Αντι-αποπτωτική δράση

Σε αυτό το άρθρο θα μάθουμε για ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα του υδρογόνου, την αντι-αποπτωτική του δράση. Πριν μπούμε σε λεπτομέρειες, ας μάθουμε τι σημαίνει απόπτωση.

Τι είναι η απόπτωση

Η απόπτωση είναι ο κυτταρικός θάνατος που φυσιολογικά συμβαίνει στο σώμα μας λόγω γήρανσης ή ως ελεγχόμενο μέρος της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Αυτός ο προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος μπορεί να συμβεί ως αποτέλεσμα διαφόρων βιοχημικών διεργασιών εντός του κυττάρου. Πρόκειται για μια μορφή αυτοκτονίας μέσω της ενεργοποίησης του εσωτερικού μηχανισμού θανάτου.

Τι πραγματικά συμβαίνει λοιπόν όταν το κύτταρο αναγκάζεται να αυτοκτονήσει

Αυτό οδηγεί στην ενεργοποίηση διαφόρων χημικών διεργασιών στο σώμα. Οι πρωτεΐνες που είναι γνωστές ως κασπάσες ενεργοποιούνται και καταστρέφουν την κυτταρική αρχιτεκτονική. Αυτό με τη σειρά του ενεργοποιεί ένα ένζυμο που ονομάζεται DNAse, το οποίο είναι σε θέση να αποικοδομήσει το DNA. Το DNA είναι το γενετικό υλικό στον πυρήνα του κυττάρου που ελέγχει ολόκληρο το κύτταρο. Στη συνέχεια, το κατεστραμμένο κύτταρο αρχίζει σταδιακά να συρρικνώνεται και απελευθερώνονται περισσότερα πρωτεολυτικά ένζυμα, καταστρέφοντας το κύτταρο εκ των έσω. Στην επιφάνεια των κυττάρων σχηματίζονται κηλίδες που μοιάζουν με φυσαλίδες.

Όταν το μιτοχόνδριο, η γεννήτρια ενέργειας στο εσωτερικό του κυττάρου, καταστρέφεται, απελευθερώνεται το κυτόχρωμα C και το κύτταρο αποσυντίθεται σε μικρά κομμάτια που περιβάλλεται από μια μεμβράνη. Όταν το εσωτερικό του κυττάρου καταστρέφεται, απελευθερώνει χημικές ουσίες που δρουν ως σήματα κινδύνου προς το εξωτερικό του κυττάρου ότι πεθαίνει. Μερικά από αυτά είναι το ATP και το UTP. Το ATP, ένα νουκλεοτίδιο, και το UTP, ένα νουκλεοζίτη, δεσμεύονται στα φαγοκυτταρικά κύτταρα. Αυτά τα κύτταρα μπορούν να προσλαμβάνουν και να αφομοιώνουν τμήματα του ιστού και άλλα μέρη.

Όταν τα κύτταρα των φαγοκυττάρων λαμβάνουν σήματα ότι ένα κύτταρο πεθαίνει, προσπαθούν να φτάσουν στα συγκεκριμένα κυτταρικά θραύσματα. Αυτά τα κυτταρικά θραύσματα αποκαλύπτουν επίσης φωσφολιπίδια που κανονικά δεν είναι ορατά στο εξωτερικό. Αυτό βοηθά τα μακροφάγα να αναγνωρίσουν με ακρίβεια αυτά τα θραύσματα και αρχίζουν να τα καταπίνουν. Τα κύτταρα-απορριπτικά κύτταρα μπορούν να εκκρίνουν ουσίες όπως κυτταροκίνες που μπορούν να προκαλέσουν φλεγμονή στη γύρω περιοχή.

