Indholdslister tilgængelige på ScienceDirect
Tidsskriftets hjemmeside: www.elsevier.com/locate/bbrep
Fatmanur Yıldız a,b, Tyler W. LeBaron c,d, Duried Alwazeer a,b,e,*
a) Research Center for Redox Applications in Foods (RCRAF), Iğdır University, 76000, Iğdır, Türkiye
b) Innovative Food Technologies Development, Application, and Research Center, Iğdır University, 76000, Iğdır, Türkiye
c) Department of Kinesiology and Outdoor Recreation, Southern Utah University, Cedar City, UT, 84720, USA
d) Molecular Hydrogen Institute, Cedar City, UT, 84721, USA
e) Department of Nutrition and Dietetics, Faculty of Health Sciences, Iğdır University, 76000, Iğdır, Türkiye
* Korresponderende forfatter. Innovative Food Technologies Development, Application, and Research Center, Iğdır University, 76000, Iğdır, Türkiye.
Nøgleord: Molekylær hydrogen. Ernæringsterapi. Sygdomme. Frie radikaler. Oxidativ stress.
Oxidativ stress er ansvarlig for patogenesen for mange sygdomme, og antioxidanter indgår ofte i deres behandlingsprotokoller.
I løbet af de sidste to årtier har adskillige biomedicinske rapporter afsløret de terapeutiske fordele ved molekylær hydrogen (H2) til lindring af oxidationsrelaterede sygdomme.
H2 har vist sig at have selektive antioxidantegenskaber over for de farligste oxidanter (hydroxylradikaler og peroxynitrit).
H2 har mange biologisk terapeutiske egenskaber, herunder antiinflammatoriske, antioxidante, kræfthæmmende, antistress-, anti-apoptotiske, anti-allergiske virkninger, signalmolekylefunktioner, regulering af redoxbalancen, modulering af genekspression af antioxidantenzymer, forbedring af blodkarrenes funktion, nedregulering af proinflammatoriske cytokiner, stimulering af energimetabolismen og beskyttelse af nervesystemet.
Eksperimentelle og kliniske forsøg har vist, at hydrogenernæringsterapi potentielt kan bruges til at bedre forskellige sygdomme, herunder hjerte-kar-, luftvejs- og stofskiftesygdomme samt fedme, mave-tarmlidelser og lidelser i hjernen og nervesystemet.
Administrationsmetoderne for hydrogen omfatter inhalation, hydrogenrigt vand, hydrogenrigt saltvand, hydrogenrige øjendråber og hydrogenrige bade. Hydrogenernæringsterapi kan anvendes til forskellige sygdomme, og det er et naturligt alternativ til kemiske behandlinger og strålebehandlinger.
Dette review dækker de forskellige administrationsmetoder og den seneste eksperimentelle og kliniske forskning i de potentielle anvendelser afH2 i ernæringsterapi for forskellige sygdomme.
Grafisk abstract
Menneskekroppen genererer frie radikaler under forskellige fysiologiske processer, f.eks. åndedræt og inflammation. Frie radikaler, som omfatter reaktive oxygenarter (ROS) og reaktive nitrogenarter (RNS), spiller en vigtig rolle i forskellige fysiologiske funktioner. Når disse niveauer bliver for høje, kan de imidlertid føre til oxidativ stress-relaterede sygdomme og kardiovaskulære, gastrointestinale, metaboliske, neurodegenerative, hepatiske og respiratoriske lidelser. [1]. Kroppen har et naturligt forsvarssystem mod frie radikaler, som omfatter både enzymatiske og ikke-enzymatiske antioxidanter. Enzymatiske antioxidanter består af superoxiddismutase (SOD), katalase (CAT) og glutathionperoxidase (GPX), mens ikke-enzymatiske antioxidanter omfatter glutathion og thioredoxin. Ved inflammation og sygdom kan disse endogene antioxidantforsvarsmekanismer imidlertid blive overvældet og ude af stand til effektivt at neutralisere de mange frie radikaler. I sådanne tilfælde bliver det nødvendigt at bruge eksterne antioxidanter for at genoprette balancen [2,3].
Selvom H2 er kemisk stabil på grund af atomernes stærke kovalente binding og den høje dissociationsenergi på 107 kcal/mol [4], overraskede opdagelsen af dets selektive antioxidantegenskaber over for hydroxylradikaler (OH) og peroxynitrit (ONOO¯), der blev gjort af Ohsawa et al. i 2007, forskningsmiljøet. Det skyldes, at celler indeholder flere abundante forbindelser med lavere dissociationsenergi og dermed højere antioxidantaktivitet end H2 [5]. En anden attraktiv egenskab ved H2 er dets evne til let at krydse blod-hjerne-barrieren og trænge igennem biomembraner og sprede sig i de forskellige væv og organer. De ovennævnte egenskaber fik nogle forskere til at omtale det som et “mirakelmolekyle”.
[6]. H2 har været genstand for hundredvis af studier, der har undersøgt dets potentielle sundhedsmæssige fordele [7]. Studier har vist, at H2 har en positiv effekt på vægtkontrol, inflammation, metaboliske markører og sygdomme (fig. 1) [8-15]. Selvom der er publiceret flere reviews om brugen af molekylær hydrogen inden for medicin [8,16-19], har ingen specifikt behandlet dets potentiale som ernæringsterapi til forebyggelse og behandling af sygdomme relateret til oxidativ stress. Dette review undersøger de seneste resultater om hydrogens rolle i behandlingen af oxidativ stress-relaterede sygdomme set fra en diætists perspektiv.
Fig. 1. Egenskaber ved molekylær hydrogen.
