Hidrogênio molecular: revisão das evidências clínicas

Autores: Rogério R. Rita: Médico Ortomolecular – CRM 4538.
Raquel Rita: Pesquisadora Científica do Departamento de P&D do Essentia-Group
Publicado primeiramente na Revista AMBO – Ano: 2024.

Resumo: Desde a descoberta de que o hidrogênio molecular (H2) possui propriedades antioxidantes seletivas, vários estudos animais e humanos vêm descobrindo efeitos benéficos desse agente gasoso. Esta revisão sintetiza as características da molécula, as investigações sobre os efeitos biológicos em humanos e os potenciais mecanismos de ação em diversas doenças sistêmicas e condições de saúde, enfim, o progresso recente em direção às aplicações do H2 na medicina. Apoiando o uso de gases na prática clínica como mais uma ferramenta terapêutica adjuvante a protocolos de saúde, também discutimos questões remanescentes desse novo caminho em expansão.

Objetivo: Resumir o conhecimento acumulado da pesquisa sobre as várias potencialidades de uso do H2 na prática clínica, como mais um gás medicinal.

Abstract: Since the discovery that molecular hydrogen (H2) has selective antioxidant properties, several animal and human studies have discovered beneficial effects of this gaseous agent. This review summarizes the characteristics of the molecule, the investigated biological effects in humans, and the potential mechanisms of action in various systemic diseases and health conditions, in short, the recent progress toward the applications of H2 in medicine. Supporting the use of gasses in the clinical practice as another therapeutic tool to support health protocols, we also discuss remaining issues in this new and expanding field.

Introdução

A história da descoberta do gás hidrogênio (H2) conta com o alquimista Paracelsus, em 1520, seguido depois por Robert Boyle, em 1671. Ambos observaram as bolhas emitidas quando a limalha de ferro era adicionada ao ácido sulfúrico, entretanto, nenhum dos dois deu continuidade às suas observações. Em 1766, Henry Cavendish mostrou que as bolhas eram diferentes de outros gases, recebendo então o crédito da descoberta. Mais tarde, Cavendish mostrou que, quando o gás queimava, ele formava água, se tornando a base da refutação da teoria aristotélica dos quatro elementos. Quem deu o nome HIDROGÊNIO ao gás, originado de ‘hidro’ + ‘genes’ = formação de água, foi Antoine Lavoisier.

Por muito tempo a característica inflamável do gás dificultou o seu uso prático, mas, conforme o aprendizado sobre a molécula se expandiu, o seu potencial de uso foi sendo cada vez mais explorado e para várias atividades essenciais, como uma futura fonte energética e a sua crescente participação nos cuidados da saúde. Entre suas várias potencialidades, o H2 misturado ao hélio (He) e ao oxigênio (O) vem sendo cuidadosamente testado para facilitar a exploração do mergulho técnico, atualmente, além de 250 metros para ajudar a facilitar a respiração e evitar a síndrome de descompressão dos mergulhadores.

As funções e a ausência de efeitos secundários tóxicos do H2 na área da biomedicina chamaram a atenção dos cientistas mais a partir do início do século passado. As aplicações terapêuticas foram descritas mais especificamente em 1975, quando Dole et al. publicaram o seu estudo animal, no qual o H2 hiperbárico apresentou efeitos antitumorais marcantes. Entretanto, na época, o achado não atraiu a atenção acadêmica, talvez, devido às dificuldades técnicas de aplicação da terapia hiperbárica de H2 na prática clínica.

Em 2007, Ohsawa et al. contribuíram para a mudança desse cenário quando indicaram que o agente era um antioxidante que podia eliminar seletivamente dois tipos de espécies reativas de oxigênio (EROs) fortes, o radical de hidroxila (•OH) e o peroxinitrito (ONOO). No estudo, os investigadores utilizaram uma baixa concentração de H2 (1–4%) para inalação durante um curto período (35 min) em camundongos e encontraram efeitos positivos no tratamento da lesão de isquemia e reperfusão cerebral.

