Водорода лекува хронична умораНаучно Изследване
Молекулярният водород (H 2 ) като потенциално лечение на остра и хронична умора
Кърт Лукас Мориц Рош Питър Ланггут
Първо публикувано: 23 декември 2020 г. https://doi.org/10.1002/ardp.202000378 линк към статиятаРезюме
Много заболявания, както и остри състояния, могат да доведат до умора, която може да бъде временна или хронична. Острата умора се развива често след физически упражнения или след алкохолен махмурлук, докато микробните инфекции като грип или COVID-19 и хронични заболявания като болестта на Паркинсон или множествена склероза често са свързани с хронична умора. Оксидативният стрес и произтичащото от това нарушение на митохондриалната функция вероятно ще бъдат често срещани знаменатели за много форми на умора, а антиоксидантното лечение е доказано ефективно за облекчаване на симптомите на умора. В това проучване ние разглеждаме ролята на реактивните кислородни и азотни видове в умората и антиоксидантните ефекти от приема на молекулярен водород.
1. ВЪВЕДЕНИЕ
Умората, като цяло липса на енергия, може да се развие във времето, например след физическо натоварване [ 1 , 2 ] и като част от вредните последици от приема на алкохол. [ 3 ] Умората също може да има дълготраен характер; хроничните форми могат да са резултат от вирусни и бактериални инфекции [ 4 , 5 ] и те са чести при тежки заболявания като болестта на Паркинсон и Алцхаймер и множествена склероза. [ 6 ] Разнообразните прояви, причини и възможни лечения за синдром на хронична умора (наричан още миалгичен енцефаломиелит [ME / CFS]) са подробно разгледани от Morris et al.[ 6 ]
Умората се очертава като основен неблагоприятен ефект на COVID-19, причинен от тежък остър респираторен синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2). По време на остра инфекция се наблюдава умора в повече от 70% от критичните и некритични случаи на COVID-19. [ 7 ] Тревожното е, че повече от 50% от пациентите съобщават за продължителна умора дори след преминаване през острата фаза на инфекцията. [ 8 ]
В това кратко съобщение ние обсъждаме реактивните кислородни и азотни видове (ROS / RNS) като потенциални задействащи фактори за остра и хронична умора. Накратко правим преглед на антиоксидантните ефекти от приема на молекулярен водород и предлагаме използването на молекулярен водород за лечение на остра и хронична умора. Вдишването на молекулярен водород като лечение на COVID-19 също е обсъдено наскоро от Ostojic. [ 9 ]
1.1 Умора и ROS / RNS след тренировка и прием на алкохол
По време на физически упражнения мускулните влакна изпитват значително повишени нива на оксидативен стрес, например, поради повишеното образуване на водороден прекис. [ 10 ] Връзката между мускулното свиване, оксидативния стрес и умората е открита в началото на 90-те години, [ 11 – 13 ] и е показано, че антиоксидантът N- ацетилцистеин може да предотврати умората на скелетните мускули. [ 13 ] Друг релевантен радикал е азотният оксид (NO), който се произвежда в мускулите главно от ензима невронална NO синтаза. [ 14 ]NO може да реагира със супероксид, за да образува силно окислителния пероксинитрит. [ 14 ]ROS / RNS също играят важна роля след прием на алкохол. При мишки е установено масивно нарушение на редокс хомеостазата на митохондриите в синаптични терминали след третиране с етанол. По-конкретно, наблюдавано е трикратно увеличение на производството на водороден пероксид, повишена активност на моноаминооксидазата, намалена активност на каталазата (40%) и масивно изчерпване на чувствителния към окисляване кардиолипин (55%). [ 15 ] Аналогично, значително намаляване на митохондриалните комплекси I – IV и значително повишена концентрация на водороден прекис бяха открити в друго проучване след третиране с мишки с етанол. [ 16 ] Умората е отличителен белег на махмурлука. Около 95% от участниците в проучване сред 1000 ученици съобщават за умората като симптом на махмурлука.[ 3 ] При животински модел на махмурлука консумацията на електролизирана редуцирана вода, която съдържа молекулен водород, успя да намали нивата на ROS и да подобри ензимната функция. [ 17 ]
1.2 Умора и ROS / RNS във връзка с възпаление
