Introduktion
Förekomsten av metabolt syndrom anses vara en växande epidemi i länder över hela världen och kännetecknas av olika medicinska tillstånd, inklusive visceral fetma, hyperglykemi, insulinresistens, hypertoni och dyslipidemi.1 Följderna av detta tillstånd ökar risken för kardiovaskulära och neurologiska sjukdomar och ökad dödlighet. Dess patofysiologi är förknippad med redoxdysreglering, överdriven inflammation och störning av den cellulära homeostasen.2 Det finns inget godkänt läkemedel för att förebygga eller behandla det metabola syndromet. Ändringar av kost och livsstil, inklusive kaloribegränsning och motion, rekommenderas för närvarande och om de genomförs kan de vara effektiva.3 Stress i det dagliga livet, tidsbrist och otillräcklig motivation anges dock ofta som skäl som hindrar människor från att göra tillräckliga ändringar förrän efter det att de har fått symtom. Trots detta är det många som inte gör de nödvändiga förändringarna, även efter det att symtom uppstått, och som en följd av detta utvecklar de associerade sjukdomarna som annars hade kunnat förebyggas.4
Molekylärt väte (H2-gas) har visat sig dämpa oxidativ stress, förbättra cellfunktionen och minska kronisk inflammation,5 vilket i många fall är förknippat med patologin och etiologin bakom det metabola syndromet och de associerade sjukdomarna.1 Molekylärt väte modulerar signaltransduktion, proteinfosforyleringskaskader, genuttryck, autofagi, miRNA-uttryck samt har viktiga metaboliska effekter.5,6 H2 kan inducera Keap1/Nrf2-signalvägen,7 främja mitokondriell biogenes,8 och den cytoprotektiva mitokondriella oveckade proteinresponsen.9 H2 har föreslagits fungera som en träningsmimetisk och redoxadaptogen genom att aktivera hormonella vägar.10
Inhalation av H2-gas undertryckte hjärnskador inducerade av en mittcerebral artärocklusion hos råttor,11 och förbättrade de kognitiva poängen och minskade hjärnskadorna hos patienter med akut hjärninfarkt.12 Dessutom har H2-gas upplöst i vatten för att göra H2-rikt vatten (HRW) också visat sig ha terapeutiska och ergogena effekter i prekliniska och kliniska studier10,13 , t.ex. på milda kognitiva funktionsnedsättningar14 , metaboliskt syndrom15 och submaximala övningar.10,16,17 Dessutom kan molekylärt väte vara en ny metod för behandling av kardiovaskulära sjukdomar, vilket nyligen har granskats. Som framgår av den nyligen publicerade översikten,5 dämpar H2 till exempel strålningsinducerad hjärtsjukdom och ischemi-reperfusionsskada i myokardiet hos råttor genom att minska inflammation, apoptos, sarkoplasmatisk och oxidativ stress och genom att reglera mikroRNA och autofagi.5 Hos APOE-knockoutmöss förhindrade intag av HRW utvecklingen av ateroskleros,18 och H2 skyddade också mot läkemedelsinducerad hjärthypertrofi och dysfunktion.19
De flesta studier med HRW har dock genomförts med hjälp av relativt låga koncentrationer av H2.20 Till exempel föreslog en tidig studie i en musmodell av Parkinsons sjukdom21 att en låg H2-koncentration (≈40 μM) kan vara lika effektiv som en högre H2-koncentration (≈800 μM). Men inte ens denna högre H2-koncentration var tillräckligt hög för att resultera i detekterbara ökningar av H2-koncentrationen i hjärnan.22 Det fastställdes senare att H2-inducerad utsöndring av det neuroprotektiva gastriska ghrelin, som i egenskap av andra budbärare medierade de neuroprotektiva effekterna av HRW.22 Mekanismen förefaller dock vara mer komplicerad, eftersom de skyddande effekterna av HRW fortfarande observerades i en ghrelin-KO-musmodell för Parkinsons sjukdom.23 Icke desto mindre förefaller det som om en högre H2-koncentration är minst lika effektiv som, och ofta mer effektiv än, en lägre H2-koncentration. Det har till exempel visats att högkoncentrerad vätgas producerad via magnesium var effektivare än lågkoncentrerad H2 som fanns i alkaliskt joniserat vatten när det gällde att dämpa icke-alkoholisk fettleversjukdom (NAFLD) hos möss som fick en fettrik kost.24 På samma sätt fann vi i en randomiserad, kontrollerad pilotstudie på patienter med NAFLD att högkoncentrerad HRW signifikant minskade leverfettet, mätt med dual-echo-magnetisk resonanstomografi.25 Dessutom minskade tillskott med högkoncentrerad HRW hos medelålders överviktiga kvinnor signifikant kroppsfettprocenten och minskade fasteinsulinnivåerna.26 Förutom att H2-koncentrationen är viktig är även användningstiden ett viktigt övervägande. Även om HRW har studerats hos personer med potentiellt metaboliskt syndrom i upp till 10 veckor har ingen studie fastställt effekten av långvarig (24 veckor), högkoncentrerad HRW i denna population. Trots vätgasens förmåga att skenbart inducera hormesis, och därmed potentiellt framkalla negativa effekter, finns det inga studier vare sig på celler, djur eller människor, inte ens vid mycket höga doser, där tydliga negativa effekter har rapporterats10 . Vi utvärderade därför effekterna av 24 veckors intervention med högkoncentrerad HRW på kroppssammansättning, blodlipidprofiler och inflammationsbiomarkörer hos män och kvinnor med metaboliskt syndrom.
