WODÓR ATOMOWY H2 JAKO GAZ PROFILAKTYCZNY I LECZNICZY
Wodór atomowy H2 – cząsteczkowy (H2) został dawniej uznany za obojętną i niefunkcjonalną cząsteczkę w naszym organizmie.
Jednak obecnie wykazano, że H2 reaguje z silnymi utleniaczami, takimi jak rodniki hydroksylowe w komórkach,
i ma potencjał do zastosowań profilaktycznych i terapeutycznych.
Atomowy wodór gazowy HHO ma szereg zalet wykazujących rozległe skutki: HHO szybko dyfunduje do tkanek i komórek i jest wystarczająco łagodny, aby nie zakłócać metabolicznych reakcji redoks ani wpływać na sygnalizację reaktywnych form tlenu; dlatego HHO nie powinno mieć żadnych lub niewielkich skutków ubocznych.
Istnieje kilka metod połykania lub spożywania H2; wdychanie gazu HHO, picie wody rozpuszczonej w H2 (woda H2), wstrzykiwanie soli fizjologicznej rozpuszczonej w H2 (sól fizjologiczna H2), branie kąpieli H2 lub wrzucanie soli fizjologicznej do oczu oraz inhalacje wodorem !
Liczne publikacje na temat jego biologicznych i medycznych korzyści ujawniły, że H2 zmniejsza stres oksydacyjny nie tylko poprzez bezpośrednie reakcje z silnymi utleniaczami, ale także pośrednio poprzez regulację różnych ekspresji genów. Ponadto, regulując ekspresję genów, H2 działa przeciwzapalnie i przeciwapoptotycznie oraz stymuluje metabolizm energetyczny.
Oprócz coraz większej liczby dowodów uzyskanych dzięki doświadczeniom na modelach zwierząt, przeprowadzono lub są poddawane szczegółowym badaniom klinicznym. Ponieważ większość leków działa specyficznie na swoje cele, HHO wydaje się różnić od konwencjonalnych leków farmaceutycznych. Ze względu na swoją dużą skuteczność i brak działań niepożądanych, HHO ma obiecujący potencjał klinicznego zastosowania w leczeniu wielu chorób.
Wodór atomowy H2/ molekularny jako gaz profilaktyczny i terapeutyczny: początek, rozwój i potencjał medycyny wodorowej
Wodór cząsteczkowy (H.2) został uznany za obojętną i niefunkcjonalną cząsteczkę w naszym ciele. Odwróciliśmy tę koncepcję, wykazując, że H.2reaguje z silnymi utleniaczami, takimi jak rodniki hydroksylowe w komórkach, i sugeruje potencjał do zastosowań profilaktycznych i terapeutycznych. H.2 ma szereg zalet wykazujących szerokie działanie: H.2szybko przenika do tkanek i komórek i jest na tyle łagodny, że nie zakłóca metabolicznych reakcji redoks ani nie wpływa na sygnalizację reaktywnych form tlenu; dlatego nie powinno być żadnych lub niewielkich skutków ubocznych H.2. Istnieje kilka metod połknięcia lub spożycia H.2; wdychanie H.2 gaz, picie H.2-woda rozpuszczona (H.2-woda), wtłaczając H.2-rozpuszczona sól fizjologiczna (H 2 -salina), biorąc H2 kąpiel lub upuszczanie H.2-salina do oczu. Liczne publikacje na temat jego biologicznych i medycznych korzyści ujawniły, że H.2redukuje stres oksydacyjny nie tylko poprzez bezpośrednie reakcje z silnymi utleniaczami, ale także pośrednio poprzez regulację różnych ekspresji genów. Ponadto, regulując ekspresję genów, H.2działa przeciwzapalnie i przeciwapoptotycznie, stymuluje metabolizm energetyczny. Oprócz coraz większej liczby dowodów uzyskanych dzięki doświadczeniom na modelach zwierząt, przeprowadzono lub są poddawane szczegółowym badaniom klinicznym. Ponieważ większość leków działa specyficznie na swoje cele, H.2wydaje się różnić od konwencjonalnych leków farmaceutycznych. Ze względu na dużą skuteczność i brak działań niepożądanych H.2 ma obiecujący potencjał do zastosowania klinicznego w leczeniu wielu chorób.
1 . Wprowadzenie
Przyjęto, że wodór cząsteczkowy (H 2 , diwodór lub gazowy wodór) zachowuje się jak gaz obojętny w temperaturze ciała w komórkach ssaków. W rzeczywistości wydaje się , że H 2 reaguje bez związku biologicznego, w tym z gazowym tlenem przy braku katalizatorów w temperaturze ciała. Z drugiej strony, u niektórych bakterii H 2 jest katabolizowany enzymatycznie jako źródło energii do dostarczania elektronów lub jest produktem niektórych rodzajów metabolizmu beztlenowego. Reakcje te są zwykle katalizowane przez enzymy zawierające żelazo lub nikiel, zwane hydrogenazami. Natomiast ssaki nie mają funkcjonalnych genów hydrogenaz ( Fritsch et al., 2013 ). W ten sposób, to uważa się, że H 2 jest niefunkcjonalny naszych komórek.
W publikacji w 2007 roku zmieniliśmy tę koncepcję, że H 2 działa jako przeciwutleniacz terapeutyczny i zapobiegawczy poprzez selektywną redukcję silnych utleniaczy, takich jak rodnik hydroksylowy ( OH) i nadtlenoazotyn (ONOO – ) w komórkach, oraz że H 2 wykazuje cytoprotekcyjne działanie przeciwko utlenianiu stres ( Ohsawa i in., 2007 ). Od tego czasu, wiele badań zbadali efekty terapeutyczne i profilaktyczne H 2 . Te opublikowane prace obejmują wiele biologicznych skutków stresu oksydacyjnego w prawie wszystkich narządach ( Ohta, 2011 , Ohta, 2012 ). Ponadto ujawniono, że H 2ma więcej funkcji, w tym działanie przeciwzapalne, przeciwapoptotyczne i przeciwalergiczne, oraz że H 2 stymuluje metabolizm energetyczny w większości tkanek zwierząt modelowych. Do 2013 r. Liczba publikacji na temat jego biologicznie lub medycznie korzystnych skutków wzrastała i przekroczyła ~ 300, jak pokazano na ryc.1 . Poprzednie artykuły przeglądowe wprowadzały głównie różne eksperymenty na komórkach i zwierzętach ( Ohta, 2011 , Ohta, 2012 ).
Ryc.1 . Liczba publikacji dotyczących biologicznych skutków wodoru cząsteczkowego w każdym roku.
Oprócz publikacji na temat doświadczeń na modelach zwierząt, opublikowano ponad 10 artykułów dotyczących badań klinicznych. Dlatego w tym artykule dokonamy przeglądu wyników ostatnich badań klinicznych pod kątem rzeczywistych zastosowań. Co więcej, ten artykuł przeglądowy przyjrzy się procesowi odkrywania biologicznych skutków H 2 i zaproponuje możliwe mechanizmy wyjaśniające wpływ H 2 .
2 . Stres oksydacyjny jako źródła patogenów i role fizjologiczne
2.1 . Stres oksydacyjny jako źródła chorobotwórcze
Reaktywne formy tlenu (RFT) są wytwarzane w organizmie przez całe nasze codzienne życie jako produkt uboczny metabolizmu energetycznego poprzez fosforylację oksydacyjną w każdym organizmie tlenowym. Sporadycznie dochodzi do powstania nadmiernych RFT, takich jak palenie lub zanieczyszczenie powietrza, ekspozycja na promieniowanie ultrafioletowe lub napromieniowanie, intensywny wysiłek fizyczny lub stres psychiczny itd. ( Liu i in., 1996 , Agarwal, 2005 , Harma i in., 2006 , Tanriverdi i in., 2006 , Grassi i in., 2010). Kiedy RFT są wytwarzane nadmiernie lub endogenna zdolność antyoksydacyjna jest zmniejszona, masowe utlenianie wywołuje szkodliwe skutki, powodując „stres oksydacyjny”. Ostry stres oksydacyjny pojawia się w różnych sytuacjach: stanach zapalnych, niedokrwieniu reperfuzji w zawale serca lub mózgu, przeszczepie narządów i ustaniu krwawienia operacyjnego lub innych ( Ferrari i wsp., 1991 , Vaziri i Rodriguez-Iturbe, 2006 , Reuter i wsp. , 2010 ). Coraz więcej dowodów wskazuje na silne powiązania między przewlekłym stresem oksydacyjnym a wieloma różnymi patologiami, w tym chorobami złośliwymi, cukrzycą, miażdżycą tętnic i przewlekłymi procesami zapalnymi, a także wieloma chorobami neurodegeneracyjnymi i procesem starzenia ( Andersen, 2004, Bagul i Banerjee, 2013 , El Assar i in., 2013 , Kim i Byzova, 2014 ). W normalnych warunkach RFT wywołane forsownym wysiłkiem fizycznym powoduje zmęczenie mięśni ( Westerblad i Allen, 2011 ).
