: ดาวรุ่งด้านเวชศาสตร์แก๊สในฐานะสารอาหารที่กำหนดเป้าหมายไมโตคอนเดรียผ่านการเปิดใช้งานระบบต้านอนุมูลอิสระ
♦️ เชิงนามธรรม
ไฮโดรเจน เป็นโมเลกุลไดอะตอมมิกที่เล็กที่สุดในธรรมชาติและได้กลายเป็นดาวเด่นในด้านเวชศาสตร์เกี่ยวกับแก๊สในช่วง 2-3 ทศวรรษที่ผ่านมา เนื่องจากเป็นก๊าซที่ไม่เป็นพิษและเข้าถึงได้ง่าย ไฮโดรเจน จึงได้แสดงผลในการป้องกันและรักษาโรคต่างๆ ของระบบทางเดินหายใจ หลอดเลือดหัวใจ ระบบประสาทส่วนกลาง และระบบอื่นๆ
บทบาทการป้องกันของ H₂ อาจขึ้นอยู่กับความสามารถพิเศษในการเจาะทุกแง่มุมของเซลล์เพื่อควบคุมสภาวะสมดุลของไมโตคอนเดรียโดยการกำจัดอนุมูลอิสระโดยตรง ผลการป้องกันและมุ่งเน้นไปที่กลไกของ H₂ ในฐานะสารอาหารที่กำหนดเป้าหมายไมโตคอนเดรีย ในแบบจำลองโรคต่างๆ สนับสนุนทางทฤษฎีที่มีเหตุผลมากขึ้นสำหรับการใช้งานไฮโดรเจนทางการแพทย์
🔹 บทนำ
🇭โมเลกุลของก๊าซมีการใช้มากขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ และการประยุกต์ใช้ได้พัฒนาเป็นสาขาการแพทย์ที่แยกจากกัน ก๊าซที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ ได้แก่ ออกซิเจน (O2) ไนตริกออกไซด์ (NO) มีเทน (CH4) คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) และไฮโดรเจน (H₂) ดังที่แสดงในรูปที่ 1 จำนวนบทความที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลก๊าซทางการแพทย์เพิ่มขึ้นอย่างมากตั้งแต่ปี 1998 ถึง 2022 โดยเฉพาะบทความที่เกี่ยวข้องกับ O2 และ H₂
รูปที่ 1 จำนวนบทความที่ตีพิมพ์ตั้งแต่ปี 1998 ถึง 2022 เกี่ยวกับก๊าซที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย (H₂, CO, NO, O₂, CH4, H₂S) ในทางการแพทย์ (ข้อมูลที่ได้รับหลังจากค้นหาดัชนีคำสำคัญใน PubMed ด้วย “ชื่อก๊าซ + ยา” ).
🇭 ประวัติความเป็นมาของการแพทย์ไฮโดรเจน H₂
มีการใช้หลายวิธีในการกลืนหรือบริโภค H₂0 เช่น
• การดื่มหรือฉีดน้ำไฮโดรเจน Hydrogen water-HW) หรือจะเรียกอีกแบบหนึ่งว่าน้ำอุดมไฮโดรเจน (Hydrogen enriched water-HRW)
• การสูดดมแก๊สไฮโดรเจน (H₂)
• การอาบน้ำไฮโดรเจน
• การหยดลงในดวงตาหรือการให้น้ำเกลือไฮโดรเจน (Hydrogen enriched saline-HRS) เป็นต้น
ไฮโดรเจน (H₂) มีบทบาทต้านการอักเสบและต่อต้านการตายของเซลล์ คุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระและมีสารป้องกันเซลล์มะเร็ง
ความสำคัญของ H₂ ต่อชีวิต: การสะสมเปอร์ออกไซด์มากเกินไปในกระบวนการเผาผลาญเป็นสาเหตุของโรคและความชราต่างๆ สิ่งมีชีวิตจะต้องมีกลไกบางอย่างในการต่อสู้กับเปอร์ออกไซด์เหล่านี้ H₂ เป็นตัวรีดิวซ์ซึ่งสามารถกำจัดเปอร์ออกไซด์ได้ตามธรรมชาติโดยไม่มีผลข้างเคียง ทำให้สิ่งมีชีวิตบรรลุความสมดุลในแง่ของสมดุลรีดอกซ์
ในการทดลอง ก๊าซไอโซโทปถูกสร้างขึ้นโดยอิเล็กโทรไลซิสของน้ำไอโซโทป จากนั้นก๊าซไอโซโทปจะถูกป้อนเข้าไปในสภาพแวดล้อมที่อยู่อาศัยของหนูแทน H₂ พบว่าไอโซโทปมีอยู่ในเนื้อเยื่อและอวัยวะทั้งหมดของหนู ซึ่งหมายความว่าก๊าซไอโซโทปมีส่วนเกี่ยวข้องในกิจกรรมชีวิตของสิ่งมีชีวิตโดยการเปลี่ยนเป็นไอออนไอโซโทปที่แพร่หลายในสิ่งมีชีวิต ซึ่งพิสูจน์ทางอ้อมว่า H₂ ในอากาศเป็นสารส่วนประกอบและ เป็นสารพลังแห่งชีวิต การทดลองนี้ยังเป็นการพิสูจน์กลไกพื้นฐานของการเผาผลาญ H₂ อีกด้วย
เอกสารที่เกี่ยวข้องกับยา H₂ จำนวนหนึ่งซึ่งตีพิมพ์เมื่อปลายศตวรรษที่ 20 ยืนยันเพิ่มเติมว่า H₂ ที่ผลิตโดยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้ามีผลอย่างเด่นชัดต่อกิจกรรมที่สำคัญของพืช สัตว์ (หนู) เช่นเดียวกับ มนุษย์
งานผสมผสานผลกระทบทางสรีรวิทยาของ H₂ เข้ากับทฤษฎีความชราของอนุมูลอิสระอย่างสร้างสรรค์ อธิบายฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของโมเลกุล และยืนยันว่า H₂ มีผลแน่นอนต่อโรคต่างๆ มากมายต่อสิ่งมีชีวิต ซึ่งพิสูจน์โดยไม่ได้ตั้งใจว่า H₂ ในอากาศนั้นเป็นทั้งสสารที่เป็นส่วนประกอบและเป็นสารพลังแห่งชีวิต การทดลองนี้ยังพิสูจน์กลไกพื้นฐานของการเผาผลาญ H₂ อีกด้วย
ในปี 2550 Ohsawa และคณะ จาก Nippon Medical School ตีพิมพ์บทความสำคัญเกี่ยวกับยา H₂ ในวารสาร Nature Medicine การศึกษานี้ใช้ความเข้มข้นต่ำของ H₂ (1-4%) สำหรับการสูดดมในช่วงเวลาสั้น ๆ (35 นาที) โดยหนู และพบผลเชิงบวกในการรักษาอาการบาดเจ็บที่ภาวะสมองขาดเลือด-กลับเป็นเลือดกลับคืนมา แสดงให้เห็นว่าการสูดดมความเข้มข้นต่ำในระยะสั้น H₂ สำหรับการรักษาโรคเป็นไปได้ กลไกโดยที่ H₂ สามารถทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระในการบำบัด โดยลดอนุมูลออกซิเจนที่เป็นพิษต่อเซลล์ ('OH และ OΝΟΟ-) ซึ่งนำไปสู่การยับยั้งการบาดเจ็บของภาวะสมองขาดเลือดและการกลับคืนสู่สภาพเดิม เนื่องจากการศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Medicine COI จึงให้โอกาสกว้างสำหรับการวิจัยขั้นพื้นฐานและทางคลินิกเกี่ยวกับแก๊สไฮโดรเจน (H₂) และนำ H₂ ไปสู่ความสนใจของวงจรการศึกษาที่หลากหลาย ตั้งแต่นั้นมา มีนักวิชาการเข้าร่วมการวิจัยเกี่ยวกับยา H₂ มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อสำรวจผลกระทบของยา H₂ ต่อโรคต่างๆ เช่น การอักเสบ ความเป็นพิษของยา และโรคอ้วน มีการเผยแพร่งานวิจัยที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิมากกว่าหนึ่งพันฉบับจนถึงปัจจุบัน
