Противовоспалительное, антиоксидантное действие H2 и его способность модулировать процесс апоптоза нашли широкое применение, в том числе в терапии целого ряда возраст-ассоциированных заболеваний.
1975
Первое исследование водорода с терапевтической целью, когда его действие вызвало заметный регресс плоскоклеточного рака кожи у мышей.
2007
Вдыхание слабого водородного газа помогло замедлить ишемически-реперфузионное повреждение мозга головы при инсульте у крыс.
2016
Министерство здравоохранения, труда и социального обеспечения Японии приняло решение о признании водорода медицинским газом.
2020
Использование водородного газа при лечении респираторных заболеваний было рекомендовано Национальной комиссий здравоохранения Китая.
2023
Издано более 2 000 научных статей, охватывающих патогенез более 170 заболеваний, о положительном воздействии водорода на организм.
2024
Водородные методики оздоровления и продления активного долголетия широко применяются зарубежом (Япония, Ю.Корея, Китай и др.).
н.в.
Мировая медцина уже признает водород в качестве самого эффективного инструмента борьбы с оксидативным стрессом организма.
Что такое водород?
Водоро́д (химический символ — H, от лат. hydrogenium) — химический элемент первого периода периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 1.
Водород является самым ранним, самым старым и самым основным элементом во Вселенной. Первоначальная Вселенная состояла почти исключительно из водорода. Сейчас водород является самым распространенным элементом с точки зрения атомного процента, при этом число атомов водорода примерно в 100 раз больше, чем сумма атомов всех остальных элементов.
Атомарный водород (H) является самым маленьким химическим элементом и занимает первое место в Периодической таблице элементов. Он состоит из одного протона и одного неспаренного электрона и, следовательно, является свободным радикалом. Когда атом водорода теряет электрон, остается только протон. Он превращается в положительно заряженный ион водорода, известный как H+. H2 — это газ, который образуется, когда два атома водорода соединяются вместе и превращаются в молекулу водорода, состоящую из двух протонов и двух электронов.
Не имеет цвета, запаха и вкуса.
Нейтральный рН в состоянии газа.
Активно формирует ковалентные связи с большинством неметаллов, поэтому на Земле существует в основном в молекулярных соединениях, таких как вода или органические вещества.
Играет особенно важную роль в кислотно-основных реакциях.
Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17 % (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~52 %). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках, где по числу атомов на водород приходится почти 63 %.
Безопасность водорода
Среди всего количества элементов, входящих в состав человеческого организма, водород составляет всего 9,5%, но именно он обеспечивает жизненную энергию, являясь незаменимым веществом для поддержания жизни и здоровья.
Эндогенный Н2 в ежесуточном объеме до 12 литров вырабатывается кишечными бактериями человека как побочный продукт анаэробного метаболизма и является основным газовым маркером ферментации углеводов. Микроорганизмы производят H2 в результате реакции газообмена воды с монооксидом углерода (CO): CO + H2O → CO2 + H2.
Поскольку H2 привычен для организма, на текущий момент не было зарегистрировано ни одного случая цитотоксических явлений при его применении.
H2 также не оказывает прямого воздействия на физиологические показатели, такие как температура тела, артериальное давление, водородный показатель (pH) или парциальное давление кислорода (pO2).
Таким образом, водород является естественным физиологическим элементом организма и крайне необходим ему для поддержания нормальных физиологических функций, то есть он абсолютно безопасен для человека.
Действие водорода как антиоксиданта (восстановителя)
Окисление и восстановление — взаимосвязанные химические процессы, играющие ключевую роль в обмене веществ аэробных организмов. Смещение баланса в сторону окислительных реакций сопровождается образованием избытка оксидантов и известно как оксидативный (окислительный) стресс. При оксидативном стрессе избыточный уровень активных форм кислорода (АФК) превышает способность клетки обеспечить эффективный антиоксидантный ответ. Оксидативный стресс может стать причиной накопления окислительных повреждений в макромолекулах (липидах, ДНК и белках) и в конечном итоге привести к возраст-ассоциированным функциональным нарушениям. Геномная нестабильность является общим знаменателем старения. Согласно исследованиям in vitro, активные формы кислорода могут повредить ДНК путем окисления нуклеотидных оснований и нарушения репликации. Они также вызывают разрывы нитей митохондриальной ДНК.
