Первая часть. Польза водорода для человека. Основные физико-химические свойства водорода и способы применение в медицине и введения в организм.

Содержание и навигация по статье

1. Введение и авторы ЧАСТЬ 1
2. Что мы знаем о водороде и его применении
3. Основные физикохимические свойства водорода
4. Получение водорода в промышленных условиях
5. Биохимические свойства водорода и использование в медицине
6. Использование водорода в профилактике и лечении различных заболеваний
7. Как насытить организм водородом 
8. Термины
9. Используемая литература

Часть1. Введение.

Мальченко С.Н., Можей Л.Е.,Толокин О.А., Князев С.Н., Семашко Д. С.
Рекреационной центр Можея Л.Е.

Что мы знаем о свойствах водорода и его применении в  медицинских целях?

В последнее время появилось большое количество информации о биологических свойствах водорода и его применении в профилактических и лечебных целях. Масштабное исследование терапевтических свойств водорода началось в 2007 году после публикации статьи «Водород действует как терапевтический антиоксидант, селективно уменьшая количество цитоксичных радикалов кислорода» в одном из самых  авторитетных изданий мира - научном медицинском журнале Nature Medicine [1]. С тех пор вышло более 1000 научных статей о терапевтическом потенциале водорода. Сейчас в среднем публикуются  около 100 работ в год. Проводятся международные конференции по данной тематике. Создан Институт молекулярного водорода.  Большая часть  исследований посвящена изучению действия Н₂ в экспериментах на животных. Вместе с тем, в последнее время наблюдается значительный рост клинических испытаний терапевтических эффектов Н₂ при различных заболеваниях человека. Лидерами в  данном направлении исследований являются  Япония, Китай, США и Корея.

Обращает внимание тот факт, что в интернете появилось много рекламной информации по использованию водорода в оздоровительных и лечебных целях, порой  противоречивой и бездоказательной. Сформировался рынок различного рода портативных электролизеров, качество некоторых из которых вызывает определенные сомнения. В связи с этим мы сочли целесообразным опубликовать на нашем сайте серию статей, посвященных особенностям применения и исследованию профилактических и терапевтических свойств молекулярного водорода. С этой целью мы обобщили результаты опубликованных научных и прикладных исследований за рубежом и в Российской Федерации, мнения ведущих медиков, а также результаты исследований, выполненных в нашем центре. (В Беларуси в учреждениях Минздрава не проводятся исследования профилактических и терапевтических свойств молекулярного водорода.)  Полагаем, что они  окажутся  полезными для  тех, кто захочет использовать молекулярный водород для оздоровления своего организма  и помогут им сделать правильный выбор.

Водород и его основные физико-химические свойства

Водород самый легкий и распространенный элемент Вселенной. В обычном состоянии существует в виде Н₂. Основная масса водорода находится в виде соединений. В молекулярной форме встречается нечасто (нефтяные и горючие газы, при разложении органических веществ, биофотолиз). В нормальных условиях Н₂ – бесцветный и нетоксичный газ, без запаха и вкуса.

Исключительная прочность химической связи в молекуле водорода обуславливает высокие энергии активации химических реакций  с его участием. Поэтому при обычных условиях реакционная способность водорода, как правило невысокая, и он не вступает при нормальных условиях в химические реакции со многими веществами.

Однако водород не столь безобиден. При определенных условиях он может реагировать со многими веществами и в частности с кислородом. Эта цепная химическая реакция протекает с высокой скоростью, приводящей к взрыву и выделению большой энергии. Именно она и имела место на Чернобыльской атомной станции. Вот почему при работе с водородом необходимо строго соблюдать правила безопасности. Ниже приведены пределы воспламенения водорода  с кислородом и воздухом:

Водород плохо растворяется в воде, еще хуже в органических растворителях. Но он хорошо растворим во многих  твердых металлах.  При 20^O С и нормальном давлении в литре воды может раствориться только 0,0016 г водорода (1600 ppb или максимум 0,018 л.).

Получение водорода в промышленных условиях.

Конверсионный метод: 

СН₄ +Н₂O =СО+ 3Н₂  (800O С , кат.)

СО +Н₂O =СО2 +Н₂ (550O С кат.)

Неполное окисление углеводородов:

2СН₄ + О₂ = 2СО + 4Н₂  или 3СН₄+О₂+Н₂O = 3СО+7Н₂ (850^O С, кат.).