ในตอนแรก นักวิทยาศาสตร์มุ่งเน้นไปที่การบาดเจ็บเฉียบพลันและเรื้อรังของอวัยวะที่เกี่ยวข้องกับความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันเป็นหลัก เช่น การบาดเจ็บที่พบในการทดลองในสัตว์ทดลองเพื่อตรวจสอบการบาดเจ็บที่เป็นพิษจากยา หรือการบาดเจ็บจากภาวะขาดเลือดกลับคืนมาในอวัยวะสำคัญ เช่น หัวใจและตับ ในช่วงเวลานี้ นักวิจัยส่วนใหญ่ใช้แบบจำลองการบาดเจ็บที่หลากหลายเพื่อตรวจสอบผลการรักษาของการสูดดม H₂ ระหว่างปี 2012 การวิจัยเพิ่มเติมเริ่มปรากฏว่า คาร์บอนมอน็อกไซด์-Carbon monoxide (CO) เป็นก๊าซที่ไม่มีกลิ่น ไม่มีสี เกิดจากการเผาไหม้คาร์บอนที่ไม่สมบูรณ์ในเชื้อเพลิงต่างๆ ดื่มน้ำที่อุดมด้วย H₂ (Hydrogen enriched Water-HRW) การฉีดน้ำเกลือที่อุดมด้วย H₂ (Hydrogen enriched saline-HRS) รวมถึงการศึกษาเกี่ยวกับการส่งเสริมการเติมเต็ม H₂ ผ่านแบคทีเรียในลำไส้ ในขณะเดียวกัน การศึกษาทางคลินิกจำนวนหนึ่งได้ใช้ HRW ในการรักษาโรคต่างๆ รวมถึงกลุ่มอาการเมตาบอลิซึม โรคพาร์กินสัน การฟอกเลือดด้วยเครื่องไตเทียม การบาดเจ็บจากการเล่นกีฬา และโรคข้ออักเสบรูมาตอยด์
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยยา H₂ ได้ศึกษากลไกระดับโมเลกุลบนพื้นฐานของการศึกษาก่อนหน้านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการมุ่งเน้นไปที่วิถีทางโมเลกุลของการอักเสบและความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่ H₂ เป็นสื่อกลาง อย่างไรก็ตาม เกี่ยวกับกลไกระดับโมเลกุลของ H₂ นักวิชาการส่วนใหญ่ติดตามมุมมองของ Ohsawa และคณะ ในรายงานของพวกเขาใน เวชศาสตร์ธรรมชาติ: H₂ เป็นตัวกำจัดไฮดรอกซิลรุนแรง (OH) เป็นผลให้นักวิชาการส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่กลไกการต้านอนุมูลอิสระของ H₂ ตามการจำแนกประเภทนี้
อย่างไรก็ตาม นักวิชาการบางคนเสนอว่า H₂ มีบทบาทในการส่งสัญญาณที่อาจเกี่ยวข้องกับกระบวนการเผาผลาญ และอาจให้พลังงานแก่แบคทีเรียด้วย ซึ่งขยายความคิดเกี่ยวกับการพัฒนางานวิจัย H₂ ให้กว้างขึ้น
นักวิจัยชาวจีนจำนวนหนึ่งได้อุทิศตนเพื่อพัฒนายา H₂ นักวิจัยเหล่านี้ได้รับทุนสนับสนุนมากกว่า 80 รายการจากสำนักงานวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีน และได้ตีพิมพ์บทความทางวิชาการเกี่ยวกับโคซิกและทางคลินิกหลายร้อยฉบับ ศาสตราจารย์ ซุ้ยจุน ซัน แห่งมหาวิทยาลัยแพทย์ทหารบกที่ 2 เป็นหนึ่งในบุคคลชั้นนำด้านการแพทย์ H₂ ในประเทศจีน กลุ่มของศาสตราจารย์ซันมีส่วนร่วมในการวิจัยยาลดบรรยากาศการดำน้ำมาเป็นเวลานาน วัตถุประสงค์การวิจัยที่สำคัญที่สุดของเวชศาสตร์ความดันบรรยากาศสูง (การแพทย์ Hyperbaric) สำหรับการดำน้ำคือประเภทของก๊าซที่มนุษย์สามารถหายใจได้ โดย H₂ เป็นหนึ่งในก๊าซประเภทสำคัญในสาขาการแพทย์ Hyperbaric สำหรับการดำน้ำ กลุ่มของ ศ.ซัน มุุ่งเน้นไปที่ผลกระทบทางชีวภาพของ H₂ และการประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์เป็นครั้งแรก ซึ่งเผยให้เห็นถึงคุณค่าของ H₂ ในทางการแพทย์ในประเทศจีน
นอกจากนี้ ศ. ซัน ยังมีส่วนร่วมในการจัดสัมมนาระดับนานาชาติหลายครั้งเกี่ยวกับยา H₂ โดยเชิญผู้เชี่ยวชาญจากทั่วทุกมุมโลกเพื่อหารือเกี่ยวกับอนาคตของยา H₂ ทีมงานของเขาร่วมมือกับองค์กรทางการแพทย์ทั่วโลกเพื่อดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ยา H₂ และเพื่อขยายขอบเขตการใช้งานของ H₂ ในสาขาการแพทย์
ศาสตราจารย์ Shucun Qin จาก Shandong First Medical University เป็นอีกหนึ่งผู้สนับสนุนหลักของยาโมเลกุล H₂ ในประเทศจีน ศาสตราจารย์ฉินได้ก่อตั้งสถาบันวิจัยชีวการแพทย์ H₂ แห่งแรกขึ้นที่มหาวิทยาลัยในปี 2558 โดยฝึกอบรมนักวิจัยหลักจำนวนหนึ่งในด้านยา H₂ เขาก่อตั้งห้องปฏิบัติการที่ได้มาตรฐานสำหรับชีววิทยาระดับโมเลกุล H₂ ซึ่งได้เผยแพร่การทดลองในประชากรที่มีกลุ่มควบคุมด้วยยาหลอกหลายรายการ ซึ่งถือเป็นหลักฐานทางคลินิกที่สำคัญสำหรับการแปล H₂ ไปเป็นยา การทบทวนล่าสุดของ Qin สรุปการทดลองทางคลินิก 51 รายการที่เกี่ยวข้องกับอาสาสมัคร 1,213 รายในสี่สาขาของชีวการแพทย์ H₂:
• การวิจัยขั้นพื้นฐาน การออกกำลังกาย ผิวหนัง และการดูแลสุขภาพ ผลการวิจัยพบว่า H₂ สามารถลดความเสียหายจากความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เกิดจากการออกกำลังกายที่หนักหน่วง ลดการสะสมของกรดแลคติคหลังการออกกำลังกาย ป้องกันภาวะกรดจากการออกกำลังกาย และลดความเหนื่อยล้าจากการออกกำลังกาย นอกจากนี้ การแทรกแซง H₂ ยังมีบทบาทเชิงบวกต่อความงามของผิวและปรับปรุงสุขภาพหัวใจและหลอดเลือดอีกด้วย
ทีมศาสตราจารย์ Xuemei Ma ที่กรุงปักกิ่ง สถาบันเทคโนโลยีก็เป็นกลุ่มแรกๆของนักวิจัยด้านการแพทย์ H₂ ในประเทศจีน ผศ.มาคือมุงมั่นที่จะชี้แจงพื้นฐานทางชีววิทยาของยา H₂ ในระดับโมเลกุล เซลล์ และองค์รวมระดับการดำเนินการวิจัยขั้นพื้นฐานเชิงลึกและการวิจัยเชิงแปลทางคลินิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องกลไกของโมเลกุล H₂ ในการป้องกันเนื้องอก
ทีมงานได้ตรวจสอบแล้วว่า H₂ สามารถยับยั้งการสร้างเนื้องอกที่เกิดจากเนื้อสมอง (ไกลโอมาส์ -Gliomas) ได้ด้วยการกระตุ้นการแยกเซลล์ต้นกำเนิดจากเกสร ในหลอดทดลอง และ ในร่างกาย
นอกจากนักวิจัยคนสำคัญเหล่านี้แล้วยังมีนักวิทยาศาสตร์หลายร้อยคนกำลังทำงานเกี่ยวกับ H₂ การแพทย์รวมทั้งนักวิชาการชาวจีนด้วย
ศาสตราจารย์หนานซาน จง, จ้าวเฟินเซี่ย, หงหยาง หวัง และนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่อย่างศาสตราจารย์เฉียนจุน เสนอแนวคิด H₂ การแพทย์นาโน ให้กับแก้ไขปัญหาของยา H₂ โดยใช้วัสดุไมโคร/นาโนเชิงฟังก์ชันสำหรับการเติมการบำบัดด้วย H₂ ในโรคมะเร็ง และ Wenbiao Shen ผู้ซึ่งทุ่มเทให้กับการประยุกต์ใช้ H₂ ในการเกษตร หนึ่งสมาคมวิชาการด้านการแพทย์ H₂ อีกด้วย มีสมาชิกก่อตั้งแล้วกว่า 400 คน ณ วันนี้
