Introducere
Prevalența sindromului metabolic este considerată o epidemie în creștere în țările din întreaga lume și se caracterizează prin diverse afecțiuni medicale, inclusiv obezitate viscerală, hiperglicemie, rezistență la insulină, hipertensiune arterială și dislipidemie.1 Sechelele acestei afecțiuni cresc riscul de boli cardiovasculare și neurologice și de mortalitate crescută. Fiziopatologia sa este asociată cu dereglarea redox, inflamația excesivă și perturbarea homeostaziei celulare.2 Nu există niciun medicament aprobat pentru prevenirea sau tratarea sindromului metabolic. În prezent, se recomandă modificarea dietei și a stilului de viață, inclusiv restricția calorică și exercițiile fizice, care, dacă sunt puse în aplicare, pot fi eficiente.3 Cu toate acestea, stresul din viața de zi cu zi, lipsa de timp și motivația suficientă sunt adesea citate ca motive care îi împiedică pe oameni să facă suficiente modificări până după apariția simptomelor. Cu toate acestea, chiar și după apariția simptomelor, mulți continuă să nu facă schimbările necesare și, ca un corolar, dezvoltă bolile asociate care altfel ar fi putut fi prevenite.4
S-a demonstrat că hidrogenul molecular (gaz H2) atenuează stresul oxidativ, îmbunătățește funcția celulară și reduce inflamația cronică,5 multe dintre acestea fiind asociate cu patologia și etiologia sindromului metabolic și a bolilor asociate acestuia.1 Hidrogenul molecular modulează transducția semnalelor, cascadele de fosforilare a proteinelor, expresia genelor, autofagia, expresia miARN, precum și are efecte metabolice importante.5,6 H2 poate induce calea de semnalizare Keap1/Nrf2,7 promovează biogeneza mitocondrială,8 și răspunsul mitocondrial citoprotector al proteinelor desfășurate.9 S-a propus ca H2 să acționeze ca un mimetic al exercițiului fizic și adaptogen redox prin activarea căilor hormonale.10
Inhalarea de gaz H2 a suprimat leziunile cerebrale induse de ocluzia arterei cerebrale medii la șobolani,11 și a îmbunătățit scorurile cognitive și a redus leziunile cerebrale la pacienții cu infarct cerebral acut.12 În plus, s-a demonstrat că gazul H2 dizolvat în apă pentru a obține apă bogată în H2 (HRW) are, de asemenea, efecte terapeutice și ergogenice în studii preclinice și clinice10,13 , cum ar fi, deficiențe cognitive ușoare,14 sindromul metabolic,15 și exerciții submaximale.10,16,17 În plus, așa cum a fost analizat recent,5 hidrogenul molecular poate fi o abordare nouă pentru tratamentul bolilor cardiovasculare. De exemplu, după cum se ilustrează în recenzia recentă,5 H2 atenuează bolile cardiace induse de radiații și leziunile de ischemie-reperfuzie miocardică la șobolani prin scăderea inflamației, apoptozei, stresului sarcoplasmatic și oxidativ și prin reglarea microARN-urilor și a autofagiei.5 La șoarecii cu APOE knock-out, ingestia de HRW a prevenit dezvoltarea aterosclerozei,18 iar H2 a protejat, de asemenea, împotriva hipertrofiei și disfuncției cardiace induse de medicamente.19
Cu toate acestea, majoritatea studiilor cu HRW au fost efectuate folosind concentrații relativ scăzute de H2.20 De exemplu, un studiu timpuriu efectuat pe un model de șoarece al bolii Parkinson21 a sugerat că o concentrație scăzută de H2 (≈40 μM) poate fi la fel de eficientă ca o concentrație mai mare de H2 (≈800 μM). Cu toate acestea, chiar și această concentrație mai mare de H2 nu a fost suficient de mare pentru a determina creșteri detectabile ale concentrației de H2 în creier.22 Ulterior, s-a stabilit că secreția indusă de H2 de grelină gastrică