Metoder och försökspersoner
Sextio försökspersoner av indisk etnicitet (30 män och 30 kvinnor; ålder 43,2 ± 10,0 år) med metaboliskt syndrom rekryterades för att delta i denna dubbelblindade, placebokontrollerade interventionsstudie. Försökspersoner deltog i studien om de uppfyllde minst tre av de fem inklusionskriterierna inklusive prehypertoni/hypertoni (systoliskt blodtryck > 130 mmHg och/eller diastoliskt blodtryck > 85 mmHg), prediabetes/diabetes (fasteglukos > 110 mg/dl), central fetma (midjeomkrets > 90 cm för män och WC > 80 cm för kvinnor) och dyslipidemi (lipoprotein med hög densitet < 40 mg/dl för män och < 50 mg/dl för kvinnor); triglycerider > 200 mg/dl). Uteslutningskriterierna omfattade cancer, kronisk dysenteri, infektion med humant immunbristvirus, stroke, hjärtinfarkt, graviditet eller användning av preventivmedel och andra kroniska sjukdomar. Studien genomfördes i Moradabad, Indien, och alla deltagare rekryterades genom utdelning av broschyrer, lokala tidningar och tillkännagivanden på sjukhusens anslagstavlor. Etiskt godkännande erhölls från Hallberg Hospital and Research Institute ethic committee (Moradabad), och studien registrerades inom Drug Controller of India (Clinical Trial Registration #2018/03/012487). Skriftligt informerat samtycke erhölls från alla deltagare, och studien genomfördes i enlighet med Helsingforsdeklarationen, och detta uttalande lades till i metoderna.
En inledande observationsperiod på en vecka användes för att samla in kliniska baslinjemått och biokemiska data (tabell 1), och inga skillnader hittades mellan HRW- och placebogruppen. Försökspersonerna randomiserades sedan på ett dubbelblint sätt till antingen interventions- (HRW) eller placebogruppen med hjälp av datorgenererade slumpnummer. Alla försökspersoner ombads behålla samma livsstil under hela studien. Dessutom erhölls uppgifter om mat-, tobaks- och alkoholintag samt fysisk aktivitet med hjälp av kostdagböcker och bedömdes av en dietist. Uppgifterna samlades in igen efter 24 veckors intervention. Högkoncentrerad HRW framställdes via vätgasproducerande tabletter (HRW Natural Health Products Inc., New Westminster BC, Kanada) medan placebo framställdes enligt tidigare beskrivning16,25 där den slutliga placebodrycken liknade HRW i smak, upplösning och utseende. Deltagarna konsumerade 1 tablett 3 x dagligen i 250 ml vatten med en temperatur på 12-18 °C. De uppmanades att dricka produkten i en klunk så snart tabletten var färdigupplöst på fastande mage/morgon. Denna metod för H2-administrering skulle ge >5,5 millimol H2/dag. Koncentrationen av molekylärt väte som producerades via dessa tabletter bestämdes av H2 Analytics (Las Vegas, USA) via gaskromatografi (SRI 8610C; Kalifornien, USA).