การศึกษาทางคลินิกในปัจจุบันเกี่ยวกับ H₂ ยังคงดำเนินต่อไป เกิดขึ้นและขนาดของการศึกษาก็ค่อยๆขยายตัว ด้วยความปลอดภัยทางชีวภาพที่ดีและสะดวกสบายด้วยอุปกรณ์ช่วยหายใจ H₂ รวมอยู่ในการแพทย์แห่งชาติจีน ฝ่ายบริหารผลิตภัณฑ์เครื่องมือแพทย์รุ่นใหม่
ยิ่งไปกว่านั้น ในญี่ปุ่น H₂ ก็เป็นเช่นนี้ที่ได้รับอนุมัติให้เป็นผลิตภัณฑ์อาหารเสริม
🇭 ไฮโดรเจน: โมเลกุล/สารอาหารที่กำหนดเป้าหมายไมโตคอนเดรียแทนที่จะเลือก OH
ไฮดรอกไซด์ไอออน (Hydroxide Ion) เป็นไอออนประจุลบอะตอมคู่ มีสูตรเคมีเป็น OH− ประกอบด้วยอะตอมออกซิเจนและไฮโดรเจนยึดเข้าด้วยกันโดยพันธะโควาเลนต์ และมีประจุไฟฟ้าลบ เป็นองค์ประกอบตามธรรมชาติของน้ำ มีสมบัติเป็นเบสต่อกรด หรือเป็นลิแกนด์ต่อโลหะ โดยเสียอิเล็กตรอนหนึ่งถึงสามคู่ให้แก่โลหะศูนย์กลาง ไฮดรอกไซด์ไอออนสามารเกิดเป็นสารประกอบไฮดรอกไซด์กับธาตุหมู่ 1 และหมู่ 2 ได้เป็นสารประกอบของแข็ง ไฮดรอกไซด์เหล่านี้จะแตกตัวในสารละลายในน้ำ และได้เป็นไฮดรอกไซด์ไอออน โซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นเคมีโภคภัณฑ์ที่มีการบริโภคนับหลายล้านตันต่อปี กลุ่มไฮดรอกไซด์เมื่อร่วมเข้ากับธาตุกลางที่มีอิเล็กโตรเนกาทิวิตีสูงอาจทำให้ตัวมันเองแตกตัว ได้เป็นไฮดรอกไซด์ไอออน ทำให้เกิดเป็นสารต้นแบบของกรด
ความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่ยั่งยืนนำไปสู่การเริ่มมีอาการ
และการลุกลามของโรคทั่วไปมากมาย ถึงวันที่บรรลุผลเพียงเล็กน้อยในเรื่องนี้แม้ว่าจะมีการศึกษาจำนวนมากก็ตาม พยายามพัฒนาสารต้านอนุมูลอิสระที่มีประสิทธิภาพ
โดยไม่มีผลข้างเคียง ไมโตคอนเดรีย เป็นหลัก
แหล่งที่มาของความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ถือเป็นแหล่งใหม่ เป้าหมายการรักษาสำหรับโมเลกุลขนาดเล็ก การแทรกแซง H₂ ยับยั้งสปีชีส์ (ROS) สะสมยับยั้งการทำงานของเซลล์โปรแกรมการเสียชีวิต และรักษาไมโตคอนเดรีย
**ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (Oxidation) ก็คือปฏิกิริยา
Reactive oxygen species (ROS) เป็นสารที่เกิดจากออกซิเจน ประกอบด้วย อนุมูลอิสระ (Free radicals-FR) และออกซิเจนที่พร้อมทำปฏิกิริยา ROS สามารถถูกสร้างขึ้นมาอย่างต่อเนื่องจากภายนอก ได้แก่ การสัมผัสกับรังสี มลพิษทางอากาศ ภาวะออกซิเจนเป็นพิษ การสูบบุหรี่ ดื่มแอลกอฮอล์ เป็นต้น นอกจากนี้ ROS ยังถูกสร้างมาจากการหายใจระดับเซลล์ด้วย ดังนั้นการเกิด ROS จึงเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในการมีชีวิตที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้
🇭 โครงสร้างและหน้าที่ คลีนิคเบื้องต้น
การทดลองแนะนำว่าการดื่ม H₂ ที่ละลายในน้ำ จะปรับปรุงพยาธิวิทยา
🇭 โรคไมโตคอนเดรีย
ไมโตคอนเดรีย (Mitochondria) มีโครงสร้างเมมเบรนสองชั้นที่สร้างความแตกต่างในศักยภาพระหว่างเยื่อหุ้มด้านในและด้านนอก และควบคุมการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและปัจจัยต่างๆ (เช่น ไอออน) เข้าและออกจากออร์แกเนลล์ ในขณะเดียวกันก็ส่งผลต่อเสถียรภาพของไมโตคอนเดรีย แม้ว่าเยื่อหุ้มชั้นนอกจะซึมผ่านได้กับโมเลกุลขนาดเล็กและโปรตีนขนาดใหญ่ (ซึ่งถูกขนส่งโดยการแพร่หรือทรานโปเสส) แต่เยื่อไมโตคอนเดรียชั้นในนั้นไม่สามารถซึมผ่านได้สูงกับโมเลกุลส่วนใหญ่ โปรตีนการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ (เช่น TIM-TOM (พรีโปรตีนทรานสโลเคสของเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย-พรีโปรตีนทรานส์โลเคสของเยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรีย) ที่ซับซ้อน ฯลฯ) จำเป็นสำหรับไอออนและโมเลกุลทั้งหมดเพื่อเข้าหรือออกจากเมทริกซ์ไมโตคอนเดรีย ซึ่งหมายความว่าสารต้านอนุมูลอิสระส่วนใหญ่ไม่สามารถเข้าสู่ไมโตคอนเดรียเพื่อกำจัด 'OH ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความแตกต่างกับสารต้านอนุมูลอิสระอื่นๆ ก็คือ เนื่องจาก H₂ เป็นโมเลกุลที่เล็กที่สุดในธรรมชาติจึงสามารถแพร่กระจายและเจาะเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างง่ายดายเพื่อทำปฏิกิริยากับออร์แกเนลล์ เช่น ไมโตคอนเดรียและนิวเคลียส
H₂ เป็นสารต้านอนุมูลอิสระได้รับความนิยม แต่ก็ยังไม่ทราบว่าผลกระทบของ H₂ เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาโดยตรงกับ 'OH หรือจากการยับยั้งการผลิต *OH ก่อนอื่นให้เราให้ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับอนุมูลอิสระก่อน
ดังที่เราทราบ 'OH เกิดจากปฏิกิริยาของฮาเบอร์-ไวส์:
O2•− + H2O2 → O2 + •OH + OH−
ปฏิกิริยานี้มีความเป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์แต่ช้าเกินไปในเชิงอุณหพลศาสตร์ ดังนั้น OH ส่วนใหญ่จะเกิดจากปฏิกิริยาเฟนตัน:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + •OH + OH−
คุณสมบัติหลักสามประการของ 'OH มีดังต่อไปนี้:
1. อายุการใช้งานสั้น: 'OH มีครึ่งชีวิตสั้นมาก (10-9 วินาที หรือ 1 ns ในขณะที่ครึ่งชีวิตของซูเปอร์ออกไซด์คือ 15 วินาที) และไม่ต้องการเวลา กระจาย (ไม่เกิน 50 เส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุลจากบริเวณที่ก่อตัว) ดังนั้นปฏิกิริยาจึงเกิดขึ้นเฉพาะที่โดยมีสารต้านอนุมูลอิสระที่พบในบริเวณที่เกิด 'OH'