Ωστόσο, η κυτταρική μεμβράνη παραμένει άθικτη κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Επομένως, δεν υπάρχει μεγάλη βλάβη στον περιβάλλοντα ιστό. Αυτό διαφέρει από τη νέκρωση, όπου το κύτταρο πεθαίνει λόγω τραύματος και τραυματισμού. Αλλά εδώ, η κυτταρική μεμβράνη καταστρέφεται και όλες οι τοξικές ουσίες απελευθερώνονται προς τα έξω, προκαλώντας μεγάλη φλεγμονή.

Ποιος είναι ο ρόλος της απόπτωσης

Η απόπτωση μπορεί να συμβεί όταν το κύτταρο γερνάει φυσιολογικά και "αποφασίζει" ότι ο σκοπός του έχει εκπληρωθεί. Μπορεί επίσης να συμβεί όταν ένα ξένο βακτήριο ή ιός εισβάλλει στο κύτταρο και το κύτταρο προσπαθεί να περιορίσει τη μόλυνση αυτοκτονώντας.

Η απόπτωση μπορεί να εμφανιστεί και σε άλλες ασθένειες. Όταν υπάρχει πολύ οξειδωτικό στρες, τα κύτταρα μπορούν να υποστούν απόπτωση. Υπάρχουν πολλές ασθένειες που εμφανίζουν αυξημένη απόπτωση ως μέρος της διαδικασίας της ασθένειάς τους. Η νόσος του Αλτσχάιμερ, η νόσος του Πάρκινσον, το AIDS και άλλα έχουν αυξημένη απόπτωση. Με τη χρήση αντι-αποπτωτικών φαρμάκων, μπορούμε όχι μόνο να σταματήσουμε αυτές τις διεργασίες της νόσου, αλλά και να καταπολεμήσουμε σε κάποιο βαθμό τη διαδικασία γήρανσης.

Πώς λειτουργεί το υδρογόνο ως αντι-αποπτωτικό

Μετά τη δημοσίευση των Ohta et al. σχετικά με την επίδραση του υδρογόνου το 2015, έχουν διεξαχθεί πολλές μελέτες για τον έλεγχο της αποτελεσματικότητας του υδρογόνου έναντι διαφόρων ασθενειών. Ακόμη και σε αυτή την πρώτη μελέτη, το υδρογόνο εκτιμήθηκε ότι έχει αντι-αποπτωτικές ιδιότητες μέσω της ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης των κυττάρων. Έχουμε παραθέσει ορισμένες από τις μελέτες στο παράρτημα. Εδώ θα συνοψίσω τα επιστημονικά στοιχεία για την αποτελεσματικότητα του υδρογόνου στην καταπολέμηση της απόπτωσης που έχουν αποδειχθεί σε ζωικά μοντέλα.

Η εισπνοή υδρογόνου έχει αποδειχθεί ότι ασκεί αντιοξειδωτική και αντι-αποπτωτική δράση και προστατεύει τον εγκέφαλο σε τραυματισμό από ισχαιμία-επαναιμάτωση. Αυτό το επιτυγχάνει μειώνοντας τις οξειδωτικές ελεύθερες ρίζες, όπως η ρίζα υδροξυλίου και τα υπεροξυνιτρώδη.

Το υδρογόνο είναι επίσης αποτελεσματικό στη μείωση της οξείας ηπατικής βλάβης. Όταν στα ποντίκια χορηγήθηκε φυσιολογικός ορός πλούσιος σε υδρογόνο, αναστέλλεται η δραστηριότητα ουσιών που προάγουν την απόπτωση, όπως η JNK και η κασπάση-3. Αυτό μπορεί να αναστείλει τον κυτταρικό θάνατο στο ήπαρ όχι μόνο σε οξεία βλάβη, αλλά και στην κίρρωση του ήπατος και στον αντισταθμιστικό πολλαπλασιασμό των ηπατικών κυττάρων που οδηγεί σε ηπατική νόσο.

