Molekulárny vodík je najmenšia molekula, ktorú môžeme nájsť v prírode. Jeho účinnosť bola objavená len pred desiatimi rokmi vďaka vedeckému výskumu.

Vodík má množstvo výhod, a to vďaka svojim antioxidačným, protizápalovým, anti-apoptotickým, antialergickým a cytoprotektívnym vlastnostiam. Pravdepodobne by ste sa čudovali, ako môže mať táto malá molekula všetky tieto vlastnosti. Vedci každým dňom objavujú nové možnosti využitia vodíka. Každý deň sa objavujú nové výsledky výskumu a môžete nájsť stovky štúdií, ktoré boli vykonané v súvislosti s liečbou vodíkom, väčšinou na zvieratách, ale čoraz častejšie aj na ľuďoch.

V tomto článku budeme hovoriť o cytoprotektívnom účinku vodíka.

Bunka je najmenším stavebným prvkom živého organizmu. Ak bunky nefungujú správne, môže dôjsť k vážnym ochoreniam. Bunky môžu byť poškodené z rôznych dôvodov vrátane úrazu, oxidačného stresu, chemických látok, popálenín, mikroorganizmov, žiarenia a iných.

Čo je to cytoprotektíva?

Cytoprotekcia je proces, ktorým sa bunky chránia pred škodlivými látkami alebo podnetmi. Tento proces bol opísaný predovšetkým v žalúdočnej sliznici. Vzniku žalúdočných vredov možno predchádzať používaním cytoprotektívnych látok pre žalúdok, ako je napríklad prostaglandín. Podobne môže vodík pôsobiť ako látka, ktorá chráni bunky pred škodlivými podnetmi.

Ako vodík pôsobí ako cytoprotektívny prostriedok?

Vodík na rozdiel od väčšiny iných látok môže pôsobiť na bunkovej úrovni, a preto sa považuje za jedinečný. Dokáže dokonca prekonať hematoencefalickú bariéru, ktorá oddeľuje mozog od krvného obehu. Môže dokonca vstúpiť do subcelulárnych organizmov, ako sú mitochondrie. Keď sa vodík dostane na tieto ideálne miesta, môže uplatniť svoje antioxidačné, cytoprotektívne a anti-apoptotické vlastnosti.

Predpokladá sa, že vodík môže indukovať signalizačné mechanizmy, ktoré vedú k tvorbe cytoprotektívnych faktorov. Podľa Itoh et al. 2011 vodík pôsobí ako modulátor signálu a ovplyvňuje prenos signálu. Navrhli, že vodík môže inhibovať produkciu oxidu dusnatého vyvolanú LPS/IFNγ v makrofágoch, čo následne vedie k zníženiu zápalových reakcií, ktoré v konečnom dôsledku chránia bunky. Hoci úplný mechanizmus ešte nie je jasný, existujú ďalšie výskumy, ktoré naznačujú možné mechanizmy. Podľa inej štúdie vodík zvyšuje hladiny antioxidačných enzýmov, ako je superoxiddismutáza a kataláza, čím zabezpečuje cytoprotektívny účinok.

Ďalším navrhovaným mechanizmom vodíka ako cytoprotektívnej látky je zabránenie pôsobeniu kaspázy, ktorá sa podieľa na bunkovej smrti, ako sa uvádza v článku o anti-apoptotických vlastnostiach vodíka.

Predpokladá sa tiež, že molekulárny vodík sa viaže na ióny kovov a ovplyvňuje prenos signálu interakciou s metaloproteínmi.

Aké sú prípady cytoprotektívneho účinku vodíka?

Keďže vodík nie je pre organizmus toxický ani vo vyšších koncentráciách, možno jeho používanie považovať za celkom bezpečné. Keďže vodík môže rýchlo difundovať cez membrány a pôsobí s dodatočnou výhodou uskutočniteľnosti a relatívne nízkych nákladov, môže sa používať pri liečbe rôznych ochorení.

Cytoprotektívny účinok molekulárneho vodíka prvýkrát publikovali Ohsawa a kol. v roku 2007. Tento výskum bol prvý svojho druhu. Skúmali antioxidačný účinok na modeli potkana, pri ktorom bolo poškodenie spôsobené oxidačným stresom v mozgu fokálnou ischémiou a reperfúziou, a na kultivovaných bunkách pomocou troch nezávislých metód. Po cievnej mozgovej príhode, keď sa odstráni uzáver cievy (reperfúzia), môžu byť bunky poškodené náhlym uvoľnením oxidačných látok, ide o tzv. reperfúzne poškodenie. Tu sa ukázalo, že vodík má potenciál ako antioxidant na preventívne a terapeutické použitie. Tento výskum otvoril cestu mnohým ďalším výskumom, ktoré skúmajú stratégie využitia vodíka na prevenciu poškodenia buniek po ischémii.

Molekulárny vodík bol tiež schopný chrániť pečeňové bunky pred poškodením spôsobeným obštrukčnou žltačkou. Na modeli potkanov bola vyvolaná obštrukčná žltačka. Po 10 dňoch sa mikroskopicky vyhodnotilo poškodenie pečene a sledovali sa hladiny pečeňových enzýmov (ASAT a ALAT) a hladiny zápalových mediátorov (IL-1, IL-6, TNFa a iné). Fyziologický roztok bohatý na vodík znížil hladiny týchto markerov a zmiernil morfologické poškodenie pečene. Okrem toho výrazne zvýšil aktivity antioxidačných enzýmov. Inhibuje zápal, oxidačný stres a tiež moduluje tzv. dráhu ERK1/2, čím chráni bunky pred poškodením.

