Газообразный водород (H 2 ) превозносили за его использование в « зеленой энергетике » в качестве альтернативного топлива, но биомедицинские исследования, проведенные за последнее десятилетие, показывают, что он также имеет терапевтические биологические преимущества.

Например, предварительные более 1000 доклинических и клинических исследований показали, что водород обладает антиоксидантным, противовоспалительным, противоаллергическим, антиожирительным и антивозрастным действием [1, 2]. Это довольно удивительно с точки зрения биохимии, поскольку газообразный водород, естественный побочный продукт ферментации кишечной микробиотой, долгое время считался «биологически инертным» [3].
Что такое молекулярный водород?
Молекулярный водород — это просто два атома водорода, связанные вместе, образуя газообразный водород. Он имеет химическую структуру HH с простой химической формулой «H 2 ». Хотя в природе атомы водорода часто связаны с другими атомами, такими как кислород, с образованием воды (H 2 O) или с углеродом с образованием метана (CH 4 ), для терапевтического эффекта нам особенно нужна молекула H 2 ( газ Н2 ). Кроме того, чтобы избежать путаницы, также важно различать pH и H 2 ; они совершенно разные. Термин pH относится к концентрации положительно заряженных ионов водорода ( H+ ) в растворе, который полностью отличается от газообразного H 2 . Действительно, молекулярный водород не влияет на pH и не имеет отношения к щелочной воде. Кроме того, когда газообразный H 2 растворяется в воде, он не изменяет химический состав/свойства воды (например, не образует H4O), а представляет собой просто газообразный H 2 , который растворяется в воде.
Как мы управляем молекулярным водородом?
В клинических исследованиях мы обычно вводим молекулярный водород через ингаляцию, питье воды, содержащей растворенный газ H 2 (то есть водородную воду), купание в водородной воде, внутривенное введение водородного солевого раствора и даже гипербарические водородные камеры [4].
Каковы некоторые из ключевых преимуществ молекулярного водорода?
В настоящее время было продемонстрировано, что водород оказывает терапевтическое воздействие на более чем 170 различных моделей заболеваний человека и животных и практически на каждый орган человеческого тела [5]. Основная причина этого заключается в том, что H 2 помогает ослабить чрезмерный окислительный стресс и воспаление, которые лежат в основе практически всех заболеваний и патологий [1, 2].
Каким образом газообразный водород оказывает антиоксидантное, противовоспалительное и омолаживающее действие?
Молекулярный водород был впервые описан в Nature Medicine [6].для защиты головного мозга во время ишемии/реперфузии и для селективного снижения цитотоксических кислородных радикалов [6]. Многие исследования на животных и клинические исследования впоследствии продемонстрировали, что газообразный водород, вводимый посредством ингаляций или питья водородной воды, может ослаблять маркеры окислительного стресса и улучшать антиоксидантный статус. Например, в небольпотенциальнымисследовании 20 пациентов с потенциальным метаболическим синдромом испытуемые принимали внутрь 1,5–2 л водородной воды (≈0,6 мМ) в день в течение 8 недель [7]. В среднем, помимо улучшения толерантности к холестерину и глюкозе, у пациентов наблюдалось снижение окислительного маркера TBARS (вещества, реагирующего с тиобарбитуровой кислотой) в моче на 43% и повышение активности антиоантного фермента супероксиддисмутазы на 39% [7]. Аналореимущества были также продемонстрированы у 16 ​​здоровых добровольцев в исследованияиУпотного исследованияиУпотре слепое плацебо-контролируемое иУпотребл[8]. Употребление водородной воды в течение 4 недель снизило окислительный маркер малоновогдиальдегида (МДА) на ≈2%, p<0,001, повысило уровни супероксиддисмутазы и главного антиоксиданта глутатиона на 25,9 % (p=0,003) и 10,1 % (p=0,007). соответственно [8].
Помимо демонстрации аналогичных антиоксидантных эффектов, другие исследования на животных и клинические исследования также сообщают об уменьшении воспаления [9]. Например, H 2 может уменьшать и модифицировать провоспалительные медиаторы/транскрипционные факторы (например, цитокины, С-реактивный белок, TNF-a, NF-kB, NFAT и т. д.) [10] [1, 2, 5, 9, 11].
Точный механизм (механизмы), с помощью которого H 2 ослабляет окислительный стресс, все еще исследуется. Однако с помощью микроРНК-интерференции, исследований с нокаутом генов и др. показано, что водород может активировать путь Nrf2 [5, 12], регулирующий транскрипцию более 200 цитопротекторных генов [13]. Активация пути Nrf2 регулирует ферменты фазы II, включая детоксикацию например , ABCG2, MRP3, MRP4, GST), антиоксидантную ( например , NQO1, NQO2, HO-1), антиапоптотическую ( например , Bcl-2) и метаболическую ( например , , G6PD, TKT, PPARγ) пути [14]. Это может помочь объяснить, почему H 2 также может оказывать антидиабетическое действие и эффект против ожирения [15, 16].