2. ปฏิกิริยาสูง: 'OH คือ ROS (Reactive OxygenSpecies เป็นโมเลกุลออกซิเจนอันตรายที่เกิดจากรังสียูวี) ที่มีศักยภาพในการลดสูงสุด เมื่อเปรียบเทียบกับออกซิเจนสายพันธุ์อื่น มันจะทำปฏิกิริยากับค่าคงที่อัตราที่สูงมาก (ปฏิกิริยาสูง) ซึ่งเข้าใกล้ค่าคงที่อัตราการแพร่ที่จำกัด ด้วยค่าคงที่อัตรา 109-1010 M-1 s-1 ดังนั้น "OH จึงเป็นสารออกซิแดนท์ที่แรงที่สุด (มีพลังมากที่สุด) ของสารออกซีราดิคัล
3. ไม่เลือกสรรและไม่เลือกปฏิบัติ: "OH ทำปฏิกิริยาอย่างไม่เลือกและไม่เลือกปฏิบัติกับโมเลกุลเกือบทุกประเภทที่พบในเซลล์ที่มีชีวิต รวมถึงไขมัน โปรตีน กรดอะมิโน DNA, RNA และน้ำตาล ดังนั้นสารต้านอนุมูลอิสระที่ดีที่สุดจึงไม่ใช่ตัวกำจัด 'OH' แต่เป็นคีเลตธาตุเหล็กเพื่อป้องกันการเกิด 'OH' เกิดปฏิกิริยากับสารหลายชนิดในร่างกายเกิดขึ้นในอัตราที่เกินกว่า H₂ ซึ่งหมายความว่า H₂ มีปัญหาในการแข่งขันด้วยโมเลกุลเหล่านี้ในร่างกายได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะเมื่อ H₂ มีค่าค่อนข้างต่ำ ความเข้มข้นมากกว่าภายนอกอื่นๆ สาร การวิเคราะห์ทางชีวจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาภายในเซลล์ของ 'OH/ONOO แสดงให้เห็นว่า โมเลกุลในเซลล์ เช่น กรดนิวคลีอิกและกรดอะมิโน จะทำปฏิกิริยากับ 'OH ได้เร็วกว่าในอัตราที่เร็วกว่า H₂ อย่างมาก ซึ่งหมายความว่า H₂ แทบจะไม่สามารถทำหน้าที่เป็นตัวเก็บขยะ OH หรือแทบไม่ทำปฏิกิริยากับ 'OH โดยตรงเลย
ในปี 2005 มีแนวคิดใหม่เกี่ยวกับ "สารอาหารไมโตคอนเดรีย" เป็นครั้งแรก สิ่งที่เรียกว่า "สารอาหารไมโตคอนเดรีย" หมายถึงสารประกอบใดๆ ที่สามารถปกป้องไมโตคอนเดรียจากความเสียหาย ซ่อมแซมการบาดเจ็บของไมโตคอนเดรีย และส่งเสริมการทำงานของไมโตคอนเดรีย กลไกการออกฤทธิ์อาจรวมถึง
(1) การปกป้องเอนไซม์ไมโตคอนเดรีย และ/หรือกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์โดยการเพิ่มระดับของสารตั้งต้นและโคแฟคเตอร์;
(2) กระตุ้นให้เกิดการกระตุ้นการทำงานของระบบต้านอนุมูลอิสระภายนอก เช่น เอนไซม์ระยะที่ 2 เพื่อเพิ่มการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระ
(3) ป้องกันไมโตคอนเดรียจากการผลิต ROS และกำจัด ROS ในไมโตคอนเดรีย และ
(4) ปกป้องและซ่อมแซมความเสียหายของไมโตคอนเดรีย รวมถึงผู้สนับสนุนพลังงาน
นักวิจัยในห้องทดลองรายงานว่าในแบบจำลองหนูเมาส์ได้รับบาดเจ็บที่ปอดที่เกิดจาก LPS (ไลโปโพลีแซ็กคาไรด์ เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยไขมันและโพลีแซ็กคาไรด์ซึ่งเป็นสารพิษจากแบคทีเรีย ประกอบด้วยโอแอนติเจน แกนชั้นนอก และแกนในทั้งหมดเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ และพบได้ในแคปซูลของแบคทีเรีย ซึ่งเป็นเยื่อหุ้มชั้นนอกสุดของเปลือกเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบ) เป็นพิษมาก น้ำเกลือไฮโดรเจน (HRS) ลดอาการบวมของไมโตคอนเดรียได้อย่างมีประสิทธิภาพและคริสเตแตกและพลิกกลับอย่างมีนัยสำคัญ
• กิจกรรมการลดลงของไมโตคอนเดรียคอมเพล็กซ์ I, IV และ V ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่มีไขมันสูง
แบบจำลองการบาดเจ็บของตับที่เกิดจากอาหาร (HFD), แคลเซียมไฮไดรด์ของปะการัง (CCH, รูปแบบของแข็งของตัวพาโมเลกุล H₂ ที่ทำจากแคลเซียมจากปะการัง) การรักษาปรับปรุงการเผาผลาญกลูโคสและไขมัน, ความผิดปกติของไมโตคอนเดรียในตับที่ได้รับการแก้ไข, ฟื้นฟูการแสดงออกของโปรตีนและกิจกรรมของคอมเพล็กซ์ II และเอนไซม์ระยะที่ 2 การศึกษาเหล่านี้บอกเป็นนัยว่า H₂ ซึ่งเป็นสารอาหารไมโตคอนเดรียที่มีแนวโน้มสูงสามารถกำหนดเป้าหมายได้
♦ ไมโตคอนเดรีย
โอซาว่า และคณะ ใช้แอนติมัยซิน เอ (สารยับยั้งไมโตคอนเดรีย เรธทอล คอมเพล็กซ์ III) เพื่อกระตุ้นการผลิต O2 ส่วนเกิน ในแบบจำลองนี้ O2 แปลงอย่างรวดเร็วเป็น H2O2 ซึ่งถูกแปลงเพิ่มเติมเป็น 'OH ผลการวิจัยพบว่าการรักษาด้วย H₂ ช่วยป้องกันการลดลงของศักยภาพของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียที่เกิดจากการรักษาด้วยแอนติมัยซิน เอ สรุปว่า H₂ ปกป้องไมโตคอนเดรีย จากความเสียหาย 'OH' นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่า H₂ เข้าสู่ไมโตคอนเดรียและออกฤทธิ์ต่อระบบทางเดินหายใจของไมโตคอนเดรีย ซึ่งทำให้ปฏิกิริยาเฟนตันอ่อนลงโดยการยับยั้งการทำงานของโลหะทรานซิชัน และท้ายที่สุดจะยับยั้งการผลิต 'OH แต่ไม่กำจัด 'OH โดยตรง) เลบารอน และคณะ แนะนำว่า H₂ ออกฤทธิ์คล้ายฮอร์โมนในฐานะอะแดปโตเจนรีดอกซ์เนื่องจากสามารถแสดงฤทธิ์ออกซิเดชันในขณะเดียวกันก็ลดความเครียดส่วนเกินอีกด้วย
ดังนั้น H₂ จึงถือเป็นโมเลกุลหรือสารอาหารที่กำหนดเป้าหมายไมโตคอนเดรียที่มีศักยภาพและมีแนวโน้มซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมสภาวะสมดุลรีดอกซ์
ดังที่ทราบกันดี H₂ เป็นตัวรีดิวซ์ปานกลาง/อ่อน (ศักยภาพรีดิวซ์มาตรฐานของ H+/H2 ที่ PH7 คือ -0.42 ซึ่งแข็งแกร่งกว่า NAD+/NADH (-0.32) แต่อ่อนกว่าอะซิเตต/อะซีตัลดีไฮด์ (-0.60)) แทบจะไม่ สามารถกำจัด 'OH ในร่างกายที่มีชีวิตได้โดยตรง (รูปที่ 2) เนื่องจากไมโตคอนเดรียเป็นจุดหลักของการสร้าง ROS และเป็นเป้าหมายของ ROS เราแนะนำว่ากลไกที่สำคัญกว่าของโมเลกุล H₂ อาจเป็นเพราะมันสามารถเข้าสู่เซลล์และออร์แกเนลล์ใต้เซลล์ได้อย่างง่ายดาย รวมถึงไมโตคอนเดรีย เพื่อมีบทบาทในการป้องกันผ่านการแทรกซึมที่แข็งแกร่งของมัน ความสามารถต่อมาเปิดใช้งาน Keap1-Nrf2 (โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับ Kelch-1ike ECH I, ปัจจัยนิวเคลียร์ erythroid 2 ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับ ระบบการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระเพื่อยับยั้งความเสียหายจากออกซิเดชันและปรับปรุงการทำงานของไมโตคอนเดรีย และสุดท้าย ปรับปรุงการป้องกันโรคต่างๆ