neuroprotectoare, care, în calitate de al doilea mesager, a mediat efectele neuroprotectoare ale HRW.22 Cu toate acestea, mecanismul pare mai complicat, deoarece efectele protectoare ale HRW au fost încă observate într-un model de șoareci ghrelin-KO de boală Parkinson.23 Cu toate acestea, se pare că o concentrație mai mare de H2 este cel puțin la fel de eficientă ca și, adesea, mai eficientă decât o concentrație mai mică de H2. De exemplu, s-a demonstrat că o concentrație ridicată de hidrogen produsă prin intermediul magneziului a fost mai eficientă decât o concentrație scăzută de H2 conținută în apa alcalină ionizată în atenuarea bolii ficatului gras non-alcoolic (NAFLD) la șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi.24 În mod similar, într-un studiu pilot controlat și randomizat la pacienții cu NAFLD, am constatat că HRW cu concentrație ridicată a scăzut semnificativ grăsimea hepatică, măsurată prin rezonanță magnetică cu dublu ecou.25 În plus, suplimentarea cu HRW cu concentrație ridicată la femeile supraponderale de vârstă mijlocie a redus semnificativ procentul de grăsime corporală și a scăzut nivelul de insulină la post.26 Pe lângă concentrația de H2, durata de utilizare este, de asemenea, un aspect important. Deși HRW a fost studiat la subiecții cu potențial sindrom metabolic pentru o perioadă de până la 10 săptămâni, niciun studiu nu a determinat efectul pe termen lung (24 de săptămâni) al HRW cu concentrație ridicată la această populație. În ciuda capacității hidrogenului de a induce aparent hormesis și, prin urmare, de a provoca efecte adverse potențiale, nu există studii pe celule, animale sau oameni, chiar și la doze foarte mari, în care să fi fost raportate efecte adverse clare.10 Prin urmare, am evaluat efectele unei intervenții de 24 de săptămâni cu HRW de concentrație ridicată asupra compoziției corporale, a profilelor lipidice din sânge și a biomarkerilor de inflamație la bărbații și femeile cu sindrom metabolic.
Metode și subiecți
Sesizeci de subiecți de etnie indiană (30 de bărbați și 30 de femei; vârsta 43,2 ± 10,0 ani) cu sindrom metabolic au fost recrutați pentru a participa la acest studiu intervențional dublu-orbit, controlat cu placebo. Subiecții au participat la acest studiu dacă au îndeplinit cel puțin trei dintre cele cinci criterii de includere, inclusiv prehipertensiunea/hipertensiunea arterială (tensiune arterială sistolică > 130 mmHg și/sau tensiune arterială diastolică > 85 mmHg), prediabet/diabet (glucoză la jeun > 110 mg/dL), obezitate centrală (circumferința taliei > 90 cm pentru bărbați și WC > 80 cm pentru femei) și dislipidemie (lipoproteine cu densitate mare < 40 mg/dL pentru bărbați și < 50 mg/dL pentru femei; trigliceride > 200 mg/dL). Criteriile de excludere au inclus cancerul, dizenteria cronică, infecția cu virusul imunodeficienței umane, accidentul vascular cerebral, infarctul miocardic, sarcina sau utilizarea de contraceptive și alte boli cronice. Studiul a fost efectuat în Moradabad India, iar toți participanții au fost recrutați prin distribuirea de broșuri, ziare locale și anunțuri pe panourile de afișaj ale spitalelor. Autorizația etică a fost obținută de la comitetul de etică al Hallberg Hospital and Research Institute (Moradabad), studiul fiind înregistrat în cadrul Drug Controller of India (Clinical Trial Registration #2018/03/012487). Consimțământul informat în scris a fost obținut de la toți participanții, iar studiul a fost efectuat în conformitate cu Declarația de la Helsinki, iar această declarație a fost adăugată la metode.