Газификация твердого топлива: 

С+Н₂O = СО+Н₂         

Термическое разложение(пиролиз) углеводородов: 

СН₄=С+2Н₂

Электролиз воды («зеленый водород»)

Самый перспективный, но дорогой. Уменьшение затрат возможно за счет использования возобновляемых.  источников энергии.

Биотехнологическое получение водорода.

• Биохимический метод, основанный на выделении H₂ различными бактериями, например, Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae.
• Биофотолиз. Водород производят зеленые водоросли, например Chlamydomonas reihardtii. Водоросли могут производить Н₂ из морской воды и канализационных стоков.

Важно отметить, что водород не является вредным и «чужим» газом для человека. Водород в виде газа нетоксичен даже при высоких концентрациях.  Еще в прошлом веке аквалангистами  использовались газовоздушные смеси, содержащие  водород, кислород и гелий  для глубоководного погружению с целью предотвращения у них кессонной болезни, газовой эмболии и азотного наркоза [2,3,4.]. Причем концентрации водорода в газовоздушной смеси на порядок выше, чем требуется для терапевтического использования и хорошо переносятся организмом без хронических токсических эффектов. Сотни исследований по водороду от бактериального производства, глубоководного дайвинга и недавних медицинских исследований не выявили прямых вредных побочных эффектов введения водорода на  терапевтических уровнях. Такой высокий уровень безопасности можно считать парадоксальным, поскольку химические вещества, которые оказывают биологические эффекты, как правило, должны обладать как полезными, так и вредными свойствами в зависимости от дозировки, времени, местоположения, продолжительности применения и т. д. Поэтому, несмотря на имеющиеся данные о безопасности водорода, каждый из нас должен учитывать особенности своего организма, возраст и другие факторы.

Биохимические свойства водорода

То что водород образуется у нас в организме это тоже известный факт.  Несмотря на то, что у человека отсутствуют ферментные системы эндогенного образования Н₂, тем не менее в организме он образуется за счет анаэробной ферментации кишечной микрофлорой непереваренных углеводов и с последующей его абсорбцией в кишечнике. Выделяемый кишечной микрофлорой в количестве 150–12000 мл/день, Н₂ частично поступает в систему воротной вены и с током крови разносится по организму. [5,6,7]. В [7] установлено, что концентрация Н₂ при спокойном дыхании в выдыхаемом воздухе  изменялась у испытуемых добровольцев в диапазоне от 1х10-5 до 13.5х10-5 об.%. В среднем она составляла 5х10-5 об.%. Введение  в организм глюкозы не приводило к существенным изменениям содержания Н₂, тогда как физические нагрузки и введение спирта значительно сокращало его концентрацию в выдыхаемом воздухе. Введение в организм лактозы напротив заметно повышало концентрацию водорода. В [39] выявлена зависимость между количеством выделяемым при дыхании  молекулярным водородом и заболевании кишечника ( синдром раздраженного кишечника). Были усовершенствованы и внедрены в клиническую практику подходы к лечению пациентов с данным заболеванием, основанные на измерении количества выдыхаемого водорода.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что водород, образующийся в кишечнике может участвовать в метаболических процессах, протекающих в организме человека. Однако механизмы этих процессов требуют изучения.

Уникальные физико-химические свойства водорода - гидрофобность, нейтральность, размер, малая масса, возможность вступать избирательно в окислительно-восстановительные реакции и др. благоприятствуют его использованию  в медицине. В частности он легко проникает через биомембраны для достижения ядер клеток и мембраны органелл, таких как митохондрии , где водород оказывает свое терапевтическое действие. [Рис 1]. Кроме того, водород в отличие от большинства антиоксидантных соединений, легко путем газовой диффузии проникает через гематоэнцефалический, плацентарный и яичный барьеры [8,9,10]. Важно,  как уже отмечалось выше, что молекулярный водород нетоксичен даже при высоких концентрациях . 

Рис 1. Сравнение молекулярных масс и  примерных размеров известных антиоксидантов

 Согласно существующим представлениям у всех живых организмов свободнорадикальные процессы и деятельность антиоксидантных систем составляют единое целое-окислительный метаболизм, являющийся одним из базовых компонентов обмена веществ. Данная совокупность биохимических реакций определяется текущим уровнем и взаимопревращениями различных радикалов, которые способны, вступая во многочисленные взаимодействия, оказывать как позитивное, так и негативное действие [11].