Възпалението е изключително сложен процес, който придружава много заболявания и се характеризира с отделянето на цитокини като интерлевкин 1 бета, интерлевкин-8 и тумор некрозис фактор. [ 18 ] Молекулни модели, свързани с увреждане (DAMP), като протеин на топлинен шок 60 и високомобилен групов протеин B1, също могат да се освободят по време на възпаление. [ 18 , 19 ] По време на възпаление азотният оксид се произвежда главно от индуцируемия ензим NO синтаза. [ 20 ] Междувременно пероксинитритът може да увеличи потенциала на вече възпалителни протеини, [ 21 ]което води до усилване на възпалението чрез протеини като тол-подобен рецептор (TLR) 2 и TLR 4. [ 18 , 21 ] Превишаването на „цитокиновата буря“ може да бъде критично при лица, заразени с COVID-19. [ 22 ]
NADPH оксидазите са ензимни комплекси, свързани с мембраната, които катализират реакцията на NADPH и кислород, водещи до супероксид, и са добре известни източници на ROS. [ 23 ] Независимо от това, за развитието на остра умора и ME / CFS, причинени от възпаление, производството на митохондриални ROS може да бъде по-подходящо. [ 24 ] В митохондриите електронната транспортна верига, състояща се от комплекси I – V, е мястото на производство на енергия под формата на аденозин трифосфат. При редовни физиологични условия изтичането на електрони се случва главно от комплекс I, със скорост от около 0,1–0,5%. [ 25 ] Тези електрони могат да реагират с кислород, което води до образуването на супероксид. [ 25, 26 ]
TLR са важни регулатори на възпалението, които откриват молекулни модели, свързани с микробни патогени (PAMP) и DAMP. Когато се задействат, те активират усилвателя на ядрения фактор капа-светлинна верига на активирани В-клетки (NF-кВ), транскрипционен фактор, който регулира експресията на много цитокини и други гени, свързани с възпалението. [ 27 , 28 ] Освен това, TLR сигнализирането може да подобри производството на митохондриални ROS чрез TNF рецептор-свързан фактор 6 (TRAF6). TRAF6 е най-добре характеризиран като важна сигнална молекула в активационната каскада на NF-кВ. Активираният TRAF6 обаче може също да се транслокира в митохондрии, където убиквитивира ECSIT сигналния интегратор. [ 29 ]Това води до оксидативен стрес в митохондриите, което потенциално може да допринесе за липсата на енергия и умора при свързани с възпалението ME / CFS. [ 24 ] Взаимодействието на цитокини, DAMPs, TLR и ROS като фактори, причиняващи митохондриална дисфункция при COVID-19 сепсис, е обсъдено от Shenoy. [ 30 ]
Негативните ефекти на ROS / RNS могат да бъдат смекчени от различни антиоксиданти като куркумин, N- ацетилцистеин или молекулярен водород. [ 6 ] В следващия раздел ще се съсредоточим върху ефектите на молекулярния водород.
2 ВОДОРОД В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО И НЕГОВИТЕ АНТИОКСИДАНТНИ ЕФЕКТИ
Водородът не е непознат за човешкото тяло и обикновено се намира в червата. Човешкият микробиом в червата произвежда въглероден диоксид, метан, сероводород и водород. [ 31 ] Клиничните тестове за диагностика на синдроми на малдигестиране на въглехидрати включват дихателни тестове за откриване на повишени нива на метан и водород. [ 32 ]
В новаторска публикация от 2007 г. Ohsawa et al. [ 33 ] описва молекулярния водород като терапевтичен антиоксидантен газ, който избирателно намалява цитотоксичните кислородни радикали. Въпреки това, изразените полезни ефекти на водорода, описани за много заболявания, не могат да бъдат напълно обяснени с активността на извличане на ROS. [ 34 ] Водородът може да активира фактор 2, свързан с ядрения фактор еритроид 2 (NFE2L2, бивш Nrf-2), [ 34 , 35 ] транскрипционен фактор, който е ключовият регулатор на клетъчната антиоксидантна система. [ 36 ]При физиологични условия молекулата на водорода е силно инертна и обикновено не се очаква да реагира с органични молекули или йони, с изключение на силно реактивните видове. Последните проучвания са открили друг механизъм, чрез който водородът оказва благоприятно въздействие върху човешкото тяло. Митохондриите съдържат ензими, които са еволюционно тясно свързани с хидрогеназите, ензими, които могат да метаболизират водорода. [ 37 ] Изненадващо, молекулярният водород може да обърне посоката на транспорт на електроните във вътрешната мембрана на митохондриите и може допълнително да потисне генерирането на супероксид в митохондриален комплекс I. [ 37 ] Въпреки няколкостотин изследвания за полезните ефекти на водорода, [ 38 ] молекулярните механизми на неговото действие остават загадъчни.