H2 er det mindste kendte molekyle med en gasegenskab ved standard tryk- og temperaturforhold og en massefylde på 0,089 g/l [20]. H2 henviser til hydrogengas, som er en farveløs, lugtfri, smagløs, ikke-toksisk og ikke-metallisk gas. Den har en relativt lav opløselighed i vand med en koncentration på 0,8 mmol pr. liter (1,6 mg/l eller 1,6 vægtdele pr. million) under standardbetingelser. Den har en høj diffusionshastighed, ledningsevne og varmefylde [21]. H2 kan brænde ved koncentrationer mellem 4 og 75 % i luft og forårsage en eksplosion mellem 18,3 og 59 % (v/v). Fortynding af H2 med nitrogen (N2) kan sænke disse niveauer [22-24]. Med hensyn til biologiske egenskaber er H2 en selektiv antioxidant. Det kan reducere hydroxylradikaler og i mindre grad peroxynitrit, hvilket beskytter cellerne mod oxidative reaktioner [7]. Studier viser, at H2 reducerer oxidativ stress og forbedrer det cellulære antioxidantsystem [25]. Desuden øger det aktiviteten og ekspressionen af cellulære antioxidantenzymer [26,27]. Det kan også regulere apoptose-relaterede faktorer, reducere apoptose og neurale skader og reducere mængden af inflammatoriske cytokiner og immunocytstimulering [28, 29].
Med hensyn til hydrogens biosikkerhed har adskillige rapporter, bl.a. fra den amerikanske regering og EU, vist, at hydrogen er sikkert for biologiske systemer og ikke udviser nogen akut eller kronisk toksicitet under normalt tryk [30]. Desuden producerer menneskets tyktarm ofte ca. 70-140 ml hydrogen dagligt ved hjælp af colibakterier som Escherichia coli under typiske miljøforhold. Denne produktion kan øges med indtagelse af kostfibre og sukker til over 10 l/dag. Internt produceret hydrogen har vist sig at have flere gavnlige sundhedseffekter, herunder hjertebeskyttende egenskaber, forbedret leverfunktion, reduceret oxidativ stress og forebyggelse af Parkinsons sygdom [30]. Ekstern hydrogenindtagelse (drikke hydrogenrigt vand eller inhalerehydrogengas) har vist mere potent biologisk aktivitet, da intermitterende administration af hydrogen kan have en kraftigere effekt end kontinuerlig administration [31].
Der er forskellige metoder til at administrere H2, herunder inhalation, drikke hydrogenrigt vand (HRW), injektion af hydrogenrigt saltvand (HRS), tage et hydrogenbad og bruge hydrogenrige øjendråber (fig. 2) [32].
Fig. 2. Metoder til administration af hydrogen.
1) Inhalation af hydrogengas
Inhalation af H2 kan nemt foretages gennem en ansigtsmaske eller næsekanyle [33]. Metoden udføres via elektrolyse og kan indebære, at hydrogen kombineres med iltgas i forholdet 2:1 eller som adskilte gasser, hvor ren H2-gas inhaleres sammen med udeluften. Disse metoder kan være en effektiv behandling for akut oxidativ stress, især når det er forbundet med åndedrætssystemet. Det glædelige aspekt af dette er, at inhalation af H2 ikke påvirker blodtrykket og ikke giver nogen bivirkninger eller fare for patienterne [7,34]. Inhalation af hydrogen anses for at være sikkert ved koncentrationer på op til ca. 80 % for at sikre tilstrækkelige O2-koncentrationer [30].
2) Hydrogenvand (HRW)
Brugen af HRW er uden tvivl mere praktisk end inhalation, fordi det er nemt at transportere og anvende. Inhalation af hydrogen er muligvis ikke særlig praktisk ved udendørs aktiviteter [35,36]. H2 opløses i vand med ca. 0,8 mM (1,6 mg/l) ved standardomgivelsestemperatur og -tryk uden at ændre pH-værdien [37]. HRW kan fremstilles på flere måder, herunder elektrolyse af vand, tilsætte bobler af H2 til vand og blande metallisk ikke-ionisk magnesium (Mg) eller dets hydridform (MgH2) med vand [27,33].
3) Hydrogenrigt saltvand (HRS)
Selvom det er sikkert at drikke HRW, kan det være en udfordring at kontrollere mængden af opløst brint, da det undslipper over tid, og noget går tabt under absorption i kroppens organer og væv via udånding [38]. For at forhindre dette tab kan H2 administreres intraperitonealt eller intravenøst ved at indsprøjte HRS [27]. Ved at indgive H2 gennem en injicerbar HRS-metode kan der leveres en mere præcis mængde H2. Denne metode kan lindre symptomer som smerter og feber hos patienter med akutte erytematøse hudlidelser [39]. Det kan også bruges til behandling af patienter med virusinfektioner, forhøjet blodtryk, leverskader, diabetes og forskellige andre sygdomme [6,32,40,41].
4) Administration af hydrogen ved diffusion: hydrogenøjendråber og et hydrogenbad
Hydrogenøjendråber fremstilles ved at tilføre H2 til en saltvandsopløsning og kan påføres direkte på øjets overflade. Flere studier har rapporteret en forbedring på ca. 70 % på øjets overflade som følge af kontinuerlig anvendelse af hydrogenøjendråber [42,43].
Hvad angår hydrogenbad, kan H2 i varmt hydrogenrigt vand hurtigt trænge ind i hud og væv og spredes i hele kroppen med blodgennemstrømningen [32]. Det kan reducere forekomsten af pletter på kroppen, gøre mørke pletter lysere og forbedre lipidmetaboliske markører og området med visceralt fedt [44].