Преимущества аутофагии
Исследования на животных и клетках аналогичным образом демонстрируют благотворное влияние водорода на трансдукцию сигнала и экспрессию генов [5]. Также были исследованы преимущества аутофагии и митофагии (механизмы самоканнибализма для удаления поврежденных/дисфункциональных клеток и митохондрий). Водородная терапия у грызунов активировала пути аутофагии, увеличение числа аутофагосом, аутолизосом [17, 18] и митофагию, опосредованную сигнальным путем PINK1/Parkin [19]. Однако слишком сильная аутофагия также может быть патологической, как это было в случае исследования ишемического/реперфузионного повреждения миокарда у крыс [20]. Однако водород был способен оказывать защитное действие на этой модели заболевания, ослабляя стресс эндоплазматического ретикулума и подавляя чрезмерную аутофагию [20].
Неврологические и другие преимущества для здоровья
Некоторые захватывающие неврологические исследования водорода также показывают многообещающие результаты. Правительство Японии одобрило H 2ингаляции в качестве передового лекарства для лечения посткардиального синдрома остановки сердца, которое также будет иметь неврологические преимущества [21]. Небольшое рандомизированное контролируемое клиническое исследование 50 пациентов с инфарктом мозга [22] сравнило вдыхание водорода с одобренным медицинским препаратом эдаравоном. Согласно МРТ и шкале NIHSS для клинической количественной оценки тяжести инсульта, эти предварительные результаты свидетельствуют о том, что водородная терапия была более эффективной, чем одобренное лекарственное средство [22]. Простое употребление водородной воды также показало хороший эффект в рандомизированных плацебо-контролируемых исследованиях длительностью ≈1 год при болезни Паркинсона [23] и легких когнитивных нарушениях (n = 73) (особенно при генотипе АРОЕ4) [24]. В небольшом двойном слепом плацебо-контролируемом перекрестном исследовании также сообщалось о неврологических преимуществах у здоровых добровольцев. Употребление водородной воды (600 мл/день) в течение 4 недель приводило к снижению активации симпатического нерва в состоянии покоя и улучшению настроения и беспокойства [25]. Это хорошо коррелирует с ранним исследованием на животных, которое мы провели, где водородная терапия была эффективна для повышения устойчивости к острому и хроническому стрессу за счет регулирования оси гипоталамус-гипофиз-надпочечники и воспалительных реакций на стресс [26]. Впоследствии мы представили доказательства в исследовании, опубликованном вFrontier's Journal of Behavioral Neuroscience , что пероральный прием водородной воды может обратить вспять аутоподобное поведение (например, нарушение социального поведения, ухудшение памяти, воспаление TNF-α и IL-6 и т. д.), вызванное воздействием токсина VPA на мать у мышей. [27].
Однако исследования водорода все еще находятся в зачаточном состоянии, и терапия H 2 не является панацеей от всех болезней. Например, хотя во многих исследованиях было обнаружено, что водород благотворно влияет на мозг в моделях реперфузионной ишемии [28-31], одно исследование показало, что ингаляция Н 2 была неэффективной в модели неонатального ишемически-реперфузионного повреждения у крыс от умеренной до тяжелой степени [28–31]. 32]. Тем не менее, предварительные данные исследований на животных и клинических исследований продолжают свидетельствовать о том, что водород может иметь важное значение в современной медицине, поскольку он безопасен, прост в применении и имеет непосредственное клиническое применение [1, 2].
Как врачи и пациенты могут получить доступ к молекулярному водороду?
Растет число водородных продуктов, которые широко доступны на рынке. Некоторые продукты включают в себя устройства для ингаляций водорода, готовые к употреблению водородные напитки, машины для производства водорода, таблетки для производства водорода и т. д. Научный институт молекулярного водорода не продает, не рекомендует и не поддерживает водородные продукты или компании. Если потребители хотят попробовать H2, несмотря на ограниченные научные данные, мы рекомендуем потребителям убедиться, что продукты действительно содержат/вырабатывают газообразный водород и имеют стабильные характеристики, поскольку многие продукты не достигают уровней, которые мы используем в исследованиях, или не соответствуют заявленным требованиям. фирмами, их продающими.
использованная литература
Чжан Ю. и др., Водородная терапия при сердечно-сосудистых и метаболических заболеваниях: от скамейки к постели. Cell Physiol Biochem, 2018. 47 (1): с. 1-10.
Сано М. и др. Перспективная новая терапия газообразным водородом для неотложной помощи и интенсивной терапии. Острая медицинская хирургия, 2018. 5 (2): с. 113-118.
Ли, Х. М. и др., Перенос водорода из инертного газа в терапевтический газ. Мед Газ Рес, 2017. 7 (4): с. 265-272.
Охта С. Молекулярный водород как профилактический и лечебный медицинский газ: зарождение, развитие и потенциал водородной медицины. Фармакол Тер, 2014.
Ичихара, М., и др., Благоприятные биологические эффекты и основные механизмы молекулярного водорода - всесторонний обзор 321 оригинальной статьи. Мед Газ Рес, 2015. 5 : с. 12.