Pierwszym krokiem w tworzeniu RFT są rodniki anionów ponadtlenkowych (O 2 – ), które są głównymi RFT generowanymi głównie przez wyciek elektronów z mitochondrialnego łańcucha transportu elektronów ( Finkel i Holbrook, 2000 , Turrens, 2003 , Andersen, 2004 , Lin i Beal, 2006 ). Dysmutaza ponadtlenkowa (SOD) enzymatycznie przekształca O 2 – w nadtlenek wodoru (H 2 O 2 ), który jest metabolizowany do produkcji wody (H 2 O). Bardzo reaktywny OH powstaje z H 2 O 2 w reakcji Fentona lub Weissa w obecności katalitycznie aktywnych metali, takich jak Fe2 + i Cu + ( Halliwell & Gutteridge, 1992 ). Reakcja O 2 – z tlenkiem azotu ( NO) generuje ONOO – , który jest bardzo aktywnym związkiem azotu (RNS) ( Radi, 2013 ). OH jest główną przyczyną utleniania i niszczenia biocząsteczek w wyniku bezpośredniej reakcji lub wyzwolenia reakcji łańcuchowej wolnych rodników ( Lipiński, 2011 ). Promieniowanie jonizujące, w tym promienie kosmiczne, również generuje OH jako szkodliwy związek pośredni poprzez interakcję z wodą, proces określany jako radioliza ( Schoenfeld i in., 2012 , Schoenfeld i in., 2011 ).
Inne enzymy, w tym oksydazy NADPH, cytochrom p450, lipoksygenaza, cyklooksygenaza i oksydaza ksantynowa, również uczestniczą w tworzeniu RFT w układzie immunologicznym lub detoksykacyjnym ( Droge, 2002 ).
2.3 . Fizjologiczne role H 2 O 2
Jak wspomniano powyżej, w przeszłości uważano, że RFT powoduje uszkodzenie komórek i nie posiada funkcji fizjologicznych. Rzeczywiście, akumulacja uszkodzeń oksydacyjnych przez RFT jest powiązana z wieloma patologiami, jak wspomniano powyżej. Homostaza komórkowa redoks stanowi jednak delikatną równowagę między produkcją RFT a systemem antyoksydacyjnym ( Bashan i in., 2009 , Brewer i in., 2013 ). Obecnie docenia się, że stres oksydacyjny funkcjonuje jako cząsteczki sygnałowe regulujące różnorodne fizjologie ( Liu i in., 2005 , Bell, Klimova, Eisenbart, Moraes i in., 2007 , Bell, Klimova, Eisenbart, Schumacker and Chandel, 2007 ). H 2 O 2wykazano, że jest wymagany do sygnalizacji cytokin, insuliny, czynnika wzrostu, AP-1, c-Jun N-końcowej kinazy 1 (JNK1), p53 i jądrowego czynnika kappa B (NF-κB) oraz do promowania inaktywacji fosfatazy przez cysteinę utlenianie ( Finkel, 1998 , Chandel, Trzyna, McClintock and Schumacker, 2000 , Chandel, Vander Heiden, Thompson and Schumacker, 2000 ). Reakcje te zapewniają wiarygodny mechanizm biochemiczny, dzięki któremu RFT mogą oddziaływać na szlaki sygnałowe. Istnieje wiele doniesień podkreślających znaczenie sygnalizacji zależnej od ROS w różnych systemach ( Salganik, 2001 , Sauer i in., 2001 , Collins i in., 2012 ).
Dodatkowo stres oksydacyjny wywołany przez H 2 O 2 i NO indukuje enzymy zaangażowane w przeciwutlenianie i tolerancję w celu ochrony komórek przed stresem oksydacyjnym ( Endo i in., 2009 , Ristow i Zarse, 2010 ). Na przykład translokacja czynnika 2 związanego z NF-E2 (Nrf2) do jądra prowadzi do regulacji ekspresji genów zaangażowanych w systemy obronne przed stresem oksydacyjnym ( Jazwa i Cuadrado, 2010 ) i innymi toksycznymi źródłami, w tym metalami ciężkimi ( Gan & Johnson , 2013 ). Ponadto H 2 O 2 jest kluczowym czynnikiem regulującym różnicowanie komórkowe ( Tsukagoshi i in., 2010 , Tormos i in., 2011), układu odpornościowego ( West i wsp., 2011 , Zhou i wsp., 2011 ), autofagii ( Li i wsp., 2012 , Garg i wsp., 2013 ) i apoptozy ( Mates i wsp., 2012 ). Dlatego tak ważne jest, aby nie eliminować całkowicie H 2 O 2 w celu utrzymania homeostazy.
2.4 . Poszukiwanie idealnego przeciwutleniacza
Chociaż oczekuje się terapii przeciwutleniającej lub zapobiegania różnym chorobom ze względu na kliniczne znaczenie uszkodzeń oksydacyjnych, przeciwutleniacze odniosły ograniczony sukces terapeutyczny ( Steinhubl, 2008 ). Suplementy przeciwutleniaczy wykazywały niewielki wpływ na zapobieganie rakowi, zawałowi mięśnia sercowego i miażdżycy tętnic, ale raczej odwrotnie, zwiększały śmiertelność ( Bjelakovic i in., 2007 , Hackam, 2007 , Brambilla i in., 2008 , Steinhubl, 2008 , Hercberg i in., 2010 ); dlatego bardzo ważne jest, aby być świadomym skutków ubocznych przy opracowywaniu skutecznego przeciwutleniacza do zapobiegania chorobom związanym ze stresem oksydacyjnym.
W takich sytuacjach oczekuje się, że idealna cząsteczka przeciwutleniacza złagodzi nadmierny stres oksydacyjny, ale nie zakłóci homeostazy redoks. Innymi słowy, idealna cząsteczka nie powinna redukować cząsteczek sygnałowych, takich jak H 2 O 2, ale powinna skutecznie redukować silne utleniacze, takie jak OH. Po doświadczeniach doszliśmy do wniosku, że aktualny idealnym antyoksydantem mógłby być H 2 .
Podczas procesu przeszukiwania idealnego przeciwutleniacz, to podawany H 2 w pożywce hodowlanej bez zmiany pH, O 2 i CO 2, stężenia i innych czynników. Gdy hodowane komórki PC12 były narażone na stres oksydacyjny poprzez traktowanie antymycyną A, inhibitorem mitochondrialnego łańcucha translokacji elektronów, komórki najwyraźniej skurczyły się i wydłużyły krótkie włókna w odpowiedzi na stres oksydacyjny ( ryc. 2 A ). W przeciwieństwie do tego, gdy komórki traktowano w obecności inhibitora H 2 , komórki nie zmienia swój kształt ( fig. 2 B). W H 2 -degassed medium z H 2-medium, komórki ponownie zareagowały na stres oksydacyjny. To odkrycie wskazuje, że H 2 dotknięte żadnych elementów w oryginalnym nośniku, ale działała bezpośrednio do komórek. Przez tego odkrycia pierwszego eksperymentu, przewidział, że H 2 ma wielki potencjał dla rzeczywistego zastosowania klinicznego.
Ryc.2 . Fotografie hodowanych PC12 wystawionych na stres oksydacyjny przez traktowanie antymycyną A bez (A) lub (B) wodoru w pożywkach.
Po tym doświadczeniu, staraliśmy się zidentyfikować docelową H 2 w hodowanych komórkach. H 2 rozpuszcza się w podłożu hodowlanym nie zmieniła poziomów komórkowych O 2 – i H 2 O 2 , jak oceniono za pomocą sygnałów fluorescencyjnych MitoSOX i dwuchlorofluorosceiny-dioctanu (DCF-DA), odpowiednio. Dodatkowo H 2 nie obniża komórkowego poziomu NO. W przeciwieństwie do tego, H- 2 leczenia znacznie obniżony poziom OH, co ocenia się przez zmniejszanie się sygnału fluorescencyjnego fluoresceiny hydroksyfenylooctowego (HPF) ( Setsukinai i wsp., 2003 ). Ponadto obniżenie poziomu komórkowego OH przez H 2zostało potwierdzone przez technologię pułapek spinowych ( Halliwell i Gutteridge, 1992 ).