O perioadă de observație inițială de o săptămână a fost utilizată pentru a dobândi parametrii clinici de bază și datele biochimice (Tabelul 1), fără a se constata diferențe între grupul HRW și grupul placebo. Subiecții au fost apoi repartizați aleatoriu, în dublu-orb, fie în grupul de intervenție (HRW), fie în grupul placebo, prin numere aleatorii generate pe calculator. Tuturor subiecților li s-a cerut să mențină același stil de viață pe toată durata studiului. În plus, datele privind consumul de alimente, tutun și alcool și activitatea fizică au fost obținute prin jurnale alimentare și evaluate de un dietetician. Datele au fost colectate din nou după 24 de săptămâni de intervenție. HRW cu concentrație ridicată de HRW a fost preparat prin intermediul unor tablete producătoare de hidrogen (HRW Natural Health Products Inc., New Westminster BC, Canada), în timp ce placebo a fost preparat așa cum a fost descris anterior16,25, băutura placebo finală fiind similară în ceea ce privește gustul, dizolvarea și aspectul cu HRW. Participanții au consumat 1 comprimat 3 x pe zi în 250 ml de apă la 12-18°C. Aceștia au fost sfătuiți să bea produsul dintr-o singură înghițitură imediat ce comprimatul a terminat de dizolvat, pe stomacul gol/ dimineața. Această metodă de administrare a H2 ar furniza >5,5 milimoli H2/zi. Concentrația de hidrogen molecular produs prin intermediul acestor tablete a fost determinată de H2 Analytics (Las Vegas, SUA) prin intermediul cromatografiei în fază gazoasă (SRI 8610C; California, SUA).
 |
Tabelul 1 Caracteristici de bază ale participanților la studiu de etnie indiană. Valorile sunt Media ± SD |
Datele de laborator au fost obținute după un post nocturn (10-12 ore) între orele 08:00 și 09:00. Înălțimea a fost măsurată cu ajutorul unui stativ de măsurare, după îndepărtarea pantofilor. Greutatea corporală a fost măsurată în lenjerie intimă după ce s-a scos încălțămintea. Circumferința taliei a fost măsurată cu o bandă antropometrică ca fiind cea mai mare circumferință orizontală între creasta iliacă și marginea costală. Circumferința șoldului a fost măsurată la cea mai mare circumferință la nivelul trohanterului mare. Frecvența cardiacă a fost măsurată prin auscultație timp de 5 minute în repaus în poziție decubit dorsal. Glicemia la post a fost măsurată după un post de o noapte. Substanțele reactive ale acidului tiobarbituric (TBARS), malondialdehida (MDA), diena conjugată, vitamina E și C, nitrații și enzima de conversie a angiotensinei au fost măsurate prin metode colorimetrice cu ajutorul unui spectrofotometru UV-VIS (Electronics Corporation of India, Ltd). Hemoglobina glicozilată (HbA1c) a fost analizată prin HPLC folosind un aparat DIO (Bio-Rad Laboratories, Inc, Hercules, CA). Glicemia la post, profilul lipidic și proteina C-reactivă (CRP) au fost determinate cu ajutorul kiturilor Pictus 500 Diatron (Medicon Hellas S.A., Gerakas, Grecia). Factorul de necroză tumorală-alfa (TNF-α) și interleukina 6 (IL-6) au fost analizate cu un test fluorescent legat de enzime pe aparate Vidas (Vidas Biomerieux, Marcy I’Étoile, Franța). Coeficienții de variație inter și intra-teste ai acestor markeri sunt prezentați în tabelul 2.
 |
Tabel 2 Coeficienții de variație inter și intra-teste pentru biomarkerii măsurați (CV) |
Numărul de participanți recrutați a fost în concordanță cu o dimensiune minimă a eșantionului (n = 48) calculată prin analiza puterii (G*Power 3.1, Heinrich Heine University, Düsseldorf, Germania), cu mărimea efectelor stabilită la 0,30, probabilitatea de eroare alfa 0,05, putere 0,80 pentru două grupuri și două măsurători ale rezultatelor studiului. Datele de bază ale subiecților au fost analizate utilizând un test t cu două eșantioane cu două cozi. Modelul mixt ANOVA în două direcții cu măsuri repetate (interacțiune tratament vs. timp) ajustat pentru vârstă și sex a fost utilizat pentru a stabili dacă au existat diferențe semnificative între răspunsurile pacienților de-a lungul timpului de intervenție. Semnificația statistică a fost stabilită la P ≤ 0,05. Toate valorile sunt raportate ca medie ± SD. Datele au fost analizate cu ajutorul programului SPSS (versiunea 21.0) (SPSS Inc., Chicago, IL, SUA).
