С.М.Остоич, Центр здоровья, тренинга и спортивной науки, Лаборатория физиологии тренинга, Белград, Сербия
За последние два десятилетия молекулярный водород возник и укрепился в качестве новейшего терапевтического средства, обладающего антиоксидантными, противовоспалительными и антиапоптотическими свойствами, что было продемонстрировано множеством модельных заболеваний животных и исследований на пациентах. Благотворные воздействия молекулярного водорода в клинических условиях особенно заметны на заболеваниях, спровоцированных стрессовыми ситуациями, таких как сахарный диабет 2 типа, инфаркт ствола головного мозга, ревматоидный артрит или нейродегенеративные заболевания. В значительном количестве более поздних исследований определено, что молекулярный водород влияет на передачу сигналов в клетках и действует как подщелачивающее средство. Эти новые выявленные механизмы воздействия обладают потенциалом еще большего расширения его применения в клинической медицине. В частности, водородная терапия может оказаться специфическим и эффективным инновационным средством воздействия на оксидативный стресс, вызванный большими физическими нагрузками, и спортивные травмы, имея потенциал повышения эффективности тренировок. Нижеследующий обзор подведет итоги результатов последних исследований, связанных с клиническими аспектами использования молекулярного водорода, с упором на его применение в области спортивной медицины.
Достаточно давно известно, что молекулярный водород проявляет сильное химическое сродство к свободным окисляющим радикалам, таким как гидроксил-радикал. Озава и коллеги продемонстрировали, что Н2 может быть использован как эффективный антиоксидант в культивированных человеческих клетках. В связи со своей способностью быстро диффундировать через мембраны, он может внутри клеток добираться до цитотоксичных активных кислородных частиц (АКЧ) и реагировать с ними, защищая таким образом клетки от окислительного повреждения. Более того, водород способен выборочно нейтрализовать именно гидроксил-радикал – наиболее цитотоксичный из всех АКЧ, не затрагивая другие АКЧ (перекись водорода, оксид азота), важные для физиологии клеток и гомеостаза. Это обстоятельство подчеркивает важность водорода как тонкого инструмента нейтрализации АКЧ, способного выбирать между вредоносными и полезными активными кислородными частицами. Проявляя свою антиоксидантную силу, молекулярный водород также способен продемонстрировать противовоспалительные, противоапоптозные и противоаллергические свойства. Еще одна биологическая роль эндогенного (внутреннего) молекулярного водорода в человеческом организме была недавно открыта. Определено, что Н2 по всем свидетельствам является четвертой сигнальной газовой молекулой в клетке по аналогии с NO, CO и H2S. Как участник передачи сигналов Н2 может регулировать экспрессию генов и фосфорилирование нескольких сигнальных белков, что не случайно ассоциируется с оксидативным стрессом. И, наконец, водород, растворенный в воде или вода, обогащенная водородом, может иметь эффект подщелачивания крови. Эти фундаментальные открытия, определившие водород как важный перспективный газ для медицинского использования. при том, что нам известно о его физиологии, биодоступности и терапевтическом потенциале, способствовали быстрому росту его применения в последнее десятилетие. В нашем обзоре мы подведем итоги новых открытий в части, касающейся клинических аспектов использования Н2, с упором на область спортивной медицины и науки о физических нагрузках.
