Vodik v medicini: kratka zgodovina H₂ kot medicinskega plina
»Vodik v medicini« običajno pomeni nekaj ožjega, kot se zdi: uporabo vodikovega plina (H₂) z vdihavanjem ali raztopljenega v vodi kot morebitnega antioksidanta in protivnetnega sredstva, ne pa njegove dobro znane vloge industrijskega goriva ali kemičnega reagenta. Ta zamisel je starejša, kot bi pričakovala večina ljudi. Posamezna poročila o ravnanju z vodikovim plinom v telesu in okoli njega segajo več stoletij v preteklost, prvi namerni poskus njegove uporabe za zdravljenje raka sega v leto 1975, članek, ki ga večina raziskovalcev danes navaja kot pravo izhodišče tega področja, pa je bil objavljen leta 2007. Vse, kar je sledilo v raziskavah na ljudeh, je še vedno omejeno, v zgodnji fazi in večinoma nenadzorovano.
Preden se lotite podrobne časovnice, si je med branjem vredno zapomniti nekaj stvari:
- Vodikov plin je bil dokumentiran že leta 1520, vendar so ga približno naslednjih 450 let uporabljali kot inertni ali diagnostični plin, ne pa ga proučevali kot samostojno zdravljenje.
- Prvi namerni poskus uporabe vodika kot terapije je bila hiperbarična študija iz leta 1975 na živalih z rakom. Poskus se je večinoma ustavil zato, ker oprema, ki jo je zahteval, nikoli ni postala primerna za rutinsko uporabo.
- Članek iz leta 2007, ki je predlagal vodik kot selektivni antioksidant in ga preizkusil v celični kulturi ter nato na podganjem modelu možganske kapi, je študija, ki jo večina poznejših raziskav vodika navaja kot svoje izhodišče.
- Študij na ljudeh, objavljenih po letu 2007, je še vedno malo in so majhne; pregled področja iz leta 2013 je ugotovil, da je bilo kjer koli aktivno registrirano samo eno klinično preskušanje molekularnega vodika kot terapije.
- Nobena od spodaj navedenih raziskav ni preizkušala določene potrošniške naprave, zato domači inhalator za vodik pravilno opišemo na podlagi njegovih lastnih izmerjenih specifikacij, ne pa na podlagi katerega koli izida v tej zgodovini.
Kje se zgodba o »vodiku v medicini« pravzaprav začne
Če ste na izraz »vodik v medicini« naleteli ob steklenici za vodo ali inhalacijski napravi, se je povsem razumljivo vprašati, ali gre za nedavno trženjsko zamisel ali za nekaj, kar ima za seboj resnične raziskave. Odgovor je oboje: zamisel je novejša in starejša, kot bi sklepali na podlagi katere koli od teh možnosti. Sam plin poznamo že pet stoletij, vendar je njegova uporaba kot terapije, ki jo vdihavamo ali pijemo, nekaj novejšega in se še razvija. Ta članek obravnava prav zgodovino uporabe plina in inhalacije, od zgodnje fiziološke radovednosti prek enega samega hiperbaričnega poskusa pri raku do članka iz leta 2007, ki je znova odprl to vprašanje, ter nato še majhnih študij na ljudeh, objavljenih pozneje. Sorodni članek na tem spletnem mestu obravnava vzporedno zgodbo o pitni vodi, obogateni z vodikom, in njeni priljubljenosti na Japonskem; obe smeri povezuje ista kemikalija, ne pa časovnica, zato ju obravnavamo ločeno.
Kratka pregledna časovnica
Spodnja tabela navaja ključne datume v tej zgodovini, vrsto dokazov, ki jih vsak predstavlja, in vir, da lahko sami preverite izvirni opis.
