Introducción
La prevalencia del síndrome metabólico se considera una epidemia creciente en los países de todo el mundo, y se caracteriza por varias condiciones médicas que incluyen la obesidad visceral, la hiperglucemia, la resistencia a la insulina, la hipertensión y la dislipidemia.1 Las secuelas de esta condición aumentan el riesgo de enfermedades cardiovasculares y neurológicas y el aumento de la mortalidad. Su fisiopatología está asociada a la desregulación redox, la inflamación excesiva y la perturbación de la homeostasis celular.2 No existe ningún fármaco aprobado para prevenir o tratar el síndrome metabólico. Actualmente se recomiendan modificaciones en la dieta y el estilo de vida, incluyendo la restricción calórica y el ejercicio, y si se aplican pueden ser eficaces.3 Sin embargo, el estrés de la vida diaria, la falta de tiempo y la motivación suficiente se citan a menudo como razones que impiden a las personas hacer las modificaciones suficientes hasta después de desarrollar los síntomas. Sin embargo, incluso después de la aparición de los síntomas, muchas personas no realizan los cambios necesarios y, como corolario, desarrollan las enfermedades asociadas que, de otro modo, podrían haberse evitado.4
Se ha demostrado que el hidrógeno molecular (gas H2) atenúa el estrés oxidativo, mejora la función celular y reduce la inflamación crónica,5 muchos de los cuales están asociados a la patología y la etiología del síndrome metabólico y sus enfermedades asociadas.1 El hidrógeno molecular modula la transducción de señales, las cascadas de fosforilación de proteínas, la expresión de genes, la autofagia y la expresión de miARN, además de tener importantes efectos metabólicos.5,6 El H2 puede inducir la vía de señalización Keap1/Nrf2,7 promover la biogénesis mitocondrial,8 y la respuesta citoprotectora mitocondrial a las proteínas no plegadas.9 Se ha propuesto que el H2 actúa como un mimético del ejercicio y un adaptógeno redox mediante la activación de vías hortícolas.10
La inhalación de gas H2 suprimió el daño cerebral inducido por la oclusión de la arteria cerebral media en ratas,11 y mejoró las puntuaciones cognitivas y redujo la lesión cerebral en pacientes con infarto cerebral agudo.12 Además, el gas H2 disuelto en agua para hacer agua rica en H2 (HRW) también ha demostrado tener efectos terapéuticos y ergogénicos en estudios preclínicos y clínicos10,13 como, por ejemplo, en el caso de los trastornos cognitivos leves,14 el síndrome metabólico,15 y los ejercicios submáximos.10,16,17 Además, como se ha revisado recientemente,5 el hidrógeno molecular puede ser un enfoque novedoso para el tratamiento de las enfermedades cardiovasculares. Por ejemplo, como se ilustra en la reciente revisión,5 el H2 atenúa la cardiopatía inducida por la radiación y la lesión por isquemia-reperfusión miocárdica en ratas al disminuir la inflamación, la apoptosis, el estrés sarcoplásmico y oxidativo, y al regular los microARN y la autofagia.5 En ratones knockout de APOE, la ingestión de H2 previno el desarrollo de aterosclerosis,18 y el H2 también protegió contra la hipertrofia y la disfunción cardíacas inducidas por fármacos.19