Selektywną redukcję RFT można wytłumaczyć znaczną siłą utleniania OH, jak pokazano na ryc. 3 , która została sprofilowana zgodnie z opublikowanymi danymi ( Setsukinai i in., 2003 ). Oznacza to, że OH wystarczająco silne, aby reagować z jeszcze obojętny H 2 , lecz O 2 – , H 2 O 2 i NO są niewystarczające do reakcji z H 2, w zależności od ich aktywności. Innymi słowy, H- 2 jest dość łagodny i nie zakłócać metabolizm reakcji redoks nie wpływa Ros funkcji w sygnalizacji komórkowej.
Ryc.3 . Względne aktywności oksydacyjne w każdym reaktywnym tlenie i azocie. Ten wykres jest zilustrowany na podstawie danych z poprzedniej publikacji ( Setsukinai et al., 2003 ).
4 . Metody przyjmowania wodoru cząsteczkowego
4.1 . Bezpieczeństwo wodoru cząsteczkowego
W poprzednich artykułach przeglądowych podsumowano naturę H 2 jako pierwiastka chemicznego ( Ohta, 2011 , Ohta, 2012 ). W tym miejscu należy podkreślić następującą kwestię dotyczącą bezpieczeństwa H 2 do użytku medycznego: Gaz H 2 jest palny tylko w temperaturach wyższych niż 527 ° C i wybucha poprzez szybką reakcję łańcuchową z O 2 tylko w wybuchowym zakresie H 2 stężenie (4-75% obj./obj.). Zatem H 2 może być stosowany w zastosowaniach medycznych bez dodatkowych obaw przez kilka metod połknięcia, ponieważ wdychanie 1-4% gazu H 2 wykazuje dużą skuteczność ( Ohsawa et al., 2007 ,Hayashida i in., 2008 ).
4.2 . Wdychanie gazowego wodoru atomowego
Wdychanie gazowego H 2 jest prostą metodą terapeutyczną. Gaz H 2 można wdychać przez obwód respiratora, maskę twarzową lub kaniulę nosową. Ponieważ wdychany gaz H 2 działa szybko, może być odpowiedni do obrony przed ostrym stresem oksydacyjnym. W szczególności wdychanie gazu nie wpływa na ciśnienie krwi ( Ohsawa i in., 2007 ); z drugiej strony wlew kroplowy leków podwyższa ciśnienie krwi i powoduje poważne utrudnienia w leczeniu zawału mięśnia sercowego.
W badaniu klinicznym Ono i wsp. wykazali, że wdychanie 3–4% gazowego H 2 osiągnęło plateau na poziomie około 10–20 μM odpowiednio we krwi tętniczej i żylnej w ciągu około 20 minut i nie wpływało na parametry fizjologiczne, co sugeruje brak działań niepożądanych ( Ono i in., 2012a ).
4.3 . Spożycie doustne poprzez wypicie wody wodorowej
Wdychanie H 2 gazu może nie nadawać się do ciągłego lub niepraktyczne H 2 zużycia w codziennym życiu do stosowania zapobiegawczego. W przeciwieństwie do tego, rozpuszczony H 2 (H 2 -dissolved wodę, a mianowicie, H- 2 i wodzie), może być korzystne, ponieważ jest to przenośne łatwo podawana i bezpieczny sposób dostępu do spożywania H 2 ( Nagata i in, 2009 r. , Nakashima-Kamimura et al., 2009 ). H 2 może być rozpuszczony w wodzie do 0,8 mM (1,6 mg / L), pod ciśnieniem atmosferycznym, w temperaturze pokojowej, bez zmiany pH. Chociaż ad libitum picia nasycony H 2 -woda był skuteczniejszy niż jednego rozcieńczonego 80 iM H 2 -woda nadal skuteczna w poprawie otyłości ( Kamimura i wsp., 2011 ).
H 2 i wodzie można wytwarzać różnymi sposobami: wlewu H 2 gazu pod wodą pod wysokim ciśnieniem, elektrolizy wody do produkcji H 2 , i reakcji z metalicznym magnezem lub jego wodorku wodą. Metody te mogą mieć zastosowanie nie tylko do wody, ale także do innych rozpuszczalników. H 2 przenika w krótkim czasie przez szklane i plastikowe ściany dowolnych naczyń, podczas gdy aluminiowe pojemniki są w stanie zatrzymać wodór przez długi czas.
Nagatani i in. przeprowadzone otwartym prospektywnego, randomizowanego badania niż H dożylna 2 podaniu u 38 chorych hospitalizowanych z powodu ostrego udaru niedokrwiennego. Wszyscy pacjenci otrzymali H 2 do infuzji (200 ml dwa razy dziennie) natychmiast po rozpoznaniu ostrego udaru niedokrwiennego. Dane z tych badań wskazują, że H 2 roztwór do podawania dożylnego jest bezpieczny dla pacjentów z ciężkim zawałem mózgu, w tym u pacjentów leczonych aktywatora tkankowego plazminogenu (t-PA) ( Nagatani i wsp., 2013 ).
4.5 . Bezpośrednie wprowadzenie wodoru cząsteczkowego przez dyfuzję: krople do oczu, kąpiel i kosmetyki
Alternatywnie, H- 2 -loaded krople do oczu zostały przygotowane przez rozpuszczenie H 2 w soli fizjologicznej i bezpośrednie podawanie na powierzchnię oka ( Oharazawa i wsp., 2010 , Kubota i in., 2011 ).
H 2 dostawy do przeszczepów serca w czasie konserwacji zimno przy użyciu łaźni wodnej wodór uzupełniany skutecznie łagodzi uszkodzenie mięśnia sercowego w wyniku niedokrwienia i reperfuzji zimno. To urządzenie do nasycania narządów H 2 podczas przechowywania w chłodni zasługuje na dalsze badania pod kątem możliwego zastosowania terapeutycznego i zapobiegawczego podczas przeszczepów ( Noda i in., 2013 ).
H 2 powinien łatwo przenikać przez skórę i rozprowadzać się po całym organizmie poprzez przepływ krwi. Tak więc kąpiel w ciepłej wodzie z rozpuszczonym H 2 jest metodą wprowadzania H 2 do organizmu w życiu codziennym. Faktycznie, proszki, które wytwarzają H 2 wanny są dostępne w handlu w Japonii.
5 . Monitorowanie ruchu wodoru cząsteczkowego
H 2 ma kilka zalet jako potencjalnego przeciwutleniacz. Ma korzystne właściwości dystrybucyjne z własną fizyczną zdolnością do penetracji biomembran i dyfuzji do cytozolu. H 2 szybko dociera do jądra i mitochondriów w celu ochrony jądrowego DNA i mitochondriów ( Ohsawa i in., 2007 ). Ponadto, H- 2 przechodzi przez barierę krew-mózg, ale większość związków przeciwutleniających nie.
Poziom H 2 we krwi można monitorować następującą metodą; Krew żylną lub tętniczą pobiera się w zamkniętym worku aluminiowym bez martwej przestrzeni, po czym do worka dodaje się określoną objętość powietrza. H 2 w fazie powietrznej przenoszonej z krwi można mierzyć metodą chromatografii gazowej. Wdychanie H 2 faktycznie zwiększone H 2 rozpuszcza się w krwi tętniczej w H 2 gazu sposób zależny od stężenia, a H 2 poziomach w krwi żylnej były niższe niż w krwi tętniczej; różny poziom między krwią tętniczą i żylną wskazuje na ilość H 2 wbudowanego i wchłoniętego do tkanek ( Ohsawa i in., 2007 ).
W badaniu klinicznym Ono i wsp. wykazali również różnicę w stężeniach H 2 między krwią tętniczą i żylną ( Ono i wsp., 2012a ).
Gazowy dyfuzji H 2 może być monitorowana wewnątrz różnych tkankach przez wykrycie za pomocą elektrody specyficznej. Na przykład, H- 2 Stężenie jest monitorowane w mięśniu sercowym szczura. Elektrodę umieszczono w „narażonych” obszaru zawału oszacować dyfuzję H 2 w obszarze niedokrwienia mięśnia sercowego po okluzji tętnicy wieńcowej. Stężenie H 2 było zwiększane przez jego dyfuzję nawet przy niedrożności tętnic wieńcowych ( Hayashida i wsp., 2008 ).
Ponadto, opracowaliśmy krople do oczu z rozpuszczonym H 2 bezpośrednio Podawać H 2 siatkówki, śledząc przebieg czasowy zmian H 2 poziomów za pomocą elektrody czujnika wodoru kształcie igieł wkładane przez twardówkę na szklistego ciała szczurów. H 2 może dotrzeć do ciała szklistego, przez podawanie H 2 nasycony roztwór soli fizjologicznej. Gdy H 2 krople do oczu podawany w sposób ciągły, w przybliżeniu 70% H 2 wykryto na powierzchni oka ( Oharazawa i wsp., 2010 ).