| Leto | Kaj se je zgodilo | Vrsta dokazov | Vir |
|---|---|---|---|
| 1520 | Paracelsu pripisujejo prvo dokumentirano pridobivanje vodikovega plina. | Zgodovinski zapis | Dixon idr., 2013 |
| 1783 | Lavoisier plin poimenuje »hydrogène«, istega leta pa Jacques Charles poleti s prvim vodikovim balonom. | Zgodovinski zapis | Dixon idr., 2013 |
| 1888 | Kirurško poročilo opisuje vpihovanje vodikovega plina v telesne votline za odkrivanje poškodb notranjih organov. | Zgodovinsko poročilo o primeru | Dixon idr., 2013 |
| 1975 | Dole, Wilson in Fife predlagajo hiperbarični vodik za zdravljenje raka, saj menijo, da bi lahko odstranjeval hidroksilne radikale. | Študija na živalih | Dixon idr., 2013 |
| 1994 | Kayar in sodelavci ugotovijo, da tkivo sesalcev ne presnavlja vodika niti pod tlakom, kar potrjuje njegovo uporabo kot plina za potapljanje. | Laboratorijska/fiziološka študija | Dixon idr., 2013 |
| 2001 | Gharib in sodelavci poročajo, da hiperbarični vodik pri miših zmanjša vnetje jeter, ki ga povzročajo paraziti. | Študija na živalih | Huang, 2016 |
| 2007 | Ohsawa in sodelavci poročajo, da vodik v nizki koncentraciji pri normalnem tlaku ščiti pred oksidativnimi poškodbami v celični kulturi in na podganjem modelu možganske kapi. | Študija na celicah in živalih | Huang, 2016 |
| 2013 | Pregled področja ugotovi, da je bilo kjer koli registrirano samo eno preskušanje terapije z molekularnim vodikom, in sicer za poškodbo, povezano s športom. | Pregled področja | Dixon idr., 2013 |
| 2020 | V pilotni študiji so vdihavanje vodika uporabili pri petih komatoznih bolnikih, ki so jih pravkar oživili po srčnem zastoju, brez kontrolne skupine. | Pilotna študija na ljudeh, n=5 | Tamura idr., 2020 |
Vodik kot orodje, dolgo preden je postal zdravljenje
Večino dokumentirane zgodovine je bil vodik nekaj, s čimer so raziskovalci in zdravniki ravnali, ne pa ga predpisovali. Paracelsovo pridobivanje vnetljivega plina z raztapljanjem kovine v kislini leta 1520 se običajno navaja kot najzgodnejši dokumentirani primer vodika. Lavoisier je plin poimenoval leta 1783, istega leta, ko ga je Jacques Charles uporabil za polet s prvim vodikovim balonom; oba mejnika sodita na področje kemije in letalstva, ne zdravljenja. Najbližje medicinski uporabi je bilo to, da je kirurško poročilo iz leta 1888 opisovalo vpihovanje vodika v telesne votline, da bi kirurgi lahko odkrili poškodbe notranjih organov in se nato odločili, ali je potrebna raziskovalna operacija.
Diagnostično orodje, še ne terapija
Uporabo iz leta 1888 je lahko zamenjati za zgodnjo terapijo, vendar vodik ni ničesar zdravil; služil je kot označevalni plin, ki je kirurgu pomagal najti težavo, da bi jo lahko odpravili z ločenim posegom. Skoraj naslednje stoletje je vodik ohranil to podporno vlogo inertnega ali zaznavnega plina, ki so ga uporabljali za meritve, pogon ali industrijsko kemijo, ne da bi kdo resno predlagal, da bi njegovo vdihavanje ali absorpcija lahko sama spremenila potek bolezni.
1975: prvi namerni poskus uporabe samega vodika kot zdravljenja
To se je spremenilo, vsaj na ravni predloga, leta 1975, ko so Dole, Wilson in Fife predlagali, da bi vodikov plin pod visokim tlakom lahko deloval kot zdravilo za raka, saj bi lahko odstranjeval hidroksilne radikale, posebej reaktiven in škodljiv oksidativni stranski produkt, ki nastaja v živem tkivu. To je bil prvi predlog, da bi bil sam plin, ne pa merilno orodje ali inertno polnilo, aktivno sredstvo.