Известно, что большую роль в протекании окислительно-восстановительных биохимических реакций играют различные кислородсодержащие радикалы и молекулы, обладающие разной химической активностью [Рис.2]. Поэтому оксидативный стресс – это не всегда плохо. Активные формы кислорода участвуют в естественных физиологических  процессах. Например, они  помогают бороться с инфекциями, усиливают иммунную защиту. При гриппе макрофаг выпускает активные формы кислорода именно для того, чтобы бороться с вирусом.

Рис 2. Сравнение окислительной активности различных кислородсодержащих радикалов и Н2О2 

Однако повышенное содержание таких активных форм кислорода (АФО), как OH (АГР) - радикалов и активных форм азота ONOO - (АФА) в условиях окислительного стресса считается существенным, если не самым главным элементом, провоцирующим развитие многих болезней: ишемический инсульт, инфаркт, при трансплантации органов, операционные кровотечения, воспаления, ревматические, гастроинтестинальные, нейродегенеративные, онкологические заболевания, заболевания репродуктивной системы, болезни печени, поджелудочной железы, кожи, глаз, тканевые дисфункции, травмы мозга, острых респираторных заболеваний, мышечные боли  и других [1,8,10-18 ].

Практически всегда АФК и АФА образуются в организме человека как побочные продукты окислительного метаболизма, при потреблении кислорода во время дыхания. Способствовать увеличению их концентрации и формированию хронического окислительного стресса могут такие факторы, как курение, злоупотребление алкоголем, ультрафиолетовое и радиоактивное излучение, тяжелые физические нагрузки, плохая экология, неправильное питание.

В случае, если образование АФГ и АФА превышает компенсаторные возможности внутренних антиоксидантов (к ним относятся ферменты супероксиддисмутазы, пероксидаза, каталазы и др.), начинаются процессы окислительного повреждения клеточных макромолекул, которые в итоге приводят к нарушениям функционирования клеток, их гибели, и к развитию вышеперечисленных заболеваний.

Поэтому перед медициной встала сложная задача. С одной стороны, необходимо убрать лишние самые сильные и вредные оксиданты. С другой – оставить физиологически важные. Проведенные многочисленные исследования показали, что известные антиоксиданты имеют лишь ограниченное применение в терапевтической практике. Клинически тестированные антиоксиданты оказались малоэффективными в предупреждении рака, инфаркта миокарда, атеросклероза и других, связанных с окислительным стрессом заболеваний в силу их применения в узких границах терапевтических доз из-за выраженной токсичности самих веществ.Поэтому сохранялась необходимость выявления эффективных антиоксидантов со слабо выраженным побочным действием или вообще  им не обладающих  [2,8,10, 14,17,18].

Многочисленные исследования показали, что у молекулярного водорода есть очень большое преимущество. Как антиоксидант, он взаимодействует только с самыми сильными оксидантами (ОН, ONOO-), которые способны неконтролируемо вступать в реакции с нуклеиновыми кислотами, липидами и белками, вызывая фрагментацию ДНК, и окисление последних. А те  АФК, которые менее активны, продолжают выполнять свою биохимическую функцию (рис 2).  Поэтому учитывая целый ряд  уникальных свойств молекулярного водорода, можно заключить, что он  на сегодняшний день является самым уникальным из известных антиоксидантов.

Действительно многочисленные исследования, проведенные в лабораторных и клинических условиях в различных странах подтверждают целесообразность использования водорода в профилактике и лечении различных заболеваний [Рис. 3]. К настоящему времени  исследовано более 170 моделей заболеваний у людей и животных .

Использование водорода в профилактике и лечении различных заболеваний

Рис 3. 

Особое внимание исследователей привлекла возможность водородной терапии церебральных патологий – инсультов, травматических повреждений мозга и дегенеративных заболеваний – болезней Альцгеймера и Паркинсона, последствий неонатальной асфиксии и гипоксии [15,19,20,21,22,23,24,25]. И для этого имелись все основания. Так как мозг потребляет от 20 до 50% от общего потребления кислорода в организме, хотя сам он составляет только около 2% от массы тела. Это означает, что функция мозга сильно зависит от постоянного поступления кислорода. Поскольку около 2-5% кислорода, потребляемого клетками, превращаются в активные формы кислорода  в качестве побочного продукта клеточного дыхания, следует ожидать, что клетки мозга будут подвергаться наиболее вероятному  повреждению со стороны АФК. Подобные неврологические нарушения в настоящее время большей частью неизлечимы, но проведенные исследования указывают на клинический потенциал Н₂ в их предупреждении, лечении и более мягком течении [14,17,18,19].