ОБЗОР МЕДИЦИНСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОРОДА
В 1994 г. Абрайни с коллегами сообщили о первом использовании водорода на людях для устранения некоторых симптомов гипербарического неврологического синдрома у глубоководных ныряльщиков. С тех пор проявления свойств водорода были широко изучены и задокументированы во множестве экспериментальных модельных заболеваний и реальных болезней пациентов. В тестах на пациентах выраженные эффекты наблюдались особенно в случаях заболеваний, вызванных оксидативным стрессом, включая церебральный инфаркт, карциному печени, хроническое воспаление у пациентов на гемодиализе, воспалительные и митохондриальные миопатии, метаболический синдром, сахарный диабет 2 типа, болезнь Паркинсона, ревматоидный артрит.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОДА В СПОРТИВНОЙ МЕДИЦИНЕ
Предложения по использованию молекулярного водорода в спортивной медицине основаны, прежде всего, на его антиоксидантных свойствах. В связи с тем, что интенсивные физические нагрузки приводят к перепроизводству активных кислородных частиц и вызываемым свободными радикалами повреждениям тканей (мышечных – прим.перев.), применение такого мощного антиоксиданта как молекулярный водород может снизить оксидативный стресс и провоцируемые АКЧ нарушения (усталость и слабость, микроповреждения тканей, воспаление, тренировочные перегрузки). Кроме того, обогащенная водородом вода имеет высокий (нейтральный или слабощелочной) рН, что оказывает благотворный эффект в случае вызванного большими физическими нагрузками ацидоза, распространенного метаболического нарушения у активно тренирующихся спортсменов. Эти исследования подробно изучаются в данной работе. Плюс к этому, проводится терапевтическое испытание Н2 при спортивных травмах, уже дающее положительные результаты.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВОДОРОД И ОКСИДАТИВНЫЙ СТРЕСС, СВЯЗАННЫЙ С БОЛЬШИМИ ФИЗИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
АКЧ непрерывно производятся в нашем организме, поскольку мы вдыхаем кислород. Известно, что эти активные молекулы играют двоякую роль – как вредоносные, и как благотворные виды. При нормальных физиологических условиях, АКЧ играют важную роль в передаче сигналов и гомеостазе. Однако, в то же время, вызванное большими физическими нагрузками перепроизводство АКЧ и ослабленные защитные антиоксидантные системы играют важную роль в возникновении сократительной дисфункции скелетных мышц, приводящей к слабости и усталости мускулов. В ходе проводящегося в настоящее время исследования мы продолжаем изучать механизмы, используемые оксидантами, чтобы воздействовать на сократительные свойства скелетных мышц. Одновременно изучаются воздействия, способные защитить мышцы от вызываемых оксидантами дисфункций. Благодаря своему минимальному молекулярному весу Н2 может исключительно быстро диффундировать в ткани и нейтрализовывать токсичные АКЧ, что делает его образцовым кандидатом на роль защитника атлетов, страдающих от вредоносного оксидативного стресса. Аоки с коллегами исследовали на 10 молодых футболистах воздействие Н2 на оксидативный стресс и усталость мышц, вызываемые предельными физическими нагрузками. Медики провели плацебо контролируемое, двойное-слепое, перекрестное исследование на атлетах, подвергнутых субмаксимальной нагрузке на велотренажере (75% максимального потребления кислорода) и максимальной мышечной нагрузке (100- кратное максимальное, изокинетическое выпрямление ноги в коленном суставе). При этом проводились анализы крови. Атлеты выпивали за предшествующий 24-часовой период по 1500 мл воды, обогащенной водородом, либо обычной воды, т.е. плацебо. Исследователи измеряли 8 физиологических маркеров для оценки мышечной усталости, вызванной оксидативным стрессом вследствие предельной физической нагрузки. Обогащенная водородом вода значительно снижала уровень лактата в крови после нагрузок, примерно, на 1 ммоль/литр по сравнению с плацебо. Предельное усилие для группы плацебо значительно уменьшалось при максимальном изокинетическом выпрямлении коленного сустава, что предполагало мышечную слабость, в то время как предельное усилие в группе водородной воды на ранних стадиях не снижалось. Авторы пришли к выводу, что употребление обогащенной водородом воды способно предотвращать негативные последствия высоких физических нагрузок. Вместе с тем точный механизм этого воздействия водорода пока не выявлен.
