Hidrogenul molecular este cea mai mică moleculă pe care o putem găsi în natură. Eficacitatea sa a fost descoperită abia acum un deceniu prin cercetare științifică.
Hidrogenul are numeroase beneficii și acest lucru se datorează proprietăților sale antioxidante, antiinflamatorii, antiapoptotice, antialergice și citoprotectoare. Probabil că v-ați întreba cum de această mică moleculă are toate aceste proprietăți. Oamenii de știință continuă să descopere pe zi ce trece noi utilizări pentru hidrogen. În fiecare zi apar noi rezultate ale cercetărilor și puteți găsi sute de studii care au fost realizate cu privire la tratamentul cu hidrogen, mai ales pe animale, dar din ce în ce mai mult pe oameni.
În acest articol vom vorbi despre efectul citoprotector al hidrogenului.
Celula este cel mai mic element constitutiv al unui organism viu. În cazul în care celulele funcționează defectuos, pot apărea boli grave. Celulele pot fi deteriorate dintr-o varietate de motive, inclusiv traumatisme, stres oxidativ, substanțe chimice, arsuri, microorganisme, radiații și altele.
Ce este citoprotecția?
Citoprotecția este un proces prin care celulele sunt protejate de substanțe sau stimuli dăunători. Acest proces a fost descris în principal în mucoasa gastrică. Formarea ulcerelor gastrice poate fi prevenită prin utilizarea unui agent citoprotector pentru stomac, cum ar fi prostaglandina. În mod similar, hidrogenul poate acționa ca un agent care protejează celulele de stimulii nocivi.
Cum acționează hidrogenul ca agent citoprotector?
Hidrogenul, spre deosebire de majoritatea celorlalte substanțe, poate acționa la nivel celular și, prin urmare, este considerat unic. Acesta poate traversa chiar și bariera hemato-encefalică care separă creierul de fluxul sanguin. Poate pătrunde chiar și în organismele subcelulare, cum ar fi mitocondriile. Odată ce hidrogenul ajunge în aceste locații ideale, își poate exercita proprietățile antioxidante, citoprotectoare și antiapoptotice.
S-a sugerat că hidrogenul poate induce mecanisme de semnalizare care duc la formarea de factori citoprotectori. Potrivit lui Itoh et al. 2011, hidrogenul acționează ca un modulator de semnal și influențează transducția semnalului. Aceștia au propus că hidrogenul poate inhiba producția de oxid nitric indusă de LPS/IFNγ în macrofage, ceea ce, la rândul său, duce la reducerea răspunsurilor inflamatorii care, în cele din urmă, protejează celulele. Deși mecanismul complet nu este încă clar, există și alte cercetări care sugerează posibile mecanisme. Potrivit unui alt studiu, hidrogenul crește nivelul enzimelor antioxidante, cum ar fi superoxid dismutaza și catalază, asigurând astfel efectul citoprotector.
Un alt mecanism propus pentru hidrogen ca substanță citoprotectoare este prevenirea acțiunii caspazei, care este implicată în moartea celulară, așa cum este descris în articolul despre proprietățile anti-apoptotice ale hidrogenului.
De asemenea, se propune ca hidrogenul molecular să se lege de ionii metalici și să afecteze transducția semnalului prin interacțiunea cu metalo-proteinele.
Care sunt cazurile de efect citoprotector al hidrogenului?
Deoarece hidrogenul nu este toxic pentru organism, chiar și în concentrații mai mari, poate fi considerat destul de sigur pentru utilizare. Deoarece hidrogenul poate difuza rapid prin membrane și își exercită efectele cu avantajul suplimentar al fezabilității și al costului relativ scăzut, acesta poate fi utilizat în diferite tratamente ale bolilor.
Efectul citoprotector al hidrogenului molecular a fost publicat pentru prima dată de Ohsawa et al. în 2007. Această cercetare a fost prima de acest gen. Aceștia au investigat efectul antioxidant într-un model de șobolan în care leziunile provocate de stresul oxidativ au fost induse în creier prin ischemie focală și reperfuzie, precum și în celulele cultivate, folosind trei metode independente. După un accident vascular cerebral, atunci când ocluzia vasului este înlăturată (reperfuzie), celulele pot fi deteriorate prin eliberarea bruscă de substanțe oxidative, aceasta fiind așa-numita leziune de reperfuzie. În acest caz, s-a demonstrat că hidrogenul are potențial ca antioxidant pentru aplicații preventive și terapeutice. Această cercetare a deschis calea pentru multe alte cercetări care explorează strategii de utilizare a hidrogenului pentru a preveni leziunile celulare după ischemie.
Hidrogenul molecular a fost, de asemenea, capabil să protejeze celulele hepatice de leziunile cauzate de icterul obstructiv. Pe un model de șobolan, a fost indusă icter obstructiv. După 10 zile, leziunile hepatice au fost evaluate la microscop și au fost monitorizate nivelurile enzimelor hepatice (ASAT și ALAT) și nivelurile de mediatori inflamatori (IL-1, IL-6, TNFa și altele). Soluția salină bogată în hidrogen a redus nivelurile acestor markeri și a atenuat leziunile morfologice ale ficatului. În plus, a crescut semnificativ activitățile enzimelor antioxidante. Aceasta inhibă inflamația, stresul oxidativ și, de asemenea, modulează așa-numita cale ERK1/2, protejând celulele de daune.