Но снятие оксидативного стресса – это не все ,что может сделать водород. В ряде исследований также было отмечено, что Н₂ может рассматриваться как молекула - регулятор внутриклеточных сигнальных путей, обеспечивающих координацию биохимических процессов, протекающих в клетках организма. Н₂, как и другие газообразные сигнальные молекулы (например, NO, CO, Н₂S), модулирует передачу сигналов, фосфорилирование белка, что обеспечивает его противовоспалительные, противоаллергические и антиапоптотические защитные эффекты на множестве моделей заболеваний, включая респираторные, метаболические и неврологические заболевания [10,14,17,35,36]. В частности сообщается, что применение водорода (H₂) при лечении респираторных заболеваний человека, в том числе, вызванных COVID-19, может снижать острый и вредный цитокиновый шторм.                             

Установлено, что Н₂ модулирует экспрессию различных генов [10,17,18]. Проникая в ядро клеток, водород способен воздействовать на структуру ДНК. Как сигнальная молекула, он повышает активность генов, отвечающих за активность ферментов, участвующих в процессе синтеза АТФ, а также оказывает непосредственное влияние на гены, отвечающие за выработку медиаторов воспаления. Таким образом, можно сделать вывод о том, что водород еще настраивает работу организма на самом «главном уровне» - на уровне хранения генетической информации, запуская тем самым процесс самовосстановления и исцеления организма.

Способы введения водорода в организм

Существует несколько путей поступления молекулярного водорода в организм [8,14,17,18].

1. Ингаляции водорода.

Вдыхание газообразного водорода является простым терапевтическим методом. Для ингаляционного воздействия 1–4% об.Н₂  в смеси с воздухом (довзрывные концентрации водорода) используют маску, назальную капсулу. Отмечается, что такой вид ингаляции не влияет на физиологические показатели крови, артериальное давление и температуру, а также безопасен и эффективен в борьбе с острым окислительным стрессом и воспалительными реакциями, вызванным тяжелыми состояниями. Имеются данные об ингаляции с повышенным содержание Н₂ и О₂ (66: 33% об.; H₂: O₂). Однако,  при таких высоких концентрациях водорода и кислорода ингаляции проводятся в клинических условиях с соблюдением соответствующих мер безопасности.

Национальная Комиссия здравоохранения Китайской Народной Республики предоставила подробную стратегию терапии COVID19, которая включает в себя введение различных противовирусных препаратов (например, лопинавира, ритонавира, хлорохина фосфата) вместе с ингаляцией молекулярного водорода и кислорода (66: 33%; H₂: O₂) в качестве дополнительного терапевтического средства, который может вводиться через носовые канюли. [37].

2. Употребление для питья воды с растворенным в ней водородом (водородная вода).

Наиболее простой, удобный и эффективный метод введения Н₂ в организм. Пригоден для постоянного использования с целью предупреждения развития окислительного стресса из-за различных неблагоприятных воздействий факторов окружающей среды в повседневной жизни. Этот метод наиболее распространен в практике. Более подробно мы рассмотрим его в разделе водородная вода.

3. Внутривенное, внутрибрюшинное, внутритрахеальное введение водорода.

Осуществляется путем инъекции насыщенного водородом физиологического раствора. Позволяет наиболее точно дозировать количество вводимого Н₂.

4. Ванны

Поскольку Н₂ может легко проникать через кожу и затем распределяться с током крови по всему организму, в терапевтических целях возможно применение теплых ванн с Н₂-водой. Возможно принимать «сухие ванны». Через кожу водород попадает в кровоток и в тех участках организма, где это необходимо будет снимать воспаление, замедлять разрушение клеток, укреплять иммунитет организма. Отмечается, что водородные ванны безусловно эффективны при различных кожных заболеваниях.

5. Антиоксидантная терапия глазных болезней.

Насыщенный водородом физиологический раствор может использоваться в виде глазных капель для антиоксидантной терапии глазных болезней.

Метод перспективен также для реализации в практике консервации донорских органов до трансплантации, поскольку водород оказывает значительное положительное действие на сохранность и последующую приживаемость трансплантатов.

6. Увеличение выработки водорода кишечными бактериями.

Водород спонтанно продуцируется в организме путем ферментации непереваренных углеводов резидентной энтеро бактериальной флорой. Escherichia coli может продуцировать значительное количество H₂ через фермент гидрогеназы. Диетическая куркума и лактулоза  способствуют продуцированию H₂ кишечными бактериями и уменьшают воспалительное заболевание кишечника. Это указывает на то, что эндогенное продуцирование H₂ может также влиять на протекание биохимических процессов  в организме человека.