В целях противодействия окисидативному стрессу в терапии применяются восстановители (антиоксиданты), одним из которых является молекулярный водород (H2).
Антиоксиданты (восстановители) - природные соединения, которые подавляют процесс окисления в нашем организме, передавая свой электрон свободному радикалу и тем самым замыкая его окислительное действие.
Одна молекула водорода (H2) нейтрализует два свободных гидроксильных радикала, образуя обычную воду (H2O). Таким образом, даже при высоких концентрациях водород как антиоксидант не является токсичным.
Водород и традиционные антиоксиданты
Ключевое отличие водорода
Это невероятно малая молярная масса и наивысшая способность проникновения внутрь организма, что обуславливает его уникальные широкие восстановительные (антиоксидативные) свойства против весьма ограниченных возможностей воздействия на организм других антиоксидантов.
Особенности традиционных антиоксидантов
1. Имеют слишком большие молекулы, которые не могут проникать внутрь клеток, при этом большинство вредных свободных радикалов образуется и производит свою разрушительную деятельность именно внутри клеток.
2. В процессе своего действия сами превращаются в свободные радикалы вследствие сложного состава молекул, инициируя тем самым неконтролируемые цепные окислительные реакции.
3. Нейтрализуют все свободные радикалы, в том числе выполняющие важные функции для организма.
4. При избытке в организме начинают сами разрушать важные защитные механизмы, тем самым увеличивая риски заболеваемости и смертности от болезней, в том числе онкологических.
Таким образом, традиционные антиоксиданты малоэффективны и в избыточных дозах даже опасны для организма.
Преимущества водорода среди антиоксидантов
Благодаря указанным ниже характеристикам, отсутствующим в обычных лекарствах и биомолекулах, водород обладает множеством биологических функций, важнейшей из которых является увеличение количества здоровых митохондрий, а также устранение дисфункции и оптимизация работы митохондрий в организме, как основы здорового долголетия.
Единственный антиоксидант, способный преодолеть гематоэнцефалический барьер
Водород, благодаря небольшой молярной массе и отсутствию полярности, способен беспрепятственно преодолевать гематоэнцефалический барьер, проникая как в нормальные ткани, так и в зоны ишемии, диффундируя в состав важных компонентов клеток - в структуры органелл в ядрах и цитоплазме, в том числе в митохондриях. Традиционные антиоксиданты лишены данной способности.
Устраняет только наиболее опасные оксиданты – гидроксильные радикалы
Водород как антиоксидант отличается селективностью и избирательно устраняет только самые опасные свободные радикалы (гидроксильные), тем самым снимая с организма «оксидативный стресс» и предотвращая связанные с ним воспалительные, нейродегенеративные, злокачественные и другие виды заболеваний.
Формирует источник дополнительной энергии для организма
Водород обуславливает отрицательный окислительно-восстановительный потенциал среды (ОВП = -500) и, в отличие от продуктов питания и воды с положительным ОВП, не только является отличным антиоксидантом (восстановителем), но также источником дополнительной энергии за счет улучшения обмена веществ.
Активирует собственные антиоксидантные системы организма
Водород не только самостоятельно нейтрализует опасные свободные радикалы, но и активирует собственные антиоксидантные системы организма, повышая тем самым уровень его противодействия нежелательным внутренним окислительным процессам.
Не образует побочных продуктов и не вызывает нежелательных цепных реакций
Продуктом взаимодействия водорода с гидроксидльными радикалами является простая вода без побочных продуктов и цепных реакций, поэтому водородная методика не влечет за собой побочных эффектов и не имеет противопоказаний к применению.
Является эффективным инструментом комплексного оздоровления организма
Кроме безусловных и ярко выраженных антиоксидантных, противовоспалительных и антиаллергических свойств, водород стимулирует энергетический метаболизм и оказывает общий оздоровительный эффект на весь организм в целом.