Ud over at påvirke menneskers sundhed påvirker hydrogen også plantevækst og afgrøders næringsværdi [45]. Desuden kan anvendelse af hydrogen på afgrøder og fødevarer efter høst forlænge deres holdbarhed og bevare deres kvalitetsmæssige egenskaber […46-53].
Molekylært hydrogens evne til at lette adskillelsen af fytokemikalier fra plantematerialet gennem ekstraktionsprocessen er for nylig blevet påvist [54]. Mange nyere rapporter har afsløret, at molekylært hydrogens specifikke fysiske, kemiske og biologiske egenskaber gør det yderst effektivt til ekstraktion af fenoler og antioxidanter [55]. For eksempel har brugen af hydrogenrigt vand som opløsningsmiddel vist sig at forbedre ekstraktionen af mange fytokemikalier, såsom anthocyaniner, flavonoider og fenoliske syrer, fra forskellige afgrøder og frugtdele […55-59]. Denne nye ekstraktionsteknik førte til en flerfoldig stigning i fenoliske stoffer som gallussyre, p-coumarsyre, epicatechin og rutin [60]. Det er muligt, at indtagelse af hydrogenrigt vand sammen med plantebaserede måltider kan forbedre udskillelsen af bioaktive forbindelser under fordøjelsen, hvilket giver forbedret biotilgængelighed [61]. Denne hypotese kræver dog yderligere forskningsstudier for at bekræfte dens gyldighed.
Hydrogenernæringsterapi er et nyt område med et lovende potentiale som et naturligt og miljøvenligt behandlingsalternativ til kemiske behandlinger og strålebehandlinger. Administration af H2 kan hjælpe med at forebygge og lindre en lang række sygdomme, herunder kardiovaskulære, respiratoriske og metaboliske sygdomme, fedme, gastrointestinale problemer samt sygdomme i hjernen og nervesystemet (fig. 3).
Fig. 3. Sygdomme, hvor hydrogenernæringsterapi kan anvendes.
Med hensyn til dosis og administrationsprotokol for hydrogen er der indtil videre ingen defineret eller standardiseret dosis eller protokol. Forskerne brugte forskellige doser og protokoller i deres studier. Nakao og kolleger beskrev dog følgende protokol for administration af hydrogenrigt vand (HRW) i deres studie af de potentielle forebyggende og terapeutiske virkninger af HRW for personer med risiko for metabolisk syndrom [62].
300–400 ml 1 time før morgenmaden
300–400 mL 1 time før frokost
300–400 ml 2 timer efter frokost
300–400 ml 1 time før aftensmad
300–400 30 minutter før sengetid
I alt bør man indtage 300-400 ml fem gange om dagen, hvilket er 1,5-2 liter HRW om dagen, svarende til en dosis på 1,65-2,6 mg H2/dag (tabel 1).
Tabel 1
Effekten af administration af molekylær hydrogen på fedme, diabetes og metabolisk syndrom.
Download nedenstående tabel for bedre læsbarhed eller print (PDF):
Effekten af molekylær hydrogen
Forkortelser: WAT, hvidt fedtvæv; PON-1, paraoxonase-1; BAT, brunt fedtvæv; HR, hjertefrekvens; FFA, frie fedtsyrer; 4-HNE, 4-hydroxy-2-nonenal; PGPC, 1-palmitoyl-2-glutaroyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholin; PONPC, 1-palmitoyl-2-(9-oxo-nonanoyl)-sn-glycero-3-phosphatidylcholin; PAzPC, 1-palmitoyl-2-azelaoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholin; Lp-PLA2, lipoprotein-associeret fosfolipase A2; LCAT, lecithin:kolesterol-acyltransferase; HFD, fedtrig kost (high-fat diet); STZ,
streptozotocin; FBG, fasteblodsukker; TG, total triglycerid; TC, total kolesterol; LDL-c, lav densitet-lipoproteinkolesterol; HDL-c, høj densitet-lipoproteinkolesterol; IL-1β, interleukin-1 beta; GHb, glyceret hæmoglobin; HGHFD, diæt med højt glukoseindhold og højt fedtindhold; IR, insulinresistens; IRs, insulinreceptorer; Lepr db/db, db/ db med leptinreceptormangel; HRW, hydrogenrigt vand; HRS, hydrogenrigt saltvand; ERW, elektrolyseret reduceret vand; IGT, nedsat glukosetolerance; sdLDL, small dense LDL-molekyler; emLDL, elektronegativ ladning af modificeret LDL; u-IsoP, 8-isoprostan i urin; oxLDL, oxideret LDL; HbA1C, hæmoglobin A1c; TBARS, thiobarbitursyre-reaktive stoffer; apoB100, apolipoprotein B100; apoE, apolipoprotein E; TNF-α, tumornekrosefaktor alfa; IL-6, interleukin-6; BMI, body mass index; WHC, talje/hoftemål; CRP, C-reaktivt protein; MDA, malondialdehyd; ALP, alkalisk fosfatase; BA, arteria brachialis; ⇓, insignifikant fald; ⇑, insignifikant stigning; NSC, ingen signifikant ændring; No, ikke tilgængelig [107].
Fig. 4. Effekten af hydrogenernæringsterapi på kardiovaskulære sygdomme.