Термины

Аденозинтрифосфат или Аденозинтрифосфорная кислота (сокр. АТФ, англ. АТР) — нуклеозидтрифосфат, имеющий большое значение в обмене энергии и веществ в организмах. АТФ — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах, в частности для образования ферментов.

Анаэробная ферментация или метановое сбраживание - это биохимичекий процесс утилизации сложных органических веществ с помощью микроорганизмов метаногенных сообществ. В его состав входят различные группы анаэробных микроорганизмов (гидролитические, бродильные, ацетогенные - синтрофные и гомоацетатные - бактерии и метаногенные археи), связанные между собой либо конкуренцией за общие субстраты, либо кооперацией в их использовании и поэтому составляющие единую трофическую систему. Конечным продуктом микробной активности является биогаз с содержанием в нем метана до 60-70 об. %.

Атеросклероз — хроническое заболевание артерий эластического и мышечно-эластического типа, возникающее вследствие нарушения липидного и белкового обмена и сопровождающееся отложением холестерина и некоторых фракций липопротеинов в просвете сосудов. Отложения формируются в виде атероматозных (холестериновых) бляшек. Последующее разрастание в них соединительной ткани (склероз), и кальциноз стенки сосуда приводят к деформации и сужению просвета вплоть до обтурации (закупорки сосуда).

Внутриклеточные сигнальные пути. В многоклеточном ораганизме существет стойкая и одновременно пластичная система меж- и внутриклеточных коммуникаций. Взаимодействия клеток между собой состоят в обмене адгезивными, гормональными или электрическими сигналами. На большинство поступающих в клетку сигналов она реагирует не напрямую: между поступающим раздражителем и специфической реакцией клетки лежит целый внутриклеточный каскад сигнальных молекул, представляющих собой путь биохимических превращений. Задача таких биохимических путей — усилить или ослабить передаваемый клетке сигнал и перевести его в такую форму, чтобы позволить реализоваться ответным реакциям. Комплексная взаимоорганизация всех задействованных в сигнальных путях белков формирует сеть внутриклеточной передачи сигналов, которая похожа на множество сотен сходящихся и вновь разветвляющихся, пересекающихся путей, переключающихся на различных белках,которые условно напоминают станции для пересадок в метро. Примером тому может служить сеть p53/Rb, объединяющая важные сигнальные пути, которые регулируют процессы клеточного деления, апоптоза и репарации ДНК.

Водородная вода - вода, насыщенная молекулярным водородом;

Гематоэнцефалический барьер (гемато-энцефалический барьер, ГЭБ)) — физиологический гистогематический барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой. ГЭБ имеют все позвоночные.

Главная функция ГЭБ — поддержание гомеостаза мозга. Он защищает нервную ткань от циркулирующих в крови микроорганизмов, токсинов, клеточных и гуморальных факторов иммунной системы, которые воспринимают ткань мозга как чужеродную. ГЭБ выполняет функцию высокоселективного фильтра, через который из артериального русла в мозг поступают питательные, биоактивные вещества; в направлении венозного русла с глимфатическим потоком выводятся продукты жизнедеятельности нервной ткани.
Вместе с тем, наличие ГЭБ затрудняет лечение многих заболеваний центральной нервной системы, так как он не пропускает целый ряд лекарственных препаратов.

Газообразные сигнальные молекулы - это газообразные молекулы, которые либо синтезируются внутренне (эндогенно) в организме, ткани или клетке, либо принимаются организмом, тканью или клеткой извне (например, из атмосферы или гидросферы, как в случае кислорода) и используются для передачи химических сигналов, индуцирующих определенные реакции., физиологические или биохимические изменения в организме, ткани или клетке. Термин применяется, например, к кислороду, углекислому газу, диоксиду серы, закиси азота, цианистому водороду, аммиаку, метану, водороду, этилену и др.

Отдельные газообразные сигнальные молекулы ведут себя как нейротрансмиттеры и называются газотрансмиттерами. К ним относятся оксид азота, монооксид углерода и сероводород.

Гомеостаз — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.

Гомеостаз популяции — способность популяции поддерживать определённую численность своих особей длительное время.

Ишемия — местное снижение кровоснабжения, чаще обусловленное сосудистым фактором (сужением или полной обтурацией просвета артерии), приводящее к временной дисфункции или стойкому повреждению ткани или органа.

