Молекулярная водородная терапия

Благодаря своим антиоксидантным свойствам, газообразный водород (H₂) был оценен in vitro, в экспериментах на животных и в клинических исследованиях на людях для широкого спектра терапевтических показаний. Простой поиск по запросу «газообразный водород» в различных медицинских базах данных выявил более 2000 публикаций, связанных с водородом как потенциальным новым лекарственным веществом. Параллельный поиск в регистрах клинических исследований также дал множество результатов, что отражает разнообразие текущих клинических испытаний, связанных с водородной терапией.

Цель данного обзора — оценить и обсудить современные данные о водородной терапии на основе 81 выявленного клинического исследования и 64 научных публикаций, посвященных исследованиям на людях. Положительные эффекты были выявлены в основных областях заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания, рак, болезни дыхательной системы, расстройства центральной нервной системы, инфекции и многие другие.

Рассмотрены доступные методы введения водорода, которые могут представлять трудности из-за его взрывоопасности и низкой растворимости, а также возможные будущие инновационные технологии, позволяющие преодолеть эти проблемы. Наконец, приведено обсуждение полученных данных с целью ответа на следующие вопросы: станет ли газообразный водород новым лекарственным веществом в будущей клинической практике? Если да, то какой может быть форма введения и какие клинические показания?

Молекулярный водород, H₂, несмотря на свою миниатюрную молекулу, привлёк к себе большое внимание учёных, потому что он умеет работать как антиоксидант, нейтрализуя самые опасные свободные радикалы, при этом не затрагивая те, которые участвуют в нормальных процессах организма. Интерес к нему взлетел после работы 2007 года, когда впервые показали, что H₂ способен защищать клетки и ткани от окислительного стресса, который играет ключевую роль во множестве заболеваний и старении организма. С тех пор появились десятки клинических исследований и публикаций, в которых проверяли возможности водородной терапии у людей, и именно это собрание информации стало основой статьи Johnsen, Hiorth и Klaveness 2023 года.

В исследованиях водород применяли разными способами. Чаще всего это была ингаляция газа с концентрацией примерно 1–2%, иногда вместе с кислородом. Также использовалась водородная вода — обычная питьевая вода, насыщенная газом, который, правда, быстро испаряется, поэтому важно пить её быстро и в достаточном объёме. В клиниках применяли растворы, обогащённые водородом, а иногда и инъекции таких растворов, что позволяло доставлять H₂ напрямую в организм. Благодаря своей маленькой молекуле, водород хорошо проникает через клеточные мембраны, включая гемато‑энцефалический барьер, и быстро распределяется по тканям, но его фармакокинетика ещё полностью не изучена.

Применение H₂ охватывало самые разные области медицины. В кардиологии его пробовали после остановки сердца, и результаты показали, что пациенты, дышавшие водородом вместе с охлаждающей терапией, лучше восстанавливались и демонстрировали более высокую выживаемость через три месяца. После инфаркта миокарда также наблюдалось улучшение функции левого желудочка, а у людей с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний употребление водородной воды способствовало повышению эластичности сосудов. В онкологии водород применялся как дополнительная терапия вместе с химио- и иммунотерапией. Он помогал уменьшать побочные эффекты, такие как усталость и тошнота, а в отдельных случаях отмечалось замедление роста опухолей и улучшение показателей иммунного ответа, например снижение доли истощённых Т-клеток PD-1⁺. В области заболеваний дыхательных путей, включая ХОБЛ, астму и COVID-19, ингаляции H₂ снижали воспаление и улучшали насыщение кислородом, облегчая дыхание и снижая уровень воспалительных маркеров.

В нейрологии водород показал интересные результаты после инсультов и субарахноидальных кровоизлияний, уменьшая повреждения мозга и способствуя восстановлению двигательных и когнитивных функций. При болезнях Паркинсона и Альцгеймера данные оказались более смешанными: в некоторых исследованиях отмечалось улучшение состояния пациентов, особенно на ранних стадиях, но в других эффекта почти не наблюдали. В других направлениях, таких как неалкогольная жировая болезнь печени, водород помогал уменьшить жировую нагрузку, а пациенты на гемодиализе отмечали улучшение самочувствия и снижение воспалительных показателей. Даже при COVID-19 ингаляция водородно-кислородной смеси способствовала облегчению дыхания и снижению воспаления.