În transplantul de ficat, leziunile de ischemie și reperfuzie sunt esențiale pentru supraviețuirea grefei. Acest lucru duce la formarea de radicali liberi de oxigen citotoxici. Efectul acestora poate fi neutralizat de proprietățile antioxidante ale hidrogenului. Acesta protejează celulele de leziunile de reperfuzie. Acest lucru a fost constatat într-un studiu efectuat pe porci.
Colita ulcerativă este o boală în care se formează ulcere la nivelul mucoasei intestinale din cauza unei predispoziții genetice. Este asociată cu o producție crescută de specii reactive de oxigen și cu o angiogeneză alterată. Administrarea hidrogenului prin injecție intraperitoneală o dată la 2 zile, timp de 2 săptămâni, la un model de șobolan, a reușit să reducă ulcerele prin prevenirea deteriorării celulelor mucoasei prin efectele sale citoprotectoare. Tratamentul cu soluție salină care conține hidrogen a redus, de asemenea, simptome precum pierderea în greutate și diareea.
Inhalarea hidrogenului a protejat, de asemenea, celulele nervoase, potrivit mai multor studii. Deoarece hidrogenul poate traversa cu ușurință bariera hemato-encefalică, acesta poate ajunge la neuroni și poate îmbunătăți rezultatele neurologice în caz de boală. Consumul de apă bogată în hidrogen a fost capabil să suprime stresul oxidativ pentru neuronii dopinergici în boala Parkinson într-un model de șoarece. De asemenea, s-a demonstrat că hidrogenul previne deteriorarea cognitivă.
Recent, a fost inițiat un studiu clinic pilot pentru a investiga efectele apei cu hidrogen asupra progresiei bolii Parkinson la pacienții japonezi. Studiul a fost un studiu randomizat, controlat cu placebo, dublu-orb, cu grupuri paralele. Participanții au băut un litru pe zi de apă hidratată sau placebo timp de 48 de săptămâni. Examinarea scorurilor Scalei Unificate de Evaluare a Bolii Parkinson a arătat că boala s-a agravat în grupul care nu a folosit apă hidrogenată, în timp ce scorurile s-au îmbunătățit în grupul care a folosit apă hidrogenată. Deși numărul celor două grupuri a fost mic și durata studiului a fost scurtă, diferența dintre grupul cu apă cu hidrogen și grupul cu placebo a fost semnificativă (p < 0,05).
Atunci când a fost administrată o soluție salină bogată în hidrogen după un stop cardiac, la începutul resuscitării cardiopulmonare hiperoxice, aceasta a îmbunătățit semnificativ rezultatele la nivelul creierului și al inimii într-un model de șobolan, protejând celulele de daune suplimentare.
Unii pacienți trebuie să fie ventilați artificial pentru o perioadă lungă de timp din cauza comei și a leziunilor. Aceste persoane pot dezvolta leziuni pulmonare numite leziuni pulmonare acute induse de ventilație. Administrarea de hidrogen gazos într-un model de șoarece a redus incidența acestei leziuni prin modularea căii de semnalizare a factorului nuclear-kappa B (NFκB). Activarea timpurie a acestei căi în timpul tratamentului cu hidrogen a fost corelată cu creșterea nivelului de proteine anti-apoptotice. Inhalarea hidrogenului a crescut tensiunea de oxigen, a diminuat edemul pulmonar și a redus expresia mediatorilor proinflamatori. A fost demonstrat efectul citoprotector al hidrogenului împotriva căilor de semnalizare apoptotică și inflamatorie.
De asemenea, hidrogenul sub formă de gaz la o concentrație de 3% a prelungit durata de viață de replicare in vitro a celulelor stromale din măduva osoasă și a celulelor stem mezenchimale. Acest lucru este important, deoarece celulele stem sunt utilizate în medicina regenerativă pentru a trata numeroase boli. Efectul citoprotector al hidrogenului a fost inițial atribuit unui efect antioxidant. Cu toate acestea, s-a constatat că concentrația de 3% pe care au folosit-o nu a redus radicalii hidroxil, deși a fost eficientă în protejarea celulelor. Prin urmare, au sugerat că trebuie să existe un mecanism suplimentar care să protejeze celulele.
Datorită acestor efecte uimitoare ale hidrogenului, acesta este utilizat ca agent terapeutic nou în tratamentul cardiovascular, metabolic, respirator, neurologic și al cancerului. În viitor, nu doar oxigenul, ci și hidrogenul (gazul lui Brown) ar urma să fie administrat simultan în medicina de urgență.
Referințe
Liu, Q., et al., Hydrogen-rich saline protects against liver injury in rats with obstructive jaundice. Liver International, 2010. 30(7): p. 958-968.
Matsuno, N., et al, Beneficial effects of hydrogen gas on porcine liver reperfusion injury with use of total vascular exclusion and active venous bypass. Transplant Proc, 2014. 46(4): p. 1104-6.
He, J., et al. (Engl.), Protective effects of hydrogen-rich saline on ulcerative colitis rat model. Journal of Surgical Research, 2013(0).
Hayashida, K., et al., Hydrogen Inhalation During Normoxic Resuscitation Improves Neurological Outcome in a Rat Model of Cardiac Arrest, Independent of Targeted Temperature Management. Circulation, 2014
Cui, Y., et al, Hydrogen-rich saline attenuates neuronal ischemia-reperfusion injury by protecting mitochondrial function in rats. J Surg Res, 2014.
Ito, M., et al, Consumul de apă cu hidrogen și expunerea intermitentă la hidrogen gazos, dar nu și lactuloza sau expunerea continuă la hidrogen gazos, previn boala Parkinson indusă de 6-hidroxidopamină la șobolani. Med Gas Res, 2012. 2(1): p. 15.