Воздействие водорода на организм
Водород способствует оздоровлению на глубоком клеточном уровне, оказывая комплексное воздействие на организм.
Механизмы воздействия водорода
Антиоксидантное действие
H2 нейтрализует гидроксильный радикал (•OH).
Гидроксид (OH–), также известный как гидроксильный ион или гидроксид-ион, не является свободным радикалом. Последовательное восстановление молекулярного кислорода приводит к образованию группы активных форм кислорода, таких как супероксид-анион и гидроксильный радикал. Гидроксильный радикал •OH представляет собой нейтральную форму гидроксид-иона (OH–)) и является высокореактивным свободным радикалом.
H2 обезвреживает пероксинитрит (ONOO–)).
Пероксинитрит (ONOO–)) - это сильный окислитель, способный вызывать повреждения широкого спектра молекул в клетке, в том числе ДНК и белков.
H2 косвенно снижает выработку оксида азота (NO).
NO вырабатывается синтазой оксида азота (nitric oxide synthase; NOS). Большое количество NO, образующегося в результате работы индуцибельной NOS (iNOS), может вызвать воспалительный процесс, вносящий свой вклад в формирование возрастных изменений и патогенез воспалительных заболеваний, таких как диабет 2-го типа и болезнь Альцгеймера. H2 не поглощает NO, однако ингибирует экспрессию iNOS, снижая связанную с ней выработку NO. Кроме того, H2 может устранять NO-производное (ONOO–), которое образуется в результате реакции между супероксиданион-радикалом (O2•) и NO. Это может привести к потреблению NO и косвенному снижению его количества.
H2 ингибирует активность NADPH-оксидазы.
NADPH-оксидаза — это фермент, который передает электроны от NADPH к кислороду для образования O2• и других активных форм кислорода.
H2 снижает уровень митохондриальных активных форм кислорода (АФК).
АФК в основном образуются в митохондриях. H2 является самой маленькой молекулой и поэтому способен проходить через мембрану митохондрий, нейтрализуя •OH и ONOO–. Кроме того, H2 подавляет утечку электронов в электронно-транспортной цепи, предотвращает образование супероксида в митохондриальном комплексе I, нормализует поток электронов и таким образом препятствует окислительному повреждению митохондрий.
H2 индуцирует экспрессию антиоксидантных генов и повышает активность антиоксидантных ферментов.
Помимо непосредственного снижения окислительного стресса, H2 может запускать антиоксидантные системы. Связанный с NF-E2 фактор 2 (Nrf2) функционирует как важная защитная система против окислительного стресса, индуцируя экспрессию различных генов, таких как гемоксигеназа 1 (HO-1). H2 может активировать Nrf2 и вызывать его транслокацию в ядро, усиливая транскрипцию каталазы (CAT) и глутатиона 1 (GPX1).
H2 снижает активность нейтрофилов.
Нейтрофилы способны в больших количествах образовывать АФК и играют определенную роль в старении. H2 подавляет инфильтрацию поврежденных тканей нейтрофилами, потенциально снижая генерацию АФК. Нейтрофилы экспрессируют миелопероксидазу (MPO), которая играет важную роль в уничтожении нейтрофилами патогенов, а также является местным медиатором повреждения тканей и возникающего воспаления при различных воспалительных заболеваниях. Как обсуждалось выше, H2 может снижать количество MPO, предположительно, за счет ингибирования ее высвобождения нейтрофилами.
Противовоспалительное действие
Рисунок 1. Основные механизмы терапевтического воздействия водорода при воспалительных заболеваниях.
Н2 может, благодаря своим химическим свойствам:
- поглощать гидроксильные радикалы;
- оказывать антиокислительное действие, регулируя транскрипцию Nrf2 и энергетический баланс митохондрий;
- снижать транскрипцию NF-кВ, что позволяет уменьшить воспаление;
- ингибировать апоптоз клеток, благодаря своим антиоксидантным и противовоспалительным эффектам, а также способности воздействовать на антипоптотический фактор Bcl-2 и каспазу-3 (Casp 3).