I et studie udført af Song et al. (2013) blev virkningerne af indtagelse af HRW på strukturen, tilstedeværelsen og den biologiske styrke af lipoproteiner i serum vurderet hos 20 patienter med metabolisk syndrom. Studiet viste, at indtagelse af 0,9-1,0 liter HRW om dagen i 10 uger reducerede niveauet af total kolesterol og LDL-kolesterol i serum samt apolipoprotein (apo) B100 og apoE. Desuden konkluderede studiet, at HRW forbedrede HDL-funktionaliteten betydeligt ved at beskytte endotelceller mod tumornekrosefaktor alfa (TNF α)-induceret apoptose, hæmme TNF-α-induceret adhæsion af monocytter til endotelceller, stimulere effluks af kolesterol fra makrofagskumceller og beskytte mod LDL-oxidation. Studiet viste også et fald i reaktive stoffer af thiobarbitursyre i serum og LDL. Samtidig øgede indtaget af HRW niveauet af antioxidantenzymet superoxiddismutase. Studiet foreslog indtagelse af HRW som et nyttigt værktøj til at forebygge muligt metabolisk syndrom ved at reducere LDL-kolesterolniveauer i serum og apoB-grader, reducere oxidativ stress og forbedre HDL-funktioner, der er beskadiget af dyslipidæmi [68].
Et andet nyligt studie undersøgte virkningen af at drikke 0,9 l HRW om dagen i forhold til almindeligt vand i 10 uger hos 68 patienter med højt kolesteroltal. Selv om der ikke var nogen forskel i HDL-kolesterolniveauet i blodet, steg præ-β-HDL-niveauet. Desuden forbedrede indtagelsen af HRW forskellige HDL-funktioner, såsom beskyttelse mod LDL-oxidation, hæmning af oxideret LDL-fremkaldt inflammation og beskyttelse af endotelceller mod oxideret LDL-fremkaldt apoptose. Studiet viste også, at indtagelse af HRW i drikkeform reducerede LDL-kolesterolniveauet (47,06 % vs. 23,53 %) og total kolesterol (47,06 % vs. 17,65 %) i blodet. Desuden reducerede HRW-behandling signifikant visse inflammatoriske og oxidative stressmarkører i både plasma og HDL-partiklerne. Resultaterne fra studiet tyder på, at H 2 potentielt kan reducere hyperkolesterolæmi og aterosklerose [69].
Den overdrevne produktion af frie radikaler kan fremkalde nedbrydning af mave-tarmkanalens barriere og derved forårsage den inflammation og det tab af redox-homøostase, der observeres ved nogle gastrointestinale sygdomme og som indgår i patogenesen af flere gastrointestinale lidelser [2].
Personer, der er diagnosticeret med metabolisk syndrom (MetS), nedsat glukosetolerance, diabetes og fedme, har tendens til at have højere fasteglukoseniveauer i plasma (over 110 mg/dl), triglyceridniveauer (over 150 mg/dl) og lavere niveauer af HDL-kolesterol (under 50 mg/dl hos kvinder og 40 mg/dl hos mænd). Andre tilstande som forhøjet blodtryk, højt CRP og abdominal fedme er også blevet sat i forbindelse med metaboliske sygdomme [70, 71].
Ved at opretholde en sund livsstil og spisevaner kan man opnå positive forbedringer af sygdomme. Når man diskuterer den ernæringsmodel, der kan hjælpe med disse sygdomme, er det vigtigt at nævne, at man skal reducere indtaget af mættet fedt og øge indtaget af umættet fedt. Middelhavskosten er et godt eksempel, da den anbefaler at øge indtaget af frugt, grøntsager, nødder, bælgfrugter, fuldkorn, fisk og fibre, samtidig med at den også indeholder komplekse kulhydratrige fødevarer samt fødevarer, der er rige på steroler og stanoler [72]. Ud over middelhavskosten omfatter andre ernæringsstile, der har positive effekter på fedme og metaboliske sygdomme, vegansk, vegetarisk, koreansk, palæolitisk, ketogen og DASH-diæter [65,73].
Nylige studier har vist, at H2 har potentiale til effektivt at behandle sygdomme, der er relateret til oxidativ stress, såsom fedme, diabetes og metabolisk syndrom (fig. 5). Det kan gøres ved hjælp af forskellige administrationsmetoder, f.eks. injektion af hydrogenrigt saltvand, inhalation af hydrogengas og indtagelse af HRW [37] (tabel 1).
I et dobbeltblindt, placebokontrolleret crossover-pilotstudie undersøgte Korovljev og kolleger (2018) virkningerne af molekylær hydrogen på hormonel status, kropssammensætning og mitokondriefunktion hos 10 midaldrende overvægtige kvinder. I løbet af studiet fik deltagerne en mineraltablet med ca. 1,6 mg H2eller en placebokapsel hver dag oralt i fire uger. Selvom der ikke var nogen signifikante forskelle mellem behandlings- og kontrolgrupperne med hensyn til vægtændringer, body mass index og kroppens omkreds, reducerede hydrogenbehandlingen armfedtindekset (fra 9,7 % til 6,0 %) og kropsvægtsprocenten (fra 3,2 % til 0,9 %) signifikant sammenlignet med placebogruppen.
Fig. 5. Virkningerne af hydrogenernæringsterapi på fedme og metaboliske sygdomme.
Desuden var der et bemærkelsesværdigt fald i serumtriglycerider efter H2-interventionen (21,3 % vs. 6,5 %), mens andre blodlipider ikke ændrede sig i løbet af studiet. Fasteinsulinniveauet i serum faldt med 5,4 % efter hydrogeninterventionen, mens det steg med 29,3 % i placebogruppen. Studiet tyder på, at oral indtagelse af hydrogen som en kombination af hydrogenproducerende mineraler kan være et nyttigt redskab til at kontrollere kropssammensætning og insulinresistens hos overvægtige personer [74].