Важным моментом является безопасность. За всё время клинических наблюдений серьёзных побочных эффектов не выявлено. Организм хорошо переносит H₂, который быстро выводится, а потенциальные риски связаны лишь с технической стороной ингаляции — водород взрывоопасен при концентрации выше примерно 4%, поэтому в клиниках используют специальные устройства для точного контроля дозировки. Несмотря на положительные результаты, авторы подчёркивают ограничения: многие исследования небольшие, часто без контрольных групп, с разными дозировками и способами введения, что затрудняет сравнение. Механизмы действия водорода до конца не ясны, а низкая растворимость в воде создаёт проблемы с точной дозировкой.

Авторы приходят к выводу, что молекулярный водород обладает большим потенциалом и может стать частью клинической практики, особенно как дополнение к стандартным методам терапии в кардиологии, нейропротекции, онкологии и воспалительных заболеваниях. Для того чтобы H₂-терапия стала общепринятой, необходимы крупные, контролируемые исследования, стандартизация способов доставки и дозировок, а также разработка безопасных и технологичных методов введения. В целом можно сказать, что H₂ — это безопасный, доступный и перспективный антиоксидант, который уже сейчас показывает заметные положительные эффекты у пациентов, хотя для окончательных выводов нужна ещё большая доказательная база.

Источники

1. Zhang, J.H.; Matei, N.; Camara, R. Emerging mechanisms and novel applications of hydrogen gas therapy. Med. Gas Res. 2018, 8, 98–102. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

2. Sun, Q.; Han, W.; Nakao, A. Biological safety of hydrogen. In Hydrogen Molecular Biology and Medicine; Springer: Dordrecht, The Netherlands, 2015; pp. 35–48. [Google Scholar] [CrossRef]

3. Ohsawa, I.; Ishikawa, M.; Takahashi, K.; Watanabe, M.; Nishimaki, K.; Yamagata, K.; Katsura, K.-I.; Katayama, Y.; Asoh, S.; Ohta, S. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nat. Med. 2007, 13, 688–694. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

4. Venable, C.S.; Fuwa, T. The solubility of gases in rubber and rubber stock and effect of solubility on penetrability. Ind. Eng. Chem. 1922, 14, 139–142. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]

5. Mehio, N.; Dai, S.; Jiang, D.-E. Quantum Mechanical Basis for Kinetic Diameters of Small Gaseous Molecules. J. Phys. Chem. A 2014, 118, 1150–1154. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

6. Haynes, W.M. (Ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics, 95th ed.; CRC Press LLC: Boca Raton, FL, USA, 2014; pp. 4–66. [Google Scholar]

7. Liu, C.; Kurokawa, R.; Fujino, M.; Hirano, S.; Sato, B.; Li, X.-K. Estimation of the hydrogen concentration in rat tissue using an airtight tube following the administration of hydrogen via various routes. Sci. Rep. 2014, 4, 5485. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

8. Sano, M.; Ichihara, G.; Katsumata, Y.; Hiraide, T.; Hirai, A.; Momoi, M.; Tamura, T.; Ohata, S.; Kobayashi, E. Pharmacokinetics of a single inhalation of hydrogen gas in pigs. PLoS ONE 2020, 15, e0234626. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

9. Grandviewresearch.com. Hydrogen Generation Market Size, Share & Trends Analysis Report by System (Merchant, Captive), by Technology (Steam Methane Reforming, Coal Gasification), by Application, by Source, by Region, and Segment Forecasts, 2023–2030. Available online: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/hydrogen-generation-market (accessed on 30 September 2023).

10. Ostojic, S.M. Molecular hydrogen: An inert gas turns clinically effective. Ann Med. 2015, 47, 301–304. [Google Scholar] [CrossRef]

11. Rostain, J.C.; Gardette-Chauffour, M.C.; Lemaire, C.; Naquet, R. Effects of a H₂-He-O₂ mixture on the HPNS up to 450 msw. Undersea Biomed. Res. 1988, 15, 257–270. [Google Scholar]

12. Abraini, J.H.; Gardette-Chauffour, M.C.; Martinez, E.; Rostain, J.C.; Lemaire, C.; Dalecki, M.; Bock, O.; Schulze, B.; Dean, J.B.; Mulkey, D.K.; et al. Psychophysiological reactions in humans during an open sea dive to 500 m with a hydrogen-helium-oxygen mixture. J. Appl. Physiol. 1994, 76, 1113–1118. [Google Scholar] [CrossRef]

13. Ono, H.; Nishijima, Y.; Adachi, N.; Sakamoto, M.; Kudo, Y.; Kaneko, K.; Nakao, A.; Imaoka, T. A basic study on molecular hydrogen (H2) inhalation in acute cerebral ischemia patients for safety check with physiological parameters and measurement of blood H2 level. Med. Gas. Res. 2012, 2, 21. [Google Scholar] [CrossRef]

14. Roser, M. 07.12.21. Causes of Death Globally: What Do People Die From? Published Online at OurWorldInData.org. Available online: https://ourworldindata.org/causes-of-death-treemap (accessed on 30 September 2023).

