Molekulárny vodík: nová možnosť nutričnej terapie oxidačného stresu a rôznych ochorení

V tomto blogu sme pripravili preklad najnovšej štúdie (studie v originále a nezkrácená ZDE) o účinkoch molekulárneho vodíka a jeho prínosoch pre zdravie, ktoré boli uverejnené v odbornom časopise Biochemistry and Biophysics Reports.

Komplexný prehľad molekulárneho vodíka ako novej nutričnej terapie pri zmierňovaní oxidačného stresu a chorôb: mechanizmy a perspektívy

Autoři: Fatmanur Yıldız, Tyler W. LeBaron, Duried Alwazeer

1. Úvod

Prvá in vivo štúdia o účinkoch molekulárneho vodíka (H₂) na živé organizmy bola publikovaná v roku 2007 a prekvapila vedeckú komunitu. Dôvodom je, že molekula H₂ obsahuje viac zlúčenín s nižšou disociačnou energiou, a teda vyššou antioxidačnou aktivitou.

Ďalšou atraktívnou vlastnosťou H₂ je jej schopnosť ľahko prenikať cez hematoencefalickú bariéru a difundovať do rôznych tkanív a orgánov. Vďaka týmto vlastnostiam niektorí vedci označujú vodík za "zázračnú" molekulu.

Odvtedy sa uskutočnili stovky štúdií skúmajúcich jeho potenciálne zdravotné prínosy. Výskum ukázal, že H₂ pozitívne ovplyvňuje kontrolu hmotnosti, zápal, metabolické markery a choroby. Hoci bolo publikovaných niekoľko prehľadov o medicínskom využití H₂, žiadny z nich sa nezameriaval konkrétne na jeho úlohu vo výživovej terapii na prevenciu a liečbu ochorení súvisiacich s oxidačným stresom.

Preto tento výskumný článok skúma najnovšie poznatky o účinkoch molekulárneho vodíka z pohľadu odborníka na výživu.

2. Vlastnosti molekulárneho vodíka

H₂ je najmenšia známa molekula, za štandardných podmienok plyn s hustotou 0,089 g/l. Je bezfarebný, bez zápachu, bez chuti, netoxický a nekovový. Vo vode sa za štandardných podmienok rozpúšťa do 0,8 mmol/l (čo zodpovedá 1,6 mg/l), má vysokú rýchlosť difúzie, vodivosť a merné teplo. 

Z biologického hľadiska je H₂ selektívny antioxidant. Znižuje množstvo hydroxylových radikálov a v menšej miere peroxynitritu a chráni bunky pred oxidačným poškodením. Štúdie ukazujú, že H₂ znižuje oxidačný stres a zlepšuje bunkový antioxidačný systém. Zvyšuje tiež aktivitu a expresiu antioxidačných enzýmov (napr. SOD, CAT) , reguluje faktory spojené s apoptózou, znižuje bunkovú smrť a produkciu prozápalových cytokínov.

Pokiaľ ide o bezpečnosť, viaceré správy vrátane správ z USA a EÚ potvrdili, že vodík je bezpečný pre biologické systémy pri normálnom tlaku, bez akútnej alebo chronickej toxicity. Okrem toho ľudské črevo produkuje za normálnych podmienok 70 - 140 ml H₂ denne koliformnými baktériami (napr. Escherichia coli) a produkcia sa môže zvýšiť pri vyššom príjme vlákniny a cukrov na viac ako 10 l/deň. Endogénny H₂ má množstvo priaznivých účinkov (kardioprotektívne, zlepšenie funkcie pečene, prevencia Parkinsonovej choroby), ale exogénny príjem (HRW alebo inhalácia) vykazuje silnejšiu bioaktivitu, najmä pri intermitentnom podávaní.

4. Mechanizmy účinku

Molekulárny vodík pôsobí na bunkovej úrovni viacerými spôsobmi:

1. Selektívna neutralizácia reaktívnych foriem kyslíka - H₂ redukuje hydroxylové radikály a peroxynitrit, čím chráni bunkové komponenty bez toho, aby zasahoval do fyziologickej signalizácie ROS.
2. Stimulácia endogénnych antioxidačných systémov - zvyšuje aktivitu a expresiu enzýmov SOD, CAT, GPx.
3. Protizápalový účinok - potláča dráhy NF-κB, MAPK a znižuje produkciu TNF-α, IL-1β, IL-6.
4. Antiapoptotické účinky - reguluje mitochondriálne cesty apoptózy (Bcl-2, kaspázy).
5. Modulácia expresie génov - ovplyvňuje expresiu génov súvisiacich s redoxnou homeostázou a metabolizmom.
6. Mitochondriálna ochrana a energetický metabolizmus - podporuje produkciu ATP a biogenézu mitochondrií.
7. Imunomodulácia - modifikuje aktivitu T-buniek a makrofágov, stabilizuje imunitnú odpoveď.