Et nyligt studie undersøgte de potentielle fordele ved indtagelse af HRW på glukose- og lipidmetabolisme, inflammation og oxidativ stress hos mus med type 2-diabetes mellitus (DM2). Studiet brugte velmodellerede T2DM-mus i to grupper. Den første gruppe fik en fedtrig kost og indtog renset vand eller HRW ved 1,0 mg/l. Kontrolgruppen bestod af normale mus, der fulgte en almindelig diæt og indtog renset vand. Efter tre ugers behandling blev flere biomarkører evalueret for at vurdere glukose- og lipidmetabolisme, inflammation, oxidativ stress og andre faktorer. Resultaterne viste, at indtagelse af HRW kan hjælpe med at dæmpe stigningen i glukose, total kolesterol, oxidativ stress og inflammation. Desuden kan HRW også forbedre lever-, nyre- og miltdysfunktion forårsaget af hyperglykæmi. Studiet konkluderede, at daglig indtagelse af HRW hos patienter med type 2-diabetes potentielt kan forbedre deres tilstand [75].
Et andet klinisk studie undersøgte effekten af at drikke HRW på patienter med nedsat lipidmetabolisme, glukosemetabolisme og DM2 eller nedsat glukosetolerance (IGT). Studiet omfattede 30 patienter med type 2-diabetes, som fik diætbehandling og motion, og 6 patienter med IGT. Patienterne blev tilfældigt inddelt i to grupper: Den ene gruppe fik 900 ml HRW dagligt i 8 uger med en 12-ugers udvaskningsperiode, og den anden gruppe fik 900 ml rent vand som placebo. Undersøgelsen viste, at indtagelse af HRW i drikkeform var forbundet med et betydeligt fald (15,5 %) i modificeret lav densitet-lipoproteinkolesterol (LDL) og niveauet af 8-isoprostan i urinen. Ved indtagelse af HRW sås også en tendens til reduktion af serumkoncentrationer af oxideret LDL og frie fedtsyrer og en stigning i plasmaniveauer af adiponektin og ekstracellulær superoxiddismutase. Indtagelse af HRW i drikkeform normaliserede den orale glukosetolerancetest hos 4 ud af 6 patienter med IGT. Disse resultater tyder på, at indtagelse af HRW i drikkeform kan spille en gavnlig rolle i forebyggelsen af type 2 DM og insulinresistens [76].
Et studie undersøgte effekten af at drikke HRW på type 2-diabetes hos overvægtige db/db-mus, der mangler funktionelle leptinreceptorer. Resultaterne viste, at indtagelse af HRW reducerede oxidativ stress i leveren og fedtlever induceret af en fedtrig kost betydeligt. Derudover kontrollerede et langvarigt indtag af HRW kropsvægten og fedtmængden signifikant uden at øge kost- eller vandindtaget. Desuden viste det sig, at HRW reducerede niveauet af glukose, insulin og triglycerid i plasma, øgede ekspressionen af FGF21, et hormon, der øger forbruget af glukose og fedtsyrer, og stimulerede energimetabolismen. Disse resultater indikerer, at indtagelse af HRW har potentielle fordele i forhold til at forbedre fedme, diabetes og metabolisk syndrom [37].
Et randomiseret, dobbeltblindt, placebokontrolleret studie blev udført på 60 personer, der var diagnosticeret med metabolisk syndrom. Studiet omfattede en indledende observationsperiode på en uge for at registrere kliniske baseline-data. Dette blev efterfulgt af en 24-ugers behandlingsfase, hvor deltagerne tilfældigt blev tildelt til placebo eller højkoncentreret HRW (>5,5 mmol H2 pr. dag) gennem randomisering. Studiet konkluderede, at administration af højkoncentreret HRW kunne sænke kolesterol- og glukoseniveauet i blodet betydeligt, mindske hæmoglobin A1c i serum og forbedre biomarkører for inflammation og redox-homøostase sammenlignet med placebogruppen. Desuden påvirkede HRW body mass index og talje-hofte-forholdet en smule. Baseret på disse resultater foreslog rapporten, at højkoncentreret HRW kan have potentiale som en terapeutisk tilgang til at mindske de risikofaktorer, der er forbundet med metabolisk syndrom [77].
Et andet studie blev udført på 20 personer med risiko for metabolisk syndrom. Deltagerne blev bedt om at indtage HRW i to måneder. Undersøgelsen viste, at indtagelsen af HRW øgede det antioxidative enzym, superoxiddismutase (SOD), i urinen med 39 % og reducerede reaktive stoffer af thiobarbitursyre (TBARS) med 43 %. Desuden oplevede deltagerne et fald på 13 % i total kolesterol/HDL-kolesterol fra baseline til uge 4, og der blev observeret en stigning på 8 % i HDL-kolesterol. Studiet konkluderede, at indtagelse af HRW i drikkeform kan virke forebyggende og terapeutisk på metabolisk syndrom [78].
Et andet studie undersøgte effekten af HRW-bade på fedt omkring de indre organer og vægttab. Deltagerne blev nedsænket i et varmt hydrogenvandsbad i 10 minutter dagligt i en måned. De foretog ingen ændringer i deres kost eller motionsvaner. Resultaterne viste, at maveomkredsen hos to personer faldt markant efter en måned. Den ene persons maveomkreds blev reduceret fra 91 til 82 cm, og den anden persons maveomkreds blev reduceret fra 79 til 74 cm. Rynkerne på deres mave forsvandt, og den blev strammere. Efter tre måneder var området med indre fedt hos disse personer også reduceret betydeligt. Området med indre fedt hos den ene person faldt fra 99 cm2 til 76 cm2, mens det hos den anden person fra 47 cm2 til 36 cm2. Studiet tyder på, at et hydrogenbad effektivt kan trænge igennem huden og nå kroppens indre organer og derved forbedre området med visceralt fedt og lipidmetaboliske markører [44].