Po umieszczeniu w żołądku szczura wody nasyconej H 2 , wykryto H 2 w ilości kilku µM we krwi ( Nagata i in., 2009 , Nakashima-Kamimura i in., 2009 ). Ponadto, H wątroby 2 monitorowano za pomocą elektrody wodorowej igle i glikogenu wątroby utrzymuje H 2 po podaniu doustnym H 2 -woda częściowo wyjaśnić, dlaczego zużycie nawet małej ilości H 2 w ciągu krótkiego czasu przebywania może skutecznie poprawić różne modele chorób ( Kamimura i in., 2011 ).
Gdy siedem dorosłych ochotników pił H 2 -woda, H 2 zawartość ich wydychanym oddechu mierzy się za pomocą chromatografii gazowej z półprzewodnika ( Shimouchi i wsp., 2012 ). Trawienie H 2 -woda gwałtownie wzrosła oddech H 2 treści do jego maksymalnego poziomu 10 minut po spożyciu, a następnie spadła do poziomu podstawowego w ciągu 60 minut. Utrata H 2 z wody podczas procedur eksperymentalnych stanowiła 3% lub mniej H 2 . H 2 uwolnienie z powierzchni skóry oceniano jako około 0,1%. W oparciu o bilans masowy pozostałego H 2 , około 40% H 2który był pijany, został skonsumowany w ciele. Raport ten sugeruje, że egzogenny H 2 jest co najmniej częściowo uwięziony przez rodniki tlenowe, takich jak OH ( Shimouchi i wsp., 2012 ).
6 . Wpływ wodoru cząsteczkowego i badań klinicznych
6.1 . Bezpieczeństwo wodoru cząsteczkowego dla ludzi
H 2 jest korzystne z punktu widzenia toksyczności H 2 ma cytotoksyczność, nawet w wysokich stężeniach ( Abraini i wsp., 1994 , Lillo i wsp., 1997 , Fontanari i wsp., 2000 , Lillo i Parker, 2000 ). Normy bezpieczeństwa zostały ustalone dla wysokich stężeń H 2 do inhalacji, ponieważ wysokociśnieniowy H 2 jest używany w mieszankach głęboko nurkujących w celu zapobiegania chorobie dekompresyjnej i zakrzepom gazowym w tętnicach ( Fontanari i in., 2000 ). Co ważne w zastosowaniu klinicznym, bezpieczeństwo H 2 dla ludzi przejawia się w zastosowaniu bardzo wysokiego stężenia H 2gaz w Hydrelioxie, egzotycznej mieszaninie gazów oddechowych składającej się z 49% H 2 , 50% helu i 1% O 2 , która jest używana do zapobiegania chorobie dekompresyjnej i narkozie azotowej podczas bardzo głębokich nurkowań technicznych ( Abraini et al., 1994 , Lillo et in., 1997 , Fontanari i in., 2000 , Lillo i Parker, 2000 ). Biorąc pod uwagę, że H 2 jest gazem obojętnym i nie działa w naszym organizmie, łatwo zrozumieć jego brak toksycznego działania. Jak wspomniano powyżej, wdychanie 1–4% gazu H 2 wykazuje dużą skuteczność ( Ohsawa i in., 2007 , Hayashida i in., 2008 ).
Wiele doniesień potwierdziło, że H 2 wykazuje dużą skuteczność w rozległych modelach chorób, niezależnie od metod przyjmowania H 2, jak podsumowano na ryc. 4 . Ten artykuł przeglądowy skupia się głównie na badaniach klinicznych.
Ryc.4 . Podsumowanie potencjału różnych działań zapobiegawczych i terapeutycznych H 2 .
6.2 . Działa ochronnie przed urazami reperfuzyjnymi
Niedokrwienie / reperfuzja wywołuje poważny stres oksydacyjny, a jego urazy należy brać pod uwagę w wielu terapiach klinicznych. Wdychanie gazu H 2 poprawiło niedokrwienie / reperfuzyjne uszkodzenia mózgu ( Ohsawa i wsp., 2007 ) i zawału mięśnia sercowego ( Hayashida i wsp., 2008 , Yoshida i wsp., 2012 ). Uraz niedokrwienno-reperfuzyjny nerek chroniony solą wodną ( Wang i wsp., 2011 ). Wszystkie objawy kliniczne związane z zespołem po zatrzymaniu krążenia (CA) przypisuje się niedokrwieniu / uszkodzeniu reperfuzyjnemu różnych narządów, w tym mózgu i serca. Wdychanie gazu H 2 przyniosło znaczną poprawę przeżywalności i oceny deficytu neurologicznego w zespole post-CA w modelu szczurzym (Hayashida i in., 2012 ).
Ono i in. dożylnie H 2 -saline z Edaravone, a klinicznie zaaprobowanymi zmiatacza rodników, 8 pacjentów z ostrym zawałem mięśnia sercowego i mózgu macierzystych w stosunku do obrazowania rezonansu magnetycznego (MRI), wskaźniki 26 pacjentów, którzy otrzymywali Edaravone sam. Względne images dyfuzyjnie ciężkie (rDWIs), regionalny pozornego współczynnika dyfuzji (rADCs), a pseudo-normalizacji czas rDWI i rADC były lepsze wlewem połączonego H 2 z Edaravone ( Ono i wsp., 2011 ).
6.3 . Działa ochronnie przed neurodegeneracją
Przewlekły stres oksydacyjny jest powszechnie uznawany za jedną z przyczyn neurodegeneracji, w tym demencji i choroby Parkinsona (PD) ( Andersen, 2004 , Federico i in., 2012 ). Eksperymentalny stres oksydacyjny w mózgu może być wywołany przez chroniczny fizyczny stres i może upośledzać uczenie się i pamięć ( Liu i in., 1996 , Abrous i in., 2005 ). Dodatkowo proliferacja nerwów w zakręcie zębatym hipokampu jest tłumiona przez stres powstrzymujący ( Abrous i in., 2005 ). Picia H 2 -woda hamowała wzrost ten stres oksydacyjny i zapobiega tym zaburzenia funkcji poznawczych ( Nagata i wsp., 2009 ). Ponadto H 2-woda przywrócona proliferacja nerwów w zakręcie zębatym hipokampu u tego zwierzęcia modelowego ( Nagata i in., 2009 ). Ponieważ leki przeciwdepresyjne wzrost neurogenezę u osób dorosłych ( Becker i Wojtowicz, 2007 , Sahay i kura, 2007 ), H 2 -woda mogą być stosowane dla poprawy depresji i niektórych zaburzeń psychicznych.
W PD dysfunkcja mitochondriów i związany z tym stres oksydacyjny są głównymi przyczynami utraty komórek dopaminergicznych w istocie czarnej ( Yoritaka i in., 1996 , Schapira, 2008 ). H 2 w wodzie do picia została podana przed lub po stereotaktycznym chirurgicznym 6-hydroksydopaminy indukowanej nigrostrital degeneracji w modelu szczura z PD. H 2 -woda zapobiega zarówno rozwoju i postępu zwyrodnienia nigrostriatalnego u szczurów ( Fu i wsp., 2009 ). Ponadto picia H 2 -woda tłumiona utrata neuronów dopaminergicznych w innym PD mysim modelu indukowanego przez MPTP (1-metylo-4-fenylo-1,2,3,6-tetrahydropirydyny) ( Fujita i in., 2009 ).
W badaniu kontrolowanym placebo, podwójnie ślepym, w równoległych grupach badanie kliniczne pilot skuteczność H 2 -woda lewodopy u pacjentów z PD-lek oceniano ( Yoritaka i wsp., 2013 ). Uczestnicy pili 1 l dziennie H 2 lub rzekomej wody przez 48 tygodni. Całkowita Unified Parkinsona (choroba UPDRS), wyniki w H 2 -woda grupy (n = 9) lepszego, natomiast UPDRS wynikami w grupie otrzymującej placebo (n = 8) pogorszeniu. Pomimo małej liczby pacjentów i krótkiego czasu trwania badania, różnica była istotna (p < 0,05).
6.4 . Profilaktyczne działanie przeciwko zespołowi metabolicznemu
Picia H 2 -woda stymuluje przemianę energii ( Kamimura i wsp., 2011 ). H 2 -woda znacznie zmniejszone stłuszczenie wątroby w db / db myszy, która jest cukrzyca typu 2 modelu myszy z otyłością, a także wysokiej indukowaną dietą tłuszczu tłuszczowe wątroby u myszy typu dzikiego. Dłuższa H 2 i wodzie pitnej znacznie zmniejszenie masy tłuszczu i ciała, mimo braku wzrostu spożycia pokarmu i wody, w db / db myszy. Ponadto picia H 2 -woda obniżone poziomy glukozy w osoczu insuliny i triglicerydów poprzez stymulowanie metabolizmu energetycznego ( Kamimura i wsp., 2011 ).
