Molekularni vodik je najmanjša molekula, ki jo najdemo v naravi. Njegova učinkovitost je bila z znanstvenimi raziskavami odkrita šele pred približno desetletjem.
Vodik ima številne koristi, in sicer zaradi svojih antioksidativnih, protivnetnih, anti-apoptotičnih, anti-alergijskih in citoprotektivnih lastnosti. Verjetno se sprašujete, kako ima ta majhna molekula vse te lastnosti. Znanstveniki iz dneva v dan odkrivajo nove možnosti uporabe vodika. Vsak dan so na voljo novi rezultati raziskav in najdete lahko na stotine študij, ki so bile opravljene na področju zdravljenja z vodikom, večinoma na živalih, vse pogosteje pa tudi na ljudeh.
V tem članku bomo govorili o citoprotektivnem učinku vodika.
Celica je najmanjši gradnik živega organizma. Če celice delujejo nepravilno, lahko pride do resnih bolezni. Celice se lahko poškodujejo iz različnih razlogov, med drugim zaradi poškodb, oksidativnega stresa, kemikalij, opeklin, mikroorganizmov, sevanja in drugih.
Kaj je citoprotekcija?
Citoprotekcija je proces, s katerim se celice zaščitijo pred škodljivimi snovmi ali dražljaji. Ta proces je bil opisan predvsem v želodčni sluznici. Nastanek želodčnih razjed lahko preprečimo z uporabo citoprotektivnega sredstva za želodec, kot je prostaglandin. Podobno lahko vodik deluje kot sredstvo, ki ščiti celice pred škodljivimi dražljaji.
Kako vodik deluje kot citoprotektivno sredstvo?
Vodik lahko za razliko od večine drugih snovi deluje na celični ravni, zato velja za edinstvenega. Lahko celo prečka krvno-možgansko pregrado, ki ločuje možgane od krvnega obtoka. Vstopi lahko celo v podcelične organizme, kot so mitohondriji. Ko vodik doseže te idealne lokacije, lahko deluje antioksidativno, citoprotektivno in anti-apoptotično.
Domnevajo, da lahko vodik sproži signalne mehanizme, ki vodijo do nastanka citoprotektivnih dejavnikov. Po podatkih Itoh et al. 2011 vodik deluje kot modulator signalov in vpliva na prenos signalov. Predlagali so, da lahko vodik zavira tvorbo dušikovega oksida, ki jo povzroča LPS/IFNγ, v makrofagih, kar posledično vodi do zmanjšanih vnetnih odzivov, ki na koncu zaščitijo celice. Čeprav celoten mehanizem še ni jasen, obstajajo tudi druge raziskave, ki nakazujejo možne mehanizme. Glede na drugo študijo vodik poveča raven antioksidativnih encimov, kot sta superoksid dismutaza in katalaza, s čimer zagotovi citoprotektivni učinek.
Drug predlagan mehanizem za vodik kot citoprotektivno snov je preprečevanje delovanja kaspaze, ki sodeluje pri celični smrti, kot je opisano v članku o anti-apoptotičnih lastnostih vodika.
Predlagano je tudi, da se molekularni vodik veže na kovinske ione in z interakcijo z metaloproteini vpliva na prenos signala.
Kateri so primeri citoprotektivnega učinka vodika?
Ker vodik tudi v višjih koncentracijah ni strupen za telo, ga lahko štejemo za povsem varnega za uporabo. Ker lahko vodik hitro difundira skozi membrane in izvaja svoje učinke z dodatno prednostjo izvedljivosti in relativno nizkih stroškov, se lahko uporablja pri zdravljenju različnih bolezni.
Citoprotektivni učinek molekularnega vodika so leta 2007 prvič objavili Ohsawa in sod. Ta raziskava je bila prva te vrste. Raziskovali so antioksidativni učinek na modelu podgane, pri katerem so z žariščno ishemijo in reperfuzijo v možganih povzročili poškodbe zaradi oksidativnega stresa, ter na gojenih celicah s tremi neodvisnimi metodami. Po možganski kapi, ko se odstrani zapora žile (reperfuzija), se lahko celice poškodujejo zaradi nenadnega sproščanja oksidativnih snovi, to je tako imenovana reperfuzijska poškodba. Pri tem se je izkazalo, da ima vodik potencial antioksidanta za preventivno in terapevtsko uporabo. Ta raziskava je utrla pot številnim drugim raziskavam, ki preučujejo strategije uporabe vodika za preprečevanje poškodb celic po ishemiji.
Molekularni vodik je lahko tudi zaščitil jetrne celice pred poškodbami zaradi obstruktivne zlatenice. Na modelu podgane so povzročili obstruktivno zlatenico. Po 10 dneh so mikroskopsko ocenili poškodbe jeter in spremljali ravni jetrnih encimov (ASAT in ALAT) ter vnetnih mediatorjev (IL-1, IL-6, TNFa in drugih). Z vodikom bogata fiziološka raztopina je znižala ravni teh označevalcev in ublažila morfološke poškodbe jeter. Poleg tega je znatno povečala aktivnost antioksidativnih encimov. Zavira vnetje, oksidativni stres in modulira tudi tako imenovano pot ERK1/2 ter tako ščiti celice pred poškodbami.