Colitis ulcerosa (UC) er en almindelig sygdom, der påvirker slimhinden i endetarmen og tyktarmen og forårsager svære mavesmerter, oppustethed, svaghed og diarré. En energi- og proteinrig kost (15-20 % af den daglige energi) med et højt indhold af vitaminer og mineraler og et lavt indhold af fedt og fibre har vist sig at have terapeutiske fordele for mennesker med denne sygdom. Studier har også vist, at mellemkædede fedtsyrer og n-3-fedtsyrer har en positiv effekt på disse patienter [79].
Et studie blev udført på mus for at undersøge virkningen og mekanismen af H2 ved kronisk colitis ulcerosa. Musene blev inddelt i tre grupper: kontrolgruppen (NC), UC-gruppen (dextransulfatnatrium, DSS) og DSS + HRW-gruppen, der blev behandlet med HRW (0,8 ppm) og DSS. Ved studiets afslutning viste musene i DSS-gruppen typiske kliniske tegn på colitis. Samtidig lindrede behandlingen med HRW delvist symptomerne på colitis, forbedrede de histopatologiske forandringer, øgede koncentrationen af glutathion (GSH) signifikant og reducerede niveauet af TNF-α. Behandling med HRW hæmmede også væksten af Clostridium perfringens, Enterococcus faecalis og Bacteroides fragilis betydeligt og bragte deres niveauer tæt på niveauet i NC-gruppen.
Microarray-analyse viste signifikante ændringer i 252 gener efter HRW-behandling sammenlignet med gruppen, der kun fik DSS-behandling, idet 17 gener var forbundet med inflammation, herunder 9 interferonstimulerede gener (ISG). HRW fandtes at udvise delvis lindring af inflammation, oxidativ stress og dysbiose i tarmfloraen hos mus med kronisk colitis ulcerosa (UC) induceret af dextransulfatnatrium (DSS) [80].
I et forskningsstudie, der undersøgte effekten af H2 på UC, fik mus injiceret 10 eller 20 ml/kg hydrogenrigt saltvand hver anden dag i to uger. Behandling med HRS resulterede i reduceret vægttab, reduceret diarré og lindrede skader på tarmslimhinden hos UC-mus [81].
Leveren er et af de primære mål for angreb fra frie radikaler på grund af dens direkte involvering i metaboliske processer. Frie radikaler beskadiger hepatocytternes membraner, hvilket igen medfører aflejring af kollagen i hepatocytten og til sidst forårsager leverfibrose og cirrose [1].
Leveren spiller en afgørende rolle i ernæringsmetabolismen og udfører vigtige funktioner som glykogenlagring, afgiftning og proteinsyntese. Disse funktioner er nedsat ved leversygdom, hvilket resulterer i forskellige metaboliske forstyrrelser. Forringelsen af disse patienters ernæringstilstand kan føre til, at sygdommen udvikler sig. Derfor kan kostrådgivning og ernæringsterapi være nyttig i behandlingen af visse leversygdomme [82].
Non-alkoholisk fedtleversygdom (NAFLD) skyldes et for stort indtag af mættet fedt, salt og fruktose i kosten, hvilket fører til tilstande som fedme, insulinresistens og ophobning af triglycerider i levercellerne. Derfor er ernæringsterapi afgørende i behandlingen af NAFLD. Der findes ikke et enkelt kostprogram, som kan anvendes på alle patienter med NAFLD. En afbalanceret kost bestående af fuldkorn, frugt, grøntsager og fisk med et begrænset indtag af mættet fedt, salt og fruktose har dog vist sig at have en gavnlig effekt på sygdommen [82,83].
Hepatitis er en leversygdom, der kan forårsage underernæring hos patienter. For at forebygge dette anbefales en kost med et højt protein- og energiindhold, hvor kulhydrater udgør ca. 55-60 % af den daglige energi, fedt 25-40 % og proteiner 2-3 g/kg/dag. Denne kost bør også være rig på vitaminer. For personer med kronisk hepatitis C kan medicinsk ernæringsterapi øge effektiviteten af antiviral behandling. Indtagelse af n-3 flerumættede fedtsyrer (PUFA) har vist sig at hæmme HCV-replikation, og en jernfattig kost kan hjælpe med at reducere leverskader. Ved levercirrose, som er det mest fremskredne stadie af kronisk hepatitis, kan der opstå ernæringsproblemer, som komplicerer patientens tilstand og prognose. Derfor er ernæringsterapi afgørende for at forebygge disse komplikationer.
Et studie med mus evaluerede effekten af HRW og elektrolyseret alkalisk vand (EAW) på NAFLD fremkaldt af en fedtrig kost. Resultaterne viste, at HRW effektivt reducerede ophobningen af lipider i leveren, inflammation og CD36-ekspression. Hverken EAW eller HRW med lav hydrogenkoncentration havde dog nogen gavnlig effekt på NAFLD. Studiet konkluderede, at hydrogen (H2) er det aktive terapeutiske stof i EAW og kan lindre HFD-induceret NAFLD hos mus [84]. Et otte-ugers dobbeltblindet, placebokontrolleret, randomiseret klinisk studie med 30 forsøgspersoner med NAFLD viste, at HRW reducerede kropsvægten og BMI. Det havde også en tendens til at forbedre lipidprofilen og have forskellige antioxidante og antiinflammatoriske virkninger [85].