Atualmente, a quantidade de estudos clínicos já realizados e em andamento com o H2 surpreende. Com sua biossegurança e conveniência mais bem compreendidas, dispositivos de inalação de H2 foram incluídos como produtos médicos na China. No Japão, o gás H2 foi aprovado pelo Ministério da Saúde, Trabalho e Bem-Estar como um tratamento médico avançado e está em estudo clínico como tratamento para a síndrome pós-parada cardíaca, entre outros, além de ter sido aprovado como suplemento alimentar. Conferências internacionais nas áreas de ciências biológicas são agora organizadas tendo o H2 como foco. A sua inalação (1-4%) e o consumo de água rica em hidrogênio (água H2) vêm mostrando resultados positivos para várias áreas e doenças, incluindo a cognição, síndrome metabólica, biomarcadores do envelhecimento, esteatose hepática, medicina do exercício, microbiota intestinal, doença pulmonar intersticial, infecções, câncer e doença neuromuscular.

Por ser um elemento que vem sendo introduzido na prática médica, algo muito observado nessa pesquisa foi a questão “segurança de uso”. Um dos principais tópicos investigativos de uma molécula que pode atuar em múltiplos sistemas é a possibilidade de efeitos adversos. Antes de qualquer coisa, não provocar dano, pelo menos, maior que os benefícios. Como um novo e potencial nutracêutico na prática clínica, dentre os muitos estudos clínicos já realizados, a pesquisa atual não localizou efeitos adversos ou colaterais provenientes da utilização do H2. Um fato raro diante da tamanha diversidade individual, e um convite para estudarmos mais os gases com propriedades medicinais.

Linha do tempo de eventos importantes envolvendo o H2

Pronta biodisponibilidade com uma taxa de difusão admirável

Como a menor molécula conhecida no Universo, o H2 possui 50 picômetros de largura. Um picometro (pm) é um trilhão de um metro (10^-12 metros). Dando uma ideia do seu tamanho, poderíamos colocar aproximadamente 3.000.000 de moléculas de H2 na largura de um único fio de cabelo! O seu ínfimo tamanho aliado à sua carga neutra e à sua apolaridade tornam o H2 muito acessível para atravessar todas as barreiras humanas, como a intestinal, a hematoencefálica, a placenta, a pele, os testículos, incluindo compartimentos subcelulares, como a mitocôndria e, possivelmente, o núcleo.

Tendo em mente que a biodisponibilidade de uma molécula depende do seu tamanho, carga e polaridade, sabemos que a maioria dos medicamentos apresenta uma absorção limitada e a necessidade de mecanismos de transporte para entrar nas células. Diferente do H2, portanto, esses medicamentos perdem a sua concentração e a velocidade com que penetram na célula fica limitada, além de apresentarem limites dependendo da localização-alvo.

Além da pronta biodisponibilidade, o H2 tem uma taxa de difusão admirável, atingindo a circulação sistêmica em segundos, e seus sinais podendo atingir os órgãos e células em 2 a 10 minutos.

Mecanismos diversos

Os mecanismos de ação do H2 se mostram diversos. Resumidamente, o que interpreta-se dos achados científicos é que o H2 funciona como uma molécula sinalizadora para as células, induzindo efeitos ou modificações biológicas específicas em células, tecidos, órgãos e sistemas de órgãos. Isso significa que o gás estimula, ativa ou inibe várias vias metabólicas específicas (processos celulares) com foco no caminho da homeostase, atuando segundo a situação. Faz isso especialmente através de efeitos antioxidantes, anti-inflamatórios e citoprotetores, regulando indiretamente a transdução de sinal e a expressão gênica, cada uma das quais envolvendo múltiplas vias de sinalização e crosstalk. No crosstalk, p.ex., o H2 influencia os mecanismos regulatórios de autofagia e apoptose, que envolvem MAPKs, p53, Nrf2, NF-ΚB, p38 MAPK, mTOR, etc.

No quesito mais conhecido, pode-se dizer que o H2 age “semelhante” a um antioxidante, porque reduz níveis de radicais livres, como o radical hidroxila (•OH) e o peroxinitrito (ONOO-), quando estão em níveis excessivos, então, de maneira seletiva. Também, o seu efeito antioxidante parece se dar de maneira indireta, mediado pela modulação de atividades e expressões de várias moléculas, como Lyn, ERK, p38, JNK, ASK1, Akt, GTP-Rac1, iNOS, Nox1, NF-κB p65, IκBα, STAT3, NFATc1, c-Fos e grelina. Portanto, o H2 não atua como um antioxidante convencional porque não neutraliza radicais livres através da doação de elétrons, de maneira direta.