Rezultate
Toți subiecții au finalizat studiul și ambele intervenții au fost bine tolerate, fără efecte rău raportate. HRW a afectat în mod favorabil toate rezultatele la 24 de săptămâni de urmărire în comparație cu placebo (P < 0,05), cu excepția TBARS, un marker al peroxidării lipidelor (P = 0,309) (tabelul 3) (tabelul 3). Alți markeri de oxidare (MDA, D-conjugat) au scăzut, în timp ce vitaminele E și C au crescut în grupul HRW. Acest lucru a fost însoțit de o reducere semnificativă a HR, IMC și WHR după intervenția HRW (P < 0,05). HRW a indus o reducere semnificativă a colesterolului total cu aproximativ 18,5 mg/dL (P < 0,05) și a nivelului de trigliceride cu ~ 47 mg/dL (P < 0,05). Glicemia în stare de repaus a scăzut, de asemenea, după 24 de săptămâni de intervenție HRW, de la 121,5 ± 61,0 mg/dL la 103,1 ± 33,0 mg/dL, cu o reducere însoțitoare de 12% a HbA1C (P < 0,05). Mai mult, HRW a atenuat semnificativ markerii inflamatori, cum ar fi TNF-α, IL-6 și CRP (P<0.05).
 |
Tabel 3 Modificări ale compoziției corporale și ale variabilelor biochimice de la valoarea inițială la 24 de săptămâni. Valorile sunt Media ± SD |
Discuție
Sindromul metabolic necontrolat crește riscul de boli cardiovasculare. De exemplu, factorii de risc care sunt asociați cu sindromul metabolic joacă roluri cauzale în dezvoltarea aterosclerozei, care duce mai departe la boala coronariană, accident vascular cerebral și infarct miocardic.27 Ateroscleroza se dezvoltă atunci când colesterolul LDL se infiltrează în spațiul subendotelial și se oxidează, ceea ce favorizează inflamația și migrarea și transformarea ulterioară a celulelor musculare netede vasculare.28 Acest proces este exacerbat și mai mult în prezența hiperglicemiei din cauza formării crescute de produse finale glicate avansate (AGE), care are loc atunci când capătul reducător al moleculelor de glucoză reacționează și se combină cu proteinele și creează reticulații proteice. AGEs favorizează în continuare inflamația, oxidarea și deteriorarea celulară care contribuie la apariția bolilor cardiovasculare.28 În consecință, în studiul nostru am determinat dacă o concentrație ridicată de HRW ar îmbunătăți diverși biomarkeri ai sindromului metabolic care sunt ocazional implicați în dezvoltarea bolilor cardiovasculare și anume dislipidemia (HDL, LDL, VLDL, TG), inflamația (TNF-α, IL-6, CRP), stresul oxidativ, (MDA, TBARS, conjugate de diene, vitaminele E și C,) și hiperglicemia (glucoză, HbA1c).
În acest studiu, am constatat că o intervenție de 24 de săptămâni cu HRW cu concentrație ridicată de HRW a îmbunătățit mai mulți biomarkeri ai sănătății cardiometabolice la bărbații și femeile de vârstă mijlocie cu sindrom metabolic, inclusiv IMC, WHR, HR în repaus, lipidele din sânge și glucoza, inflamația și homeostazia redox. Modificările favorabile ale colesterolului din sânge trebuie interpretate cu prudență, deoarece modificarea absolută a fost relativ scăzută, iar HDL a scăzut cu ~ 1,3 mg/dL. Colesterolul HDL este considerat a fi benefic datorită rolului său în transportul invers al colesterolului.29 Cu toate acestea, raporturile dintre colesterolul total sau trigliceridele și HDL sunt predictori mai buni ai bolilor cardiovasculare decât colesterolul total, raporturile mai mici fiind corelate cu un risc mai mic de boli cardiovasculare.30 Deoarece am constatat că HRW a redus semnificativ colesterolul total (cu ~ 18,5 mg/dL), raportul dintre colesterolul total și HDL a scăzut în mod favorabil cu ~ 7,2%, în timp ce a rămas același în grupul placebo. În mod similar, raportul de risc al trigliceridelor la HDL a scăzut în mod favorabil cu 22,9% în grupul HRW, dar a rămas aproximativ același în grupul placebo. Datele noastre arată, de asemenea, că HRW a redus esențial nivelul mediu de glucoză de la intervalul superior la intervalul inferior al criteriilor prediabetice, ceea ce a fost însoțit și de o reducere cu 12% a HbA1C.