Korzystne role H 2 -woda do zapobiegania ewentualnego zespołu metabolicznego zostały zgłoszone przez 3 niezależnych badań klinicznych, w następujący sposób.
Kajiyama i in. przeprowadzili randomizowane, podwójnie zaślepione, kontrolowane placebo, krzyżowe badanie z udziałem 30 pacjentów z cukrzycą typu II i 6 pacjentów z upośledzoną tolerancją glukozy. Pacjenci spożywane 900 ml H 2 -woda lub placebo wodzie przez 8 tygodni w 12-tygodniowym okresie oczyszczania. Istotność statystyczną zaobserwowano w poprawie poziomu cholesterolu lipoproteiny o niskiej gęstości (LDL) o zmodyfikowanym ładunku elektroujemnym, małego gęstego LDL i 8-izoprostanów w moczu. U czterech na sześciu pacjentów z upośledzoną tolerancją glukozy, H 2 poprawił ich wskaźniki doustnego testu tolerancji glukozy do normalnego poziomu ( Kajiyama i in., 2008 ).
Nakao i in. przeprowadzili otwarte badanie na 20 osobach z potencjalnym zespołem metabolicznym ( Nakao i wsp., 2010b ). Uczestnicy pili H 2 -wodę (1,5–2,0 l / dzień) przez 8 tygodni i wykazywali wzrost SOD w moczu; zmniejszenie ilości substancji reaktywnych w moczu z kwasem tiobarbiturowym (TBARS), markera peroksydacji lipidów; wzrost poziomu lipoprotein o dużej gęstości (HDL) -cholesterolu; i spadek całkowitego cholesterolu.
Song i in. scharakteryzowali wpływ H 2 -wody (0,9–1,0 l / dobę) na zawartość, skład i aktywność biologiczną lipoprotein surowicy u 20 pacjentów z potencjalnym zespołem metabolicznym. Analiza wykazała, że w surowicy do picia H 2 -woda przez 10 dni powodowało zmniejszenie surowicy całkowitego cholesterolu (TC), a poziomy cholesterolu LDL. Ponadto, H- 2 -woda znacznie lepsze i) ochronę przed utlenianiem LDL ii) hamowanie czynnika martwicy nowotworów-alfa (TNF-α) adhezji indukowanej monocytów do komórek śródbłonka, iii) stymulacji wypływu cholesterolu z makrofagów, komórek piankowatych, i iv) ochronę komórek śródbłonka przed apoptozą indukowaną przez TNF-α ( Song i in., 2013 ).
Reasumując, wyniki te sugerują wyraźnie korzyści z picia H 2 -woda u pacjentów z zespołem metabolicznym.
Reumatoidalne zapalenie stawów (RZS) jest przewlekłą chorobą zapalną charakteryzującą się niszczeniem kości i chrząstki. Ishibashi i in. podawano H 2 -wodę zawierającą 4–5 mg / l H 2 (o wysokiej zawartości H 2 ) (0,5 l / dobę) przez 4 tygodnie 20 pacjentom z RZS. 8-hydroksy-deoksyguanina (8-OHdG) w moczu była istotnie zmniejszona średnio o 14,3% (p < 0,01). Aktywność choroby (DAS28, przy użyciu poziomu białka C-reaktywnego również zmniejszyła się (P < 0,01) w tym samym okresie. Po okresie wypłukiwania zarówno poziom 8-OHdG w moczu, jak i średni DAS28 w moczu zmniejszyły się w porównaniu z końcem okresu picia. W trakcie okresu picia. w drugim okresie picia średni DAS28 był obniżony (P < 0,01). Wszyscy 5 pacjentów z wczesnym RZS (czas trwania < 12 miesięcy), którzy nie wykazywali przeciwciał przeciwko cyklicznym peptydom cytrulinowanym (ACPA) osiągnęli remisję, a 4 z nich po zakończeniu badania ustąpiły. Tak więc objawy RZS znacznie ulepszone H 2 -woda ( Ishibashi i wsp., 2012 , Ishibashi, 2013 ).
6.6 . Łagodzenie skutków ubocznych w leczeniu raka
Wdychanie H 2 gazu i picia H 2 -woda zwiększonej śmiertelności i utratą ciężaru ciała spowodowanej leczeniem lekiem przeciwnowotworowym, cisplatynę i nefrotoksyczności łagodzi u myszy. Pomimo działania ochronnego przed toksycznością indukowaną cisplatyną, H 2 nie wpływała na aktywność przeciwnowotworową cisplatyny wobec linii komórek nowotworowych in vitro i myszy z nowotworem in vivo ( Nakashima-Kamimura i wsp., 2009 ).
Kang i in. przeprowadzono randomizowane, kontrolowane placebo badania kliniczne z H 2 -woda (0.55-0.65 mm, 1,5-2,0 l / dzień) przez 6 tygodni w 49 pacjentów poddawanych radioterapii złośliwych guzów wątroby. H 2 tłumione podniesienie poziomu całkowitego wodoronadtlenek antyoksydacyjne utrzymywane w surowicy oraz poprawie jakości życia (QOL), wyniki. W szczególności, H- 2 -woda skutecznie zapobiegać utracie apetytu. Nie było różnicy w odpowiedzi guza na radioterapię między obiema grupami ( Kang i wsp., 2011 ).
6.7 . Wpływ na zapalenie skórno-mięśniowe i choroby mitochondrialne
Ito i in. przeprowadzili otwarte badanie H 2 -wody (1,0 l / dzień) przez 12 tygodni u 14 pacjentów z chorobami mięśni, w tym dystrofiami mięśniowymi, zapaleniem wielomięśniowym / skórno-mięśniowym i miopatiami mitochondrialnymi. W badaniu otwartym zaobserwowano znaczną poprawę stosunku mleczanu do pirogronianu, stężenia glukozy we krwi na czczo, metaloproteinazy-3 macierzy surowicy (MMP3) i trójglicerydów. W szczególności stosunek mleczanu do pirogronianu, który jest czułym biomarkerem uszkodzonego mitochondrialnego układu transportu elektronów, zmniejszył się o 28% w przypadku miopatii mitochondrialnych. Ponadto MMP3, który reprezentuje aktywność zapalenia, zmniejszył się o 27% w zapaleniu skórno-mięśniowym ( Ito i wsp., 2011 ).
Potem przeprowadzono randomizowane, podwójnie ślepe, kontrolowane placebo, podwójnie skrzyżowanym z H 2 -woda lub placebo dehydrogenized wody (0,5 l / dzień) przez 8 tygodni w 22 pacjentów z zapaleniem skórno-mięśniowym i mitochondrialne miopatii. W badaniu z podwójnie ślepą próbą, statystycznie znaczącą poprawę obserwowano tylko mleczanu surowicy mitochondrialnych miopatii o H 2 zużycia -woda, ale stosunek mleczanu pirogronianowej mitochondrialnego miopatie i MMP3 w zapalenia skórno również tendencję do być zmniejszony o H 2 -woda konsumpcji ( Ito i in., 2011 ).
6.8 . Łagodzące skutki hemodializy
Nakayama i in. przeprowadzili otwartą próbę krzyżową z kontrolą placebo obejmującą 12 sesji hemodializy u ośmiu pacjentów ( Nakayama i wsp., 2009 , Nakayama i wsp., 2010 ) oraz otwartą próbę 78 sesji hemodializy u 21 pacjentów ( Nakayama i wsp. al., 2010 ). W obu badaniach ciągłe sesje hemodializy z roztworem H 2 do dializy obniżały skurczowe ciśnienie krwi przed i po dializie. W badaniu krótkoterminowym metyloguanidyna w osoczu była znacznie zmniejszona. W badaniu długoterminowym stężenie białka chemotaktycznego monocytów w osoczu 1 i mieloperoksydazy były znacząco obniżone.
6.9 . Wpływ na ostre rumieniowe choroby skóry
Ono i in. leczono 4 pacjentów z ostrymi rumieniowymi chorobami skóry przebiegającymi z gorączką i / lub bólem poprzez dożylne podawanie 0,5 l H 2 -płynnego przez 30 min przez ponad 3 dni. Rumień tych 4 pacjentów i związanych z tym objawów znacznej poprawie po H 2 leczenia. Podsumowując, poprawa w ostrych rumieniowych chorobach skóry po podaniu H 2- ciekłego bez uszczerbku dla bezpieczeństwa ( Ono i in., 2012b ).