Et studie blev udført for at undersøge effekten af HRW på mennesker med kronisk hepatitis B (CHB). I studiet blev 60 patienter med kronisk hepatitis B randomiseret til enten en gruppe med rutinebehandling eller en gruppe med hydrogenterapi. Patienterne i kontrolgruppen fik standardbehandling, mens patienterne i hydrogenterapigruppen indtog HRW oralt (1200-1800 ml/dag, to gange dagligt) i 6 uger som supplement til standardbehandlingen. Studiet omfattede også en kontrolgruppe på 30 raske forsøgspersoner til sammenligning. Efter studiet udviste kontrolgruppen en ikke-signifikant ændring i oxidativ stress, mens hydrogenterapigruppen udviste en markant forbedring.
Leverfunktionen viste en signifikant forbedring, og der var en signifikant reduktion i DNA-niveauerne af hepatitis B-virus efter behandlingen. Selvom der blev observeret en ikke-signifikant forskel i oxidativ stress mellem de to grupper, viste kontrol- og hydrogengrupperne en forbedret tendens i leverfunktion og DNA-niveauer af hepatitis B-virus. I overensstemmelse med disse resultater blev det rapporteret, at HRW i signifikant grad reducerede oxidativ stress hos patienter med kronisk hepatitis B. Yderligere studier med langtidsbehandling blev dog anbefalet for at bekræfte effekten af HRW på leverfunktion og DNA-niveauer af hepatitis B-virus [86].
Produktionen af reaktive oxygenarter (ROS) kan nedbryde antioxidanter i lungerne, såsom glutathion, hvilket fører til forskellige lungesygdomme [41]. De omfatter astma, kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL), akut lungeskade, lungefibrose og lungekræft. Oxidativ stress er en nøglefaktor i de inflammatoriske reaktioner, der er forbundet med lungesygdomme, da det udløser opregulering af redoxfølsomme transkriptionsfaktorer, som fremmer ekspressionen af pro-inflammatoriske gener. Derudover kan selve inflammationen bidrage yderligere til oxidativ stress i lungerne [10,41,87].
Flere respiratoriske sygdomme kan påvirke en persons helbred. Disse omfatter arbejdsbetingede lungesygdomme, luftvejsallergier, kronisk obstruktiv lungesygdom, søvnapnø-syndrom, astma og pulmonal hypertension. Disse sygdomme kan forårsage kronisk inflammation, unormal reaktion på skader, åndenød, nedsat træningstolerance, for tidlig aldring og tab af makrofager, T-lymfocytter og neutrofile granulocytter i lungerne. Disse tilstande kan også føre til overdreven aktivering af fibroblaster, hvilket kan påvirke personens respiratoriske sundhed negativt [88]. Personer med respiratoriske sygdomme har et øget energibehov. Åndedrætsbesvær opstår på grund af ophobning af kuldioxid i lungerne. Et højt proteinindtag er nødvendigt for at beskytte og reparere lunge- og muskelvæv og dækker 15-20 % af det daglige energibehov (1,2-1,7 g/kg). Fedt bør udgøre 30-45 % af det daglige energibehov, og mættet fedt bør undgås. Patienter med respiratoriske sygdomme har brug for vitaminer og mineraler som C-vitamin, magnesium og calcium. Desuden bør man tage D- og K-vitamin ved fald i knoglemineraltætheden. Diæten bør begrænse natrium- og væskeindtaget for personer med ødemer og samtidig øge kaliumindtaget. Personlig ernæringsterapi har en positiv indvirkning på patienter med respiratoriske sygdomme [89].
Der blev udført et studie for at vurdere de positive virkninger af hydrogengas på lungeskader forårsaget af eksponering for cigaretrøg (CS) hos mus. Studiet brugte en musemodel af kronisk obstruktiv lungesygdom, hvor mus blev udsat for CS i 8 uger, og der blev givet HRW. Resultaterne viste, at administration af HRW havde en dæmpende effekt på CS-induceret lungeskade, hvilket kom til udtryk i en reduktion i det gennemsnitlige lineære intercept og indekset for lungeskade. Desuden forbedrede administration af HRW signifikant den statiske lungecompliance hos mus, der blev udsat for CS, sammenlignet med mus, der ikke fik hydrogenterapi. Desuden udviste HRW-behandlede mus lavere niveauer af markører, der er forbundet med oxidativ DNA-skade, såsom fosforyleret histon H2AX og 8-hydroxy-2′-deoxy-guanosin, samt markører, der indikerer aldring, såsom den cyklinafhængige kinaseinhibitor 2A, 1 og β-galactosidase. Disse resultater indikerer, at HRW potentielt kan lindre CS-induceret emfysem ved at reducere oxidativ DNA-skade og for tidlig cellulær aldring i lungerne [90].
Et studie har tydet på, at H2 muligvis kan reducere lungeskade forårsaget af CLP (cøkal ligering og punktur) hos rotter. Studiet viste, at de dyr, der blev udsat for CLP, oplevede betændelse og dysfunktion i gasudvekslingen i lungerne. Behandling med hydrogenrigt saltvand forbedrede imidlertid lungeskaden signifikant ved at reducere vandindholdet i lungerne og infiltration af neutrofile granulocytter, forbedre gasudvekslingen og de histologiske ændringer i lungerne.
