Introdução
A prevalência da síndrome metabólica é considerada uma epidemia crescente em países do mundo inteiro, e é caracterizada por várias condições médicas, incluindo obesidade visceral, hiperglicemia, resistência à insulina, hipertensão e dislipidemia.1 As sequelas desta condição aumentam o risco de doenças cardiovasculares e neurológicas e o aumento da mortalidade. Sua fisiopatologia está associada à desregulação redox, inflamação excessiva e perturbação da homeostase celular.2 Não há nenhum medicamento aprovado para prevenir ou tratar a síndrome metabólica. Modificações na dieta e no estilo de vida, incluindo restrição calórica e exercício, são recomendadas atualmente e, se implementadas, podem ser eficazes.3 Entretanto, o estresse da vida diária, a falta de tempo e motivação suficiente são freqüentemente citados como razões que impedem as pessoas de fazer modificações suficientes até depois de desenvolverem os sintomas. Entretanto, mesmo após o aparecimento dos sintomas, muitos ainda não fazem as mudanças necessárias e, como corolário, desenvolvem as doenças associadas que poderiam ter sido prevenidas.4
H2 hidrogênio molecular (gás H2) demonstrou atenuar o estresse oxidativo, melhorar a função celular e reduzir a inflamação crônica,5 muitas das quais estão associadas à patologia e etiologia da síndrome metabólica e suas doenças associadas.1 O hidrogênio molecular modula a transdução de sinal, cascatas de fosforilação proteica, expressão gênica, autofagia, expressão do miRNA, além de ter importantes efeitos metabólicos.5,6 H2 pode induzir a via de sinalização Keap1/Nrf2,7 promover a biogênese mitocondrial,8 e a resposta protéica desdobrada mitocondrial citoprotetora.9 H2 tem sido proposto para atuar como um exercício mimético e redox adaptogênico via ativação das vias horméticas.10
Inalation of H2 gas suppressed brain damage induced by middle-cerebral artery oclusion in rats,11 e melhora os escores cognitivos e reduz o dano cerebral em pacientes com infarto cerebral agudo.12 Além disso, o gás H2 dissolvido em água para fazer água rica em H2 (HRW) também demonstrou ter efeitos terapêuticos e ergogênicos em estudos pré-clínicos e clínicos10,13 como, por exemplo, deficiências cognitivas leves,14 síndrome metabólica,15 e exercícios submaximais.10,16,17 Além disso, como foi revisado recentemente,5 o hidrogênio molecular pode ser uma nova abordagem para o tratamento de doenças cardiovasculares. Por exemplo, como ilustrado na recente revisão5, o H2 atenua a doença cardíaca induzida por radiação e a lesão de isquemia-reperfusão miocárdica em ratos, diminuindo a inflamação, apoptose, sarcoplasma e estresse oxidativo e regulando microRNAs e autofagia.5 Em camundongos com nocaute de APOE, a ingestão de HRW impediu o desenvolvimento de aterosclerose18 e H2 também protegeu contra hipertrofia e disfunção cardíaca induzidas por drogas.19
No entanto, a maioria dos estudos com SAR tem sido realizada utilizando concentrações relativamente baixas de H2.20 Por exemplo, um estudo precoce em um modelo de rato da doença de Parkinson21 sugeriu que uma baixa concentração de H2 (≈40 μM) pode ser tão eficaz quanto uma maior concentração de H2 (≈800 μM). Entretanto, mesmo esta maior concentração de H2 não era suficientemente alta para resultar em aumentos detectáveis na concentração de H2 no cérebro.22 Foi posteriormente determinado que a secreção induzida pelo H2 da ghrelin gástrica neuroprotetora, que, como segundo mensageiro, mediou os efeitos neuroprotetores da HRW.22 Entretanto, o mecanismo parece mais complicado, uma vez que os efeitos protetores da HRW ainda eram observados em um modelo de camundongos ghrelin-KO da doença de Parkinson.23 Entretanto, parece que uma concentração mais alta de H2 é pelo menos tão eficaz quanto, e muitas vezes mais eficaz do que, uma concentração mais baixa de H2. Por exemplo, foi demonstrado que o hidrogênio de alta concentração produzido via magnésio era mais eficaz que o H2 de baixa concentração contido em água alcalina ionizada na atenuação da doença hepática gordurosa não-alcoólica (NAFLD) em camundongos alimentados com uma dieta rica em gorduras.24 Da mesma forma, em um estudo piloto randomizado e controlado em pacientes com NAFLD, descobrimos que a HRW de alta concentração diminuiu significativamente a gordura hepática medida pela ressonância magnética de duplo eco.25 Além disso, a suplementação com HRW de alta concentração em mulheres de meia idade com excesso de peso reduziu significativamente a porcentagem de gordura corporal e diminuiu os níveis de insulina em jejum.26 Além da concentração de H2 ser importante, a duração do uso também é uma consideração importante. Embora os RHC tenham sido estudados em indivíduos com potencial síndrome metabólica por até 10 semanas, nenhum estudo determinou o efeito a longo prazo (24 semanas), RHC de alta concentração nesta população. Apesar da capacidade do hidrogênio de induzir ostensivamente a hormose e, portanto, potencialmente provocar efeitos adversos, não há estudos nem em células, animais ou seres humanos, mesmo em doses muito altas, onde foram relatados efeitos adversos claros.10 Avaliamos, portanto, os efeitos de intervenções de 24 semanas com alta concentração de HRW na composição corporal, perfis lipídicos do sangue e biomarcadores de inflamação em homens e mulheres com síndrome metabólica.