H2 แสดงให้เห็นว่าสามารถกระตุ้นระบบ Keap1-Nrf2 ได้อย่างมีนัยสำคัญ ควบคุมกิจกรรมของสารต้านอนุมูลอิสระภายนอก และเพิ่มความสามารถของเซลล์ในการต่อสู้กับความเสียหาย
รูปที่ 2 กลไกของการกำหนดเป้าหมายไมโตคอนเดรียโดยโมเลกุล H₂: (1) แทบจะไม่ทำปฏิกิริยากับ •OH และ ONOO− โดยตรง; (2) กระตุ้นระบบต้านอนุมูลอิสระ Keap1-Nrf2 โดยทางอ้อมเป็นหลัก (SOD: ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส, CAT: คาตาเลส, GPX1: กลูตาไธโอนเปอร์ออกซิเดส 1, GSH: กลูตาไธโอน, GST: กลูตาไธโอน S-ทรานสเฟอเรส, GPx: กลูตาไธโอนเปอร์ออกซิเดส, ฯลฯ: ห่วงโซ่การถ่ายโอนอิเล็กตรอน, • OH: อนุมูลไฮดรอกซิล, ONOO−: ไนไตรต์เปอร์ออกไซด์, NO: อนุมูลไนตริกออกไซด์)
🇭 กลไกของไฮโดรเจน ในฐานะตัวกระตุ้น Nrf2
Nrf2 เป็นปัจจัยสำคัญในการควบคุมความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันซึ่งเป็นของตระกูลปัจจัยการถอดรหัส CNC-BZIP ในสภาวะทางสรีรวิทยาปกติ Nrf2 จะจับกับ Keap1 เพื่อสร้างสารเชิงซ้อนในไซโตพลาสซึมในสภาวะที่มีกิจกรรมต่ำ เมื่อสิ่งมีชีวิตถูกกระตุ้นโดยความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นหรือสภาวะทางพยาธิวิทยาอื่น ๆ ซีสเตอีนที่ตกค้างของ Keap1 จะถูกปรับเปลี่ยนหรือ Nrf2 จะถูกฟอสโฟรีเลชั่น จากนั้น Nrf2 จะถูกปล่อยออกจากบริเวณที่ซับซ้อนและย้ายไปยังนิวเคลียส ซึ่งมันจะจับกับลำดับองค์ประกอบการตอบสนองของสารต้านอนุมูลอิสระ (AREs) ในนิวเคลียส เริ่มต้นกระบวนการถอดรหัสโดยอาศัย NRF2 เพื่อกระตุ้นชุดของเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระระยะที่ 2 เพื่อสร้างสารต้านอนุมูลอิสระเพื่อกำจัด ROS และสารอันตรายอื่นๆ
มีรายงานว่าสามารถเปิดใช้งาน Nrf2 ได้หลายวิธี โดยที่ทางเดิน Keap1-Nrf2 นั้นเป็นวิถีการเปิดใช้งาน Nrf2 ที่คลาสสิกที่สุด Keap1 มีโปรตีนเซ็นเซอร์ตอบสนองต่อความเครียดออกซิเดชันหลายตัวซึ่งมีการทำงานทางสรีรวิทยาที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองต่อความเครียดในรูปแบบต่างๆ จนถึงปัจจุบัน มีงานวิจัยหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่า H₂ เปิดใช้งาน Nrf2 ผ่านระบบ Keap1-Nrf2 แต่ยังไม่ทราบกลไกการเปิดใช้งานที่ชัดเจน
ตัวเหนี่ยวนำ Nrf2 มีความหลากหลาย ส่วนใหญ่เป็นอิเล็กโตรฟิลิกและทำปฏิกิริยากับ Keap1 ได้อย่างง่ายดายผ่านหมู่ซิสเทอีนไทออล ในหมู่พวกเขา
🇭 ผลทางการแพทย์ของไฮโดรเจน : มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบต่อไมโตคอนเดรีย
การศึกษาขั้นพื้นฐานและทางคลินิกจำนวนมากพบว่า H₂ เป็นตัวควบคุมทางสรีรวิทยาที่สำคัญซึ่งป้องกันโรคที่เกี่ยวข้องกับเนื้อเยื่อ เช่น โรคของปอด หัวใจ ระบบประสาทส่วนกลาง ไต ตับอ่อน ฯลฯ โดยอาศัยผลในการป้องกัน เช่น สารต้านอนุมูลอิสระ ฤทธิ์ต้านการอักเสบ และฤทธิ์ต้านการตายของเซลล์ ความผิดปกติของไมโตคอนเดรียมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาของโรค ในส่วนนี้ เราจะมุ่งเน้นไปที่ผลกระทบของ H₂ ต่อการทำงานของไมโตคอนเดรียในโรคต่างๆ
1. ผลของ H₂ ต่อโรคระบบทางเดินหายใจ
จนถึงปัจจุบัน มีรายงานว่าโมเลกุล H₂ มีผลเชิงบวกในการป้องกันและรักษาอาการบาดเจ็บเฉียบพลันของปอด โรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง โรคหอบหืด และความดันโลหิตสูงในปอด ที่น่าสนใจ คณะกรรมการสุขภาพแห่งชาติของจีน (การทดลอง NHC ฉบับที่ 7: ปักกิ่ง ปี 2020) และศูนย์ควบคุมและป้องกันโรคของจีน (การทดลอง CDCP ฉบับที่ 6: ปักกิ่ง ปี 2020) แนะนำให้การบำบัดด้วย O2 ที่มีประสิทธิผลเป็นหนึ่งในวิธีการทั่วไปสำหรับการรักษาทั่วไป การรักษาผู้ป่วยโรคโควิด-19 พวกเขายังตั้งข้อสังเกตอีกว่าการสูดดมส่วนผสมของโมเลกุล H₂ และ O2 (66.6% H₂ และ 33.3% O2) มีประสิทธิผลมากกว่าไอออนของ O2 เพียงอย่างเดียว
การวิจัยในห้องปฏิบัติการของเราพบว่า น้ำดื่มไฮโดรเจน (HW) อุดมไปด้วยไฮโดรเจน และน้ำเกลือที่ได้รับออกซิเจนยับยั้งการบาดเจ็บของปอดที่เกิดจาก LPS ในหนู C57BL/6 ผ่านทางเส้นทางการส่งสัญญาณ NF-KB/NLRP3 H₂ แสดงให้เห็นถึงผลกระทบที่มีนัยสำคัญมากขึ้นในกลไกการอักเสบและกลไกการต่อต้านการตายของเซลล์ ในขณะที่ O2 ช่วยเพิ่มผลกระทบจากการขาดออกซิเจนของสิ่งมีชีวิต โดยที่ผลการป้องกันร่วมกันของก๊าซทั้งสองจะดีกว่าผลกระทบตามลำดับ
การสูดดม 2% H₂ ช่วยปรับปรุงการทำงานของไมโตคอนเดรียผ่านศักยภาพของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียและระดับ ATP ที่เพิ่มขึ้น และส่งเสริมการทำงานของไมโตคอนเดรีย - การหายใจที่ซับซ้อน I และคอมเพล็กซ์ II H₂ ยังควบคุมการเปลี่ยนแปลงของไมโตคอนเดรีย ซึ่งจะลดการแสดงออกของโปรตีนฟิชชันของไมโตคอนเดรีย Drp1 แต่เพิ่มการแสดงออกของไมโตคอนเดรียฟิวชั่นโปรตีน mitofusin-2 (MFN2)