Clinicamente, faz-se o uso de antioxidantes exógenos que podem mitigar o efeito prejudicial do excesso de EROs. No entanto, em alguns casos esse tipo de intervenção pode não ser favorável ou ideal. Em contraste, a atuação antioxidante diferenciada do H2, ao mesmo tempo que pode reduzir seletivamente os radicais •OH, preserva importantes EROs que são usados para a sinalização celular normal, como o óxido nítrico (NO), cujas células vasculares endoteliais dependem da sua presença para manter a pressão arterial.

Colocando uma lupa no caminho de um biossensor relacionado ao redox de H2, temos a Fe-porfirina, recentemente identificada com um papel na transformação do H2. As porfirinas possuem diferentes funções no estresse oxidativo, conforme distribuídas no corpo, como na hemoglobina, mioglobina, cadeia de transporte de elétrons mitocondrial, P450 para desintoxicação, NO sintase, catalase, peroxidase e canal de K+ mitocondrial. No caso da Fe-porfirina, ela é encontrada em abundância principalmente nas mitocôndrias celulares e nos glóbulos vermelhos – os dois principais locais de trabalho do H2.

Recentemente, Jin et al. (2022) descobriram que, tanto no estado livre quanto no estado confinante de proteína, a Fe-porfirina atua como um alvo/biossensor molecular primário do H2, podendo autocatalisar a hidrogenação reagindo com H2 para obter alta redutibilidade de átomos de H2 coordenados por Fe, que subsequentemente podem não apenas neutralizar •OH em H2O, mas também reduzir CO2 em CO no microambiente hipóxico.

Nas mitocôndrias celulares, o H2 pode reduzir eficientemente o •OH sob catálise local da Fe-porfirina para atenuar o estresse oxidativo para anti-inflamação. Além disso, no microambiente de hipóxia, como tumor sólido e isquemia cardíaca, o CO gerado cataliticamente por Fe-porfirina é coordenado localmente para mediar a sinalização de CO à jusante, induzindo apoptose em células tumorais e protegendo as células miocárdicas através do alívio hipóxico. Os efeitos terapêuticos em muitas doenças, portanto, podem estar relacionados à sinalização de CO à jusante, além da eliminação de •OH.

Como os gases medicinais NO, CO e sulfeto de hidrogênio (H2S) têm como alvo a Fe-porfirina (heme) para induzir cada transdução de sinal, é interessante que o H2 comumente tenha como alvo a Fe-porfirina (hematina) para exibir suas funções.

Esses achados podem ajudar a explicar de maneira mais pontual como o H2 pode beneficiar tantos tipos de tecidos ou órgãos quando ingerido através da água se, após o seu consumo, o H2 é exalado pelos pulmões. O H2 então pode não atingir o sangue arterial, cérebro, músculo esquelético e rins devido à sua expiração, mas a forma híbrida da porfirina Fe(III) pode circular no corpo como portadora de H e suas sinalizações.

Adicionalmente, se os seus efeitos se dão de maneira indireta, como o efeito antioxidante, através da modulação da transdução de sinal e expressão gênica, incluindo a regulação positiva de antioxidantes endógenos, isso ajuda a explicar porque alguns estudos observaram seu efeito protetor residual durante horas, dias e até semanas após a sua exposição.

Enquanto a característica antioxidante do H2 parece estar sendo mais elucidada, os mecanismos anti-inflamatórios seguem menos explorados, estando atualmente a via da ativação do NLRP3 no foco da pesquisa. Esse componente do sistema imune inato é um sensor intracelular que detecta uma ampla gama de padrões microbianos, sinais de perigo endógenos e irritantes ambientais, resultando na formação e ativação do inflamassoma NLRP3, associado a doenças como aterosclerose, doenças respiratórias agudas e crônicas, doença de Alzheimer, lesão cerebral traumática, lesão renal aguda, doença renal crônica, câncer e, possivelmente, pancreatite.