6.10 . Wpływ na ćwiczenia
Aoki i in. zwerbowano dziesięciu młodych piłkarzy i poddano ich testom wysiłkowym i pobraniu krwi. Każdy podmiot był badany dwukrotnie w sposób krzyżowy, podwójnie zaślepiony; dano H 2 -woda lub placebo wody do odstępach tygodniowych. Pacjenci byli proszeni o użyciu ergometrze cyklem w 75 % wychwytu ilość tlenu (VO 2 ) przez 30 minut, a następnie na podstawie pomiaru momentu szczytowego i aktywności mięśni przez 100 powtórzeń izokinetycznego maksymalnego rozszerzenia kolana. Ostry wysiłek fizyczny spowodował wzrost poziomu mleczanu we krwi u osób, którym podano wodę placebo, podczas gdy doustne spożycie H 2-woda zapobiegała wzrostowi mleczanu we krwi podczas ciężkich ćwiczeń. Szczytowy moment obrotowy w grupie otrzymującej placebo znacząco spadł podczas maksymalnego izokinetycznego wyprostu kolana, co wskazuje na zmęczenie mięśni ( Aoki et al., 2012 ).
7 . Możliwe mechanizmy molekularne leżące u podstaw różnych efektów wodoru cząsteczkowego
Jak już wspomniano, H- 2 ma wiele korzystnych skutków dla modeli zwierząt i pacjentów; przeciwutleniające, przeciwzapalne, przeciwapoptozowe, przeciwalergiczne i stymulujące metabolizm energetyczny ( Ohta, 2011 , Ohta, 2012 ). Ich wzajemne relacje nie są jasne, ale redukcja stresu oksydacyjnego może przede wszystkim prowadzić do różnych następczych skutków. Nie pozostaje wiele nierozwiązanych pytań dotyczących mechanizmu molekularnego, aby w pełni wyjaśnić skutki H 2 . W szczególności, chociaż H 2 najwyraźniej reguluje ekspresję genów i fosforylację białek zaangażowaną w przekazywanie sygnału, głównym celem (-ami) H 2w niniejszym regulaminie nie została zidentyfikowana. W tym miejscu zaproponowano możliwe mechanizmy, podsumowane na ryc.5 .
Biorąc pod uwagę szybkość reakcji OH z H 2 w rozcieńczonych roztworach wodnych, szybkość reakcji może być zbyt wolne, aby umożliwić w pełni spadek OH do eksponowania jej korzystne role ( Buxton i wsp., 1988 ). Komórki ssaków mają jednak silną strukturę, złożoną ze skomplikowanych biomembran i lepkich roztworów zawierających wiele skoncentrowanych składników. Od częstotliwości zderzeń jest ograniczającym szybkość lepkiego środowiska, oznaczone szybkość dyfuzji H 2, może być korzystne, aby przezwyciężyć stałej małą szybkość reakcji.
H 2 pokazano zmniejszenie OH w eksperymencie z wykorzystaniem komórek hodowanych ( Ohsawa i in., 2007 ); jednakże redukcja OH, aby wykazywała działanie terapeutyczne i zapobiegawcze, nie została w tym czasie bezpośrednio wykazana na poziomie tkankowym. Później wykazano, że H 2 krople do oczu bezpośrednio zmniejszono OH wywołane przez niedokrwienie reperfuzyjne siatkówki ( Oharazawa i wsp., 2010 ). Ponadto wykazano, że na poziomie tkankowym, H- 2 zneutralizowany OH, który został wywołany przez napromieniowanie w jądrach, co ocenia się przez słabszy sygnał HFP i wykazywał radioprotekcyjnej rolę H 2 ( Chuai et al., 2012 ).
OH jest znany jako główny wyzwalacz reakcji łańcuchowej wolnych rodników ( Niki, 2009 ). Gdy reakcja łańcuchowa zachodzi na biomembranach, trwa i rozszerza się, powodując poważne uszkodzenia komórek. H 2 może gromadzić się w fazie lipidowej więcej niż w fazie wodnej, szczególnie w regionach nienasyconych lipidów, które są głównym celem początkowej reakcji łańcuchowej. Tak więc, H- 2 mogą mieć przewagę w celu powstrzymania reakcji łańcuchowej, które wytwarza lipidów nadtlenek, co prowadzi do wytwarzania utleniających markery stresu, takie jak 4-hydroksylo-2-nonenal (4-HNE) i dialdehydu malonowego (MDA) ( Niki , 2014 ). Rzeczywiście, H 2 obniżył te markery oksydacyjne w wielu badaniach ( Ohsawa et al., 2008 ,Ning i in., 2013 , Zhou i in., 2013 ). Dodatkowo OH może modyfikować deoksy-guaninę (dG) do 8-OHdG ( Delaney i wsp., 2012 , Kawai i wsp., 2012 ). H 2 obniżyło poziom 8-OHdG u większości badanych pacjentów i zwierząt ( Ishibashi i in., 2012 , Kawai i in., 2012 ).
Tak więc, te obserwacje potwierdzają, że wystarczające H 2 może skutecznie również złagodzić utleniania tkanek wywołanego przez OH. Jednakże, gdy zwierzęta lub ludzie picia H 2 -woda, pozostaje pytanie czy H 2 -woda zapewnia wystarczającą ilość H 2 skutecznie wymiatania OH, które są generowane w sposób ciągły w warunkach normalnych i chorobowych stanów.
7.2 . Bezpośrednia redukcja nadtlenoazotynu wodorem cząsteczkowym w celu regulacji ekspresji genów
Jako inny mechanizm molekularny należy rozważyć zmiatanie ONOO – przez H 2 . ONOO – wiadomo, że modyfikuje tyrozynę białek w celu wytworzenia nitro-tyrozyny ( Radi, 2013 ). Liczne badania wykazały, że do picia H 2 -woda skutecznie zmniejsza nitro-tyrozyny, w modelach zwierzęcych, niezależnie spośród H 2 -woda ( Cardinal i wsp., 2010 ), H. 2 gazu ( Shinbo i wsp., 2013 ) lub H 2 -saline ( Chen, Manaenko i in., 2010 , Yu i in., 2011 , Zhang i in., 2011 , Zhu i in., 2011 ). Ponadto picie H 2-zmniejszenie stężenia nitro-tyrozyny w wodzie u pacjentów z RZS ( Ishibashi i wsp., 2012 ). W ten sposób, co najmniej część efektu H 2 może być przypisana do spadku produkcji nitro-tyrozyny białek.
Wiele czynników białkowych zaangażowanych w kontrolę transkrypcji jest nitrolowanych (-O-NO 2 ) lub nitrosolowanych (-S-NO 2 ). Możliwe, że spadek poziomu -O-NO 2 lub -S-NO 2 może regulować różne ekspresje genów ( Radi, 2013 ). Jednak główne cele nie zostały zidentyfikowane i są obecnie badane.
7.3 . Pośrednia redukcja stresu oksydacyjnego poprzez regulację ekspresji genów
H 2 redukuje stres oksydacyjny nie tylko bezpośrednio, ale pośrednio poprzez indukowanie układów przeciwutleniających, w tym hemooksygenazy-1 (HO-1) ( Huang i in., 2010 , Park i in., 2010 ), SOD ( Zhai i in., 2013 ), katalaza ( Cai i wsp., 2013 ) oraz mieloperoksydaza ( Zhang i wsp., 2011 ). Wiadomo, że Nrf2 działa jako system obronny przed stresem oksydacyjnym i różnymi truciznami poprzez indukowanie różnych genów, w tym HO-1. HO-1, mikrosomalny enzym rozkładający hem do tlenku węgla, wolnego żelaza i biliwerdyny, uczestniczy w obronie komórek przed stresem oksydacyjnym ( Jazwa i Cuadrado, 2010 ).
W Nrf2 myszy z niedoborem, łagodzące działanie przez inhalację H 2 gazie spadła w hiperoksję uszkodzenia płuc towarzyszącym spadkiem HO-1, wskazując, że H 2 gaz może polepszyć hiperoksycznego uszkodzenia płuc w sposób Nrf2 zależne ( Kawamura i in., 2013 ). Aktywacja Nrf2 jest wymagane również dla łagodzenia uszkodzenia mózgu niedokrwienie-reperfuzji u szczurów przez H 2 ( Zhai et al., 2013 ).
7.4 . Regulacja ekspresji genów cytokin i hormonów prozapalnych
Wydaje się, że H 2 wykazuje różne skutki wobec różnych patogennych sytuacji, pośrednio poprzez regulację w górę lub w dół ekspresji genów.