H2 снижает высвобождение провоспалительных цитокинов, включая интерлейкин (ИЛ) 1β, ИЛ-6, фактор некроза опухоли альфа (ФНО-α), ядерный фактор каппа би (NF-κВ) и ядерный негистоновый белок (HMGB1). Он также повышает уровень противовоспалительных цитокинов, таких как ИЛ-4, ИЛ-10 и ИЛ-13 (Рисунок 1).
H2 способствует поляризации макрофагов от провоспалительного типа M1 к противовоспалительному типу M2, который, в свою очередь, вырабатывает дополнительные противовоспалительные цитокины, такие как ИЛ-10 и трансформирующий фактор роста бета (TGF-β) (Рисунок 2).
Рисунок 2. Иммуномодулирующая функция водорода.
Рисунок 3. Менее выраженная нейтрофильная инфильтрация по периферии раны роговицы крыс после инстилляции обогащенной водородом воды по сравнению с плацебо: А - область повреждения, инстилляция физиологического раствора; Б - область повреждения, инстилляция обогащенной Н2 воды (стрелками указаны нейтрофилы); В - сопоставление количества нейтрофилов в ранах после инстилляции обогащенной Н2 воды и плацебо.
H2 уменьшает инфильтрацию тканей макрофагами и нейтрофилами (Рисунок 3).
H2 способен ингибировать несколько путей воспаления, таких как путь NF-κB, NLRP3 и TLR. NF-κB — наиболее распространенный провоспалительный сигнальный путь, который участвует в различных патологических моделях, включая процесс старения. Путь NLRP3 подпитывает как хроническое, так и острое воспаление и способствует воспалительному старению. Путь TLR4 сопряжен с развитием гипергликемии при сахарном диабете 2-го типа.
За счет изменения межклеточной коммуникации воспаление вносит свой вклад в процесс старения. H2 ингибирует хроническое воспаление, которое может способствовать воспалительному старению. Например, H2 снижает экспрессию биомаркеров воспаления у пациентов с метаболическим синдромом и ослабляет воспалительный статус дыхательных путей у пациентов с астмой и хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), особенно ХОБЛ, вызванной табачным дымом. В головном мозге H2 может подавлять нейровоспаление, вызванное различными патологическими состояниями — цереброваскулярными и нейродегенеративными заболеваниями, а также неонатальным повреждением мозга. Таким образом, H2 может эффективно ослаблять процесс воспаления при различных патологических состояниях, замедлять процесс воспаления и старения и предотвращать заболевания, связанные со старением.
Антиапоптозное действие
Апоптоз — форма запрограммированной клеточной смерти. Он играет незаменимую роль как в физиологических, так и в патологических условиях. Например, апоптоз необходим для процессов развития, включая дифференцировку клеток и ремоделирование тканей. Он также задействован в супрессии канцерогенеза (сигнальный путь p53).
Старение ассоциируется со снижением активности апоптоза и увеличением количества стареющих клеток. Повышение устойчивости к апоптозу в процессе старения может привести к выживанию постмитотических клеток, потерявших способность делиться.
H2 оказывает модулирующее действие на апоптоз при различных заболеваниях. В большинстве случаев H2 защищает ткани от повреждения за счет антиапоптотических эффектов, таких как подавление экспрессии проапоптотических факторов Bax, каспазы-3, каспазы-8 и каспазы-12, ингибирование сигнального пути p53 и повышение уровня антиапоптотических факторов (Bcl-2 и Bcl-xl). Однако при некоторых условиях он может способствовать апоптозу. Например, уклонение от апоптоза является отличительной особенностью раковых клеток. H2 увеличивает показатели раннего и позднего апоптоза при раке легких, облегчает удаление и снижает пролиферацию раковых клеток. Этот проапоптотический эффект в отношении раковых клеток указывает на то, что H2 может модулировать гибель клеток для защиты организма и поддержания гомеостаза.
Омолаживающее (антивозрастное) действие
Механизмы омолаживающего действия водорода и его влияния на возрастные изменения обобщены на рисунке ниже.