Pri transplantácii pečene je poškodenie ischémiou a reperfúziou rozhodujúce pre prežitie štepu. To má za následok tvorbu cytotoxických voľných kyslíkových radikálov. Ich účinok možno neutralizovať antioxidačnými vlastnosťami vodíka. Chráni bunky pred reperfúznym poškodením. Zistilo sa to v štúdii s ošípanými.

Ulcerózna kolitída je ochorenie, pri ktorom sa v dôsledku genetickej predispozície vytvárajú vredy v črevnej sliznici. Je spojená so zvýšenou produkciou reaktívnych foriem kyslíka a zmenenou angiogenézou. Podávanie vodíka intraperitoneálnou injekciou raz za 2 dni počas 2 týždňov na modeli potkanov dokázalo znížiť počet vredov tým, že zabránilo poškodeniu slizničných buniek prostredníctvom jeho cytoprotektívnych účinkov. Liečba fyziologickým roztokom obsahujúcim vodík tiež znížila príznaky, ako je úbytok hmotnosti a hnačka.

Podľa viacerých štúdií inhalácia vodíka chránila aj nervové bunky. Keďže vodík ľahko prechádza cez hematoencefalickú bariéru, môže sa dostať k neurónom a zlepšiť neurologické výsledky pri ochorení. Pitie vody bohatej na vodík dokázalo potlačiť oxidačný stres dopinergných neurónov pri Parkinsonovej chorobe na myšom modeli. Ukázalo sa tiež, že vodík zabraňuje kognitívnym poruchám.

Nedávno sa začala pilotná klinická štúdia s cieľom preskúmať účinky vodíkovej vody na progresiu Parkinsonovej choroby u japonských pacientov. Išlo o randomizovanú, placebom kontrolovanú, dvojito zaslepenú štúdiu s paralelnými skupinami. Účastníci pili jeden liter vodíkovej vody denne alebo placebo počas 48 týždňov. Skúmanie skóre Unified Parkinson's Disease Rating Scale ukázalo, že ochorenie sa zhoršilo v skupine bez užívania vodíkovej vody, zatiaľ čo v skupine s vodíkovou vodou sa skóre zlepšilo. Hoci počet oboch skupín bol malý a trvanie štúdie krátke, rozdiel medzi skupinou s vodíkovou vodou a skupinou s placebom bol významný (p < 0,05).

Keď sa po zastavení srdca na začiatku hyperoxickej kardiopulmonálnej resuscitácie podával fyziologický roztok bohatý na vodík, významne zlepšil výsledky mozgu a srdca na modeli potkanov tým, že chránil bunky pred ďalším poškodením.

Niektorí pacienti musia byť kvôli kóme a poškodeniu dlhodobo umelo ventilovaní. U týchto ľudí môže dôjsť k poškodeniu pľúc nazývanému akútne ventilátorom indukované poškodenie pľúc. Podávanie plynného vodíka na myšom modeli znížilo výskyt tohto poškodenia prostredníctvom modulácie signálnej dráhy nukleárneho faktora-kappa B (NFκB). Skorá aktivácia tejto dráhy počas liečby vodíkom súvisela so zvýšenou hladinou anti-apoptotických proteínov. Inhalácia vodíka zvýšila napätie kyslíka, znížila pľúcny edém a znížila expresiu prozápalových mediátorov. Preukázal sa cytoprotektívny účinok vodíka proti apoptotickým a zápalovým signálnym dráham.

Vodík ako plyn v koncentrácii 3 % tiež predĺžil životnosť in vitro replikácie stromálnych buniek kostnej drene a mezenchýmových kmeňových buniek. To je dôležité, pretože kmeňové bunky sa používajú v regeneratívnej medicíne na liečbu mnohých ochorení. Cytoprotektívny účinok vodíka sa pôvodne pripisoval antioxidačnému účinku. Zistilo sa však, že 3-percentná koncentrácia, ktorú použili, neredukuje hydroxylové radikály, hoci je účinná pri ochrane buniek. Preto predpokladali, že na ochranu buniek musí pôsobiť ďalší mechanizmus.

Vzhľadom na tieto úžasné účinky vodíka sa využíva ako nový terapeutický prostriedok v kardiovaskulárnej, metabolickej, respiračnej, neurologickej a onkologickej liečbe. V budúcnosti by sa v urgentnej medicíne mohol súčasne podávať nielen kyslík, ale aj vodík (Brownov plyn).

Literatúra
Liu, Q., et al, Hydrogen-rich saline protects against liver injury in rats with obstructive jaundice (Fyziologický roztok bohatý na vodík chráni pred poškodením pečene u potkanov s obštrukčnou žltačkou). Liver International, 2010. 30(7): s. 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): s. 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, Drinking hydrogen water and intermittent hydrogen gas exposure, but not lactulose or continuous hydrogen gas exposure, prevent 6-hydorxydopamine-induced Parkinson's disease in rats. Med Gas Res, 2012. 2(1): s. 15.