W większości modeli zapalnych H 2 działa przeciwzapalnie, zmniejszając ekspresję czynników prozapalnych ( Ohta, 2011 ). Te czynniki prozapalne obejmują NF-κB ( H. Chen i wsp., 2010 ), TNF-α, interleukinę (IL) -1β, IL-6, IL-10, IL-12, CCL2 i interferon (INF) – γ, ICAM-1 ( Buchholz i wsp., 2008 ), PGE2 i PGE2, ( Kawasaki i wsp., 2010 ) oraz grupa o wysokiej mobilności, box 1 (HMGB-1) ( Xie i wsp., 2010a ),
H 2 -woda poprawia otyłość i parametry metaboliczne, jak wspomniano powyżej. Analiza wykazała, że ekspresja genu hormonu wątroby, czynnik wzrostu fibroblastów 21 (FGF21) wykazywały zwiększoną ekspresję do picia H 2 -woda. Funkcje FGF21 stymulują wydatek kwasów tłuszczowych i glukozy ( Kamimura i in., 2011 ).
H 2 -woda suplementacji zwiększyło ekspresję mRNA kodującego żołądka greliny, na wydzielanie hormonu wzrostu oraz sekrecji greliny. Uderzające jest, neuroprotekcyjne działanie H 2 -woda zniesiono przez podawanie antagonisty receptora greliny. Tak więc, działanie neuroprotekcyjne H 2 może zachodzić dzięki zwiększonej produkcji greliny ( Matsumoto i in., 2013 ).
Jest mało prawdopodobne, że H 2 może reagować bezpośrednio z czynnikami transkrypcyjnymi do regulacji ekspresji genów w sposób pokazany na fig. 5 .
7.5 . Regulacja innych genów
H 2 działa w kierunku supresji apoptozy przez regulację w górę czynników anty-apoptotycznych, i / lub do regulacji w dół proapoptotycznych czynników chorobotwórczych przeciwko różnym statusie. Rzeczywiście, H- 2 stymulowana wyrażenia anty-apoptoptic czynników, Bcl-2 i Bcl-x L ( Kawamura i wsp., 2010 ) i stłumiony wyrażania czynników proapoptotycznych oraz casapase 3 ( Cai i in., 2008 , Sun i wsp., 2009 ), kaspazę 8 ( Kawamura i wsp., 2010 ) i kaspazę 12 (J. Cai i wsp., 2008 ). W proapoptotycznej Bax H 2 nie tylko regulował w dół ekspresję genów ( Kawamura et al., 2010 ,Huang i wsp., 2011 ), ale także hamowali translokację Bax do mitochondriów ( Terasaki i wsp., 2011 ) przez nieznany mechanizm.
Profilowanie ekspresji wątroby szczura wykazano, że H 2 -woda ma minimalny wpływ na poziom ekspresji poszczególnych genów u normalnych szczurów ( Nakai i in, 2011 r. ); jednak bardziej widoczną regulację w górę lub w dół poszczególnych genów zaobserwowano w modelach choroby iu pacjentów w odpowiedzi na patogenne bodźce.
Wydaje się, że H 2 wykazuje różnorodne fenotypy w kierunku poprawy wielu stanów patogennych poprzez regulację różnych ekspresji genów. Geny w górę lub regulacji w dół przez H 2 są następujące; MMP2 i MMP9 ( CH Chen i wsp., 2010 ); MMP3 i MMP13 ( Hanaoka i wsp., 2011 ); peptyd natriuretyczny mózgu; cząsteczka adhezji międzykomórkowej-1 (ICAM-1) i mieloperoksydaza; cyklooksygenaza 2 (COX-2), neuronalna syntaza tlenku azotu (nNOS) i koneksyny 30 i 43 ( Hugyecz i wsp., 2011 ); kolagen III ( Terasaki i wsp., 2011 ); i zjonizowaną cząsteczkę adaptorową 1 wiążącą wapń (Iba1) ( Sun i wsp., 2011b ).
Ponadto niedawne doniesienia wskazują, że wentylacji z H 2 znacząco zwiększoną ekspresję cząsteczek środka powierzchniowo czynnego związane, syntazy ATP i cząsteczek stresem odpowiedzi na przeszczepów płuc ( Tanaka i wsp., 2012 ), a H 2 zmniejszone poziomy mRNA markerów osteoklastów specyficzne , w tym winianoporna kwaśna fosfataza, receptor kalcytoniny, katepsyna K, metaloproteinaza-9, anhydraza węglanowa typu II i wakuolarna H + -ATPaza ( DZ Li i in., 2013 ).
Cząsteczki te są prawdopodobnie nie reagują na pierwotne H 2 , lecz pośrednio działać, aby umożliwić różne efekty H 2 . Główny cel H 2 pozostaje nieznany.
7.6 . Modulacja sygnalizacji
H 2 tłumi fosforylację FcsRI związanego Lyn i jego cząsteczek przekazywania sygnałów ( Itoh i in., 2009 ). H 2 hamuje fosforylację ASK1 i jego dalszych cząsteczek sygnałowych, kinazy p38 MAP, JNK i IκB bez wpływu na wytwarzanie ROS pochodzących z oksydazy NADPH. Inne badanie wskazało również, że H 2 hamuje fosforylację niektórych białek sygnałowych, w tym MEK, p38, ERK, JNK ( Cardinal et al., 2010 ). Wstępne traktowanie H 2 zmniejszony wychwyt kwasów tłuszczowych i lipidów gromadzenia po palmitynian przeciążenia komórki HepG2, co było związane z hamowaniem aktywacji JNK ( IIO i wsp., 2013 ). H 2zmniejszył fosforylację p38, kinazy regulowanej sygnałem zewnątrzkomórkowym, JNK i kinaz białkowych B stymulowanych aktywatorem receptora różnicowania osteoklastów indukowanego ligandem NFκB ( DM Li i wsp., 2013 ). Badania te sugerują, że H 2 wpływy niektórych transductions sygnałów jako modulator pośredniego; Jednakże, jest mało prawdopodobne, że H 2 może bezpośrednio wiąże się z kilku receptorów biorących udział w transductions sygnału. Podstawowym cząsteczką docelową H 2, nie wykryto w tych szlakach transdukcji sygnału.
8 . Porównanie z innymi gazami medycznymi
Oczekuje się, że kilka gazów medycznych zapewni skuteczniejsze interwencje terapeutyczne i profilaktykę. Siarkowodór (H 2 S), tlenek węgla (CO) i NO to niezwykle toksyczne cząsteczki; jednak odgrywają ważną rolę jako cząsteczki sygnałowe ( Kimura, 2010 , Motterlini i Otterbein, 2010 ). CO jest trujący nawet w niskich stężeniach ze względu na jego zdolność do zakłócania dostarczania tlenu, podczas gdy endogenny CO jest ważny w fizjologicznym funkcjonowaniu narządów i ma właściwości przeciwzapalne ( Motterlini i Otterbein, 2010 ). W przeciwieństwie do tego, H- 2 , korzystne jest nie cytotoksyczności.
W ostatnim dziesięcioleciu nastąpił wyraźny wzrost wiedzy o cząsteczkach gazowych. W ostatnim czasie zainteresowanie wzbudzają inhalacje gazowe jako terapia chorób ( Szabó, 2007 , Kajimura i in., 2010 ). Niedawno ujawniono, że białka na bazie hemu odgrywają główną rolę w mechanizmach ich wytwarzania i odbioru jako główny cel tych cząsteczek gazu. Zintegrowane podejście do interakcji tych gazów ujawniło fizjologiczne znaczenie H 2 S, CO i NO dla mitochondrialnej oksydazy cytochromu c, kluczowego celu i centralnego mediatora oddychania mitochondrialnego ( Kajimura et al., 2010 ). O ile pokrótce zbadano ( Ohsawa i in., 2007 ), H 2nie zmniejszył utlenionego hemu cytochromu c. Tak więc, podstawowym celem H 2 wydaje się różnić od innych gazów medycznych.
Jeśli chodzi o oddziaływanie pomiędzy H 2 i innych toksycznych gazów, terapii połączonej z H 2 i CO wykazała zwiększoną skuteczność terapeutyczną zarówno poprzez mechanizmy przeciwutleniające i przeciwzapalne, oraz może być klinicznie możliwe podejście do zapobiegania uszkodzenie niedokrwienno / reperfuzyjne miokardium ( Nakao i wsp., 2010a ).
Oddychania NO Plus H 2 podczas niedokrwienia / reperfuzji zmniejszenie wielkości zawału i utrzymuje pracę serca i zmniejszenie powstawania zawału nitrotyrozyna związanych z NO inhalacji. Podawanie NO plus marki H 2 gazów do inhalacji mogą być użyteczne dla planowanych interwencji wieńcowych lub leczenia niedokrwienia / reperfuzji ( Shinbo i wsp., 2013 ).
Produkcja NO, H 2 S lub CO jest katalizowana odpowiednio przez syntazy NO, γ-liazę cystationiny i β-syntazę cystationiny lub HO-1 ( Kashfi i Olson, 2013 ). W przeciwieństwie do komórek ssaczych bez enzymu wewnątrzkomórkowego wytwarzania H 2 .