Ишемический инсульт (инфаркт мозга) — нарушение мозгового кровообращения с повреждением ткани мозга, нарушением его функций вследствие затруднения или прекращения поступления крови к тому или иному отделу. Может быть обусловлен недостаточностью кровоснабжения определённого участка головного мозга по причине снижения мозгового кровотока, тромбоза или эмболии, связанных с заболеваниями сосудов, сердца или крови.. Является одной из основных причин смертности среди людей.

Инфаркт — омертвление (некроз) органа или ткани вследствие острого недостатка кровоснабжения. Причины инфаркта: тромбоз, эмболия, длительный спазм артерий и функциональное перенапряжение органа в условиях гипоксии.

Лактоза или молочный сахар. С12H22O11 — углевод группы дисахаридов, содержится в молоке и молочных продуктах. Молекула лактозы состоит из остатков молекул глюкозы и галактозы.

Липиды — разнообразная по строению группа биоорганических веществ, с общим свойством — растворимостью в неполярных растворителях. Липиды по способности к гидролизу делятся на две большие группы: омыляемые (сложные эфиры спиртов и жирных кислот: триглицериды, фосфолипиды и т. д.) и неомыляемые липиды (холестерин, витамины А, Е, Д, К). Липиды при комнатной температуре (+20 °C) могут находиться в твёрдом (жиры) или жидком (масла) состоянии. В основном, жирами являются липиды животного происхождения. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Содержатся во всех живых клетках.

Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на проницаемость клеток и активность многих ферментов, участвуют в передаче нервного импульса, в мышечном сокращении, создании межклеточных контактов, в иммунохимических процессах.

Липопротеины (ЛПВП, ЛВНП) — класс липопротеинов плазмы крови. ЛПВП обладают антиатерогенными свойствами. Так как высокая концентрация ЛПВП существенно снижает риск атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний. Холестерин ЛПВП иногда называют «хорошим холестерином» в отличие от «плохого холестерина» ЛПНП (липопротеины низкой плотности), который, наоборот, увеличивает риск развития атеросклероза.

Макрофаги — клетки в организме животных и в том числе человека, способные к активному захвату и перевариванию бактерий, остатков погибших клеток и других чужеродных или токсичных для организма частиц. Макрофаги присутствуют практически в каждом органе и ткани, где они выступают в качестве тканевого гомеостаза.первой линии иммунной защиты от патогенов.

Митохондрии — это маленькие (размером с 1/2000–1/4000-ю часть кончика иголки) внутриклеточные органеллы, наши миниатюрные энергетические станции, которых в теле человека содержится огромное количество — примерно 2000 митохондрий на одну клетку. Это самый трудолюбивый и, наверно, самый прожорливый компонент клетки. Основная функция митохондрий — окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии для генерации электрического потенциала, синтеза АТФ и термогенеза.

Оксидативный-, Оксидативный, или окислительный стресс – это патологическое состояние, происходящее в нашем организме на клеточном уровне, при котором клетка подвергается разрушительному воздействию активных форм кислорода. Окислительный стресс опасен последствиями для здоровья и уже всерьез беспокоит врачей всего мира. Человек при этом чувствует постоянную общую слабость и апатию, рассеянность и отсутствие сосредоточенности ,раздражительность без причин, частые жалобы на отсутствие настроения. Синдром хронической усталости также тесно связан с оксидативным стрессом.

Органеллы или органоиды — постоянные компоненты клетки, жизненно необходимые для её существования. Органеллы располагаются во внутренней части клетки — цитоплазме, в которой, наряду с органеллами, могут находиться различные включения. В более сложных эукариотических клетках органеллы часто окружены собственной мембраной. Подобно внутренним органам тела, органеллы специализированы и выполняют конкретные функции, необходимые для нормальной работы клеток. Они имеют широкий круг обязанностей: от генерирования энергии до контроля роста и размножения клеток.

Плацентарный обмен. В плаценте происходит постоянный обмен веществ между мамой и ребенком. Из материнской крови к плоду поступает кислород и питательные вещества, от плода обратно к матери углекислый газ и продукты обмена, подлежащие выведению из организма. Плацентарный барьер выполняет иммунологическую функцию, поскольку пропускает некоторые защитные антитела – клетки крови, обеспечивающие борьбу с инфекционными агентами, Кроме того он является непроницаемым для некоторых вредных веществ, вирусов и бактерий.