Métodos e Sujeitos
Sixtos sujeitos da etnia indiana (30 homens e 30 mulheres; idade 43,2 ± 10,0 anos) com síndrome metabólica foram recrutados para participar deste ensaio intervencionista duplo-cego, controlado por placebo. Os sujeitos participaram deste estudo se preenchessem pelo menos três dos cinco critérios de inclusão incluindo pré-hipertensão/hipertensão (pressão arterial sistólica > 130 mmHg e/ou pressão arterial diastólica > 85 mmHg), pré-diabetes/diabetes (glicemia de jejum > 110 mg/dL), obesidade central (circunferência da cintura > 90 cm para homens, e WC > 80 cm para mulheres), e dislipidemia (lipoproteína de alta densidade < 40 mg/dL para homens e < 50 mg/dL para mulheres; triglicéridos > 200 mg/dL). Os critérios de exclusão incluíram câncer, disenteria crônica, infecção pelo vírus da imunodeficiência humana, acidente vascular cerebral, infarto do miocárdio, gravidez ou uso de contraceptivos, e outras doenças crônicas. O estudo foi conduzido em Moradabad, Índia, e todos os participantes foram recrutados por distribuição de panfletos, jornais locais e anúncios em quadros de avisos de hospitais. A liberação ética foi obtida do Comitê de Ética do Hospital e Instituto de Pesquisa de Hallberg (Moradabad), com o ensaio registrado no Controlador de Drogas da Índia (Registro de Ensaios Clínicos #2018/03/012487). O consentimento livre e esclarecido por escrito foi obtido de todos os participantes, e o estudo foi conduzido de acordo com a Declaração de Helsinque, e esta declaração foi adicionada aos métodos.
Um período inicial de observação de uma semana foi usado para adquirir métricas clínicas de referência e dados bioquímicos (Tabela 1), sem diferenças encontradas entre o HRW e o grupo placebo. Os sujeitos foram então randomizados de forma duplo-cega para o grupo intervenção (HRW) ou placebo através de números aleatórios gerados por computador. Todos os sujeitos foram solicitados a manter o mesmo estilo de vida ao longo do estudo. Além disso, os dados sobre alimentação, tabaco, consumo de álcool e atividade física foram obtidos por dietas alimentares e avaliados por um dietista. Os dados foram coletados novamente após 24 semanas da intervenção. A HRW de alta concentração foi preparada através de comprimidos produtores de hidrogênio (HRW Natural Health Products Inc., New Westminster BC, Canadá) enquanto o placebo foi preparado como descrito anteriormente16,25 com a bebida final de placebo similar em sabor, dissolução e aparência à HRW. Os participantes consumiram 1 comprimido 3 x por dia em 250 mL de água a 12-18°C. Eles foram aconselhados a beber o produto em um gole assim que o comprimido terminasse de dissolver-se com o estômago vazio/manhã. Este método de administração de H2 proporcionaria >5,5 milimoles H2/dia. A concentração de hidrogénio molecular produzido através destes comprimidos foi determinada por H2 Analytics (Las Vegas, EUA) via cromatografia gasosa (SRI 8610C; California USA).