5. Aplikácie v nutričnej terapii rôznych ochorení

5.1 Kardiovaskulárne ochorenia

Nadmerná produkcia voľných radikálov vedie k oxidácii LDL, poškodeniu endotelu a vaskulárnej dysfunkcii, čo podporuje vazokonstrikciu a remodeláciu srdca. Štúdie na myšiach s obezitou vyvolanou diétou (DIO) ukázali, že dvojtýždňová konzumácia HRW nezvýšila glykémiu ani hmotnosť, ale znížila hypertrofiu srdca, šírku kardiomyocytov a zlepšila hustotu kapilár. HRW obnovil funkciu srdca a podporil mobilizáciu endotelových progenitorových buniek, čím zachoval cievnu homeostázu.

5.2 Obezita a metabolické poruchy

HRW aj HRS používané dlhodobo na myšacích modeloch viedli k zníženiu oxidačného stresu pečene, tuku a hmotnosti bez zmeny príjmu potravy. Znížili hladiny glukózy, inzulínu, triglyceridov a zvýšili expresiu hormónu FGF21, ktorý stimuloval energetický metabolizmus. Klinická štúdia so 60 pacientmi s metabolickým syndrómom (24 týždňov, dvojito zaslepená, kontrolovaná placebom) ukázala významné zníženie cholesterolu, glukózy, HbA1c a zápalových markerov v skupine HRW v porovnaní s placebom. U dobrovoľníkov s rizikom metabolického syndrómu viedlo pitie HRW počas dvoch mesiacov k 39 % zvýšeniu SOD a 43 % zníženiu TBARS, pričom po 4 týždňoch došlo k 13 % zníženiu pomeru celkového cholesterolu/HDL. Kúpele v HRW počas 1 mesiaca denne po dobu 10 minút uľahčili výrazný úbytok brušného tuku a zníženie obvodu brucha bez úpravy stravy alebo cvičenia.

5.3 Gastrointestinálne ochorenia

Ulcerózna kolitída (UC) spôsobuje zápal sliznice čreva s bolesťou a hnačkou. U myší s UC vyvolanou DSS liečených HRW (0,8 ppm) došlo k zmierneniu symptómov, zlepšeniu histopatológie, zvýšeniu glutatiónu (GSH) a zníženiu TNF-α. Okrem toho HRW upravil dysbiózu črevnej mikroflóry a zvýšil expresiu 252 génov spojených so zápalom. Na inom modeli myší HRW podávaná intraperitoneálne každé dva dni znížila úbytok hmotnosti, hnačku a poškodenie sliznice.

5.4 Ochorenie pečene

Pečeň je hlavným cieľom voľných radikálov z dôvodu jej ústrednej úlohy v metabolizme. Oxidačné poškodenie hepatocytov vedie k fibróze a cirhóze. Mnohé štúdie na modeloch poškodenia pečene ukázali, že HRS chráni pečeňové bunky, znižuje oxidačný stres a zabraňuje ukladaniu kolagénu.

5.5 Ochorenia dýchacích ciest a pľúc

Na modeloch sepsy a poškodenia pľúc (CLP) HRS udržiaval aktivitu SOD, znižoval obsah nitrotyrozínu a redukoval zápalové mediátory, čím zlepšoval histológiu a funkciu pľúc. V modeloch emfyzému vodík chránil pľúcne tkanivo pred toxínmi z cigaretového dymu.

5.6 Ochorenia mozgu a nervového systému

Mozog produkuje veľa ROS, čo vedie k neurodegeneratívnym ochoreniam (Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, ALS) . Strava bohatá na ovocie, zeleninu, orechy, omega-3 a probiotiká (stredomorská, DASH, ketogénna diéta) podporuje zdravie mozgu. Na transgénnom modeli Alzheimerovej choroby na myšiach HRW (voda obohatená o vodík) zabránila strate synáps, odumieraniu neurónov, tvorbe amyloidných plakov a neurofibrilárnych spletí a upravila energetický metabolizmus mozgu a zloženie črevnej mikroflóry. Klinická štúdia na 48 pacientoch s Parkinsonovou chorobou ukázala, že 1 l vodíkovej vody denne počas 48 týždňov výrazne zlepšil skóre UPDRS v porovnaní s kontrolným režimom. U myší vystavených chronickému stresu HRW znížila príznaky depresie a hladiny IL-1β a ROS.

6. Záver

Nadbytok voľných radikálov vedie k oxidačnému stresu, narušeniu redoxnej homeostázy a poškodeniu buniek a orgánov, čo sa prejavuje mnohými chorobami.

Molekulárny vodík vďaka svojim vlastnostiam (selektívny antioxidant, protizápalový, antiapoptotický, ľahká difúzia) preukázal priaznivé účinky na hmotnosť, zápal, metabolické markery a klinické príznaky ochorení bez nežiaducich vedľajších účinkov.

Hoci výskum vodíka ako nutričnej terapie je ešte len v začiatkoch, experimentálne a klinické štúdie naznačujú jeho sľubný potenciál. Budúci výskum by mal stanoviť štandardizované dávkovacie protokoly a uskutočniť dlhodobé štúdie.