Молекулярный водород: биологическое действие, возможности применения в здравоохранении (обзор)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Водород (Н) - самый лёгкий и наиболее распространённый элемент во Вселенной. В молекулярной форме Н2 он представляет собой бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. Долгое время водород считался физиологически инертным, пока не была выявлена его способность снижать интенсивность негативного действия окислительного стресса. По современным представлениям, окислительный стресс приводит к повреждениям клеток и тканей, вызывая старение и ряд заболеваний - сердечно-сосудистых, ревматических, желудочно-кишечных, нейродегенеративных, онкологических, метаболических и других. Антиоксиданты, однако, имели ограниченное применение для предупреждения и лечения болезней, связанных с окислительным стрессом, из-за малой эффективности или высокой токсичности многих из них. Поэтому сохранялась необходимость выявления эффективных антиоксидантов со слабо выраженным побочным действием или вообще не обладающих побочным действием. С момента открытия в 2007 г. селективных антиоксидантных свойств молекулярного водорода (Н2), многочисленные исследования показали, что Н2 оказывает благоприятное воздействие при различных заболеваниях человека (таких как болезни пищеварительной, сердечно-сосудистой, центральной нервной, дыхательной, репродуктивной, иммунной, эндокринной систем, а также при раке, метаболическом синдроме и старении). Н2 избирательно нейтрализует высоко активный оксидант •OH, неконтролируемо реагирующий с нуклеиновыми кислотами, липидами, протеинами, что ведёт к фрагментации ДНК, перекисному окислению липидов и инактивации белков. Есть позитивное предположение, что Н2 не взаимодействует с РФК, имеющими нормальные физиологические функции in vivo. Благодаря своим мягким, но действенным антиоксидантным свойствам, Н2 может уменьшать окислительный стресс и вызывать многочисленные эффекты в клетках и тканях, включая антиапоптоз, анти-воспалительный, антиаллергенный и метаболический эффекты. В обзоре рассматриваются биологические эффекты Н2, действие Н2 при разных путях поступления в организм и обобщаются данные о результатах и перспективах применения Н2 в профилактике и терапии заболеваний человека.

Об авторах

Ю. А. Рахманин

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-2067-8014
Россия

Наталья Александровна Егорова

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: tussy@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-6751-6149

Доктор мед. наук, вед. науч. сотр. отд. гигиены окружающей среды, ФГБУ «ЦСП» Минздрава России, 119991, Москва.