Sin embargo, la mayoría de los estudios con HRW se han llevado a cabo utilizando concentraciones relativamente bajas de H2.20 Por ejemplo, un estudio temprano en un modelo de ratón de la enfermedad de Parkinson21 sugirió que una concentración baja de H2 (≈40 μM) puede ser tan eficaz como una concentración más alta de H2 (≈800 μM). Sin embargo, incluso esta concentración más alta de H2 no fue lo suficientemente alta como para dar lugar a aumentos detectables en la concentración cerebral de H2.22 Posteriormente se determinó que la secreción inducida por el H2 de la grelina gástrica neuroprotectora, que, como segundo mensajero, medió los efectos neuroprotectores de la HRW.22 Sin embargo, el mecanismo parece más complicado, ya que los efectos protectores de la HRW todavía se observaron en un modelo de ratón ghrelin-KO de la enfermedad de Parkinson.23 No obstante, parece que una concentración más alta de H2 es al menos tan eficaz, y a menudo más eficaz, que una concentración más baja de H2. Por ejemplo, se ha demostrado que el hidrógeno de alta concentración producido a través del magnesio era más eficaz que el H2 de baja concentración contenido en el agua alcalina ionizada para atenuar la enfermedad del hígado graso no alcohólico (HGNA) en ratones alimentados con una dieta alta en grasas.24 De forma similar, en un estudio piloto controlado y aleatorizado en pacientes con HGNA, descubrimos que el H2 de alta concentración disminuía de forma significativa la grasa del hígado medida por imágenes de resonancia magnética de doble eco.25 Además, la suplementación con HRW de alta concentración en mujeres de mediana edad con sobrepeso redujo significativamente el porcentaje de grasa corporal y disminuyó los niveles de insulina en ayunas.26 Además de la importancia de la concentración de H2, la duración del uso también es una consideración importante. Aunque se ha estudiado el HRW en sujetos con posible síndrome metabólico durante un máximo de 10 semanas, ningún estudio ha determinado el efecto a largo plazo (24 semanas) del HRW de alta concentración en esta población. A pesar de la capacidad del hidrógeno para inducir ostensiblemente la hormesis y, por lo tanto, provocar potencialmente efectos adversos, no existen estudios en células, animales o seres humanos, ni siquiera a dosis muy altas, en los que se hayan notificado efectos adversos claros.10 Por lo tanto, evaluamos los efectos de una intervención de 24 semanas con alta concentración de HRW sobre la composición corporal, los perfiles de lípidos en sangre y los biomarcadores de inflamación en hombres y mujeres con síndrome metabólico.
Métodos y sujetos
Se reclutaron sesenta sujetos de etnia india (30 hombres y 30 mujeres; edad 43,2 ± 10,0 años) con síndrome metabólico para participar en este ensayo de intervención doble ciego y controlado con placebo. Los sujetos participaron en este estudio si cumplían al menos tres de los cinco criterios de inclusión, incluyendo prehipertensión/hipertensión (presión arterial sistólica > 130 mmHg y/o presión arterial diastólica > 85 mmHg), prediabetes/diabetes (glucosa en ayunas > 110 mg/dL), obesidad central (perímetro de la cintura > 90 cm para los hombres, y CG > 80 cm para las mujeres), y dislipidemia (lipoproteínas de alta densidad < 40 mg/dL para los hombres y < 50 mg/dL para las mujeres; triglicéridos > 200 mg/dL). Los criterios de exclusión fueron el cáncer, la disentería crónica, la infección por el virus de la inmunodeficiencia humana, el accidente cerebrovascular, el infarto de miocardio, el embarazo o el uso de anticonceptivos y otras enfermedades crónicas. El estudio se llevó a cabo en Moradabad, India, y todos los participantes fueron reclutados mediante la distribución de panfletos, periódicos locales y anuncios en los tablones de anuncios de los hospitales. Se obtuvo la autorización ética del comité ético del Hospital e Instituto de Investigación Hallberg (Moradabad), y el ensayo se registró en el Controlador de Medicamentos de la India (Registro de ensayos clínicos #2018/03/012487). Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de todos los participantes, y el ensayo se llevó a cabo de acuerdo con la Declaración de Helsinki, y esta declaración se añadió a los métodos.