Aceste modificări favorabile ale colesterolului și glucozei sunt coroborate cu câteva discrepanțe în mai multe studii clinice anterioare. De exemplu, Song și colab. au raportat că HRW, furnizând 0.5 milimoli H2/zi, timp de 10 săptămâni, la pacienții cu potențial sindrom metabolic, a scăzut nivelul colesterolului seric total și al LDL-C, a îmbunătățit funcția HDL și starea redox (de exemplu, creșterea superoxid dismutazei serice și scăderea MDA) și a redus inflamația (de exemplu, TNF-α seric).31 Cu toate acestea, în timp ce studiul nostru a arătat îmbunătățiri semnificative în ceea ce privește IMC, WHR și glucoza la post, studiul lor a raportat doar o tendință potențială, deși nesemnificativă, de scădere a acestor parametri. În mod similar, un studiu anterior randomizat, controlat cu placebo, încrucișat, efectuat la pacienți cu diabet de tip 2 sau cu toleranță deficitară la glucoză, a demonstrat că ingestia de HRW (~ 0,6 milimoli/zi) a îmbunătățit ușor colesterolul, a redus semnificativ markerii de stres oxidativ (de exemplu, 8-isoprostani urinari) și a crescut SOD-ul seric.32 Cu toate acestea, spre deosebire de studiul nostru, nu au existat modificări semnificative din punct de vedere statistic nici în ceea ce privește IMC, CRP, HbA1c sau glicemia la post. Poate că doza mai mare de H2 și durata mai lungă a studiului nostru în comparație cu aceste studii ar putea explica diferențele. În plus, subiecții din studiul nostru au avut niveluri inițiale de glucoză semnificativ mai mari (~ 122 mg/dL față de 108 mg/dL). În cele din urmă, deși nu a fost testat în studiul nostru, studiul anterior32 a raportat că la 4 din 6 subiecți cu toleranță deficitară la glucoză, HRW a normalizat testul oral de toleranță la glucoză și că nivelurile de insulină plasmatică la 1 oră au fost semnificativ crescute în comparație cu valorile inițiale.32
Un studiu deschis de 8 săptămâni pe 20 de subiecți cu potențial sindrom metabolic a demonstrat că HRW (~ 1 milimole H2/zi) a crescut nivelul SOD cu 39% și a scăzut TBAR cu 43%.15 Deși în studiul nostru nu s-a detectat o scădere a TBARS, am constatat o scădere a markerului mai specific al peroxidării lipidice MDA, precum și o creștere a nivelurilor de vitamine C și E, ceea ce sugerează în mod colectiv că HRW modulează în mod favorabil procesele oxidative. Similar studiului nostru, studiul deschis a arătat că HRW a scăzut raportul dintre colesterolul total și HDL cu 13%. Cu toate acestea, în studiul nostru, schimbarea principală a fost o scădere a colesterolului total, în timp ce în studiul deschis, aceasta a fost o creștere a colesterolului HDL. În plus, spre deosebire de constatările noastre, HRW nu a scăzut IMC, trigliceridele sau glicemia la jeun. Cu toate acestea, nivelul trigliceridelor și al glucozei la jeun a fost semnificativ mai mare la subiecții din studiul nostru comparativ cu cei din studiul deschis (~ 143 mg/dL vs. 190 mg/dL; 88 mg/dL vs. 122 mg/dL, respectiv). Din nou, acest lucru se poate datora condițiilor studiului nostru, cu o doză mai mare de H2 și durata mai mare de timp.