9 . Uwagi końcowe
W tym artykule dokonano przeglądu postępów medycyny wodorowej od jej początków do zastosowań klinicznych. H 2 jest łatwy do zastosowania, ponieważ nie ma niekorzystnych skutków i jest bardzo skuteczny w prawie wszystkich stanach patogennych związanych ze stresem oksydacyjnym i zapaleniem. Istotnie, wpływ kliniczny H 2 były dodatnie u pacjentów ponad 10 różnych chorób. Ponieważ większość leków farmakologiczne wyraźnie działa na swoje cele, H- 2 wydaje się różnić od typowych leków ze względu na liczne i różne efekty. H 2 ma duży potencjał w zastosowaniach profilaktycznych i terapeutycznych w wielu chorobach ze względu na dużą skuteczność i nowatorską koncepcję.
Oświadczenie o konflikcie interesów
Autor jest Chief Scientic Officer w MitoGene, LLC (Little Rock, AR, USA).
D. Brambilla , C. Mancuso , MR Scuderi , P. Bosco , G. Cantarella , L. Lempereur , et al.
Rola suplementu przeciwutleniaczy w chorobach układu odpornościowego, chorobach nowotworowych i neurodegeneracyjnych: punkt widzenia do oceny profilu ryzyka / korzyści
T. Hanaoka , N. Kamimura , T. Yokota , S. Takai , S. Ohta
Wodór cząsteczkowy chroni chondrocyty przed stresem oksydacyjnym i pośrednio zmienia ekspresję genów poprzez redukcję nadtlenoazotynu pochodzącego z tlenku azotu
S. Hercberg , E. Kesse-Guyot , N. Druesne-Pecollo , M. Touvier , A. Favier , P. Latino-Martel , et al.
Występowanie nowotworów, chorób niedokrwiennych układu sercowo-naczyniowego i śmiertelność podczas 5-letniej obserwacji po zaprzestaniu suplementacji witaminami przeciwutleniającymi i minerałami: obserwacja po interwencji w badaniu SU.VI.MAX
CS Huang , T. Kawamura , X. Peng , N. Tochigi , N. Shigemura , TR Billiar , i wsp.
Wdychanie wodoru zmniejszyło apoptozę nabłonka w przypadku uszkodzenia płuc wywołanego przez respirator poprzez mechanizm obejmujący aktywację czynnika jądrowego kappa B
Biochem Biophys Res Commun , 408 ( 2011 ) , str. 253 – 258
M. Hugyecz , E. Mracskó , P. Hertelendy , E. Farkas , F. Domoki , F. Bari
Wdychanie powietrza uzupełnionego wodorem zmniejsza zmiany poziomu prooksydantów i białek w miejscu połączenia po przejściowym globalnym niedokrwieniu mózgu w hipokampie szczura
T. Ishibashi , B. Sato , M. Rikitake , T. Seo , R. Kurokawa , Y. Hara , i in.
Zużycie wody zawierającej wysokie stężenie wodoru cząsteczkowego zmniejsza stres oksydacyjny i aktywność choroby u pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów: otwarte badanie pilotażowe
M. Ito , T. Ibi , K. Sahashi , M. Ichihara , K. Ohno
Otwarte badanie i randomizowane, podwójnie ślepe, kontrolowane placebo, krzyżowe badanie wody wzbogaconej wodorem w miopatiach mitochondrialnych i zapalnych
Leczenie wodorem przedłuża żywotność replikacji multipotencjalnych komórek zrębowych szpiku kostnego in vitro, zachowując jednocześnie potencjał różnicowania i parakrynny
Leczenie cząsteczkami wodoru zapobiega indukowanemu przez RANKL różnicowaniu osteoklastów związanemu z hamowaniem tworzenia ROS i inaktywacją szlaków MAPK, AKT i NF-kappa B w mysich komórkach RAW264.7
K. Nagata , N. Nakashima-Kamimura , T. Mikami , I. Ohsawa , S. Ohta
Spożycie wodoru cząsteczkowego zapobiega wywołanym stresem upośledzeniom w zadaniach uczenia się zależnych od hipokampu podczas chronicznego przymusu fizycznego u myszy
H. Oharazawa , T. Igarashi , T. Yokota , H. Fujii , H. Suzuki , M. Machide , i in.
Ochrona siatkówki poprzez szybką dyfuzję wodoru: podawanie kropli do oczu obciążonych wodorem w przypadku uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego siatkówki
H. Ono , Y. Nishijima , N. Adachi , M. Sakamoto , Y. Kudo , K. Kaneko , et al.
Podstawowe badanie dotyczące inhalacji wodoru cząsteczkowego (H2) u pacjentów z ostrym niedokrwieniem mózgu w celu sprawdzenia bezpieczeństwa z parametrami fizjologicznymi i pomiarem poziomu H2 we krwi
H. Ono , Y. Nishijima , N. Adachi , M. Sakamoto , Y. Kudo , J. Nakazawa , i in.
Leczenie wodorem (H2) ostrych erythymatusowych chorób skóry. Raport 4 pacjentów z danymi dotyczącymi bezpieczeństwa i niekontrolowanym studium wykonalności z pomiarem stężenia H2 na dwóch ochotnikach
H. Ono , Y. Nishijima , N. Adachi , S. Tachibana , S. Chitoku , S. Mukaihara , et al.
Ulepszone wskaźniki MRI mózgu w miejscach ostrego zawału pnia mózgu leczonych zmiataczami rodników hydroksylowych, edaravonem i wodorem, w porównaniu z samym edaravonem. Badanie niekontrolowane
Hipoteza dotycząca ochrony biologicznej przed promieniowaniem kosmicznym poprzez zastosowanie nowych gazów terapeutycznych jako medycznych środków zaradczych
OH) i nadtlenoazotyn (ONOO – ) w komórkach, oraz że H 2 wykazuje cytoprotekcyjne działanie przeciwko utlenianiu stres ( Ohsawa i in., 2007 ). Od tego czasu, wiele badań zbadali efekty terapeutyczne i profilaktyczne H 2 . Te opublikowane prace obejmują wiele biologicznych skutków stresu oksydacyjnego w prawie wszystkich narządach ( Ohta, 2011 , Ohta, 2012 ). Ponadto ujawniono, że H 2ma więcej funkcji, w tym działanie przeciwzapalne, przeciwapoptotyczne i przeciwalergiczne, oraz że H 2 stymuluje metabolizm energetyczny w większości tkanek zwierząt modelowych. Do 2013 r. Liczba publikacji na temat jego biologicznie lub medycznie korzystnych skutków wzrastała i przekroczyła ~ 300, jak pokazano na ryc.1 . Poprzednie artykuły przeglądowe wprowadzały głównie różne eksperymenty na komórkach i zwierzętach ( Ohta, 2011 , Ohta, 2012 ).
Reaktywne formy tlenu (RFT) są wytwarzane w organizmie przez całe nasze codzienne życie jako produkt uboczny metabolizmu energetycznego poprzez fosforylację oksydacyjną w każdym organizmie tlenowym. Sporadycznie dochodzi do powstania nadmiernych RFT, takich jak palenie lub zanieczyszczenie powietrza, ekspozycja na promieniowanie ultrafioletowe lub napromieniowanie, intensywny wysiłek fizyczny lub stres psychiczny itd. ( Liu i in., 1996 , Agarwal, 2005 , Harma i in., 2006 , Tanriverdi i in., 2006 , Grassi i in., 2010). Kiedy RFT są wytwarzane nadmiernie lub endogenna zdolność antyoksydacyjna jest zmniejszona, masowe utlenianie wywołuje szkodliwe skutki, powodując „stres oksydacyjny”. Ostry stres oksydacyjny pojawia się w różnych sytuacjach: stanach zapalnych, niedokrwieniu reperfuzji w zawale serca lub mózgu, przeszczepie narządów i ustaniu krwawienia operacyjnego lub innych ( Ferrari i wsp., 1991 , Vaziri i Rodriguez-Iturbe, 2006 , Reuter i wsp. , 2010 ). Coraz więcej dowodów wskazuje na silne powiązania między przewlekłym stresem oksydacyjnym a wieloma różnymi patologiami, w tym chorobami złośliwymi, cukrzycą, miażdżycą tętnic i przewlekłymi procesami zapalnymi, a także wieloma chorobami neurodegeneracyjnymi i procesem starzenia ( Andersen, 2004, Bagul i Banerjee, 2013 , El Assar i in., 2013 , Kim i Byzova, 2014 ). W normalnych warunkach RFT wywołane forsownym wysiłkiem fizycznym powoduje zmęczenie mięśni ( Westerblad i Allen, 2011 ).
OH / 