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Table 1 Baseline Characteristics of the Study Participants of Indian Ethnicity. Os valores são Média ± SD |
Os dados laboratoriais foram obtidos após um jejum noturno (10-12 hrs) às 08:00 às 09:00 horas. A altura foi medida usando um suporte de medição após a remoção dos sapatos. O peso corporal foi medido em roupa de baixo após a remoção dos sapatos. A circunferência da cintura foi medida com fita antropométrica como a maior circunferência horizontal entre a crista ilíaca e a margem costal. A circunferência do quadril foi medida na maior circunferência ao nível dos trocânteres maiores. A frequência cardíaca foi medida por auscultação durante 5 min. em repouso na posição supina. A glicemia em jejum foi medida após um jejum nocturno. As substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), malondialdeído (MDA), conjugado de dieno, vitamina E e C, nitrato e enzima conversora de angiotensina foram medidas por métodos colorimétricos usando um espectrofotômetro UV-VIS (Electronics Corporation of India, Ltd). A hemoglobina glicosilada (HbA1c) foi testada por HPLC usando máquina DIO (Bio-Rad Laboratories, Inc, Hercules, CA). Os kits Pictus 500 Diatron (Medicon Hellas S.A., Gerakas, Grécia) determinaram açúcar no sangue em jejum, perfis lipídicos e proteína C reativa (PCR). O fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) e a interleucina 6 (IL-6) foram analisados com um ensaio fluorescente ligado à enzima em máquinas Vidas (Vidas Biomerieux, Marcy I’Étoile, França). Os coeficientes de variação destes marcadores entre os ensaios e intra-ensaio são mostrados na Tabela 2.
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Table 2 Inter- e Intra-Assay Coeficientes de Variação dos Marcadores Biomarcadores Medidos (CV) |
O número de participantes recrutados foi de acordo com um tamanho mínimo de amostra (n = 48) calculado pela análise de potência (G*Power 3.1, Universidade Heinrich Heine, Düsseldorf, Alemanha), com tamanho de efeitos fixado em 0,30, probabilidade de erro alfa 0,05, potência 0,80 para dois grupos e duas medidas dos resultados do estudo. Os dados da linha de base do sujeito foram analisados usando um teste t de duas amostras de duas caudas. Para estabelecer se existiam diferenças significativas entre as respostas dos pacientes ao longo do tempo de intervenção, foi utilizado um modelo misto de ANOVA com medidas repetidas (tratamento vs interação tempo) ajustadas para idade e gênero. A significância estatística foi definida em P ≤ 0,05. Todos os valores são relatados como média ± DP. Os dados foram analisados utilizando o programa SPSS (versão 21.0) (SPSS Inc., Chicago, IL, EUA).
Resultados
Todos os sujeitos completaram o estudo e ambas as intervenções foram bem toleradas, sem efeitos mal relatados. HRW afetou favoravelmente todos os resultados no seguimento de 24 semanas em comparação com placebo (P < 0,05), exceto para TBARS, um marcador de peroxidação lipídica (P = 0,309) (Tabela 3). Outros marcadores de oxidação (MDA, D-conjugate) diminuíram enquanto as vitaminas E e C aumentaram no grupo HRW. Isto foi acompanhado por uma redução significativa na FC, IMC e RCQ após intervenção na FCW (P < 0,05). O RHE induziu uma redução significativa no colesterol total em aproximadamente 18,5 mg/dL (P < 0,05), e nos níveis de triglicérides em ~ 47 mg/dL (P < 0,05). A glicemia em jejum também diminuiu após 24 semanas de intervenção de HRW de 121,5 ± 61,0 mg/dL para 103,1 ± 33,0 mg/dL, com uma redução de 12% em HbA1C (P < 0,05). Além disso, os SAR atenuaram significativamente os marcadores inflamatórios, como TNF-α, IL-6, e CRP (P<0,05).
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Table 3 Changes in Body Composition and Biochemical Variables from Baseline to 24 Weeks. Valores são Média ± DP |
Discussão
Síndrome metabólica descontrolada aumenta o risco de doença cardiovascular. Por exemplo, os fatores de risco associados à síndrome metabólica desempenham papéis causadores no desenvolvimento da aterosclerose, que leva ainda mais a doença arterial coronariana, acidente vascular cerebral e infarto do miocárdio.27 A aterosclerose se desenvolve quando o colesterol LDL infiltra no espaço subendotelial e se oxida, o que promove inflamação e subsequente migração e transformação das células musculares lisas vasculares.28 Este processo é ainda mais exacerbado na presença de hiperglicemia devido ao aumento da formação de produtos finais glicosilados avançados (AGEs), que é quando o fim redutor das moléculas de glicose reage e se combina com proteínas e cria reticulação proteica. Os AGEs promovem ainda mais a inflamação, oxidação e danos celulares, contribuindo para doenças cardiovasculares.28 Assim, em nosso estudo, determinamos se a alta concentração de HRW melhoraria os vários biomarcadores da síndrome metabólica que estão casualmente envolvidos no desenvolvimento de doenças cardiovasculares, nomeadamente dislipidemia (HDL, LDL, VLDL, TG), inflamação (TNF-α, IL-6, CRP), estresse oxidativo (MDA, TBARS, conjugados de dieno, vitaminas E e C) e hiperglicemia (glicose, HbA1c).