Se utilizó un período de observación inicial de una semana para adquirir métricas clínicas y datos bioquímicos de referencia (Tabla 1), sin que se encontraran diferencias entre el grupo de HRW y el de placebo. A continuación, los sujetos fueron asignados aleatoriamente y a doble ciego al grupo de intervención (HRW) o al de placebo mediante números aleatorios generados por ordenador. Se pidió a todos los sujetos que mantuvieran el mismo estilo de vida durante todo el estudio. Además, los datos sobre la ingesta de alimentos, tabaco y alcohol y la actividad física se obtuvieron mediante diarios dietéticos y fueron evaluados por un dietista. Los datos se volvieron a recoger tras 24 semanas de intervención. La HRW de alta concentración se preparó mediante comprimidos productores de hidrógeno (HRW Natural Health Products Inc., New Westminster BC, Canadá) mientras que el placebo se preparó como se ha descrito previamente16,25 siendo la bebida placebo final similar en sabor, disolución y apariencia a la HRW. Los participantes consumieron 1 comprimido 3 veces al día en 250 mL de agua a 12-18°C. Se les aconsejó que bebieran el producto de un solo trago en cuanto el comprimido terminara de disolverse en ayunas/por la mañana. Este método de administración de H2 proporcionaría >5,5 milimoles de H2/día. La concentración de hidrógeno molecular producido a través de estos comprimidos fue determinada por H2 Analytics (Las Vegas, EE.UU.) mediante cromatografía de gases (SRI 8610C; California, EE.UU.).
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Tabla 1 Características basales de los participantes del estudio de etnia india. Los valores son la media ± SD |
Los datos de laboratorio se obtuvieron tras un ayuno nocturno (10-12 horas) entre las 08:00 y las 09:00 am. La altura se midió con un soporte de medición después de quitarse los zapatos. El peso corporal se midió en ropa interior después de quitarse los zapatos. La circunferencia de la cintura se midió con una cinta antropométrica como la mayor circunferencia horizontal entre la cresta ilíaca y el margen costal. El perímetro de la cadera se midió en la mayor circunferencia a nivel de los trocánteres mayores. La frecuencia cardíaca se midió por auscultación durante 5 minutos en reposo en posición supina. La glucemia en ayunas se midió tras un ayuno nocturno. Las sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS), el malondialdehído (MDA), el conjugado de dieno, las vitaminas E y C, el nitrato y la enzima convertidora de angiotensina se midieron por métodos colorimétricos utilizando un espectrofotómetro UV-VIS (Electronics Corporation of India, Ltd). La hemoglobina glicosilada (HbA1c) se analizó mediante HPLC utilizando una máquina DIO (Bio-Rad Laboratories, Inc, Hercules, CA). La glucemia en ayunas, los perfiles lipídicos y la proteína C reactiva (PCR) se determinaron con los kits Pictus 500 Diatron (Medicon Hellas S.A., Gerakas, Grecia). El factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) y la interleucina 6 (IL-6) se analizaron con un ensayo fluorescente ligado a enzimas en máquinas Vidas (Vidas Biomerieux, Marcy I’Étoile, Francia). Los coeficientes de variación inter e intra ensayo de estos marcadores se muestran en la Tabla 2.
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Tabla 2 Coeficientes de variación inter e intraensayo de los biomarcadores medidos (CV) |
El número de participantes reclutados se ajustó a un tamaño mínimo de muestra (n = 48) calculado mediante análisis de potencia (G*Power 3.1, Universidad Heinrich Heine, Düsseldorf, Alemania), con un tamaño de los efectos fijado en 0,30, una probabilidad de error alfa de 0,05 y una potencia de 0,80 para dos grupos y dos mediciones de los resultados del estudio. Los datos de referencia de los sujetos se analizaron mediante una prueba t de dos colas para dos muestras. Se utilizó un modelo mixto ANOVA de dos vías con medidas repetidas (interacción tratamiento vs. tiempo) ajustado por edad y sexo para establecer si existían diferencias significativas entre las respuestas de los pacientes a lo largo del tiempo de intervención. La significación estadística se fijó en P ≤ 0,05. Todos los valores se presentan como media ± DE. Los datos se analizaron con el programa SPSS (versión 21.0) (SPSS Inc., Chicago, IL, EE.UU.).