 |
Tabell 1 Grundläggande egenskaper hos studiedeltagarna av indisk etnicitet. Värden är medelvärde ± SD |
Laboratoriedata erhölls efter en nattfasta (10-12 timmar) mellan 08:00 och 09:00 på morgonen. Längden mättes med hjälp av ett mätstativ efter att ha tagit av sig skorna. Kroppsvikten mättes i underkläder efter att ha tagit av sig skorna. Midjemåttet mättes med antropometriskt måttband som den största horisontella omkretsen mellan höftbenskammen och kostalmarginalen. Höftomfånget mättes som den största omkretsen i höjd med de större trochanterna. Hjärtfrekvensen mättes genom auskultation under 5 minuter i vila i ryggläge. Blodglukos efter fastan över natten mättes. Tiobarbiturinsyrareaktiva ämnen (TBARS), malondialdehyd (MDA), dienkonjugat, vitamin E och C, nitrat och angiotensinkonverterande enzym mättes genom kolorimetriska metoder med hjälp av en UV-VIS-spektrofotometer (Electronics Corporation of India, Ltd). Glykosylerat hemoglobin (HbA1c) bestämdes med HPLC med hjälp av DIO-maskin (Bio-Rad Laboratories, Inc, Hercules, CA). Fasteblodsocker, lipidprofiler och C-reaktivt protein (CRP) bestämdes med Pictus 500 Diatron-kit (Medicon Hellas S.A., Gerakas, Grekland). Tumörnekrosfaktor-alfa (TNF-α) och interleukin 6 (IL-6) analyserades med en enzymbunden fluorescerande analys på Vidas-maskiner (Vidas Biomerieux, Marcy I’Étoile, Frankrike). Variationskoefficienterna mellan och inom testerna för dessa markörer visas i tabell 2.
 |
Tabell 2 Variationskoefficienter mellan och inom analyserna för de uppmätta biomarkörerna (CV) |
Antalet deltagare som rekryterades överensstämde med en minimal urvalsstorlek (n = 48) som beräknats med hjälp av effektanalys (G*Power 3.1, Heinrich Heine University, Düsseldorf, Tyskland), med effektstorlek satt till 0,30, alfafelssannolikhet 0,05, effekt 0,80 för två grupper och två mätningar av studiens resultat. Uppgifter om försökspersonernas utgångsläge analyserades med hjälp av ett tvåsidigt t-test med två stickprov. Tvåvägs blandad modell ANOVA med upprepade åtgärder (interaktion mellan behandling och tid) justerad för ålder och kön användes för att fastställa om det fanns några signifikanta skillnader mellan patienternas svar under tiden för interventionen. Den statistiska signifikansen fastställdes till P ≤ 0,05. Alla värden rapporteras som medelvärde ± SD. Data analyserades med hjälp av SPSS-programmet (version 21.0) (SPSS Inc., Chicago, IL, USA).
Resultat
Alla försökspersoner genomförde studien och båda interventionerna tolererades väl utan några illasinnade effekter. HRW påverkade positivt alla resultat vid 24 veckors uppföljning jämfört med placebo (P < 0,05), utom TBARS, en markör för lipidperoxidation (P = 0,309) (tabell 3). Andra oxidationsmarkörer (MDA, D-konjugat) minskade medan vitamin E och C ökade i HRW-gruppen. Detta åtföljdes av en signifikant minskning av HR, BMI och WHR efter HRW-interventionen (P < 0,05). HRW inducerade en signifikant minskning av totalkolesterol med cirka 18,5 mg/dL (P < 0,05) och av triglyceridnivåerna med ~ 47 mg/dL (P < 0,05). Fasteblodglukos minskade också efter 24 veckors HRW-intervention från 121,5 ± 61,0 mg/dL till 103,1 ± 33,0 mg/dL, med en åtföljande 12-procentig minskning av HbA1C (P < 0,05). Dessutom dämpade HRW signifikant de inflammatoriska markörerna, såsom TNF-α, IL-6 och CRP (P<0,05).
 |
Tabell 3 Förändringar i kroppssammansättning och biokemiska variabler från baslinjen till 24 veckor. Värden är medelvärde ± SD |
Diskussion
Okontrollerat metabolt syndrom ökar risken för kardiovaskulär sjukdom. De riskfaktorer som är förknippade med det metabola syndromet spelar till exempel en kausal roll i utvecklingen av ateroskleros, som vidare leder till kranskärlssjukdom, stroke och hjärtinfarkt.27 Ateroskleros utvecklas när LDL-kolesterolet infiltrerar det subendoteliala utrymmet och oxideras, vilket främjar inflammation och efterföljande migration och omvandling av vaskulära glatta muskelceller.28 Denna process förvärras ytterligare i närvaro av hyperglykemi på grund av den ökade bildningen av avancerade glykaterade slutprodukter (AGE), vilket är när den reducerande delen av glukosmolekylerna reagerar och kombineras med proteiner och skapar tvärbindning av proteiner. AGEs främjar ytterligare inflammation, oxidation och cellskador som bidrar till kardiovaskulära sjukdomar.28 I vår studie fastställde vi därför om HRW med hög koncentration skulle förbättra de olika biomarkörerna för metaboliskt syndrom som är tillfälligt involverade i utvecklingen av kardiovaskulära sjukdomar, nämligen dyslipidemi (HDL, LDL, VLDL, TG), inflammation (TNF-α, IL-6, CRP), oxidativ stress (MDA, TBARS, dienkonjugat, vitamin E och C) och hyperglykemi (glukos, HbA1c).