Реперфузия — восстановление кровяного тока к органам или тканям, которые ранее были лишены кровоснабжения, например, после сердечного приступа).

Цитокины — небольшие пептидные информационные молекулы. Другими словами –это сигнальные белки, взаимодействующие с клетками имунной системы. Цитокин выделяется на поверхность клетки А и взаимодействует с рецептором, находящейся рядом клетки В. Таким образом от клетки А к клетке В передаётся сигнал, который запускает в клетке В дальнейшие реакции. Цитокины регулируют межклеточные и межсистемные взаимодействия, определяют выживаемость клеток, стимуляцию или подавление их роста, дифференциацию, функциональную активность и апоптоз, а также обеспечивают согласованность действия иммунной, эндокринной и нервной систем в нормальных условиях и в ответ на патологические воздействия.

Цитокиновый шторм, или синдром высвобождения цитокинов может проявляться различными симптомами, включая лихорадку, головные боли и тошноту. Цитокиновый шторм возникает, когда иммунная система реагирует слишком агрессивно на инфекцию. Данное состояние развивается также в результате некоторых видов иммунотерапии. Цитокиновый шторм может протекать в тяжёлой форме и приводить при отсутствии лечения — часто к смерти.

Ферменты. Жизнь любого организма возможна благодаря протекающим в нем процессам обмена веществ. Этими реакциями управляют природные катализаторы, или ферменты. Другое название этих веществ – энзимы.

Ферменты представляют собой молекулы белковой природы, которые взаимодействуют с различными веществами, ускоряя их химическое превращение по определенному пути. При этом они не расходуются. В каждом ферменте есть активный центр, присоединяющийся к субстрату, и каталитический участок, запускающий ту или иную химическую реакцию. Эти вещества ускоряют протекающие в организме биохимические реакции без повышения температуры. Ферментативная активность может регулироваться активаторами (повышаться) и ингибиторами (понижаться).

Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия генов может регулироваться на всех стадиях процесса: и во время транскрипции, и во время трансляции, и на стадии посттрансляционных модификаций белков.

Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Экспрессия генов является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль за временем, местом и количественными характеристиками экспрессии одного гена может иметь влияние на функции других генов в целом организме.

Литература

1. 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): 688-694.
2. 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. http://dx.doi.org/10.4236/ijcm.2016.71005
3. 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.http://dx.doi.org/10.1007/s004210050050 .
4. 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.
5. 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,  
6. 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
7. Веркин В.Х,. Гальченко В.Е и др. Изменение концентрации молекул водорода в выдыхаемом воздухе у человека масс-спектрометрическим газоанализатором. АН УССР Физико-технический институт низких температур. Харьков, препринт 11,1982.
8. LeBaron, T.W.; Kura, B.; Kalocayova, B.; Tribulova, N.; Slezak, J. A New Approach for the Prevention and Treatment of Cardiovascular Disorders. Molecular Hydrogen Significantly Reduces the Effects of Oxidative Stress. Molecules 2019, 24, 2076. https://doi.org/10.3390/molecules24112076.
9. Ishibashi T. Therapeutic efficacy of molecular hydrogen: a mechanistic insight. Curr Pharm Des 2019; 25(9):946–55. doi: 10.2174/1381612825666190506123038
10. Ohta S. Molecular hydrogen as a preventive and therapeutic medical new gas: initiation, development and potential of hydrogen medicine. Pharmacology & Therapeutics  2014; 144(1):1– 11. doi: 10.1016/j.pharmthera.2014.04.006/
11. Мартусевич А.К., Карузин К.А. Оксидативный стресс и его роль в формировании дезадаптации и патологии. Биорадикалы и Антиоксиданты. 2015; 2 (2): 5-19.
12. 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
13. 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
14. Рахманин Ю.А., Егорова Н.А., Михайлова Р.И., Рыжова И.Н., Каменецкая Д.Б., Кочеткова М.Г. Молекулярный водород: биологическое действие, возможности применения в здравоохранении. Гигиена и санитария. 2019; 98 (4): 359-365. DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-4-359-365.    15.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. http://dx.doi.org/10.4236/ijcm.2016.71005 .

15. Li J, Wang C, Zhang JH, Cai JM, Cao YP, Sun XJ. Hydrogen-rich saline improves memory function in a rat model of amyloid-beta-induced Alzheimer’s disease by reduction of oxidative stress. Brain Res. 2010;1328:152–61. doi:1016/j.brainres.2010.02.046.