15. Zanini, D.; Todorovic, N.; Korovljev, D.; Stajer, V.; Ostojic, J.; Purac, J.; Kojic, D.; Vukasinovic, E.; Djordjievski, S.; Sopic, M.; et al. The effects of 6-month hydrogen-rich water intake on molecular and phenotypic biomarkers of aging in older adults aged 70 years and over: A randomized controlled pilot trial. Exp. Gerontol. 2021, 155, 111574. [Google Scholar] [CrossRef]

16. HoHo Biotech, 28.03.21. The Hydrogen Production Factory of the Body, Hydrogen Coral Hydrogen Capsules (Produced by GMP Factory in Japan). Available online: https://www.hoholab.com.tw/post/%E8%BA%AB%E9%AB%94%E7%9A%84%E7%94%A2%E6%B0%AB%E5%B7%A5%E5%BB%A0%EF%BC%8C%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E7%8F%8A%E7%91%9A%E6%B0%AB%E8%86%A0%E5%9B%8A (accessed on 16 August 2023).

17. Shen, M.C.; Chung, J.R.C.; Wang, K.Y.; Chu, C.F.; Tsou, W.H.; Chou, H.Y.; Wang, T.Y.; Chang, T.H.; Chen, W.W.; Liu, F.C.; et al. Evaluation of the Safety and Potential Therapeutic Effects of Hydrogen-Rich Coral Calcium on Autoimmune Diseases. Res. Sq. 2022; Preprint. [Google Scholar] [CrossRef]

18. Tamura, T.; Hayashida, K.; Sano, M.; Suzuki, M.; Shibusawa, T.; Yoshizawa, J.; Kobayashi, Y.; Suzuki, T.; Ohta, S.; Morisaki, H.; et al. Feasibility and Safety of Hydrogen Gas Inhalation for Post-Cardiac Arrest Syndrome—First-in-Human Pilot Study. Circ. J. 2016, 80, 1870–1873. [Google Scholar] [CrossRef]

19. Tamura, T.; Suzuki, M.; Hayashida, K.; Kobayashi, Y.; Yoshizawa, J.; Shibusawa, T.; Sano, M.; Hori, S.; Sasaki, J. Hydrogen gas inhalation alleviates oxidative stress in patients with post-cardiac arrest syndrome. J. Clin. Biochem. Nutr. 2020, 67, 214–221. [Google Scholar] [CrossRef]

20. Katsumata, Y.; Sano, F.; Abe, T.; Tamura, T.; Fujisawa, T.; Shiraishi, Y.; Kohsaka, S.; Ueda, I.; Homma, K.; Suzuki, M.; et al. The Effects of Hydrogen Gas Inhalation on Adverse Left Ventricular Remodeling After Percutaneous Coronary Intervention for ST-Elevated Myocardial Infarction—First Pilot Study in Humans. Circ. J. 2017, 81, 940–947. [Google Scholar] [CrossRef]

21. Ishibashi, T.; Sakai, T.; Sato, B.; Hara, K.; Hara, Y.; Naritomi, Y.; Koyanagi, S.; Hara, H.; Nagao, T. Consumption of water containing over 3.5 mg of dissolved hydrogen could improve vascular endothelial function. Vasc. Health Risk Manag. 2014, 10, 591–597. [Google Scholar] [CrossRef]

22. Chen, J.; Mu, F.; Lu, T.; Ma, Y.; Du, D.; Xu, K. A Gallbladder Carcinoma Patient With Pseudo-Progressive Remission After Hydrogen Inhalation. Onco Targets Ther. 2019, 12, 8645–8651. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

23. Chen, J.-B.; Pan, Z.-B.; Du, D.-M.; Qian, W.; Ma, Y.-Y.; Mu, F.; Xu, K.-C. Hydrogen gas therapy induced shrinkage of metastatic gallbladder cancer: A case report. World J. Clin. Cases 2019, 7, 2065–2074. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]