Badania podstawowe i kliniczne wykazały, że wodór jest istotnym fizjologicznym czynnikiem regulacyjnym, który ma na komórki i całe organy wpływ antyoksydacyjny, przeciwzapalny i antyapoptotyczny. Terapeutycznie może być podawany poprzez bezpośrednią inhalację wodorem, picie wody nasyconej wodorem oraz przez kroplówki z soli fizjologicznej z dodatkiem wodoru. Badania pokazują, że gazowy wodór ma właściwości chroniące mózg oraz inne organy poprzez wybiórczą neutralizację rodników hydroksylowych.
Wodór to bezbarwny, bezwonny, niemetaliczny, bezsmakowy i wysoce palny gaz dwuatomowy. Po raz pierwszy sztucznie wyprodukował gaz wodorowy Robert Boyle w roku 1671. Zrobił to poprzez rozpuszczenie żelaza w rozcieńczonym kwasie solnym. Natomiast Henry Cavendish odkrył, że wodór jest gazem dyskretnym i nazwał go „palnym powietrzem”. Tę właściwość Lavoisier w roku 1783 nazwał „wodorem” (ang. hydrogen) od greckich słów hydro, czyli woda oraz genes, co oznacza formowanie.
Wolny wodór jest na naszej planecie dość rzadki, większość atomów wodoru znaleźć można w wodzie i związkach organicznych. Jest on bardzo reaktywny względem tlenu i innych utleniaczy, oksydantów w obecności konkretnego katalizatora lub w wysokiej temperaturze. Obecnie dwa najpowszechniejsze sposoby na pozyskiwanie wodoru to przetwarzanie paliw kopalnianych i kraking. Najwięcej tego pierwiastka wykorzystuje się do produkcji amoniaku do azotowych nawozów sztucznych.
Wodór nie jest wytwarzany w komórkach ludzkich z tego powodu, że organizm człowieka nie wytwarza hydrogenaz. Jednak jest on pozyskiwany w jelitach do metabolizmu, najczęściej z niestrawionych fragmentów polisacharydowych komórek roślinnych, jak również ze skrobi. Dziennie w ludzkim organizmie jest produkowanych około 12 litrów wodoru. Jednak jego większa część jest eliminowana poprzez wydalanie gazów jelitowych. Dodatkowo badania wykazały, że wodór może w organizmie ludzkim służyć jako modulator ścieżki sygnałowej.
Wodór jako środek leczniczy
Wodór jako najmniejsza cząsteczka może docierać nawet do komórek i tkanek, ponieważ przenika przez błony. Tam działa nie tylko ochronnie, ale również wybiórczo jako wyjątkowy antyoksydant. Właściwości antyoksydacyjne wodoru koncentrują się na roli wychwytacza wolnych rodników. Wodór wybiórczo redukuje rodniki hydroksylowe oraz nadtlenoazotyn. To bardzo silne utleniacze wchodzące w negatywne reakcje utleniania z kwasami nukleinowymi, DNA, lipidami i białkami. To prowadzi do niszczącej fragmentacji DNA, peroksydacji lipidów i inaktywacji enzymatycznych.
Dodatkowym mechanizmem ochronnym wodoru dla komórek jest także wzrost aktywności enzymów antyoksydacyjnych jak katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa oraz hem oksygenazy wynikające ze zredukowania środowiska cytoplazmy. Ważną właściwością wodoru jest jego działanie antyapoptyczne wynikające z hamowania aktywacji kaspazy. W urazach zapalnych tkanki wywołanych stresem oksydacyjnym wodór wykazywał działanie przeciwzapalne.
Wodór, jako gaz medyczny, może być wykorzystywany w terapii leczniczej, ponieważ jest bezpieczny i skuteczny, a także wykazuje pozytywny efekt w porównaniu do obecnych terapii farmakologicznych. Przede wszystkim jest on wysoce penetrującym medium struktury ustroju, dzięki czemu może dosięgać obszarów subkomórkowych nieosiągalnych przez roślinne antyoksydanty (jądra i mitochondria), gdzie powstaje ROS oraz uszkodzenia DNA trudne do leczenia. Dodatkowo inhalacja wodorem redukuje szkodliwe rodniki hydroksylowe i nadtlenoazotyn, ale jednocześnie nie niszczy tlenku azotu, który jako endogenne ścieżki sygnałowe moduluje napięcia naczyń krwionośnych płuc.
Terapia wodorem dla układu nerwowego
Wodór w terapii leczniczej może być podawany drogą inhalacji. Wprowadzany jest wtedy poprzez respirator, maskę na twarz lub przewód nosowy. Dodatkowo może być spożywany wraz z wodą, która jest wytwarzana przez urządzenie zwane generatorem wodoru.
Japońscy badacze wraz z dr. Ohsawą odkryli, że gazowy wodór może redukować rozmiar martwicy pozawałowej u szczurów w modelu ogniskowego urazu mózgu poprzez wychwytywanie szkodliwych ROS. Dodatkowo wiele badań poświęcono na sprawdzenie wpływu wodoru na patologie mózgu. Ze względu na jego niewielki rozmiar ułatwiający przenikanie przez barierę krew-mózg może on stać się środkiem ochrony neuronów wewnątrzczaszkowych.
Zaburzenia niedotlenno-niedokrwienne występują w okresie okołoporodowym i stanowią główną przyczynę uszkodzeń mózgowych u noworodków. Śmierć komórek neuronalnych z powodu martwicy lub apoptozy powiązana jest z urazem niedokrwiennym mózgu. Badacze odkryli, że inhalacja wodorem 2-procentowym oraz wstrzykiwanie soli nasyconej wodorem chroni mózg poprzez hamowanie apoptozy neuronowej i redukcję działania kaspazy. Dodatkowo te efekty przełożono na długoterminowe usprawnienie funkcjonowania neurologicznego i neurobehawioralnego po urazie mózgu wywołanego zaburzeniami niedokrwiennymi.
Picie wody wodorowej zapobiega pogorszeniu uczenia się i pogorszeniu pamięci z powodu stresu wywołanego przewlekłym przymusem fizycznym u myszy. Witamina C – nieenzymatyczny antyoksydant – jest bardzo ważna w funkcjonowaniu mózgu. Badacze japońscy odkryli, że spożywanie wody wodorowej u zwierząt niemogących syntezować witaminy C znacznie zmniejszyło tworzenie nadtlenku wodoru w mózgu poprzez redukcję poziomu rodnika hydroksylowego w warunkach powodujących niedokrwienie i reperfuzję in vivo. Podawanie wodoru jest także bardzo skuteczne w chorobie Alzhaimera i Parkinsona. Zapobiega również rozwojowi i postępowi zwyrodnienia nigrostriatalnego oraz usprawnia funkcje poznawcze i pamięciowe.
Inhalacja wodorem wykazuje bardzo korzystne działanie w chorobach neurodegeneracyjnych, które są spowodowane postępującą utratą nerwów lub ich funkcją w wyniku śmierci albo dysfunkcji komórek. Do chorób tych zaliczamy: stwardnienie zanikowe boczne lub ALS, chorobę Parkinsona. Badacze potwierdzają, że wodór zapobiega rozwojowi i dalszej degeneracji istoty czarnej w ośrodkowym układzie nerwowym.