การเจ็บป่วยหลังการปลูกถ่าย เช่น ความเสียหายต่อกราฟต์ขาดเลือด-การกลับคืนสู่สภาพเดิม และโรคที่เกิดจากกราฟต์เมื่อเทียบกับโฮสต์ ถือเป็นความท้าทายที่สำคัญในการปลูกถ่าย H₂ ทำหน้าที่เป็นตัวแทนป้องกันโรคแทรกซ้อนหลังการปลูกถ่ายในการปลูกถ่ายอวัยวะในสัตว์หลายรูปแบบ ในแบบจำลองการปลูกถ่ายปอดหนู การผสมผสานระหว่างการช่วยหายใจด้วยกลไกและอาการป่วยด้วยความเย็นเป็นเวลานาน ส่งผลให้ก๊าซ nge ในเนื้อเยื่อปอดของหนูลดลงอย่างมีนัยสำคัญ (การบำบัดด้วย O2 สูงสุด 98% บวกไนโตรเจน 2%) ในขณะที่การบำบัดด้วย 98% O2 บวก 2% H₂ ยับยั้งแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นของไซโตไคน์ที่ทำให้เกิดการอักเสบและโมเลกุลอะพอพโทติก และเพิ่มการแสดงออกของ HO-1 ในการปลูกถ่ายปอด ไม่เพียงเท่านั้น โมเลกุล H₂ ยังยับยั้งระดับของโปรตีนโปรอะพอพโทซิส caspase-3 และ caspase-8 ในการปลูกถ่ายปอด กระตุ้นการแสดงออกของโปรตีนต้านการตายของเซลล์ Bcl-2 และ Bcl-xL และทำให้เยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรียมีความเสถียร ป้องกันการปล่อยไซโตโครม c เข้าสู่ไซโตซอล นอกจากนี้ การรักษาขั้นสูงของผู้บริจาคปอดหนูที่มี H₂ จะกระตุ้นให้เกิดการแสดงออกของยีนในการตอบสนองต่อความเครียดและการสังเคราะห์ ATP
H₂ ถือเป็นสารป้องกันรังสีที่มีศักยภาพ ในเซลล์เยื่อบุผิวปอดที่ได้รับบาดเจ็บจากรังสี A549 H₂ จะควบคุมการแสดงออกของยีนของ proapoptotic Bax และยับยั้งการโยกย้ายไปยังไมโตคอนเดรียผ่านกลไกที่ไม่รู้จัก
2. ผลของ H₂ ต่อโรคระบบหัวใจและหลอดเลือด
โมเลกุล H₂ แสดงให้เห็นประโยชน์มากมายในการประยุกต์ใช้กับโรคหลอดเลือดหัวใจ (CVD) และสามารถใช้รักษาโรค CVD ได้หลากหลาย ซึ่งครอบคลุมถึงการบาดเจ็บจากการขาดเลือดกลับคืนมา ภาวะหลอดเลือดแข็งตัว หัวใจโตมากเกินไป ความเสียหายต่อหัวใจที่เกิดจากรังสี และความเป็นพิษต่อหัวใจจากเคมีบำบัด เราประเมินอิทธิพลของ H₂ ที่สูดดมต่อการทำงานของหัวใจและเส้นประสาทหลังจากการช่วยชีวิตหัวใจและปอดโดยการเปรียบเทียบผลของการสูดดม H₂ ในแบบจำลองหนูที่เกิดภาวะหัวใจหยุดเต้น ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อเทียบกับ 02 ซีรั่มโทรโปนิน T และ S100B ลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากสูดดม H₂ ในขณะเดียวกัน อัตราการดีดออกของหัวใจห้องล่างซ้าย การทำงานของหัวใจ และการทำงานของระบบประสาทได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากการสูดดม H₂
H₂ เพิ่มการกินอัตโนมัติโดยส่งเสริมการไหลอัตโนมัติ ซึ่งจะช่วยบรรเทาความเครียดที่เป็นอันตราย พบว่า HRS (น้ำเกลือไฮโดรเจน) ช่วยกระตุ้นการทำงานของ การกำจัดของเสียของไมโตคอนเดรีย มีส่วนร่วมโดย ออร์แกเนลล์ และยังช่วยปรับปรุงการตอบสนองต่อการอักเสบและ การตายของเซลล์แบบที่มีการโปรแกรมไว้แล้ว ที่เกิดจากโรคกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด ( myocardial ischemia/reperfusion-MI/R) เฟิง และคณะ รายงานว่า HRS รวมกับการออกกำลังกายแบบแอโรบิกตั้งแต่เนิ่นๆ ช่วยเพิ่มระดับซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเตสที่เกิดจากกล้ามเนื้อหัวใจตายเฉียบพลันและความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระทั้งหมด ส่งเสริมการซ่อมแซมไมโตคอนเดรียและ DNA โดยการแสดงออกของโปรตีนเคลือบสารต้านอนุมูลอิสระและโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับไมโตคอนเดรียบางส่วน และป้องกันการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจ
น้ำอุดมไฮโดรเจน (HRW) ปกป้องผู้รับการปลูกถ่ายหัวใจและหลอดเลือดจากการเสื่อมสภาพที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบ และเพิ่มความอยู่รอดของการปลูกถ่ายอัลโลกราฟต์โดยการลดการแพร่กระจายของเซลล์บุผนังหลอดเลือด ยับยั้งการแพร่กระจายของ T-cell และลดความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันในแบบจำลองหนูปลูกถ่ายหัวใจแบบเฮเทอโรโทปิก กลไกการป้องกันนี้ยังสัมพันธ์กับระดับ ATP และเพิ่มการทำงานของเอนไซม์ที่ซับซ้อน II, III และ V บนห่วงโซ่ทางเดินหายใจของไมโตคอนเดรีย
ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือดมีความเกี่ยวข้องกับการติดเชื้อในระบบและการตอบสนองต่อการอักเสบที่เกิดจากระบบหัวใจและหลอดเลือด ในแบบจำลองเมาส์ที่ได้รับบาดเจ็บจากกล้ามเนื้อหัวใจที่เกิดจากการติดเชื้อ โมเลกุล H₂ ส่งเสริมการเพิ่มโปรตีนของการแสดงออกของ HO-1, MFN2 และ PGC1-1a, ยับยั้งความผิดปกติของไมโตคอนเดรียที่เกิดจากการติดเชื้อ และปรับรูปแบบออกซิเดชันของกรดไขมันในหัวใจในแบบจำลองการติดเชื้อโดย เพิ่มพลังงานของกล้ามเนื้อหัวใจ
ความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นเป็นปัจจัยเสี่ยงสำคัญที่ทำให้ LV ยั่วยวนแย่ลง ยูและคณะ พบว่าน้ำเกลือ H₂ ช่วยปรับปรุงการทำงานของไมโตคอนเดรียโดยการฟื้นฟูการทำงานของเอนไซม์ลูกโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ยับยั้งการสร้าง ROS และเพิ่มการผลิต ATP ในหนูที่มีความดันโลหิตสูงตามธรรมชาติที่มีภาวะ LV มากเกินไป น้ำเกลือ H₂ ยังยับยั้งความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน กระบวนการอักเสบ และ angiotensin II
จางและคณะ พบว่าการรักษาด้วย น้ำเกลือไฮโดรเจน (HRS) ช่วยแก้ไขความผิดปกติในการทำงานของหลอดเลือด เช่น หลอดเลือดเอออร์ตาโตมากเกินไปและความผิดปกติของเยื่อบุผนังหลอดเลือด ในหนูที่มีความดันโลหิตสูงโดยธรรมชาติ โดยการบรรเทาความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน ฟื้นฟูการทำงานของตัวรับความดัน รักษาการทำงานของไมโตคอนเดรีย และเพิ่มการดูดซึม NO
3. ผลของ H2 ต่อโรคของระบบประสาท