Pri presaditvi jeter sta ishemija in reperfuzijska poškodba ključnega pomena za preživetje presadka. Pri tem nastajajo citotoksični kisikovi prosti radikali. Njihov učinek lahko nevtralizirajo antioksidativne lastnosti vodika. Ščiti celice pred reperfuzijskimi poškodbami. To je bilo ugotovljeno v študiji s prašiči.
Ulcerozni kolitis je bolezen, pri kateri zaradi genetske predispozicije na črevesni sluznici nastanejo razjede. Povezana je s povečano proizvodnjo reaktivnih kisikovih zvrsti in spremenjeno angiogenezo. Dajanje vodika z intraperitonealno injekcijo enkrat na dva dni za dva tedna na modelu podgane je lahko zmanjšalo število razjed, saj je s citoprotektivnimi učinki preprečilo poškodbe celic sluznice. Zdravljenje s fiziološko raztopino, ki je vsebovala vodik, je zmanjšalo tudi simptome, kot sta izguba telesne teže in driska.
Po več študijah je vdihavanje vodika zaščitilo tudi živčne celice. Ker vodik zlahka prehaja krvno-možgansko pregrado, lahko doseže nevrone in izboljša nevrološke izide pri bolezni. Pitje vode, bogate z vodikom, je lahko na mišjem modelu zatrlo oksidativni stres dopinergičnih nevronov pri Parkinsonovi bolezni. Dokazano je bilo tudi, da vodik preprečuje kognitivne motnje.
Pred kratkim se je začelo pilotno klinično preskušanje, da bi raziskali učinke vodikove vode na napredovanje Parkinsonove bolezni pri japonskih bolnikih. Študija je bila randomizirano, s placebom nadzorovano, dvojno slepo preskušanje z vzporednimi skupinami. Udeleženci so 48 tednov pili en liter vodikove vode na dan ali placebo. Preizkus ocen po enotni lestvici za ocenjevanje Parkinsonove bolezni je pokazal, da se je bolezen poslabšala v skupini brez uporabe vodikove vode, medtem ko so se ocene izboljšale v skupini z vodikovo vodo. Čeprav je bilo število obeh skupin majhno in je študija trajala kratek čas, je bila razlika med skupino z vodikovo vodo in skupino s placebom pomembna (p < 0,05).
Ko so po srčnem zastoju na začetku hiperoksičnega kardiopulmonalnega oživljanja dali fiziološko raztopino, bogato z vodikom, je ta z zaščito celic pred nadaljnjimi poškodbami bistveno izboljšala izid delovanja možganov in srca pri modelu podgane.
Nekatere bolnike je treba zaradi kome in poškodb dalj časa umetno ventilirati. Pri teh ljudeh se lahko razvijejo poškodbe pljuč, imenovane akutna poškodba pljuč, ki jo povzroči ventilator. Uporaba plinastega vodika na mišjem modelu je zmanjšala pojavnost te poškodbe z modulacijo signalne poti jedrskega faktorja-kappa B (NFκB). Zgodnja aktivacija te poti med zdravljenjem z vodikom je bila povezana s povečano ravnjo anti-apoptotičnih proteinov. Vdihavanje vodika je povečalo kisikovo napetost, zmanjšalo pljučni edem in zmanjšalo izražanje proinflamatornih mediatorjev. Dokazan je bil citoprotektivni učinek vodika na apoptotične in vnetne signalne poti.
Vodik kot plin v 3-odstotni koncentraciji je tudi podaljšal življenjsko dobo in vitro razmnoževanja stromalnih celic kostnega mozga in mezenhimskih matičnih celic. To je pomembno, ker se matične celice uporabljajo v regenerativni medicini za zdravljenje številnih bolezni. Citoprotektivni učinek vodika so sprva pripisovali antioksidativnemu učinku. Vendar so ugotovili, da 3-odstotna koncentracija, ki so jo uporabili, ne zmanjšuje hidroksilnih radikalov, čeprav je bila učinkovita pri zaščiti celic. Zato so domnevali, da mora za zaščito celic delovati dodaten mehanizem.
Zaradi teh neverjetnih učinkov vodika ga uporabljajo kot novo terapevtsko sredstvo pri zdravljenju srca in ožilja, presnove, dihal, nevrologije in raka. V prihodnosti naj bi v urgentni medicini poleg kisika hkrati dajali tudi vodik (Brownov plin).
Literatura:
Liu, Q., et al, Hydrogen-rich saline protects against liver injury in rats with obstructive jaundice. Liver International, 2010. 30(7): str. 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): str. 1104-6.
He, J., et al. (angl.), 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): str. 15.