В нашей лаборатории было проведено похожее двойное-слепое, рандомизированное , перекрестное исследование с 18 атлетами. Его целью было выявить, сможет ли употребление в течение 7 дней по 1 литру в день обогащенной водородом воды улучшить антиоксидантный статус и результаты забегов испытуемых. Вода выпивалась за 30 мин. до испытания, во время него (каждые 15 мин.) и после каждой тренировки (до 45 мин. периода отдыха). Водородная вода продемонстрировала благотворный эффект на максимальный уровень воспринимаемой нагрузки и уровень лактата в крови при предельной (8,1 мили в час) скорости бега. Мы пришли к выводу, что обогащенная водородом вода снижает физический стресс при максимальных нагрузках, однако точный механизм этого воздействия пока не удалось выявить, поскольку анализы крови не выявили существенных изменений значимых показателей. Необходимо проведение новых исследований с большим числом участников, при более длительном и в больших количествах приеме воды. Возможно, также, иное, не только антиоксидантное воздействие водорода.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВОДОРОД ПРИ СПОРТИВНЫХ ТРАВМАХ: НОВЕЙШАЯ КОНЦЕПЦИЯ
Интенсивное и эффективное лечение спортивных травм является решающим фактором, обеспечивающим быстрое восстановление после ранений и возвращение к тренировкам и состязаниям в современном спорте. Дополнительным осложняющим лечение фактором является серьезное повреждение клеток, вызываемое из-за гипоксии тканей и резкого роста образования АКЧ в месте повреждения мягких тканей. Это дополнительное негативное воздействие на ткани часто называется вторичной зоной повреждения в отличие от начального повреждения, вызванного фактическим механизмом ранения. Поскольку водородная терапия является полезной для лечения множества связанных с АКЧ повреждений и патологий, логично рассматривать Н2 в качестве составной части врачебной помощи при спортивных травмах. В частности, молекулярный водород смягчает оксидативный стресс и уменьшает воспаление у пациентов с ревматоидным артритом и мышечными заболеваниями, а также понижает показатели (индексы) ишемических реперфузионных повреждений у пациентов с острым инфарктом ствола головного мозга. В настоящее время проводится одно активное зарегистрированное клиническое исследование использования Н2 в качестве терапии при спортивных травмах. Исследование включает в себя оценку водорода при оральном и местном применении в течение 2 недель как терапии при травмировании мягких тканей спортсменами. Только что началась вторая фаза клинического испытания с имеющимися предварительными результатами, подтверждающими гипотезу о том, что добавление водорода к традиционному протоколу лечения является эффективным при терапии травм мягких тканей у спортсменов. Этот подход, как мы полагаем, приведет к росту числа клинических исследований обогащенных водородом лекарственных форм в области спортивной медицины.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Молекулярный водород в качестве средства медицинского назначения начал привлекать растущее научное внимание после того, как Озава, Ота и другие сообщили в 2007 г. о заметном избирательном антиоксидантном эффекте применения Н2 в статье в журнале Nature Medicine . С тех пор свойства водорода были широко изучены на модельных животных и человеческих заболеваниях. Проведенные исследования показали, что водород производит антиоксидантное, антиапоптозное, противовоспалительное и цитопротекторное воздействие, позитивно сказывающееся на состоянии клеток. Как минимум, в результате 12 клинических испытаний на пациентах были продемонстрированы многообещающие терапевтические эффекты молекулярного водорода, в том числе и в области спортивной медицины, определяющие водород как новейшее эргогеническое (повышающее работоспособность) и подщелачивающее средство. Водород, поступающий в организм в виде воды, им обогащенной, повышает мышечную выносливость, снижает усталость и снижает ацидоз, вызываемый предельными нагрузками у спортсменов, однако некоторые из его воздействий, возможно, связаны не с его антиоксидантными свойствами. Многообещающие результаты клинических испытаний по спортивным травмам утверждают использование Н2 в качестве противовоспалительного и лечебного средства. Однако необходимо проведение дополнительных исследований для определения точного механизма воздействия водорода, нужна подготовка более практичных и применимых терапевтических протоколов, назрела нужда в узаконивании терапевтического потенциала молекулярного водорода в клиническом применении.