Kaj je študija iz leta 1975 dejansko preverjala
Ocena, kako dobro se je ta hipoteza obnesla, je odvisna od tega, kateri zapis preberete. V poznejšem, pogosto citiranem pregledu piše, da je dvotedensko hiperbarično izpostavljanje 97,5-odstotnemu vodiku pri zdravljenih živalih povzročilo izrazito zmanjšanje kožnih tumorjev (vir: Huang, 2016). Izvirno poročilo iz leta 1975 je bolj skopo in ga je težje neodvisno preveriti, zato je pravičneje ta opis razumeti kot povzetek avtorjev pregleda, ne pa kot neodvisno ponovljeno in dokončno ugotovitev.
Zakaj hiperbarična komora ni nikoli postala standardna oskrba
Ne glede na natančen izid je že sama metoda razlog, zakaj se ta pristop ni nadaljeval: za dosego učinka je bilo treba žival, pozneje pa tudi bolnika, za daljši čas zapreti v komoro z vodikom pod tlakom. Takšna oprema je draga in specializirana ter prinaša lastna tveganja pri ravnanju, zato je omejila možnosti za hitro nadaljnje raziskovanje in preprečila, da bi hiperbarični vodik postal praktično zdravljenje.
Drugo življenje vodika: plin za dihanje, ne zdravilo
Medtem ko je hipoteza o raku večinoma mirovala, je imel vodik dejavno vlogo na nepovezanem področju: pri globokomorskem potapljanju. Potapljači so dihali mešanico Hydreliox, sestavljeno iz 49 % vodika, 50 % helija in 1 % kisika, da bi med zelo globokimi potopi preprečili dekompresijsko bolezen, ne da bi bil namen tega zdravljenje (vir: Huang, 2016). Ugotovitev iz leta 1994, da tkivo sesalcev vodikovega plina ne presnavlja niti pod tlakom, je dodatno podprla njegovo obravnavo kot inertnega plina za dihanje, ne pa kot snovi, ki jo telo predeluje. Velik del današnjega znanja o varnem vdihavanju visokih koncentracij vodika izhaja iz tega potapljaškega dela, ne pa iz medicinskih preskušanj (vir: Ohta, 2011), kar je eden od razlogov, da so poznejši raziskovalci vodika v medicini lahko določili omejitve koncentracije, preden so plin preizkusili na ljudeh.
2007: članek, ki je znova obudil raziskave
Članek, ki je spremenil smer raziskovanja, so leta 2007 objavili Ohsawa in sodelavci. Preizkusili so 2-odstotno koncentracijo vodikovega plina pri normalnem tlaku, ki so jo namenoma ohranili pod mejo vnetljivosti, približno 4 %. Najprej so jo preizkusili v celični kulturi, nato pa na podganjem modelu žariščne možganske ishemije in reperfuzije, vzorca poškodb, ki sledi možganski kapi in poznejši obnovitvi pretoka krvi. Njihova osrednja trditev se je nanašala na mehanizem: videti je bilo, da vodik selektivno nevtralizira hidroksilni radikal, eno bolj uničujočih reaktivnih kisikovih zvrsti, večino drugih reaktivnih kisikovih zvrsti, ki jih telo uporablja pri običajnem celičnem signaliziranju, pa večinoma ohrani (vir: Huang, 2016). Podrobnejšo razlago tega antioksidativnega mehanizma najdete v našem pojasnilu o tem, kaj molekularni vodik pravzaprav je, ki ga obravnava temeljiteje, kot to dopušča članek o zgodovini.
Kaj je študija iz leta 2007 dejansko pokazala in česa ni
Če rezultate sprejmemo takšne, kot so predstavljeni, so pokazali, da je določena nizka, nevnetljiva koncentracija vodikovega plina zmanjšala oksidativne poškodbe v gojenih celicah in na podganjem modelu možganske kapi prek verjetnega mehanizma, ki ga je mogoče preveriti. To ni bil prvi objavljeni zaščitni učinek na živalskem modelu; manjša študija, ki so jo Gharib in sodelavci izvedli že leta 2001, je pokazala, da hiperbarični vodik pri miših zmanjšuje vnetje jeter, ki ga povzročajo paraziti. Študijo iz leta 2007 je odlikovala kombinacija jasnega mehanizma, praktičnega načina dovajanja brez hiperbaričnega tlaka in modela možganske kapi, ki so ga drugi raziskovalci nemudoma prepoznali kot klinično pomembnega. Prav tako pomembno je natančno povedati, česa članek ni dokazal: šlo je za študijo na celični kulturi in podganah, o bolniku po možganski kapi ni povedal ničesar neposredno, preizkusil pa je laboratorijski protokol uporabe plina, ne katerega koli potrošniškega izdelka. Vse poznejše trditve o vodiku pri ljudeh izhajajo iz tega izhodišča, ne pa iz potrditve, ki bi takrat že obstajala pri ljudeh.