Sabe-se que as respostas inflamatórias dependentes do inflamassoma NLRP3 são desencadeadas por uma variedade de sinais que colocam o hospedeiro em perigo, incluindo infecção, dano tecidual e anormalidades metabólicas. Sabe-se também que mecanismos antioxidantes estão conectados a mecanismos anti-inflamatórios. As EROs excessivas estimulam a expressão de NF-κB e promovem a secreção de citocinas pró-inflamatórias ativando o inflamassoma NLRP3. Alguns estudos mostram que o H2 pode estar envolvido em vários modelos de inflamação baseados em mecanismos de inibição da oxidação mitocondrial e da ativação do inflamassoma NLRP3.

Hirano et al. (2021), ao investigar o possível papel inibidor do H2 no estresse mitocondrial, sugerem que o H2 pode inibir a cascata que leva à ativação de NLRP3 eliminando o excesso de mtEROs, e essa inibição pode levar à supressão da produção de IL-1β e IL-18. Até o momento, a(s) ERO(s) específica(s) não foram identificadas. A ERO produzida de forma mais oxidativa nas mitocôndrias é •OH. Baseados nisso, temos a hipótese de que o efeito de eliminação de •OH pelo H2 pode levar à supressão da ativação do NLRP3 através da inibição da oxidação do mtDNA. No entanto, é necessário antes identificar as EROs exatas responsáveis pela oxidação mitocondrial e analisar detalhadamente o mecanismo pelo qual o H2 atua no local.

Já a inflamação alérgica das vias aéreas pode estar associada a uma mudança na via metabólica energética da fosforilação oxidativa (OXPHOS) mitocondrial para a glicólise aeróbica. Niu et al (2020) reportaram que o H2 reverte essa mudança por múltiplos mecanismos: inibindo diretamente as atividades das enzimas glicolíticas e estimulando as atividades da enzima da OXPHOS mitocondrial; atuando nos elementos reguladores à montante e regulando a produção de cofatores nas vias de regulação do metabolismo energético; e revertendo a regulação positiva das atividades das enzimas glicolíticas e a regulação negativa das atividades da enzima OXPHOS.

Com tantos possíveis mecanismos de ação sinalizadora desse gás terapêutico, segundo a situação de saúde do paciente, um estudo se destaca pelo ângulo preventivo. Sim et al. (2020) utilizaram a água H2 em adultos (20-59 anos) considerados saudáveis. O estudo randomizado, duplo-cego e controlado contou com dois grupos, 1,5 L/d de água H2 (n = 20) ou água pura (n = 18) por 4 semanas: “As alterações desde o início até a 4ª semana no potencial antioxidante biológico (PAB) sérico, derivados de oxigênio reativo e 8-oxo-2′-desoxiguanosina [produto da oxidação do DNA] não diferiram entre os grupos; no entanto, naqueles com idade  ≥ 30 anos, o PAB aumentou mais no grupo água H2 do que no grupo controle. A apoptose de células mononucleares do sangue periférico (PBMCs) foi significativamente menor no grupo água H2. A análise de citometria de fluxo de células CD4+, CD8+, CD20+, CD14+ e CD11b+ mostrou que a frequência de células CD14+ diminuiu no grupo água H2. A análise de sequenciação de RNA de PBMCs demonstrou que os transcriptomas do grupo água H2 ficaram claramente distinguidos daqueles do grupo controle. Mais notavelmente, as redes transcricionais de respostas inflamatórias e a sinalização de NF-κB foram significativamente reguladas negativamente no grupo água H2”, resumiram os investigadores.

Potencial adjuvante

Na área da oncologia, uma área ainda muito desafiadora, estudos de caso e clínicos que utilizaram o H2 via inalação obtiveram resultados surpreendentes. Um estudo clínico incluindo 58 pacientes com câncer de pulmão de células não pequenas avançado relatou em 2020 que a nebulização com H2 (H2 66,7% e O 33,3%; fluxo máx., 3 L/min) foi capaz de aliviar os sintomas pulmonares, especialmente quando combinado aos tratamentos individuais, em comparação com o grupo controle. O H2 foi administrado por inalação durante 4–5 horas por dia, durante 5 meses. Após 16 meses de acompanhamento, a sobrevida do grupo controle foi menor do que a do grupo somente H2 e significativamente menor do que a dos grupos de quimioterapia + H2, terapia direcionada + H2, e imunoterapia + H2. Nos grupos de terapia combinada, a maioria dos eventos adversos associados aos medicamentos diminuiu gradualmente ou até desapareceu.