e-mail: tussy@list.ru 

Россия

Р. И. Михайлова

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-7194-9131
Россия

И. Н. Рыжова

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-0696-5359
Россия

Д. Б. Каменецкая

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-9050-3757
Россия

М. Г. Кочеткова

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-9616-4517
Россия

Список литературы

  1. Ohta, S. Molecular hydrogen as a novel antioxidant: Overview of the advantages of hydrogen for medical applications. Methods in Enzymology, 2015; 555: 289-317.
  2. Ohta S. Recent progress toward hydrogen medicin: potential of molecular hydrogen for preventive and therapeutic application. Current Pharmaceutical Design. 2011; 17 (22): 2241-52.
  3. Ohta S. Molecular hydrogen as a preventive and therapeutic medical gas: initiation, development and potential of hydrogen medicine. Pharmacology & Therapeutics. 2014; 144 (1): 1-11.
  4. Ohsawa I., Ishikawa M., Takahashi K., Watanabe M., Nishimaki K., Yamagata K., et al. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nature Medicine. 2007; 13 (6): 688-94.
  5. Мартусевич А.К., Карузин К.А. Оксидативный стресс и его роль в формировании дизадаптации и патологии. Биорадикалы и Антиоксиданты. 2015; 2 (2): 5-19
  6. Indo H.P., Yen H.C., Nakanishi I., Matsumoto K., Tamura M., Nagano Y., et al. A mitochondrial superoxide theory for oxidative stress diseases and aging. J Clin Biochem Nutr. 2015; 56 (1): 1-7. https://doi.org/10.3164/jcbn.14-42
  7. Andersen K. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence? Nature Medicine. 2004; Jul; 10, Suppl: 18-25.
  8. Nishimaki K., Asada T., Ohsawa I., Nakajima E., Ikejima C., Yokota T., et al. Effects of molecular hydrogen assessed by an animal model and a randomized clinical study on mild cognitive impairment. Curr Alzheimer Res. 2018; 15 (5): 482-92.
  9. Maise K. New insights for oxidative stress and diabetes mellitus. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2015; Article ID: 875961.
  10. Vendemiale G., Grattagliano I., Altomare E. An update on the role of free radicals and antioxidant defense in human disease. International Journal of Clinical Laboratory Research. 1999; 29 (2): 49-55.
  11. Bonomini F., Rodella L.F. and Rezzani R. Metabolic syndrome, aging and involvement of oxidative stress. Aging and Disease. 2015; 6 (2): 109-20.
  12. Venditti P., Di Stefano L., Di Meo S. Mitochondrial metabolism of reactive oxygen species. Mitochondrion. 2013; 13 (2): 71-82. https://doi.org/10.1016/j.mito.2013.01.008 Epub 2013 Jan 29.
  13. Holzerová A., Prokisch H. Mitochondria: much ado about nothing? How dangerous is reactive oxygen species production? The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 2015; 63: 16-20.
  14. Turrens J.F. Mitochondrial formation of reactive oxygen species. Journal of Physiology. 2003; 552 (Pt 2): 335-44.
  15. Lipinski B. Hydroxyl radical and its scavengers in health and disease. Oxidative Medicine and Cell Longevity. 2011; Article ID: 809696.
  16. Nicolson G.L. Mitochondrial dysfunction and chronic disease: treatment with natural supplements. Alternative Therapies for Health and Medicine. 2014; 20 (Suppl 1): 18-25.
  17. Васенина Е.Е., Левин О.С. Окислительный стресс в патогенезе нейродегенеративных заболеваний: возможности терапии. Современная терапия в психиатрии и неврологии. 2013 (3-4): 39-46.
  18. Голиков А.П., Бойцов С.А., Михин В.П., Полумисков В.Ю. Свободнорадикальное окисление и сердечно-сосудистая патология: коррекция антиоксидантами. Лечащий врач. 2003 (4):70-4.
  19. Ge L., Yang M., Yang N.N., Yin X.X., Song W.G. Molecular hydrogen: a preventive and therapeutic medical gas for various diseases. Oncotarget. 2017; 8 (60): 102653-73. https://doi.org/10.18632/oncotarget.21130 PMCID: PMC5731988 PMID: 29254278.
  20. Huang L. Molecular hydrogen: a therapeutic antioxidant and beyond. Med Gas Res. 2016; 6 (4): 219-22. https://doi.org/10.4103/2045-9912.196904 eCollection 2016 Oct-Dec.
  21. Nicolson G.L., de Mattos G.F., Settineri R., Costa C., Ellithorpe R., Rosenblatt S., La Valle J., Jimenez A. and Ohta S. Clinical effects of hydrogen administration: from animal and human diseases to exercise medicine. International Journal of Clinical Medicine. 2016; 7(1): 32-76. https://doi.org/10.4236/ijcm.2016.71005
  22. Iketani M., Ohsawa I. Molecular hydrogen as a neuroprotective agent. Curr Neuropharmacol. 2017; 15 (2): 324-31.