Neste estudo, constatamos que uma intervenção de 24 semanas com alta concentração de HRW melhorou vários biomarcadores da saúde cardiometabólica em homens e mulheres de meia idade com síndrome metabólica, incluindo IMC, RCQ, HR em repouso, lipídios no sangue e glicose, inflamação e homeostase redox. As mudanças favoráveis no colesterol no sangue precisam ser interpretadas com cautela, uma vez que a mudança absoluta foi relativamente baixa, e o HDL diminuiu em ~ 1,3 mg/dL. O colesterol HDL é considerado benéfico devido ao seu papel no transporte reverso do colesterol.29 Entretanto, as proporções de colesterol total ou triglicerídeos em relação ao HDL são melhores preditores de doenças cardiovasculares do que o colesterol total, com proporções menores correlacionadas com um menor risco de doenças cardíacas.30 Como constatamos que o HDL reduziu significativamente o colesterol total (em ~ 18,5 mg/dL), a relação entre o colesterol total e o HDL diminuiu favoravelmente em ~ 7,2%, enquanto permaneceu a mesma no grupo placebo. Da mesma forma, a razão de risco de triglicérides para HDL auspiciosamente diminuiu em 22,9% no grupo de HRW, mas permaneceu praticamente a mesma no grupo de placebo. Nossos dados também mostram que os RHE diminuíram essencialmente o nível médio de glicose da faixa superior para a faixa inferior dos critérios pré-diabéticos, o que também foi acompanhado por uma redução de 12% de HbA1C.
Estas alterações favoráveis no colesterol e glicose são corroboradas com algumas discrepâncias em vários ensaios clínicos anteriores. Por exemplo, Song et al reportaram que o HRW, fornecendo 0.5 milimoles H2/dia, durante 10 semanas em pacientes com síndrome metabólica potencial diminuiu o colesterol total e os níveis de colesterol LDL, melhorou a função HDL e o status redox (por exemplo, aumentou a superóxido dismutase sérica e diminuiu a MDA), e reduziu a inflamação (por exemplo, TNF-α sérico).31 Entretanto, enquanto nosso estudo mostrou melhorias significativas no IMC, RCQ e glicose em jejum, seu estudo relatou apenas uma tendência de queda potencial, embora não significativa, nesses parâmetros. Da mesma forma, um estudo randomizado anterior, controlado por placebo, cruzado em pacientes com diabetes tipo 2 ou tolerância reduzida à glicose demonstrou que a ingestão de HRW (~ 0,6 milimoles/dia) melhorou ligeiramente o colesterol, diminuiu significativamente os marcadores de estresse oxidativo (por exemplo, 8-isoprostanos urinários) e aumentou a SOD sérica.32 Entretanto, em contraste com o nosso estudo, não houve mudanças estatisticamente significativas tanto no IMC, PCR, HbA1c, quanto na glicemia em jejum. Talvez a maior dose de H2 e maior duração do nosso estudo em comparação a esses estudos possa explicar as diferenças. Além disso, os sujeitos do nosso estudo apresentaram níveis significativamente mais altos de glicose basal (~ 122 mg/dL vs 108 mg/dL). Finalmente, embora não tenha sido testado em nosso estudo, o estudo anterior32 relatou que em 4 dos 6 indivíduos com tolerância à glicose comprometida, a HRW normalizou o teste de tolerância à glicose oral, e que 1 hr de insulina plasmática foi significativamente aumentada em comparação à linha de base.32
Um estudo aberto de 8 semanas em 20 sujeitos com síndrome metabólica potencial demonstrou que os SARA (~ 1 milimole H2/dia) aumentaram o nível de SOD em 39% e diminuíram os TBARs em 43%.15 Embora uma diminuição dos TBARS não tenha sido detectada em nosso estudo, encontramos uma diminuição no marcador mais específico de MDA de peroxidação lipídica, bem como um aumento nos níveis de vitaminas C e E, o que sugere coletivamente que os SARA modulam favoravelmente os processos oxidativos. Semelhante ao nosso estudo, o estudo open-label revelou que os RHB diminuíram a relação colesterol total para HDL em 13%. Entretanto, em nosso estudo, a principal mudança foi uma diminuição no colesterol total, enquanto no estudo open-label, foi um aumento no colesterol HDL. Além disso, em contraste com nossos achados, o HDL não diminuiu o IMC, triglicérides ou glicemia em jejum. Entretanto, o nível de triglicerídeos e glicemia em jejum foi significativamente maior nos indivíduos do nosso estudo em comparação com os do estudo open-label (~ 143 mg/dL vs 190 mg/dL; 88 mg/dL vs 122 mg/dL, respectivamente). Mais uma vez, pode ser devido à nossa condição de estudo com uma dose mais elevada de H2 e a maior duração do tempo.