Η αντι-αποπτωτική δράση είναι επίσης σημαντική στις μεταμοσχεύσεις οργάνων για τη μείωση του κυτταρικού θανάτου. Στα εντερικά μοσχεύματα, το υδρογόνο έχει αποδειχθεί ότι ρυθμίζει την αντι-αποπτωτική πρωτεΐνη αιμοξυγενάση 1. Όταν τα μοσχεύματα προ-επεξεργάστηκαν με υδρογόνο πριν από τη μεταμόσχευση, η λειτουργία προστατεύθηκε, με αποτέλεσμα καλύτερα ποσοστά επιβίωσης στους λήπτες του μοσχεύματος.

Όταν το υδρογόνο χορηγήθηκε ως αέριο εισπνοής μετά από χειρουργική επέμβαση καρδιοπνευμονικής παράκαμψης, αυτό οδήγησε σε θετικά αποτελέσματα και οι ερευνητές πρότειναν αυτή τη θεραπεία ως μια νέα πιθανή θεραπεία.

Το υδρογόνο μπορεί να βελτιώσει την επιβίωση στη σήψη. Αυτό είναι σημαντικό, διότι η σήψη παραμένει μία από τις κύριες αιτίες θανάτου των βαρέως πασχόντων ασθενών στο νοσοκομείο. Όταν χορηγήθηκε σε ζωικά μοντέλα φυσιολογικός ορός πλούσιος σε υδρογόνο, διαπιστώθηκε ότι, εκτός από τις αντιφλεγμονώδεις και αντιοξειδωτικές ιδιότητές του, μειώνει την απόπτωση, μειώνοντας έτσι τις επιπτώσεις της σήψης.

Είναι πιθανό να εμφανίσουμε καούρα όταν είμαστε αγχωμένοι. Τα έλκη στο στομάχι που προκαλούνται από το στρες μπορούν να προληφθούν με την κατανάλωση υγρών πλούσιων σε υδρογόνο. Η θεραπεία με υδρογόνο μπορεί να μειώσει το επίπεδο της κασπάσης στο βλεννογόνο του στομάχου και να μειώσει τη βλάβη στο βλεννογόνο του στομάχου αποτρέποντας την απόπτωση των κυττάρων.

Οι καρδιακές προσβολές είναι πολύ συχνές στη σύγχρονη εποχή

Ωστόσο, έχει αποδειχθεί ότι ο φυσιολογικός ορός πλούσιος σε υδρογόνο μειώνει το μέγεθος του εμφράγματος του μυοκαρδίου. Μια άλλη ομάδα διαπίστωσε ότι το αέριο υδρογόνο βελτιώνει την αποκατάσταση της λειτουργίας της αριστερής κοιλίας μετά από ανοξία-οξυγόνωση (που σημαίνει ότι η επαναιμάτωση συνήθως προκαλεί αυτό που ονομάζεται βλάβη επαναιμάτωσης). Το υδρογόνο μείωσε το μέγεθος του εμφράγματος χωρίς να μεταβάλει τις αιμοδυναμικές παραμέτρους. Το αέριο υδρογόνο εμπόδισε επίσης την αναδιαμόρφωση της αριστερής κοιλίας (τη διαδικασία μεταβολής του μεγέθους, του σχήματος και της λειτουργίας της κοιλίας) μετά από έμφραγμα του μυοκαρδίου.

Η υπαραχνοειδής αιμορραγία θεωρείται απειλητική για τη ζωή κατάσταση και μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο των εγκεφαλικών κυττάρων. Το υδρογόνο είναι σε θέση να τροποποιεί μονοπάτια που οδηγούν στο θάνατο, ιδίως μέσω της οδού Akt/GSK3β. Αυτό μειώνει την απόπτωση των νευρώνων στον εγκέφαλο και βελτιώνει την έκβαση μετά από υπαραχνοειδή αιμορραγία.