Outro resultado positivo reportado em 2020 veio de um estudo que usou H2 em 42 pacientes com câncer de pulmão, tratados com nivolumabe, em comparação com 14 pacientes tratados somente com nivolumabe. Foi encontrada uma sobrevida global significativamente mais longa para o tratamento combinado com o H2. Os investigadores Akagi e Baba concluíram que “o gás hidrogênio ativa a CoQ10 (mitocôndrias), melhorando assim os resultados do nivolumabe através da redução das células T CD8+ esgotadas, especialmente PDT+. Nossas descobertas também sugerem que a concentração de CoQ10 no sangue periférico é um marcador disponível da função mitocondrial, enquanto PDT+ e CoQ10 são biomarcadores confiáveis de nivolumabe. Presume-se que o nivolumabe não é eficaz para pacientes com células T CD8+ predominantemente esgotadas no sangue periférico, o que pode ser superado pelo hidrogênio”.

A água H2 também foi testada de maneira adjuvante num estudo randomizado e controlado por placebo realizado em 49 pacientes que recebiam radioterapia para tumores hepáticos malignos. Após 6 semanas do seu consumo, Kang et al. (2011) encontraram redução dos metabólitos reativos de oxigênio no sangue e manutenção do potencial de oxidação do sangue, além de melhora significativa dos escores de qualidade de vida durante a radioterapia, sem prejudicar o efeito antitumoral da radioterapia.

Mesmo não sendo um estudo humano, é importante mencionar que o estudo celular de Hasegawa et al. (2022) encontrou que a água H2 aumentou a proliferação de células tumorais que possuem altas atividades basais e sobressalentes da cadeia de transporte de elétrons mitocondriais. Esse resultado celular negativo nos ajuda a lembrar que qualquer molécula que aumente a relação NAD+/NADH pode estimular o crescimento tumoral. Por outro lado, melhorar essa proporção é fundamental para a saúde e a longevidade, uma vez que aumenta a PGC1α (reguladora da biogênese mitocondrial). Adicionalmente, o H2 é uma molécula acessível, e o racional adjuvante ao tratamento protocolar pode estar atuando positivamente sobre a função do sistema imune, assim, capacitando o corpo a combater melhor o câncer, além de minimizar efeitos adversos do tratamento protocolar, como no caso de radioterapia, e incluindo a surdez após radioterapia/quimioterapia para carcinoma nasofaríngeo, encontrado no estudo de Kong et al. (2022) que utilizou o H2 inalatório nos pacientes.

Estudos clínicos

Além dos estudos oncológicos mencionados anteriormente, que chamam a atenção para o forte potencial adjuvante do H2, seguem estudos clínicos que ilustram a abrangência da pesquisa em cerca de 170 modelos de doenças (estimativa de 2.000 publicações até o momento), incluindo o comprometimento cognitivo, síndrome metabólica, AVC, esteatose hepática, saúde cardiovascular e endotelial, circulação extracorpórea, medicina do exercício, microbiota intestinal, doença pulmonar intersticial em estágio inicial, tratamento pós-covid, doença neuromuscular e artrite reumatoide:

Vias de aplicação

Os tratamentos individuais num contexto médico podem incluir as vias intraperitoneal (IP), intravenosa (IV), oral, nasal, de maneira isolada e combinada. A aplicação tópica e hiperbárica de H2 também demonstrou ter efeitos salutares em condições como lesões de tecidos moles, doença descompressiva e câncer.

Pelas vias IP e IV, o H2 saturado em sal, em modelos animais, permitiu a transferência de H2 com eficiência ilimitada e com uma quantidade mais precisa. Nagatani et al. (2013) realizaram um estudo aberto, prospectivo e não randomizado de administração IV de H2 em 38 pacientes hospitalizados por AVC isquêmico agudo, que receberam 200 mL duas vezes ao dia, até 3 horas após o diagnóstico. Os dados desse estudo indicaram que uma solução IV de H2 é segura para pacientes com AVC, incluindo pacientes tratados com ativador de plasminogênio tecidual (t-PA).

