Molekularny lub wolny wodór przeciwko stresowi oksydacyjnemu

Przełom w badaniach nad wodorem medycznym

Wodór jest pierwiastkiem o najniższej masie we wszechświecie i dlatego zajmuje pierwsze miejsce w układzie okresowym. Jest również składnikiem pierwiastka wody H2O, jednego z najważniejszych związków na ziemi. Z tego powodu wodór od dawna zajmuje szczególną pozycję w badaniach: jako paliwo przyszłości, na przykład gazowy wodór jest uważany za szczególnie przyjazny dla środowiska, ponieważ para wodna jest jedynym produktem odpadowym powstającym podczas produkcji energii.

Przez długi czas jednak nie można było znaleźć zastosowania w medycynie, ponieważ wodór okazał się całkowicie nieskuteczny w ludzkim organizmie. Było to powszechnie akceptowane, dopóki naukowcy z Japonii nie dokonali interesującego odkrycia w 2007 roku.

Działanie przeciwutleniające wodoru gazowego

Grupa naukowców kierowana przez dr Ohsawę przeprowadziła serię eksperymentów na szczurach, które pozwoliły im wykazać, że wodór może zmniejszyć niektóre rodzaje uszkodzeń tkanek. Jest to uszkodzenie spowodowane przywróconym przepływem krwi w niedostatecznie zaopatrzonej części tkanki. Jeśli tkanka jest ukrwiona słabo lub wcale (niedokrwienie) przez długi czas, komórkom brakuje tlenu, którego potrzebują do metabolizmu komórkowego.

Metabolizm beztlenowy (niskotlenowy) wytwarza pewne produkty przemiany materii, które reagują z tlenem zawartym we krwi, gdy tylko zostanie przywrócony przepływ krwi. Tworzy to dużą liczbę reaktywnych rodników tlenowych, które mogą masowo uszkodzić otaczającą tkankę. W eksperymencie, po podaniu gazowego wodoru, cząsteczki wodoru były w stanie szybko i łatwo przeniknąć do wszystkich tkanek i neutralizować rodniki tlenowe jak przeciwutleniacz. Obserwowane zwykle poważne uszkodzenia tkanki w dużej mierze nie występowały u badanych zwierząt.

Od czasu opublikowania badania w „Nature Medicine” w 2007 roku, liczba publikacji na ten temat wzrosła: obecnie istnieje ponad pięćset różnych badań dotyczących przeciwutleniającego działania wodoru i jego wpływu na różne choroby.

Wyniki badań, głównie z Korei i Japonii, są obiecujące: wodór może być zatem stosowany terapeutycznie i profilaktycznie jako selektywny przeciwutleniacz. W przeciwieństwie do witamin, cząsteczki wodoru nie zakłócają pożytecznych procesów organizmu, ponieważ komórki odpornościowe również wykorzystują wolne rodniki do odstraszania patogenów. Właśnie z tego powodu długotrwałe podawanie dużych dawek witamin w postaci suplementów diety wiąże się z osłabieniem układu odpornościowego.

Zrozumienie, jak działa wodór cząsteczkowy w organizmie, wymaga wcześniejszej wiedzy na temat fizycznych i chemicznych właściwości tego pierwiastka.

Co to jest wodór cząsteczkowy (wolny)?

Pierwiastek chemiczny wodór jest skrótem od symbolu „H” dla wodoru (łac.). W całym wszechświecie wodór jest nie tylko najlżejszym, ale także najpowszechniejszym pierwiastkiem. Zwykle składa się z dodatnio naładowanego protonu i ujemnie naładowanego elektronu, rzadziej spotyka się atomy wodoru z jednym lub dwoma neutronami. Ponieważ mają tylko jeden elektron, atomy wodoru są szczególnie reaktywne, więc wodór występuje w postaci atomowej tylko w szczególnych okolicznościach. Zwykle dwa atomy wodoru łączą się, tworząc cząsteczkę H2 (wodór cząsteczkowy lub wolny wodór) . Powstaje bezbarwny, nietoksyczny, bezwonny i pozbawiony smaku, niemetaliczny gaz.

