen-rich saline against neurologic damage and apoptosis in early brain injury following subarachnoid hemorrhage: possible role of the Akt/GSK3beta signalling pathway. PLoS One, 2014. 9(4): p. e96212.
Huang, C.S., et al, Hydrogen inhalation ameliorates ventilator-induced lung injury. 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: Podávání očních kapek s obsahem vodíku při ischemicko-reperfuzním poškození sítnice. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 2010. 51(1): p. 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) Inhalation of Hydrogen Gas Reduces Infarct Size in the Rat Model of Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury. Biochemical and Biomedical Research Communications, 373, 30-35.