H2 reducerede også lipidperoxidering og DNA-oxidation i lungevæv ved at reducere indholdet af nitrotyrosin. Desuden virkede H2 som en antioxidant ved at opretholde superoxid-dismutase-aktiviteten ved tilstedeværelse af CLP. Behandling med HRS hæmmede også aktiveringen af p-p38 og NF-κB, mens den undertrykte produktionen af flere proinflammatoriske mediatorer, hvilket viste, at peritoneal injektion af HRS forbedrede histologiske og funktionelle vurderinger i rottemodellen for CLP-induceret akut lungeskade [91].
Hjernen producerer store mængder ROS, som kan forårsage neurologiske lidelser, såsom Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom og amyotrofisk lateral sklerose [92].
Visse sygdomme er forårsaget af den gradvise degeneration af neuroner, hvilket fører til funktionelle og strukturelle tab. Nogle eksempler på sådanne neurologiske lidelser er Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom, skizofreni, multipel sklerose og depression. Visse diæter såsom middelhavskost, ketogen kost eller DASH-diæt kan dog have gavnlige virkninger i behandlingen af disse lidelser […93-96]. En medicinsk kost bør hovedsageligt bestå af frugt, grøntsager, nødder, krydderier og bælgfrugter. Disse fødevarer indeholder antiinflammatoriske elementer såsom polyfenoler, vitaminer, essentielle mineraler, omega-3-fedtsyrer og probiotika. Et stort indtag af disse produkter i kosten gavner hjernens sundhed og reducerer risikoen for neurologiske sygdomme […93-95,97].
I løbet af et studie, der varede syv måneder, blev triple-transgene Alzheimers mus behandlet med HRW. Studiet viste, at indtagelse af HRW forhindrede synaptisk tab og neuronal død, hæmmede dannelsen af senile plaques og reducerede hyperfosforylerede neurofibrillære sammenfiltringer hos musene. Desuden forbedrede indtagelse af HRW forstyrrelser i hjernens energimetabolisme, adresserede ubalancer i tarmfloraen og mildnede inflammatoriske reaktioner [98].
I et klinisk studie blev 48 patienter med Parkinsons sygdom tilfældigt inddelt i to grupper. Alle patienter havde allerede været i behandling med levodopa. Den ene gruppe drak 1 liter HRW dagligt, mens den anden drak normalt vand. Efter 48 uger blev der foretaget kliniske evalueringer ved hjælp af UPDRS-scoren (Unified Parkinson’sDisease Rating Scale), som vurderer både motoriske og ikke-motoriske symptomer hos Parkinson-patienter. Resultaterne viste, at kontrolgruppen oplevede en forværring af symptomerne, mens gruppen, der indtog HRW, oplevede en signifikant forbedring af symptomerne [99].
I et studie blev mus udsat for mild og uforudsigelig stress i fire uger og fik HRW i denne periode. Studiet viste, at mus, der indtog HRW, havde færre symptomer på depression end dem, der ikke gjorde. Indtagelse af HRW viste sig også at undertrykke inflammatorisk aktivering, hvilket resulterede i lavere niveauer af protein IL-1β og ROS-produktion [100].
Overproduktion af frie radikaler fra forskellige indre og ydre faktorer fører til oxidativ stress, som kan ændre redox-homøostasen og den strukturelle sammensætning af mange celle- og organkomponenter, hvilket resulterer i forskellige lidelser og sygdomme.
Molekylær hydrogen har antiinflammatoriske, antiapoptotiske, selektive antioxidant- og gode diffusions- og penetrationsegenskaber. Studier har vist, at molekylær hydrogen har fordele i forhold til at kontrollere kropsvægt, inflammation, metaboliske markører og sygdomme uden negative bivirkninger. De fleste studier med brugen af molekylær hydrogen til at lindre sygdomme tyder på, at hydrogen kan give sundhedsmæssige fordele på grund af sine specifikke biologiske egenskaber. Brugen af molekylær hydrogen i ernæringsterapi mod sygdomme er endnu ikke blevet grundigt undersøgt. Resultaterne fra de seneste eksperimentelle og kliniske studier tyder imidlertid på, at H2 kan være en lovende ernæringsterapi til forskellige sygdomme. Der skal dog gennemføres længerevarende studier for at administrere molekylær hydrogen i definerede protokoller.
Forfatternes bidrag
Fatmanur Yıldız: Forfatning – originalt udkast, visualisering, validering, metodologi, undersøgelse, formel analyse, datakuratering, konceptualisering. Tyler W. LeBaron: Forfatning – gennemgang og redigering, undersøgelse. Duried Alwazeer: Forfatning – gennemgang og redigering, supervision, ressourcer, projektadministration, undersøgelse, datakuratering, konceptualisering.
Økonomisk støtte
Denne forskning blev støttet af Igdir University Scientific Research Projects Coordination Unit med projekt-ID YİP1023İ02.
Interessekonflikter
Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen kendte økonomiske interessekonflikter eller personlige forhold, der kunne synes at påvirke det arbejde, der er rapporteret i denne artikel.
Tak
Ikke relevant.
Tilgængelighed af data
Data vil blive gjort tilgængeligt på anmodning.
Referencer
Se andre artikler indenfor
Del denne artikel på
Vi brænder for at udbrede kendskaben om hydrogen, da alt for få kender til dens fantastiske virkning.
Kender du nogen som kunne trænge til lidt “inspiration”, så del meget gerne artiklen med dem.
For ordrer over kr. 1000 har du 3 betalingsmuligheder:
Det er nemt og hurtigt at betale med Viabill. Vælg blot Viabill ved kassen.
ViaBill er en anerkendt Dansk betalingsudbyder. Læs mere om Viabill.
Betalingsmulighederne afhænger af din kreditvurdering.