Ze względu na swoje szczególne właściwości wodór fascynował ludzi od momentu odkrycia. Na przykład pierwsze sterowce wykorzystywały wodór w swoich ciałach podnoszących, ponieważ ma on mniejszą gęstość niż powietrze. Pierwsze nowoczesne ogniwa paliwowe zasilane wodorem zostały opracowane w latach 60. XX wieku. Energia jest wytwarzana w reakcji gazowego wodoru z tlenem. Ponieważ w procesie tym wytwarzana jest tylko woda jako produkt odpadowy, to ogniwo paliwowe jest słusznie uważane za napęd przyszłości.

Medyczne zastosowanie wodoru

Z drugiej strony w badaniach medycznych wodór nie był przez długi czas brany pod uwagę, ponieważ nie można było zidentyfikować żadnego wpływu na ludzki organizm. Pierwsze testy z pozytywnym wynikiem w 19752 przeszły niezauważone, więc zdziwienie było jeszcze większe – przynajmniej w Azji – po opublikowaniu wyników badań w 2007 roku. W Japonii i Korei badanie uważa się za przełom w medycynie.

W związku z tym wodór jest wykorzystywany w organizmie człowieka na dwa sposoby: jako dostawca energii i jako selektywny przeciwutleniacz. Wodór jest uwalniany podczas rozkładu węglowodanów i tłuszczów. Jest on następnie wiązany z pewnymi cząsteczkami i przechowywany w elektrowniach komórek (mitochondriach). Reakcja z tlenem wytwarza energię, która jest absorbowana i transportowana przez nośnik energii ATP.

Natomiast wodór cząsteczkowy (H2) działa jak wymiatacz rodników (przeciwutleniacz): neutralizuje szkodliwe reaktywne rodniki tlenowe i azotowe (patrz niżej), które są spowodowane m.in. oddychaniem komórkowym, stresem i procesami patologicznymi w ciele. W porównaniu z innymi formami przeciwutleniaczy, takimi jak witaminy czy fitochemikalia, wolny wodór ma kilka kluczowych zalet:

Gaz wodorowy jest nieszkodliwy

W kilku badaniach udało się już przekonująco wykazać, że stosowanie wodoru u ludzi jest nieszkodliwe.

Gazowy wodór szybko się rozprasza.

Ponieważ jego masa atomowa jest tak mała, cząsteczki wodoru mogą z łatwością przenikać do wszystkich struktur tkankowych i szybko rozprzestrzeniać się po całym ciele. Bariera krew-mózg również nie jest dla nich przeszkodą, dzięki czemu wrażliwa tkanka mózgowa może być chroniona.

Wodór jest jednocześnie rozpuszczalny w wodzie i tłuszczach.

Te właściwości zapewniają, że cząsteczki docierają również do komórek pokrytych warstwą tłuszczu i wypełnionych płynem. W ten sposób cząsteczki mogą również penetrować warstwy tłuszczu i wnikać do komórek wypełnionych płynem.

Teoria wolnych rodników

Tak zwane rodniki to cząsteczki, z których elektron został usunięty w wyniku reakcji chemicznych. Teraz, gdy mają niesparowany elektron, rodniki są niezwykle agresywne. O ile nie mają pełnej pary elektronów, próbują zastąpić brakujący elektron, „wyrywając” elektron z innego atomu lub cząsteczki. Ten proces utleniania jest bardzo szkodliwy dla struktur komórkowych i tkankowych. Mogą wystąpić uszkodzenia wrażliwych struktur, takich jak DNA, szczególnie gdy wytwarzane są duże ilości rodników. Jednocześnie jednak wolne rodniki są wykorzystywane przez komórki odpornościowe w walce z patogenami.

Rodniki powstają podczas wielu różnych procesów chemicznych zachodzących w organizmie, w tym na przykład oddychania komórkowego. Aby zapobiec nadmiernemu utlenianiu, organizm może podjąć środki zaradcze: za pomocą własnych wymiataczy rodników, takich jak glutation, rodniki są neutralizowane, a tym samym unieszkodliwiane. Przeciwutleniacze (witaminy, wtórne substancje roślinne) również dostają się do organizmu wraz z pożywieniem i wspomagają ten proces.

Istnieją jednak różne okoliczności, takie jak niezrównoważona dieta, zaburzenia wchłaniania składników odżywczych lub zwiększone zapotrzebowanie na składniki odżywcze z powodu stresu lub choroby, które prowadzą do wytwarzania większej ilości wolnych rodników, niż organizm jest w stanie zneutralizować. Prowadzi to do stanu zwanego stresem oksydacyjnym. Może to spowodować ogromne uszkodzenia oksydacyjne błon, DNA, białek i innych składników komórki. Takie uszkodzenie występuje w wielu chorobach przewlekłych. Przyjmuje się również, że stres oksydacyjny jest jednym z najważniejszych czynników w procesie starzenia.