H₂ มีส่วนร่วมในการฟื้นฟูโรคทางระบบประสาท การวิจัยในห้องปฏิบัติการของเราให้หนู น้ำอุดมไฮโดรเจน (HRW) ที่เป็นโรคอัลไซเมอร์ (AD) เป็นเวลา 3 เดือนติดต่อกันเพื่อศึกษาผลของหนูต่อการทำงานของการรับรู้ ผลการวิจัยพบว่า HRW ปรับปรุงพฤติกรรมการรับรู้อย่างมีนัยสำคัญ และบรรเทาความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันและการตอบสนองต่อการอักเสบในสมองของหนู AD ตัวเมีย นอกจากนี้ ระดับเอสโตรเจนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการทำงานของไมโตคอนเดรีย เช่น 17ß- estradiol ช่วยเพิ่มกลุ่มการส่งสัญญาณของไมโตคอนเดรีย ผลลัพธ์ของเราชี้ให้เห็นว่าผลกระทบของโมเลกุล H₂ ในหนู AD ตัวเมียน่าจะเกิดจากการส่งสัญญาณของฮอร์โมนเอสโตรเจน ERẞ
เฉินและคณะ รายงานว่าการรักษาด้วย H₂ ขัดขวางการเปิดรูพรุนของการเปลี่ยนแปลงการซึมผ่านของไมโตคอนเดรียในเซลล์ประสาท การสูดดม 75% H₂ ช่วยบรรเทาความเสียหายทางกลต่อเซลล์ประสาทไขสันหลังในลักษณะที่ขึ้นกับขนาดยา ยับยั้งการผลิต ROS และเครื่องหมายความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างมีนัยสำคัญ ยับยั้งการตายของเซลล์ประสาท และฟื้นฟูการทำงานของไมโตคอนเดรีย ผลการทดลองทางคลินิกเกี่ยวกับโรคพาร์กินสัน
โรคนี้แสดงให้เห็นว่า H₂ ช่วยปรับปรุงอาการทางระบบประสาทให้ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีผลการรักษาที่เทียบได้กับการรักษาด้วยโดปามีนแบบไม่ใช้ ergot นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าสิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้โดย H₂ ปรับปรุงการเผาผลาญพลังงานของเซลล์โดยการกำหนดเป้าหมายไปที่ไมโตคอนเดรีย ในการทดลองอื่น การรักษาด้วย H₂ ช่วยเพิ่มระดับ ATP และ Aψm ใน neuroblastoma อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งยืนยันบทบาทของ H₂ ในการกระตุ้น oxidative phospho-rylation และพลังงานไมโตคอนเดรีย
น้ำเกลือไฮโดรเจน (HRS) :
- ช่วยเพิ่มภาวะขาดเลือดขาดเลือดของเส้นประสาทโดยการปรับปรุงการทำงานของไมโตคอนเดรีย
- ลดความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น
- ยับยั้งการตายของเซลล์ประสาท และ
- ฟื้นฟูการทำงานของไมโตคอนเดรีย
ผลการทดลองทางคลินิกเกี่ยวกับ "โรคพาร์กินสัน" แสดงให้เห็นว่า H₂ ช่วยปรับปรุงอาการทางระบบประสาทเสื่อมลงอย่างมีนัยสำคัญ โดยให้ผลการรักษาที่เทียบได้กับการรักษาด้วยโดปามีนแบบไม่ใช้เออร์กอต นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าสิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้โดย H₂ ปรับปรุงการเผาผลาญพลังงานของเซลล์โดยการกำหนดเป้าหมายไปที่
ไมโตคอนเดรีย
ในการทดลองอื่น การรักษาด้วย H₂ ช่วยเพิ่มระดับ ATP และ Δψm ใน neuroblastoma อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งยืนยันบทบาทของ H₂ ในการกระตุ้น oxidative phospho-rylation และพลังงานไมโตคอนเดรีย ช่วยฟื้นฟูความเสียหายของโครงสร้างไมโตคอนเดรียในขณะที่ลด microRNA-210 ในรูปแบบระบบประสาทที่ขาดออกซิเจนและกลับคืนสู่สภาพเดิม HRS ยังปรับปรุงการเปิดใช้งาน caspase-3, การสะสม ROS ที่ถูกลดทอน, รูขุมขนเปลี่ยนการซึมผ่านของไมโตคอนเดรียแบบปิด และศักยภาพของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียที่ได้รับการบูรณะในหนูที่เกิดจากไอโซฟลูเรน ที่มีความบกพร่องทางสติปัญญา
สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่า น้ำเกลือไฮโดรเจน (HRS) มีศักยภาพในการลดพิษต่อระบบประสาทของยาชา
4. ผลของ H2 ต่อโรคระบบทางเดินอาหาร
จุลินทรีย์ในทางเดินอาหารส่วนใหญ่แสดงความสามารถทางพันธุกรรมในการเผาผลาญ H₂ ซึ่งหมายความว่า H₂ มีอิทธิพลต่อองค์ประกอบของแบคทีเรียในลำไส้และปรับโรคที่เกี่ยวข้องกับทางเดินอาหาร พบว่า น้ำไฮโดรเจน (HW) ยับยั้งความเครียดออกซิเดชันที่เกิดจาก I/R ในลำไส้ของหนู การตายของเซลล์ และการอักเสบ
ข้อมูลทางคลินิกชี้ให้เห็นว่า H₂ อาจปรับปรุงการเผาผลาญกลูโคสโดยการรบกวนจุลินทรีย์ในลำไส้ของผู้ป่วยกลูโคสในการอดอาหารบกพร่อง
การศึกษาอื่นในผู้ป่วยมะเร็งลำไส้ใหญ่และทวารหนักทางคลินิกระยะที่ 4 พบว่าการสูดดม H₂ กระตุ้นการแสดงออกของ PGC-1a และเพิ่มการทำงานของไมโตคอนเดรีย ซึ่งช่วยลดสัดส่วนของ PD-1 และ CD8+ T เซลล์ การลดลงของเซลล์เหล่านี้สัมพันธ์กับการพยากรณ์โรคมะเร็งที่ดีขึ้น
5. ผลของไฮโดรเจน ต่อกลุ่มภาวะเมทาบอลิกซินโดรม (Metabolic Syndrome) คือ ภาวะที่เกิดจากระบบการเผาผลาญของร่างกายทำงานผิดปกติไป ทำให้เกิดภาวะอ้วนลงพุง น้ำหนักตัวเกิน น้ำตาลในเลือดสูง ความดันโลหิตสูง และไขมันในเลือดสูง ซึ่งภาวะต่างๆ เหล่านี้ เมื่อเป็นนานๆ เข้าก็จะส่งผลให้เกิดโรคหลอดเลือดหัวใจ กล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด โรคหลอดเลือดสมองที่ทำให้เป็นอัมพฤกษ์ อัมพาต ตามมาได้:
ความผิดปกติของไมโตคอนเดรียส่งผลให้การสร้างไบโอไมโตคอนเดรียลดลง และเพิ่ม ROS ซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องในการเกิดโรคของโรคเมตาบอลิซึมหลายชนิด รวมถึงโรคเบาหวานและโรคอ้วน มีการแสดงให้เห็นอย่างกว้างขวางว่า H₂ สามารถขับ ROS ได้โดยตรงโดยการยับยั้งการผลิต ROS หรือทางอ้อมโดยการเพิ่มการทำงานของเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระ ซึ่งบ่งชี้ว่าสิ่งนี้อาจมีส่วนทำให้การทำงานของไมโตคอนเดรียดีขึ้นในความผิดปกติของการเผาผลาญ การศึกษาจำนวนมากได้พิสูจน์ผลการป้องกันของ H₂ ต่อกลุ่มอาการเมตาบอลิซึม ซึ่งรวมถึงการลดคอเลสเตอรอลรวม ไตรกลีเซอไรด์รวม (TG) และไลโปโปรตีนชนิดความหนาแน่นต่ำ (LDL) ช่วยลดระดับน้ำตาลในเลือดและระดับอินซูลินในหนู เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงความอ้วนและน้ำหนักตัวในหนูที่เป็นโรคอ้วน db/db ผลการป้องกันของ H₂ ต่อโรคเบาหวานและภาวะแทรกซ้อนอาจเกี่ยวข้องกับการยับยั้งความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน การอักเสบ การตายของเซลล์ การกระตุ้นวิถีโพแทสเซียมที่ไวต่อโพแทสเซียม (Mito-K-ATP) ของไมโตคอนเดรีย ฯลฯ