Водородът обикновено се прилага по един от трите пътища за доставка; чрез вдишване, инжектиране на наситен с водород разтвор на сол или поглъщане на вода, обогатена с водород. [ 39 ] Обикновено от съображения за безопасност за вдишване се използва концентрация от 1–4%. Инжектирането на наситени с водород физиологични разтвори се ограничава предимно до изследвания върху животни, където позволява добре контролирани дози. [ 38 ]Най-широко използваната форма на прием на водород от човека е поглъщането на вода, обогатена с водород. В най-простата форма водородът може да се разтвори във вода и да се опакова в подходящ материал. Такива продукти, опаковани в алуминиево фолио или кутии, се предлагат например в Япония и Китай. Освен това няколко електрически устройства на пазара позволяват производството на обогатена с водород вода чрез електролиза. Когато се използва този метод, материалът, използван за производството на електродите, и чистотата на водата са критични фактори за избягване на нежелани, потенциално токсични странични химични продукти. Освен това се предлагат таблетки, които комбинират най-вече малко количество метален магнезий и водоразтворима киселина, като ябълчена киселина, винена киселина и адипинова киселина. [ 40 ]Реакцията на метала с киселините генерира водород при разпадане във вода. Разработихме ефервесцентна таблетка за освобождаване на водород, използваща магнезий, лимонена киселина и аскорбинова киселина, която е в съответствие с европейските разпоредби за хранителните добавки.
3 ЕФЕКТИВНОСТ НА МОЛЕКУЛАРНИЯ ВОДОРОД ПРОТИВ УМОРА
В двойно-сляпо, контролирано от плацебо клинично проучване, участниците са преминали упражнения, след като са пили вода, обогатена с водород. Ефектите се определят в нетренирана група, при която леките упражнения започват 30 минути след консумация на 500 ml обогатена с водород вода (0,8 mg / l). Освен това беше проучена добре обучена група, в която участниците пиеха 500 ml обогатена с водород вода (1,0 mg / l) 10 минути преди да започнат умерено упражнение. [ 41 ] За първата група се определя значително намаляване на психометричната умора, за втората група се наблюдава подобрение на максималната консумация на кислород (VO 2 max). [ 41 ]Друго проучване върху 10 мъжки футболисти с вода, обогатена с водород, показва намалени нива на лактат в кръвта и облекчаване на мускулната умора. [ 42 ] Проучване върху животни съобщава не само за противоуморен ефект от пиенето на вода, обогатена с водород, но и за по-ниски концентрации на NO в серума, намаляване на нивата на кръвната глюкоза и лактат, както и намалени нива на възпалителни цитокини в серума. [ 43 ] Още през 2018 г. Morris et al. [ 44 ] предложи лечение на синдром на хронична умора с молекулен водород и не намери конкретно проучване, което да изследва това лечение. Доколкото знаят авторите, ситуацията не се е променила оттогава.
3.1 Безопасност
Молекулярният водород е безопасен и е разрешена хранителна добавка (E 949) съгласно разпоредбите на Европейската комисия. Hydrox и Hydreliox са газови смеси за дълбоководни водолази. Концентрацията на водород може да бъде около 50% при дълбоководно гмуркане. [ 45 ] Предложената терапевтична доза от около 80 ml водороден газ (равна на 6,6 mg или 3,3 mmol) на ден е изчезващо малка в сравнение с дозите водород, приемани от дълбоководни водолази, често в продължение на дни и под огромен натиск. Токсичните ефекти на приема на молекулярен водород не са описани. [ 45 ]
4 ЗАКЛЮЧЕНИЯ
Умората както във временната, така и в хроничната си форма често е резултат от прекомерен оксидативен и нитрозативен стрес. [ 6 , 11 – 13 ] Нарушаването на митохондриалната функция от ROS / RNS може да обясни загубата на енергия. [ 24 ] Доказано е, че приемът на молекулярен водород активира ендогенната антиоксидантна система чрез транскрипционния фактор NFE2L2 в миши клетки. [ 38 , 46 ] В няколко публикации са показани полезните ефекти на водорода в случаи на умора, [ 41 – 43 , 47 ]и предполагаме, че потенциалната роля на молекулярния водород за предотвратяване и лечение на умора, самостоятелно или в комбинация с други лечения, заслужава допълнително внимание. Това се подкрепя от разсъжденията, че много случаи на умора са резултат от ROS / RNS нарушение на митохондриите и се основава на наблюдението, че молекулярният водород може да намали оксидативния стрес. Един от нас (Кърт Лукас) страдаше от ME / CFS за 1 месец през 2011 г .; дневният прием на около 1 L обогатена с водород вода за период от 4 седмици доведе до изчезване на симптомите. [ 47 ] Като следваща стъпка възнамеряваме да проведем клинично проучване върху пациенти с ME / CFS с ефервесцентната водородна таблетка, която разработихме в нашата къща.
КОНФЛИКТ НА ИНТЕРЕСИ
Курт Лукас е изобретател и правоприемник, а Max Planck Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften eV е правоприемник на международната заявка за патент WO2014048953A1, озаглавена „Терапевтична употреба на водородни молекули“.