Jak wykazały współczesne badania, długotrwałe przyjmowanie suplementów witaminowych w dużych dawkach nie zapewnia niezawodnej ochrony. Witaminy są bardzo niespecyficzne w swoim działaniu, a także zakłócają pożyteczne procesy immunologiczne w organizmie. Rezultatem są wyższe wskaźniki zachorowań i ogólne pogorszenie stanu zdrowia.

Wodór cząsteczkowy działa w ukierunkowany sposób

Rodniki powstają podczas całkowicie naturalnych procesów zachodzących w organizmie, a także poprzez procesy patologiczne. Aby nie powodowały żadnych szkód, potrzebujemy wystarczającej ilości wymiataczy rodników w postaci przeciwutleniaczy. Czasami jednak wytwarzane są tak duże ilości wolnych rodników, że własne antyoksydanty organizmu nie wystarczają. Niekorzystne może być również przyjmowanie dużych dawek witamin poprzez suplementy diety, które nie potrafią odróżnić rodników szkodliwych od korzystnych.

Z drugiej strony wodór cząsteczkowy działa selektywnie. Naturalnie ma tylko jeden elektron i dlatego „lubi” łączyć się z pewnymi rodnikami tlenowymi (rodniki hydroksylowe, OH⦁). Gdy cząsteczka wodoru (H2) i dwa rodniki hydroksylowe (OH⦁) reagują, powstają dwie cząsteczki wody. Nie ma pozostałości, które wymagają dalszej obróbki. Rodnik hydroksylowy jest najbardziej szkodliwym wolnym rodnikiem w ludzkim organizmie i może być łatwo przekształcony w użyteczną substancję przez wodór.

Rodniki azotowe (aniony nadtlenoazotynowe, ONOO-) mogą również zostać unieszkodliwione przez gazowy wodór. Szczególnie ważne jest, aby wodór łatwo i szybko rozprzestrzeniał się w organizmie, dzięki czemu może mieć szybki i ukierunkowany efekt. Dotychczasowe wyniki badań wskazują, że wodór molekularny ma pozytywny wpływ na choroby takie jak miażdżyca, cukrzyca typu 2, alergie, choroba Alzheimera i Parkinsona, skutecznie neutralizując wolne rodniki.

Prosta i bezpieczna aplikacja

W przeciwieństwie do złożonego działania w organizmie, zastosowanie wodoru cząsteczkowego nie mogłoby być prostsze. Z jednej strony powietrze można wzbogacić gazowym wodorem i podawać pacjentowi do inhalacji. Ze względu na rozpuszczalność w wodzie można go jednak również wzbogacać i pić w wodzie. Alternatywnie można również kąpać się w wodzie bogatej w wodór. Wreszcie, możliwe są również wstrzyknięcia sterylnym roztworem soli fizjologicznej. W szczególności woda pitna wzbogacona wodorem stanowi prosty i szczególnie bezpieczny rodzaj aplikacji.

Szczególną uwagę należy zwracać tylko na jakość wody, aby nie dochodziło do niepożądanych reakcji. Idealnie powinno być specjalnie uzdatnione wodą osmozowaną. Z drugiej strony zwykła woda z kranu nie nadaje się jako roztwór nośnika dla gazowego wodoru, ponieważ ma miejscami wysokie stężenia azotanów. W połączeniu z wodorem azotan jest redukowany do azotynu, który może reagować z białkami z pożywienia w przewodzie pokarmowym i łączyć się, tworząc rakotwórcze nitrozoaminy.

Wniosek

Wodór cząsteczkowy wykazał ogromny potencjał dla medycyny przyszłości. Ponieważ wiele chorób przewlekłych wiąże się ze stresem oksydacyjnym, leczenie gazowym wodorem daje możliwość pozytywnego wpływu na przebieg choroby. Należy mieć nadzieję, że zainteresowanie tą dziedziną badań rozszerzy się również na Europę, ponieważ wiele badań wciąż czeka na przeprowadzenie. Jednak już teraz wiadomo, że wodór cząsteczkowy jest prostą, bezpieczną i niedrogą metodą leczenia.