Resultados
Todos los sujetos completaron el estudio y ambas intervenciones fueron bien toleradas sin efectos mal comunicados. El HRW afectó favorablemente a todos los resultados a las 24 semanas de seguimiento en comparación con el placebo (P < 0,05), excepto el TBARS, un marcador de peroxidación lipídica (P = 0,309) (Tabla 3). Otros marcadores de oxidación (MDA, conjugado D) disminuyeron mientras que las vitaminas E y C aumentaron en el grupo HRW. Esto se acompañó de una reducción significativa de la FC, el IMC y el IMC después de la intervención HRW (P < 0,05). El HRW indujo una reducción significativa del colesterol total en aproximadamente 18,5 mg/dL (P < 0,05), y de los niveles de triglicéridos en ~ 47 mg/dL (P < 0,05). La glucosa en sangre en ayunas también se redujo después de la intervención de 24 semanas de HRW de 121,5 ± 61,0 mg/dL a 103,1 ± 33,0 mg/dL, con una reducción de la HbA1C del 12% (P < 0,05). Además, el HRW atenuó significativamente los marcadores inflamatorios, como el TNF-α, la IL-6 y la PCR (P< 0,05).
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Tabla 3 Cambios en la composición corporal y las variables bioquímicas desde el inicio hasta las 24 semanas. Los valores son media ± DE |
Discusión
El síndrome metabólico no controlado aumenta el riesgo de enfermedad cardiovascular. Por ejemplo, los factores de riesgo que se asocian al síndrome metabólico desempeñan papeles causales en el desarrollo de la aterosclerosis, que además conduce a la enfermedad arterial coronaria, al accidente cerebrovascular y al infarto de miocardio.27 La aterosclerosis se desarrolla cuando el colesterol LDL se infiltra en el espacio subendotelial y se oxida, lo que promueve la inflamación y la posterior migración y transformación de las células musculares lisas vasculares.28 Este proceso se agrava aún más en presencia de hiperglucemia debido al aumento de la formación de productos finales glucosados avanzados (AGE), que se produce cuando el extremo reductor de las moléculas de glucosa reacciona y se combina con las proteínas y crea enlaces cruzados entre ellas. Los AGE promueven además la inflamación, la oxidación y el daño celular, contribuyendo a la enfermedad cardiovascular.28 En consecuencia, en nuestro estudio determinamos si la alta concentración de HRW mejoraría los diversos biomarcadores del síndrome metabólico que están casualmente implicados en el desarrollo de la enfermedad cardiovascular, a saber, la dislipidemia (HDL, LDL, VLDL, TG), la inflamación (TNF-α, IL-6, CRP), el estrés oxidativo, (MDA, TBARS, conjugados de dieno, vitaminas E y C,) y la hiperglucemia (glucosa, HbA1c).
En este estudio, encontramos que una intervención de 24 semanas con HRW de alta concentración mejoró varios biomarcadores de la salud cardiometabólica en hombres y mujeres de mediana edad con síndrome metabólico, incluyendo el IMC, el WHR, la FC en reposo, los lípidos y la glucosa en sangre, la inflamación y la homeostasis redox. Los cambios favorables en el colesterol sanguíneo deben interpretarse con cautela, ya que el cambio absoluto fue relativamente bajo, y el HDL disminuyó en ~ 1,3 mg/dL. El colesterol HDL se considera beneficioso debido a su papel en el transporte inverso del colesterol.29 Sin embargo, los ratios de colesterol total o triglicéridos respecto al HDL son mejores predictores de enfermedades cardiovasculares que el colesterol total, y los ratios más bajos se correlacionan con un menor riesgo de enfermedades cardíacas.30 Dado que hemos comprobado que el HRW redujo significativamente el colesterol total (en ~ 18,5 mg/dL), la relación entre el colesterol total y las HDL disminuyó favorablemente en ~ 7,2%, mientras que se mantuvo igual en el grupo de placebo. Del mismo modo, la relación de riesgo entre los triglicéridos y las HDL disminuyó auspiciosamente en un 22,9% en el grupo de HRW, pero se mantuvo casi igual en el grupo de placebo. Nuestros datos también muestran que el HRW redujo esencialmente el nivel medio de glucosa del rango superior al rango inferior de los criterios de prediabetes, lo que también se acompañó de una reducción del 12% de la HbA1C.