พิสูจน์แล้วว่า H₂ ส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันโดยการขนส่งกรดไขมันไปยังไมโตคอนเดรียและแคทาบอลิซึมที่ตามมาไปยังร่างกายคีโตนในหนู การศึกษาทางคลินิกประเมินผลของการเสริม H₂ ในสตรีวัยกลางคนที่มีน้ำหนักเกินจำนวน 10 รายต่อตัวบ่งชี้ต่างๆ เช่น สถานะของฮอร์โมนและการทำงานของไมโตคอนเดรีย ผลลัพธ์แสดงให้เห็นการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของไขมันในร่างกาย ดัชนีไขมันแขน ระดับ TG ในซีรั่ม และอินซูลิน หลังจากให้แร่ธาตุที่สร้าง H₂ ทางปากเป็นเวลา 4 สัปดาห์ การสะสมแลคเตทในเลือดขณะอดอาหารสะท้อนถึงความผิดปกติของไมโตคอนเดรีย ซึ่งในทางกลับกันจะส่งผลต่อความเสี่ยงของโรคทางเมตาบอลิซึม หลังจากการแทรกแซงของ H₂ เป็นเวลา 4 สัปดาห์ ระดับแลคเตทในเลือดต่ำกว่ากลุ่มที่ได้รับยาหลอกอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งหมายความว่าการปรับปรุงการทำงานของไมโตคอนเดรียอาจเกี่ยวข้องกับผลการต่อต้านโรคอ้วนของ H₂
การศึกษาทางคลินิกอื่นในห้องปฏิบัติการของเราชี้ให้เห็นว่า H₂ อาจมีผลดีต่อการเผาผลาญกลูโคส โดยการรบกวนจุลินทรีย์ในลำไส้ของบุคคลที่มีระดับน้ำตาลในเลือดขณะอดอาหารบกพร่อง ไม่เพียงเท่านั้น น้ำอุดมไฮโดรเจน (HRW) มีบทบาทสำคัญในการลดไขมันในร่างกายและลดไขมันสะสมในตับ สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการแทรกแซงการรักษาเพื่อปรับปรุงการเผาผลาญและสุขภาพของไขมันตับ
6. อื่น ๆ
H₂ คืนการทำงานของไมโตคอนเดรียออกซิโดเรดักเตสในขณะที่ป้องกันแนวโน้มการลดลงของศักยภาพของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย มันช่วยแก้ไขความเป็นพิษต่อเซลล์ THP-1 ที่เกิดจากเทอร์ตบิวทิล ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ (สายเซลล์มะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดโมโนไซต์เฉียบพลันของมนุษย์) โดยการยับยั้งความผิดปกติของไมโตคอนเดรียของกรดไขมันเปอร์ออกซิเดชัน
มิคาโกะ และคณะ รายงานการทดลองแบบปกปิดสองทางเป็นเวลา 12 สัปดาห์ ในผู้ป่วย 5 รายที่มีภาวะกล้ามเนื้อเสื่อมแบบก้าวหน้า (PMD) ผู้ป่วย 4 รายที่มีภาวะกล้ามเนื้ออักเสบมากเกิน/ผิวหนังอักเสบ (PM/DM) และผู้ป่วย 5 รายที่มีภาวะกล้ามเนื้อเสื่อมจากไมโตคอนเดรีย (MM) โดยผู้ป่วยรับประทาน 1.0 ลิตรของ น้ำอุดมไฮโดรเจน (HRW) ต่อวัน และตรวจวัดเครื่องหมายในซีรั่ม 18 รายการทุกๆ 4 สัปดาห์ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญของระดับแลคเตทในผู้ป่วย MM หลังจากดื่ม HRW อัตราส่วนแลคเตตต่อไพรูเวตในผู้ึป่วย DM ก็แสดงการตอบสนองที่ดีเช่นกัน
🇭ข้อสรุปและมุมมอง:
โดยสรุป ไฮโดรเจน (H₂) ได้ผงาดขึ้นมาเป็นดาวเด่นในยารักษาโรคเกี่ยวกับแก๊ส แต่ก็ประสบปัญหาเล็กน้อย
ประการแรก ในด้านการวิจัยขั้นพื้นฐานของ H₂ แม้ว่าจะมีการศึกษาเกี่ยวกับยา H₂ เป็นจำนวนมาก แต่กลไกของผลกระทบของ H₂ ก็ค่อนข้างขัดแย้งกัน ผู้คนไม่มีความตระหนักรู้เกี่ยวกับ H₂ ในระดับสูง และยังมีข้อสงสัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพและความปลอดภัยของ H₂ จึงต้องมีการชี้แจงกลไกที่เจาะจงและชัดเจนยิ่งขึ้น สิ่งนี้ต้องการนักวิทยาศาสตร์ที่มีความโดดเด่นมากกว่าจึงจะเข้าร่วมและใช้ความพยายามมากขึ้น การทบทวนนี้พยายามที่จะท้าทายมุมมองที่ว่า H₂ เป็นตัวเก็บขยะ 'OH แบบคัดเลือกโดยระบุว่า H₂ เป็นคูล/สารอาหารที่กำหนดเป้าหมายไมโตคอนเดรียผ่านการเปิดใช้งานระบบต้านอนุมูลอิสระ Keap1-Nrf2 แน่นอนว่านี่เป็นแนวคิดที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะและจำเป็นต้องมีการสอบสวนเพิ่มเติมเพื่อทดสอบและท้าทาย
ประการที่สอง ในอุตสาหกรรม H₂ ความต้องการของตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์สุขภาพ H₂ ยังไม่เพียงพอ ยังคงมีปัญหาคอขวดทางเทคนิคมากมายในอุตสาหกรรมยา H₂ เช่น ประสิทธิภาพการเตรียม H₂ ที่ต่ำ และต้นทุนการจัดเก็บและการขนส่งที่สูง นอกจากนี้ห่วงโซ่อุตสาหกรรมของยา H₂ ยังไม่สมบูรณ์และขาดการพัฒนามาตรฐานที่เกี่ยวข้อง อุตสาหกรรมสุขภาพ H₂ เกี่ยวข้องกับการเชื่อมโยงหลายประการ เช่น การเตรียม H₂ การจัดเก็บ และการขนส่ง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า H₂; การทดสอบ H₂ ; เป็นต้น ปัจจุบันการเชื่อมโยงเหล่านี้ยังไม่ได้สร้างห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่สมบูรณ์ การเชื่อมต่อระหว่างลิงค์ไม่ราบรื่นเพียงพอ เนื่องจากขาดมาตรฐานที่สมบูรณ์และชัดเจน ห่วงโซ่อุตสาหกรรม H₂ จึงควบคุมด้วยคุณภาพสูงได้ยาก
ประการที่สาม นโยบายสนับสนุนยา H₂ ไม่เพียงพอ แม้ว่าอุตสาหกรรมสุขภาพ H₂ มีศักยภาพในการพัฒนาอย่างมาก แต่การสนับสนุนจากรัฐบาลในปัจจุบันสำหรับอุตสาหกรรมสุขภาพ H₂ ยังไม่เพียงพอ และมีข้อบกพร่องบางประการในการสนับสนุนนโยบาย เช่นขาดการวางแผนนโยบายและมาตรการสนับสนุนที่ชัดเจน ดังนั้นโอกาสทางการตลาดของอุตสาหกรรมยา H₂ จึงขาดหายไปและจำเป็นต้องได้รับการส่งเสริมอย่างเร่งด่วน
https://www.mdpi.com/2076-3921/12/12/2062#B100-antioxidants-12-02062
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น