1. Qiang Sun , Jianmei Cai, Shulin Liu, Yun Liu, Weigang Xu, Hengyi Tao, Xuejun Sun. Hydrogen-rich saline provides protection against hyperoxic lung  injury. J Surg Res . 2011 Jan;165(1):e43-9.  doi: 10.1016/j.jss.2010.09.024. Epub 2010 Oct 15.
2. Li Ge, Ming Yang, Na-Na Yang, Xin-Xin Yin,^. Wen-Gang Song. Molecular hydrogen: a preventive and therapeutic medical gas for various diseases   Oncotarget. 2017; 8:102653-102673. https://doi.org/10.18632/oncotarget.21130. 
3. Masatoshi Ichihara, Sayaka Sobue., Mikako Ito, Masafumi Ito, Masaaki Hirayama & Kinji Ohno .Beneficial biological effects and the underlying mechanisms of molecular hydrogen - comprehensive review of 321 original articles.Medical Gas Research volume 5, Article number: 12 (2015). https://doi.org/10.1186/s13618-015-0035-1.
4. Iketani M., Ohsawa I. Molecular hydrogen as a neuroprotective agent Curr Neuropharmacol 2017; 15 (2): 324-31.
5. 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.
6. 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. doi: 10.3164/jcbn.16-87. Epub 2017 Jun 15.
7. 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.
8. 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):.].                                                   
9. Robert Settineri , Jie Zhou, Jin Ji, Rita R. Ellithorpe, Steven Rosenblatt, Antonio Jimenez, Shigeo Ohta, Gonzalo Ferreira, Garth L. Nicolson.American Journal of Food and Nutrition. 2018, 6(1), 9-13. DOI: 10.12691/ajfn-6-1-2,http://pubs.sciepub.com/ajfn/6/1/2/index.html.
10. Danilova D.A., Brichkin Yu.D., Medvedev A.P., Pichugin V.V., Fedorov S.A., Taranov E.V., Nazarov E.I., Ryazanov M.V.,Bolshukhin G.V., Deryugina A.V. Application of molecular hydrogen in heart surgery under cardiopulmonary bypass. Sovremennye tehnologii v medicine 2021; 13(1): 71–77, https://doi.org/10.17691/stm2021.13.1.09/
11. 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.
12. 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.
13. 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. doi:10.3164/jcbn.14-42.
14. Andersen K. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence? Nature Medicine. 2004; Jul; 10, Suppl: 18-25.
15. Nishimaki K., Asada T.,. Curr Alzheimer Res 2018; 15 (5): 482 .
16. Maise K. New insights for oxidative stress and diabetes mellitus. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2015; Article ID: 875961.
17. 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.
18. 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. doi: 10.18632/oncotarget.21130 PMCID: PMC5731988 PMID: 29254278.
19. Motoaki Sano, Masaru Suzuki, Koichiro Homma, Kei Hayashida, Tomoyoshi Tamura, Tadashi Matsuoka, Yoshinori Katsumata, Shuko Onuki, and Junichi Sasaki. Promising novel therapy with hydrogen gas for emergency and critical carе medicine. Acute Medicine & Surgery 2018; 5: 113–118. .320. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ams2
20. Yang Y, Zhu Y, Xi X. Anti-inflammatory and antitumor action of hydrogen via reactive oxygen species. Oncol Lett 2018; 16(3):2771–6. doi: 10.3892/ol.2018.9023.
21. Slezak J, Kura B, Frimmel K, Zalesak M, Ravingerova T, Viczenczova C, et al. Preventive and therapeutic application of molecular hydrogen in situations with excessive production of free radicals. Physiol Res 2016; 65 Suppl 1:S11–28. doi: 10.33549/physiolres.933414.
22. Xu Y, Chen Y, Tang X. Guidelines for the diagnosis and treatment of coronavirus disease 2019 (COVID-19) in China. Global Health Med 2020; 2:66–72.
23. LeBaron TW, Laher I, Kura B, Slezak J. Hydrogen gas: from clinical medicine to an emerging ergogenic molecule for sports athletes (1). Can J PhysiolPharmacol 2019; 97(9):797– 807. doi: 10.1139/cjpp-2019-0067.                                                                                                                        
24. Козлов В.О. Роль и место лактулозного водородного дыхательного теста в диагностике и лечении нарушений моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта. Автореферат на соискание научной степени кандидата медицинских наук. Национальный медицинский университет .Киев.2011 г..