  23. Schieber M., Chandel N.S. ROS function in redox signaling and oxidative stress. Curr Biol. 2014; 24 (10): R453-62. https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.03.034
  24. Iida A., Nosaka N., Yumoto T., Knaup E., Naito H., Nishiyama C., et al. The clinical application of hydrogen as a medical treatment. Acta Med Okayama. 2016; 70 (5): 331-337.
  25. Liu C.L., Zhang K., Chen G. Hydrogen therapy: from mechanism to cerebral diseases. Med Gas Res. 2016; 6 (1): 48-54. eCollection 2016 Mar.
  26. Li H.M., Shen L, Ge J.W., Zhang R.F. The transfer of hydrogen from inert gas to therapeutic gas. Med Gas Res. 2018; 7 (4): 265-72. https://doi.org/10.4103/2045-9912.222451 eCollection 2017 Oct-Dec.
  27. Yoneda T., Tomofuji T., Kunitomo M., Ekuni D., Irie K., Azuma T., et al. Preventive effects of drinking hydrogen-rich water on gingival oxidative stress and alveolar bone resorption in rats fed a high-fat diet. Nutrients. 2017; 9 (1). pii: E64. https://doi.org/10.3390/nu9010064
  28. Nagata K., Nakashima-Kamimura N., Mikami T., Ohsawa I., Ohta S. Consumption of molecular hydrogen prevents the stress-induced impairments in hippocampus-dependent learning tasks during chronic physical restraint in mice. Neuropsychopharmacology. 2009; 34 (2): 501-8. https://doi.org/10.1038/npp.2008.95 Epub 2008 Jun 18.
  29. Tomofugi T., Kawabata Y., Kasuyama,K., Endo Y., Yoneda T., Yamane M., et al. Effects of hydrogen rich water on aging periodontal tissue in rats. Scientific Reports. 2014; 4, Article 5534. https://doi.org/10.1038/srep05534
  30. Shimouchi A., Nose K., Shirai M., Kondo T. Estimation of molecular hydrogen consumption in the human whole body after the ingestion of hydrogen-rich water. Adv Exp Med Biol. 2012; 737: 245-50. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-1566-4_36
  31. Dohi K., Satoh K., Miyamoto K., Momma S., Fukuda K., Higuchi R., et al. Molecular hydrogen in the treatment of acute and chronic neurological conditions: mechanisms of protection and routes of administration. J Clin Biochem Nutr. 2017; 61 (1): 1-5. https://doi.org/10.3164/jcbn.16-87 Epub 2017 Jun 15.
  32. Fontanari P., Badier M., Guillot C., Tomei C., Burnet H., Gardette B., et al. Changes in maximal performance in inspiratory and skeletal muscles during and after the 7.1-MPa Hydra 10 record human dive. European Journal of Applied Physiology. 2000; 81 (4): 325-328. https://doi.org/10.1007/s004210050050
  33. Abraini J.H., Gardette-Chauffour M.C., Martinez E., Rostain J.C., Lemaire C. Psychophysiological reactions in humans during an open sea dive to 500 m with a hydrogen-helium-oxygen mixture. Journal of Applied Physiology. 1994; 76 (3): 1113-8.
  34. Christl S.U., Murgatroyd P.R., Gibson G.R., Cummings J.H. Production, metabolism, and excretion of hydrogen in the large intestine. Gastroenterology. 1992; 102 (4 Pt 1): 1269-77.
  35. Ohno K, Ito M, Ichihara M, Ito M. Molecular Hydrogen as an Emerging Therapeutic Medical Gas for Neurodegenerative and Other Diseases. Hindawi Publishing Corporation Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2012; Article ID 353152, 11 pages doi: 10.1155/2012/353152
  36. Zheng X.F., Sun H.J., Xia Z.F. Hydrogen resuscitation, a new cytoprotective approach. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 2011; 38 (3): 155-63.
  37. Yanagihara T., Arai K., Miyamae K., Sato B., Shudo T., Yamada M., Aoyama M. Electrolyzed hydrogen-saturated water for drinking use elicits an antioxidative effect: a feeding test with rats. Biosci Biotechnol Biochem. 2005; 69 (10): 1985-7.
  38. Ichihara M., Sobue S., Ito M., Ito M., Hirayama M., Ohno K. Beneficial biological effects and the underlying mechanisms of molecular hydrogen - comprehensive review of 321 original articles. Med Gas Res. 2015; 5: 12. https://doi.org/10.1186/s13618-015-0035-1 eCollection 2015.
  39. Ohsawa I., Nishimaki K., Yamagata K., Ishikawa M., Ohta S. Consumption of hydrogen water prevents atherosclerosis in apolipoprotein E knockout mice. Biochem Biophys Res Commun. 2008; 377 (4): 1195-8. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2008.10.156 Epub 2008 Nov 6.
  40. Zheng Y., Zhu D. Molecular hydrogen therapy ameliorates organ damage induced by sepsis. Oxid Med Cell Longev. 2016; 2016: 5806057. https://doi.org/10.1155/2016/5806057 Epub 2016 Jun 20.