Estos cambios favorables en el colesterol y la glucosa se corroboran con algunas discrepancias en varios ensayos clínicos anteriores. Por ejemplo, Song et al informaron de que el HRW, que suministraba 0.5 milimoles de H2/día, durante 10 semanas en pacientes con posible síndrome metabólico, redujo los niveles de colesterol sérico total y de LDL-C, mejoró la función de las HDL y el estado redox (p. ej., aumentó la superóxido dismutasa sérica y disminuyó el MDA) y redujo la inflamación (p. ej., el TNF-α sérico).31 Sin embargo, mientras que nuestro estudio demostró mejoras significativas en el IMC, el índice de masa corporal y la glucosa en ayunas, su estudio sólo informó de una posible tendencia a la baja, aunque no significativa, en estos parámetros. Del mismo modo, un estudio anterior, aleatorizado, controlado con placebo y cruzado en pacientes con diabetes de tipo 2 o intolerancia a la glucosa demostró que la ingestión de H2 (~ 0,6 milimoles/día) mejoraba ligeramente el colesterol, disminuía significativamente los marcadores de estrés oxidativo (p. ej., los 8-isoprostanos urinarios) y aumentaba la SOD sérica.32 Sin embargo, a diferencia de nuestro estudio, no se produjeron cambios estadísticamente significativos ni en el IMC, ni en la PCR, ni en la HbA1c, ni en la glucemia en ayunas. Tal vez la mayor dosis de H2 y la mayor duración de nuestro estudio en comparación con esos estudios podrían explicar las diferencias. Además, los sujetos de nuestro estudio tenían niveles de glucosa basales significativamente más altos (~ 122 mg/dL frente a 108 mg/dL). Por último, aunque no se probó en nuestro estudio, el estudio anterior32 informó de que en 4 de 6 sujetos con alteración de la tolerancia a la glucosa, el HRW normalizó la prueba de tolerancia a la glucosa oral, y que los niveles de insulina plasmática a 1 hora aumentaron significativamente en comparación con la línea de base.32
Un estudio abierto de 8 semanas de duración en 20 sujetos con posible síndrome metabólico demostró que la HRW (~ 1 milimole H2/día) aumentaba el nivel de SOD en un 39% y disminuía los TBAR en un 43%.15 Aunque en nuestro estudio no se detectó una disminución de los TBARS, encontramos una disminución del marcador más específico de la peroxidación lipídica MDA, así como un aumento de los niveles de vitaminas C y E, lo que en conjunto sugiere que la HRW modula favorablemente los procesos oxidativos. De forma similar a nuestro estudio, el ensayo abierto reveló que el HRW disminuyó la proporción de colesterol total a HDL en un 13%. Sin embargo, en nuestro estudio, el cambio principal fue una disminución del colesterol total, mientras que en el estudio abierto fue un aumento del colesterol HDL. Además, a diferencia de nuestros resultados, el HRW no redujo el IMC, los triglicéridos ni la glucemia en ayunas. Sin embargo, el nivel de triglicéridos y de glucosa en ayunas fue significativamente mayor en los sujetos de nuestro estudio en comparación con los del estudio abierto (~ 143 mg/dL frente a 190 mg/dL; 88 mg/dL frente a 122 mg/dL, respectivamente). Una vez más, puede deberse a nuestra condición de estudio con una dosis más alta de H2 y a la mayor duración del tiempo.