Осава И. и др. Водород действует как терапевтический антиоксидант, избирательно восстанавливая цитотоксические кислородные радикалы. Нацмед, 2007. 13 (6): с. 688-694.
Накао, А. и др., Эффективность богатой водородом воды на антиоксидантный статус субъектов с потенциальным метаболическим синдромом — открытое пилотное исследование. Журнал клинической биохимии и питания, 2010. 46 (2): с. 140-149.
Trivic, T., et al., Питье богатой водородом воды в течение 4 недель положительно влияет на антиоксидантные ферменты сыворотки у здоровых мужчин: пилотное исследование. Актуальные темы нутрицевтических исследований, 2017. 15 (1): с. 45-48.
Ишибаши Т. и др., Потребление воды с высокой концентрацией молекулярного водорода снижает окислительный стресс и активность заболевания у пациентов с ревматоидным артритом: открытое экспериментальное исследование. Медицинские газмедисследования, 2012. 2 (1): с. 27.
Николсон Г.Л. и др., Клинические эффекты введения водорода: от болезней животных и человека до лечебной физкультуры. Международный журнал клинической медиМ, 2016. 7 (1).
Охта, С., Молекулярный водород как новый антиоксидант: обзор преимуществ водорода для медицинских применений. Методы Энзимола, 2015. 555 : с. 289-317.
Юань Дж. и др. Обогащенная водородом вода ослабляет окислительный стресс у крыс с черепно-мозговой травмой через путь Nrf2. J Surg Res, 2018. 228 : с. 238-246.
Swamy, SM, NS Rajasekaran, и VJ Thannickal, Ядерный фактор, связанный с эритроидом-2, фактор 2 при старении и фиброзе легких. Am J Pathol, 2016. 186 (7): с. 1712-23 гг.
Шелтон П. и А. К. Джайсвал, Фактор транскрипции, связанный с NF-E2, фактор 2 (Nrf2): протоонкоген? FASEB J, 2013. 27 (2): с. 414-23.
Коровлев Д. и др. Молекулярный водород влияет на состав тела, метаболические профили и функцию митохондрий у женщин среднего возраста с избыточным весом. Ир J Med Sci, 2017.
Камимура, Н., и др., Молекулярный водород улучшает ожирение и диабет, индуцируя печеночный FGF21 и стимулируя энергетический обмен у мышей db/db. Ожирение, 2011.
Wang, H., et al., Аутофагия, активируемая богатым водородом физиологическим раствором, через пути HIF-1alpha в модели нейропатической боли. Biomed Res Int, 2018. 2018 : с. 4670834.
Ма, Х. и др., [Солевой раствор, богатый водородом, ослабляет гипералгезию и снижает уровень цитокинов у крыс с постгерпетической невралгией посредством активации аутофагии]. Си Бао Ю Фен Цзы Мянь И Сюэ За Чжи, 2017. 33 (2): с. 155-158.
Wu, X., et al., Водород оказывает нейропротекторное действие на поврежденные OGD/R нейроны в гиппокампе крысы, защищая митохондриальную функцию посредством регуляции митофагии, опосредованной сигнальным путем PINK1/Parkin. Мозг Рес, 2018.
Гао, Ю. и др., Газообразный водород ослабляет реперфузионное повреждение миокарда, вызванное ишемией, независимо от посткондиционирования у крыс путем ослабления аутофагии, вызванной стрессом эндоплазматического ретикулума. Cell Physiol Biochem, 2017. 43 (4): с. 1503-1514 гг.
Tamura, T., et al., Эффективность вдыхаемого водорода в отношении неврологического исхода после ишемии головного мозга во время лечения после остановки сердца (испытание HYBRID II): протокол исследования для рандомизированного контролируемого исследования. Испытания, 2017. 18 (1): с. 488.
Оно, Х., и др., Лечение ингаляциями газообразного водорода при остром инфаркте мозга: рандомизированное контролируемое клиническое исследование безопасности и нейропротекции. Дж. Инсульт Цереброваскулярная дисфункция, 2017.
Йоритака А. и др. Пилотное исследование терапии Н(2) при болезни Паркинсона: рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование. Двигательные расстройства, 2013.
Нисимаки, К., и др., Эффекты молекулярного водорода, оцененные моделью животных и рандомизированным клиническим исследованием при легких когнитивных нарушениях. Curr Alzheimer Res, 2017.
Мизуно, К., и др., Богатая водородом вода для улучшения настроения, тревоги и функции вегетативной нервной системы в повседневной жизни. Мед Газ Рес, 2017. 7 (4): с. 247-255.
Gao, Q., et al., Молекулярный водород повышает стрессоустойчивость у мышей. науч. респ., 2017. 7 (1): с. 9625.
Guo, Q., et al., Обогащенная водородом вода улучшает аутоподобные поведенческие нарушения у потомства мышей-подростков, получавших вальпроевую кислоту. Front Behav Neurosci, 2018. 12 : с. 170.
Куроки К. и др. Нейропротекторное действие газообразного водорода на мозг в модели ишемии-реперфузии: исследование P-31-Nmr. Журнал физиологических наук, 2009. 59 : с. 371-371.