Od podgan do peščice bolnikov: kako počasi so sledili dokazi pri ljudeh
Raziskave na ljudeh so napredovale veliko počasneje od laboratorijskega zanimanja, ki je sledilo letu 2007. V enem bolj jasnih poskusov preverjanja vdihavanja vodika pri ljudeh so ga uporabili pri petih odraslih komatoznih bolnikih, ki so jih pravkar oživili po srčnem zastoju zunaj bolnišnice. Ob tem so prejemali tudi standardno oskrbo z uravnavanjem temperature, ki jo ti bolniki sicer že prejmejo, primerjalne skupine, s katero bi bilo mogoče ugotoviti, kaj bi se zgodilo sicer, pa ni bilo. Označevalci oksidativnega stresa so se znižali pri štirih bolnikih, pri katerih je bil vzrok srčnega zastoja srčnega izvora, vnetni označevalci pa so se komaj kaj spremenili. Raziskovalci so sami učinek opisali kot »nedoločen zaradi metodoloških pomanjkljivosti« in pozvali k večjim, nadzorovanim preskušanjem (vir: Tamura idr., 2020). Pregled področja iz leta 2013 poudarja, kako zgodnja faza raziskav je to še vedno: takrat je bilo kjer koli aktivno registrirano samo eno klinično preskušanje molekularnega vodika kot terapije, in sicer za poškodbo, povezano s športom (vir: Dixon idr., 2013).
Vdihavanje je le ena od poti, ki so jih raziskovalci proučevali; širša literatura vključuje pitje vode, v kateri je raztopljen vodik, vodikove kopeli, intravensko fiziološko raztopino z raztopljenim vodikom, kapljice za oči iz fiziološke raztopine z raztopljenim vodikom ter poskuse povečanja tvorbe vodika s črevesnimi bakterijami (vir: Ohta, 2011). Če primerjate vdihavanje s pitjem vode, obogatene z vodikom, s katerim se večina ljudi najprej sreča, naša primerjava vdihavanja vodika in pitja vodikove vode pojasnjuje, za kaj so dejansko proučevali vsako od teh poti.
Kaj ta zgodovina pove in česa ne pove o inhalatorju na vašem pultu
Nobena od zgoraj opisanih študij ni preizkušala določene potrošniške inhalacijske naprave; preizkušale so plin z navedeno koncentracijo v laboratoriju ali pri zelo majhni skupini hospitaliziranih bolnikov. Naprava, kot je Naprava za inhalacijo vodika Hydrion Zenith, za katero je na strani izdelka navedeno izhodno območje od 300 do 1.800 ml/min in 99,99-odstotna čistost vodika v načinih delovanja s čistim H₂ in z mešanico H₂/O₂, ali Naprava za inhalacijo vodika Hydrion Titan, je izdelana in se prodaja na podlagi takšnih specifikacij, ne pa na podlagi tega, da bi ponovila izid katere koli študije s te časovnice. Branje zgodovine raziskav vam pomaga razumeti, od kod izvira ta zamisel in kako skopi so še vedno dokazi pri ljudeh; ne more pa nadomestiti preverjanja, kaj piše v specifikacijah določene naprave, in ni podlaga za pričakovanje kakršnega koli določenega zdravstvenega izida ob njeni uporabi. Če ste začetnik pri vsakodnevnem vdihavanju vodikovega plina, naš vodnik za začetnike o inhalacijski terapiji z vodikom obravnava praktične vidike, naš nakupovalni vodnik za izbiro naprave za inhalacijo vodika pa pojasnjuje, kako med seboj primerjati takšne modele na podlagi njihovih lastnosti.