Και όχι μόνο αυτό, το υδρογόνο μπορεί επίσης να δράσει στους πνεύμονες και να μειώσει τον κυτταρικό θάνατο σε τραυματισμό των πνευμόνων. Προκαλεί αντι-αποπτωτικά γονίδια. Έτσι, η αντι-αποπτωτική πρωτεΐνη Bcl 2 ρυθμίζεται προς τα πάνω και οι πρωτεΐνες που προάγουν την απόπτωση, όπως η Bax, ρυθμίζονται προς τα κάτω.

Το υδρογόνο έχει αποδειχθεί ότι μειώνει την απόπτωση στο πάγκρεας σε οξεία παγκρεατίτιδα, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο ανάπτυξης σακχαρώδη διαβήτη.

Στην περίπτωση της διαβητικής αμφιβληστροειδοπάθειας, η απόπτωση του αμφιβληστροειδούς και οι βιοδείκτες αγγειακής διαπερατότητας μειώθηκαν από την εισπνοή αερίου υδρογόνου σε μοντέλο αρουραίου. Τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν μια πιθανή χρήση του υδρογόνου για τη θεραπεία αυτής της νόσου, η οποία συχνά οδηγεί σε τύφλωση.

Το υδρογόνο μπορεί να προσληφθεί με την εισπνοή του αερίου, την εισπνοή ενός διαλύματος αερολύματος πλούσιου σε υδρογόνο, την έγχυση ενός αλατούχου διαλύματος πλούσιου σε υδρογόνο, τη λήψη ενός λουτρού υδρογόνου και την κατανάλωση υδρογόνου διαλυμένου σε νερό. Για καθημερινή λήψη, η καταλληλότερη μέθοδος είναι η κατανάλωση νερού εμπλουτισμένου με υδρογόνο ή η εισπνοή αερίου υδρογόνου που παράγεται από ηλεκτρολύτη.

Αν και το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο σύμπαν, δεν έχει χρησιμοποιηθεί ακόμη στο θεραπευτικό περιβάλλον για τη θεραπεία ασθενειών. Ωστόσο, τα πρόσφατα ευρήματα σχετικά με αυτό το καταπληκτικό αέριο το έχουν αλλάξει αυτό. Εκατοντάδες μελέτες για το υδρογόνο, μέχρι στιγμής κυρίως σε ζωικά μοντέλα, δείχνουν ότι είναι αποτελεσματικό και στον άνθρωπο για πολλές ασθένειες. Είναι ασφαλές να υποθέσουμε ότι θα δούμε υδρογόνο σε κλινικές στο εγγύς μέλλον. Λόγω των αντι-αποπτωτικών και αντιοξειδωτικών επιδράσεών του, θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί ως παράγοντας κατά της γήρανσης.

Πηγές

Ohta, S., Μοριακό υδρογόνο ως νέο αντιοξειδωτικό: επισκόπηση των πλεονεκτημάτων του υδρογόνου για ιατρικές εφαρμογές. Methods Enzymol, 2015. 555: p. 289-317.
Shen, M.H., et al, Hydrogen as a novel and effective treatment for acute carbon monoxide poisoning. Medical Hypotheses, 2010. 75(2): σ. 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): p. 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): p. 279-86.
Liu, X., et al, The protective of hydrogen on stress-induced gastric ulceration. Int Immunopharmacol, 2012. 13(2): p. 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): p. 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): p. 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: σελ. 121-124.
Oharazawa, H., et al, Protection of the Retina by Rapid Diffusion of Hydrogen: Χορήγηση οφθαλμικών σταγόνων με υδρογόνο σε τραυματισμό από ισχαιμία-επαναιμάτωση του αμφιβληστροειδούς. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 2010. 51(1): p. 487-492.
Qu, J., et al, Inhalation of hydrogen gas attenuates ouabain-induated auditory neuropathy in gerbils. Acta Pharmacologica Sinica, 2012. 33(4): p. 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.

Die mit einem * markierten Felder sind Pflichtfelder.