I den här studien fann vi att en 24 veckors intervention med högkoncentrerad HRW förbättrade flera biomarkörer för kardiometabolisk hälsa hos män och kvinnor i medelåldern med metaboliskt syndrom, inklusive BMI, WHR, HR i vila, blodfetter och glukos, inflammation och redoxhomeostas. De gynnsamma förändringarna i blodkolesterol måste tolkas med försiktighet eftersom den absoluta förändringen var relativt låg, och HDL minskade med ~ 1,3 mg/dL. HDL-kolesterol anses vara fördelaktigt på grund av dess roll i den omvända kolesteroltransporten.29 Förhållandet mellan totalkolesterol eller triglycerider och HDL är dock en bättre prediktor för kardiovaskulära sjukdomar än totalkolesterolet, där lägre förhållanden korrelerar med lägre risk för hjärtsjukdom.30 Eftersom vi fann att HRW signifikant sänkte totalkolesterolet (med ~ 18,5 mg/dL), minskade förhållandet mellan totalkolesterol och HDL gynnsamt med ~ 7,2 %, medan det förblev oförändrat i placebogruppen. På samma sätt minskade riskförhållandet mellan triglycerider och HDL gynnsamt med 22,9 % i HRW-gruppen, men förblev ungefär detsamma i placebogruppen. Våra data visar också att HRW i huvudsak sänkte den genomsnittliga glukosnivån från det övre intervallet till det lägre intervallet för de prediabetiska kriterierna, vilket också åtföljdes av en 12-procentig minskning av HbA1C.
Dessa gynnsamma förändringar i kolesterol och glukos bekräftas med några få diskrepanser i flera tidigare kliniska prövningar. Till exempel rapporterade Song et al att HRW, leverans av 0.5 millimol H2/dag i 10 veckor hos patienter med potentiellt metaboliskt syndrom minskade totalkolesterol- och LDL-C-nivåerna i serum, förbättrade HDL-funktionen och redoxstatus (t.ex. ökat superoxiddismutas i serum och minskat MDA) samt minskade inflammation (t.ex. TNF-α i serum).31 Medan vår studie visade signifikanta förbättringar av BMI, WHR och fasteglukos, rapporterade deras studie endast en potentiell, om än icke-signifikant, nedåtgående trend i dessa parametrar. På samma sätt visade en tidigare randomiserad, placebokontrollerad crossover-studie på patienter med typ 2-diabetes eller nedsatt glukostolerans att intag av HRW (~ 0,6 millimol/dag) förbättrade kolesterolet något, minskade markörerna för oxidativ stress (t.ex. 8-isoprostaner i urinen) signifikant och ökade SOD i serum.32 I motsats till vår studie fanns det dock inga statistiskt signifikanta förändringar i vare sig BMI, CRP, HbA1c eller fasteblodsglukos. Kanske kan den högre dosen H2 och den längre varaktigheten i vår studie jämfört med dessa studier förklara skillnaderna. Dessutom hade försökspersonerna i vår studie betydligt högre glukosnivåer vid baslinjen (~ 122 mg/dL jämfört med 108 mg/dL). Slutligen, även om det inte testades i vår studie, rapporterade den tidigare studien32 att hos 4 av 6 försökspersoner med nedsatt glukostolerans normaliserade HRW det orala glukostoleranstestet, och att plasmainsulinnivåerna efter 1 timme var signifikant förhöjda jämfört med utgångsvärdet32 .