Mecanismele moleculare care stau la baza care mediază aceste efecte induse de HRW necesită studii suplimentare. Cu toate acestea, H2 pare să influențeze metabolismul și bioenergetica.33 De exemplu, am demonstrat anterior că tratamentul cu HRW a crescut concentrația mitocondrială de coenzima Q9, care a îmbunătățit funcția lanțului respirator mitocondrial (adică complexul I și complexul II) și creșterea ulterioară a miocardului de șobolan de producție de ATP.34,35 Într-un alt studiu efectuat la șoareci cărora le lipsește receptorul leptinei și la șoareci normali hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi, HRW a redus stresul oxidativ, a redus depozitele de ficat gras și a scăzut nivelul glucozei plasmatice, al insulinei și al trigliceridelor. Acest efect a fost comparabil cu o restricție calorică de 20%.36 HRW a crescut cheltuielile energetice măsurate prin consumul de oxigen și a indus hormonul hepatic, factorul de creștere a fibroblastului 21 (FGF-21), care stimulează cheltuielile cu acizi grași și glucoză.36 La șoarecii diabetici de tip 1 indus de streptozotocină, H2 a indus translocarea transportatorului de glucoză-4 prin activarea fosfatidilinositol-3-OH kinazei (PI3K), a proteinei kinazei C (PKC) și a proteinei kinazei activate de AMP (AMPK).37
Acest studiu a demonstrat că HRW a indus îmbunătățiri semnificative în ceea ce privește parametrii relevanți din punct de vedere clinic ai biomarkerilor din sânge și datele biometrice la subiecții cu sindrom metabolic. Comparativ cu studiile anterioare, acesta poate indica, de asemenea, că dozele mari de H2 sunt mai eficiente decât cele mai mici, cel puțin în cazul sindromului metabolic. Cu toate acestea, sunt necesare mai multe studii dependente de doză în acest domeniu. În plus, trebuie luate în considerare mai multe limitări atunci când se interpretează studiul nostru. Am efectuat analize doar în timpul ultimelor 24 de săptămâni, în loc de follow-up-uri de 4 săptămâni, ceea ce ne-a împiedicat să găsim schimbări temporale importante în diferiți parametri. De asemenea, nu am investigat efectele dependente de sex sau de vârstă, care pot fi importante, deoarece parametrii metabolici sunt influențați atât de sex, cât și de vârstă.38 În plus, deși subiecții au fost instruiți să consume HRW pe stomacul gol, nu ne-am putut asigura că acest lucru s-a întâmplat. Pot exista diferențe în ceea ce privește efectele biologice ale H2 în cazul în care HRW este ingerat cu sau fără aport alimentar, deoarece în urma ingerării fibrelor normale din alimentație, producția bacteriană de gaz H2 crește semnificativ.39 În cele din urmă, nu am măsurat modificările temporale sau farmacocinetica H2 în sângele și respirația subiecților. Prin urmare, mecanismele moleculare sugerate, așa cum au fost demonstrate in vitro sau în studiile pe animale, pot fi diferite de cele din studiul nostru, deoarece concentrația celulară de H2 poate fi semnificativ diferită. Cercetările viitoare ar trebui să investigheze dacă există răspunsuri dimorfice din punct de vedere sexual la terapia cu H2, mecanismele moleculare ale H2 la concentrații de H2 relevante din punct de vedere fiziologic și, de asemenea, compararea efectelor diferitelor doze, durate și metode de administrare (de exemplu, băutură vs inhalare).
Concluzie
În concluzie, rezultatele studiului nostru sugerează că suplimentarea cu HRW cu concentrație ridicată produsă prin intermediul comprimatelor producătoare de H2 îmbunătățește compoziția corporală, modulează favorabil metabolismul acizilor grași și al glucozei și îmbunătățește inflamația și homeostazia redox la subiecții cu sindrom metabolic. Prin urmare, tratamentul pe termen lung cu apă bogată în hidrogen de concentrație ridicată poate fi utilizat ca terapie adjuvantă pentru a diminua caracteristicile sindromului metabolic. Cu toate acestea, un studiu clinic prospectiv de mai mare amploare este justificat pentru a determina în continuare efectele biologice ale HRW la această populație de subiecți.
.