Los mecanismos moleculares subyacentes que median estos efectos inducidos por el H2 necesitan más estudio. Sin embargo, el H2 parece influir en el metabolismo y la bioenergética.33 Por ejemplo, anteriormente demostramos que el tratamiento con HRW aumentaba la concentración de coenzima Q9 mitocondrial, lo que mejoraba la función de la cadena respiratoria mitocondrial (es decir, el complejo I y el complejo II) y el consiguiente aumento de la producción de ATP en el miocardio de la rata.34,35 En otro estudio realizado en ratones que carecen del receptor de leptina y en ratones normales alimentados con una dieta alta en grasas, el HRW redujo el estrés oxidativo, los depósitos de hígado graso y los niveles de glucosa, insulina y triglicéridos en plasma. Este efecto fue comparable a una restricción calórica del 20%.36 El HRW aumentó el gasto energético medido por el consumo de oxígeno e indujo la hormona hepática, el factor de crecimiento de fibroblastos 21 (FGF-21), que estimula el gasto de ácidos grasos y glucosa.36 En ratones diabéticos de tipo 1 inducidos por estreptozotocina, el H2 indujo la translocación del transportador de glucosa-4 a través de la activación de la fosfatidilinositol-3-OH quinasa (PI3K), la proteína quinasa C (PKC) y la proteína quinasa activada por AMP (AMPK).37
Este estudio demostró que el HRW indujo mejoras significativas en las métricas clínicamente relevantes de los biomarcadores sanguíneos y los datos biométricos en sujetos con síndrome metabólico. En comparación con estudios anteriores, también puede indicar que las dosis altas de H2 son más eficaces que las dosis bajas, al menos en el síndrome metabólico. Sin embargo, se necesitan más estudios dependientes de la dosis en este ámbito. Además, hay que tener en cuenta varias limitaciones a la hora de interpretar nuestro estudio. Sólo realizamos análisis durante las últimas 24 semanas en lugar de en los seguimientos de 4 semanas, lo que nos impidió encontrar cambios temporales importantes en los distintos parámetros. Tampoco investigamos los efectos dependientes del sexo o de la edad, lo que puede ser importante ya que los parámetros metabólicos se ven influidos tanto por el sexo como por la edad.38 Además, aunque se indicó a los sujetos que consumieran el HRW con el estómago vacío, no pudimos asegurar que esto ocurriera. Puede haber diferencias en los efectos biológicos del H2 si el HRW se ingiere con o sin comida, ya que tras la ingestión de fibras normales de la dieta, la producción bacteriana de gas H2 aumenta significativamente.39 Por último, no medimos los cambios temporales ni la farmacocinética del H2 en la sangre y el aliento de los sujetos. Por lo tanto, los mecanismos moleculares sugeridos, demostrados in vitro o en estudios con animales, pueden ser diferentes a los de nuestro estudio, ya que la concentración celular de H2 puede ser significativamente diferente. Las investigaciones futuras deberán investigar si existen respuestas dimórficas sexuales al tratamiento con H2, los mecanismos moleculares del H2 a concentraciones de H2 fisiológicamente relevantes, y también la comparación de los efectos de diferentes dosis, duraciones y métodos de administración (p. ej., beber frente a inhalar).
Conclusión
En conclusión, los resultados de nuestro estudio sugieren que la suplementación con HRW de alta concentración producido a través de tabletas productoras de H2 mejora la composición corporal, modula favorablemente el metabolismo de los ácidos grasos y la glucosa, y mejora la inflamación y la homeostasis redox en sujetos con síndrome metabólico. Por lo tanto, el tratamiento a largo plazo con agua rica en hidrógeno de alta concentración puede utilizarse como terapia adyuvante para disminuir las características del síndrome metabólico. Sin embargo, se justifica la realización de un ensayo clínico prospectivo de mayor envergadura para seguir determinando los efectos biológicos del agua rica en hidrógeno en esta población de sujetos.