  41. Shen M., Zhang H., Yu C., Wang F., Sun X. A review of experimental studies of hydrogen as a new therapeutic agent in emergency and critical care medicine. Med Gas Res. 2014; 4: 17. https://doi.org/10.1186/2045-9912-4-17 eCollection 2014.
  42. Zhang Y., Tan S., Xu J., Wang T. Hydrogen therapy in cardiovascular and metabolic diseases: from bench to bedside. Cell Physiol Biochem. 2018; 47 (1): 1-10. https://doi.org/10.1159/000489737 Epub 2018 May 9.
  43. Ito M., Hirayama M., Yamai K., Goto S., Ito M., Ichihara M., Ohno K. Drinking hydrogen water and intermittent hydrogen gas exposure, but not lactulose or continuous hydrogen gas exposure, prevent 6-hydorxydopamine-induced Parkinson’s disease in rats, Med. Gas Res. 2012; 2 (1): 15.
  44. Wang H., Huo X., Chen H., Li B., Liu J., Ma W., et al. Hydrogen-rich saline activated autophagy via HIF-1α pathways in neuropathic pain model. Biomed Res Int. 2018; 2018: 4670834. https://doi.org/10.1155/2018/4670834 eCollection 2018.
  45. Imai K., Kotani T., Tsuda H., Nakano T., Ushida T., Iwase A., et al. Administration of molecular hydrogen during pregnancy improves behavioral abnormalities of offspring in a maternal immune activation model. Sci Rep. 2018; 15; 8 (1): 9221. https://doi.org/10.1038/s41598-018-27626-4
  46. Ara J., Fadriquela A., Ahmed M.F., Bajgai J., Sajo M.E.J., Lee S.P., et al. Hydrogen water drinking exerts antifatigue effects in chronic forced swimming mice via atioxidative and anti-inflammatory activities. Biomed Res Int. 2018; 2018:2571269. https://doi.org/10.1155/2018/2571269 eCollection 2018.
  47. Nakano T., Kotani T., Imai K., Iitani Y., Ushida T., Tsuda H., et al. Effect of molecular hydrogen on uterine inflammation during preterm labour. Biomed Rep. 2018; 8 (5): 454-460. https://doi.org/10.3892/br.2018.1082 Epub 2018 Mar 27.
  48. Chen K., Sun Y., Diao Y., Zhang T., Dong W. Hydrogen-rich solution attenuates myocardial injury caused by cardiopulmonary bypass in rats via the Janus-activated kinase 2/signal transducer and activator of transcription 3 signaling pathway. Oncol Lett. 2018; 16 (1): 167-78. https://doi.org/10.3892/ol.2018.8639. Epub 2018 May 4.
  49. Hara F., Tatebe J., Watanabe I., Yamazaki J., Ikeda T., Morita T. Molecular hydrogen alleviates cellular senescence in endothelial cells. Circ J. 2016; 80 (9): 2037-46. https://doi.org/10.1253/circj.CJ-16-0227 Epub 2016 Jul 29.
  50. Zhu Q., Wu Y., Li Y., Chen Z., Wang L., Xiong H., et al. Positive effects of hydrogen-water bathing in patients of psoriasis and parapsoriasis en plaques. Sci Rep. 2018; 8 (1): 8051. https://doi.org/10.1038/s41598-018-26388-3
  51. Nakayama M., Itami N., Suzuki H., Hamada H., Yamamoto R., Tsunoda K., et al. Novel haemodialysis (HD) treatment employing molecular hydrogen (H2)-enriched dialysis solution improves prognosis of chronic dialysis patients: A prospective observational study. Sci Rep. 2018; 8 (1): 254. https://doi.org/10.1038/s41598-017-18537-x
  52. Shamim T. Hydrogen rich water in oral pathology: an update. Med Gas Res. 2018; 8 (1): 34. https://doi.org/10.4103/2045-9912.229602 eCollection 2018 Jan-Mar.
  53. Xiao.L, Miwa N. Hydrogen-rich water achieves cytoprotection from oxidative stress injury in human gingival fibroblasts in culture or 3D-tissue equivalents, and wound-healing promotion, together with ROS-scavenging and relief from glutathione diminishment. Hum Cell. 2016; 30 (2): 72-87. https://doi.org/10.1007/s13577-016-0150-x Epub 2016 Nov 1.
  54. Xue J., Shang G., Tanaka Y., Saihara Y., Hou L., Velasquez N., et al. Dose-dependent inhibition of gastric injury by hydrogen in alkaline electrolyzed drinking water. BMC Complement Altern Med. 2014; 14:81. https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-81
  55. Hayashida K., Sano M., Ohsawa I., Shinmura K., Tamaki K., Kimura K., et al. Inhalation of hydrogen gas reduces infarct size in the rat model of myocardial ischemia-reperfusion injury. Biochem Biophys Res Commun. 2008; 373 (1): 30-5. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2008.05.165 Epub 2008 Jun 9.
  56. Ostojic S.M., Vojvodic-Ostojic A. Is melanin a source of bioactive molecular hydrogen? Pharmacol Res. 2016; 103: 177-9. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2015.12.002 Epub 2015 Dec 3.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Рахманин Ю.А., Егорова Н.А., Михайлова Р.И., Рыжова И.Н., Каменецкая Д.Б., Кочеткова М.Г., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.