Os mecanismos moleculares subjacentes que medeiam estes efeitos induzidos pela HRW necessitam de mais estudo. Entretanto, H2 parece influenciar o metabolismo e a bioenergética.33 Por exemplo, demonstramos anteriormente que o tratamento de RHCT aumentou a concentração da coenzima mitocondrial Q9, o que melhorou a função da cadeia respiratória mitocondrial (i.e. complexo I e complexo II) e subseqüente aumento na produção de ATP miocárdio de rato.34,35 Em outro estudo em ratos sem o receptor de leptina, e em ratos normais alimentados com uma dieta rica em gordura, HRW reduziu o estresse oxidativo, reduziu os depósitos de gordura no fígado e diminuiu os níveis de glicose, insulina e triglicérides no plasma. Este efeito foi comparável a uma restrição calórica de 20%.36 Os HRW aumentaram o gasto energético medido pelo consumo de oxigênio e induziram o hormônio hepático, o fator de crescimento 21 do fibroblasto (FGF-21), que estimula o gasto de ácido graxo e glicose.36 Em camundongos diabéticos do tipo 1 induzidos por estreptozotocina, a translocação induzida por H2 do transportador de glicose-4 via ativação do fosfatidilinositol-3-OH quinase (PI3K), proteína quinase C (PKC) e proteína quinase ativada por AMPK.37
Este estudo demonstrou que os HRW induziram melhorias significativas nas métricas clinicamente relevantes dos biomarcadores do sangue e dados biométricos em indivíduos com síndrome metabólica. Em comparação com estudos anteriores, também pode indicar que doses elevadas de H2 são mais eficazes do que doses mais baixas, pelo menos na síndrome metabólica. No entanto, são necessários mais estudos dose-dependentes nesta área. Além disso, várias limitações devem ser consideradas na interpretação do nosso estudo. Realizamos análises apenas durante as últimas 24 semanas em vez de 4 semanas de seguimento, o que nos impediu de encontrar alterações temporais importantes nos vários parâmetros. Também não investigamos efeitos dependentes do sexo ou da idade, que podem ser importantes, já que os parâmetros metabólicos são influenciados tanto pelo sexo quanto pela idade.38 Além disso, embora os sujeitos tenham sido instruídos a consumir RHC com o estômago vazio, não pudemos garantir que isso ocorresse. Pode haver diferenças nos efeitos biológicos do H2 se a HRW for ingerida com ou sem ingestão de alimentos, uma vez que, após a ingestão de fibras normais da dieta, a produção bacteriana de gás H2 aumenta significativamente.39 Finalmente, não medimos as alterações temporais ou farmacocinéticas do H2 no sangue e no hálito dos sujeitos. Portanto, os mecanismos moleculares sugeridos, conforme demonstrado in vitro ou em estudos com animais, podem ser diferentes dos do nosso estudo, já que a concentração celular de H2 pode ser significativamente diferente. Pesquisas futuras devem investigar se existem respostas dimórficas sexuais à terapia com H2, os mecanismos moleculares do H2 em concentrações fisiologicamente relevantes de H2, e também a comparação dos efeitos de diferentes doses, durações e métodos de administração (por exemplo, beber vs inalar).
Conclusão
Em conclusão, os resultados de nosso estudo sugerem que a suplementação com HRW de alta concentração produzida através de comprimidos produtores de H2 melhora a composição corporal, modula favoravelmente o metabolismo de ácidos graxos e glicose, e melhora a inflamação e homeostase redox em indivíduos com síndrome metabólica. Portanto, o tratamento a longo prazo com água rica em hidrogénio de alta concentração pode ser usado como terapia adjuvante para diminuir as características da síndrome metabólica. No entanto, um ensaio clínico prospectivo maior é necessário para determinar melhor os efeitos biológicos dos RHB nesta população de sujeitos.