En öppen 8-veckors studie på 20 försökspersoner med potentiellt metaboliskt syndrom visade att HRW (~ 1 millimole H2/dag) ökade SOD-nivån med 39 % och minskade TBARs med 43 %.15 Även om en minskning av TBARS inte upptäcktes i vår studie fann vi en minskning av den mer specifika markören för lipidperoxidation MDA, samt ökade nivåer av vitamin C och E, vilket sammantaget tyder på att HRW gynnsamt modulerar oxidativa processer. I likhet med vår studie visade den öppna studien att HRW minskade förhållandet mellan totalkolesterol och HDL med 13 %. I vår studie var dock den primära förändringen en minskning av totalkolesterolet, medan det i den öppna studien var en ökning av HDL-kolesterolet. Dessutom minskade HRW, till skillnad från våra resultat, inte BMI, triglycerider eller fasteblodsocker. Triglycerid- och fasteglukosnivån var dock betydligt högre hos försökspersonerna i vår studie jämfört med dem i den öppna studien (~ 143 mg/dL mot 190 mg/dL respektive 88 mg/dL mot 122 mg/dL). Återigen kan det bero på vårt studieförhållande med en högre dos H2 och den längre tidslängden.
De underliggande molekylära mekanismerna som förmedlar dessa effekter inducerade av HRW behöver studeras ytterligare. H2 verkar dock påverka metabolism och bioenergetik.33 Vi har till exempel tidigare visat att HRW-behandling ökade mitokondriekoncentrationen av koenzym Q9, vilket förbättrade mitokondriernas funktion av andningskedjan (dvs. komplex I och komplex II) och den efterföljande ökningen av ATP-produktionen råttmyokardiet.34,35 I en annan studie på möss som saknar leptinreceptor och på normala möss som fick en fettrik kost minskade HRW oxidativ stress, minskade fettleveravlagringar och minskade plasmaglukos-, insulin- och triglyceridnivåerna. Denna effekt var jämförbar med en 20-procentig kalorirestriktion.36 HRW ökade energiförbrukningen mätt som syreförbrukning och inducerade leverhormonet, fibroblast growth factor 21 (FGF-21), som stimulerar fettsyra- och glukosförbrukningen.36 I streptozotocininducerade typ 1-diabetiska möss inducerade H2 translokation av glukostransportör-4 via aktivering av fosfatidylinositol-3-OH-kinas (PI3K), proteinkinas C (PKC) och AMP-aktiverat proteinkinas (AMPK).37
Denna studie visade att HRW inducerade signifikanta förbättringar av kliniskt relevanta mätvärden av blodbiomarkörer och biometriska data hos försökspersoner med metaboliskt syndrom. Jämfört med tidigare studier kan det också tyda på att höga doser av H2 är effektivare än lägre doser åtminstone vid metaboliskt syndrom. Det behövs dock fler dosberoende studier på detta område. Dessutom bör flera begränsningar beaktas vid tolkningen av vår studie. Vi utförde endast analyser under de sista 24 veckorna i stället för vid 4-veckorsuppföljningar, vilket hindrade oss från att hitta viktiga tidsmässiga förändringar i de olika parametrarna. Vi undersökte inte heller köns- eller åldersberoende effekter, vilket kan vara viktigt eftersom metaboliska parametrar påverkas av både kön och ålder.38 Dessutom, även om försökspersonerna instruerades att konsumera HRW på tom mage, kunde vi inte säkerställa att detta skedde. Det kan finnas skillnader i de biologiska effekterna av H2 om HRW intas med eller utan matintag eftersom efter intag av normala fibrer från kosten ökar den bakteriella produktionen av H2-gas avsevärt.39 Slutligen mätte vi inte de tidsmässiga förändringarna eller farmakokinetiken av H2 i försökspersonernas blod och andedräkt. Därför kan de föreslagna molekylära mekanismerna som visats in vitro eller i djurstudier vara annorlunda än i vår studie eftersom den cellulära H2-koncentrationen kan vara betydligt annorlunda. Framtida forskning bör undersöka om det finns könsdimorfiska reaktioner på H2-behandling, H2:s molekylära mekanismer vid fysiologiskt relevanta H2-koncentrationer och även jämförelsen av effekterna av olika doser, varaktigheter och administreringsmetoder (t.ex. att dricka eller inhalera).
Slutsats
Sammanfattningsvis tyder resultaten från vår studie på att tillskott med högkoncentrerad HRW producerad via H2-producerande tabletter förbättrar kroppssammansättningen, modulerar fettsyra- och glukosmetabolismen på ett gynnsamt sätt och förbättrar inflammation och redoxhomeostas hos försökspersoner med metaboliskt syndrom. Därför kan långtidsbehandling med högkoncentrerat väterikt vatten användas som en adjuvant terapi för att minska dragen av metaboliskt syndrom. En större prospektiv klinisk studie är dock motiverad för att ytterligare fastställa de biologiska effekterna av HRW i denna ämnespopulation.