À medida que cresce a curiosidade do público sobre os benefícios do H2, alguns suplementos dietéticos podem visar aumentar a produção de H2 através de interações microbianas no trato gastrointestinal. De outra forma, suplementos orais que se dissolvem no sistema gastrointestinal e, em reação com a água disponível, produzem H2 com livre acesso pelo organismo. Alguns componentes candidatos incluem magnésio (Mg), hidreto de magnésio (MgH2) e silício (Si) que podem reagir com água para produzir H2.

Cada método utilizado para aumentar a disponibilidade celular de H2 fornecerá diferentes concentrações de H2 nas células e alvos diferentes. A via da inalação mostrou ter como alvo tecidos alternativos, uma vez que o H2 é assimilado através do parênquima pulmonar para a corrente sanguínea, onde é então “distribuído” (exercendo sinalização) por todo o corpo. Esse fenômeno permite que a administração do H2 via inalação melhore doenças respiratórias como asma, doenças infecciosas por coronavírus e doença pulmonar obstrutiva crônica, além de poder beneficiar a disbiose resultante de lesão de isquemia-reperfusão, doença hepática ou doença metabólica, e facilitar situações clínicas agudas, onde o excesso de líquidos é proibido e a administração oral é praticamente impossível.

Esperam-se pesquisas clínicas sobre a via da imersão (banhos) em água H2 e sobre o uso de solução salina H2 nos olhos. Kubota et al. (2021) em seu estudo exploratório reportaram que o H2 melhorou de forma significativa e segura a estabilidade lacrimal e os sintomas de olho seco em 10 indivíduos (29-41 anos). Na área renal, uma área com um acúmulo considerável de estudos pré-clínicos, Nakayama et al. (2018) encontraram que a aplicação de solução de diálise enriquecida com H2 pode melhorar o prognóstico de pacientes em hemodiálise crônica.

Aditivamente, em seu artigo de revisão, Artamonov et al. (2024) fazem a (instigante) hipótese de que o H2 poderia ser aplicado pela via intraóssea, podendo servir como uma maneira de estimular um pool de células-tronco da medula óssea e, então, escalar o uso de H2 para a regeneração tecidual.

Segurança de uso

Usado há anos em misturas de gases no mergulho profundo, para prevenir a doença descompressiva e trombose gasosa, e em numerosos ensaios clínicos, o H2 demonstrou ser seguro, sem mostrar eventos adversos sérios. Não há advertências na literatura sobre toxicidade ou efeitos adversos quando utilizado em concentrações relativamente baixas, em condições normais de pressão e temperatura.
Garantir a segurança é a principal consideração quando o objetivo é a tradução clínica de um novo medicamento. Ao contrário de outros gases medicinais como o CO2, o NO e o H2S, o H2 não se liga à hemoglobina na corrente sanguínea, não induzindo efeitos tóxicos relacionados com a hemoglobina.

Ono et al. (2012) realizaram um estudo de segurança para determinar as concentrações equivalentes de H2 em pacientes (n=10) com isquemia cerebral aguda. Os pesquisadores concluíram que a inalação de H2 a 3% por 30 minutos se demonstrou segura, não alterando nenhum parâmetro fisiológico, e que pode produzir uma concentração de H2 semelhante à encontrada no sangue de animais, que demonstrou ser útil para tratar ou prevenir a condição. No entanto, também foram observadas algumas inconsistências nos níveis de H2 entre os indivíduos.

No caso de uma água H2, é importante compreender que as moléculas de H2 não são ligadas nas moléculas da água, e que o enriquecimento de uma água com o gás H2 [cerca de 1-3 mg/L; sendo que 1 mg/L = 1 parte por milhão (ppm)] não modifica a água, mas sim a água atua como um veículo para transportar o H2 – similar ao dióxido de carbono em bebidas gaseificadas. O H2 pode ser dissolvido em qualquer água ou solução, independentemente do pH.

De qualquer maneira, nunca é demais repetir que qualquer substância nutracêutica que produz efeitos biológicos no corpo humano, se não usada conforme a necessidade do paciente, tem o potencial de perturbar a homeostase.

Considerações finais

Nas ciências biológicas, quanto mais pesquisamos e descobrimos, mais perguntas formamos. Passados dezenas de séculos de estudos, com humildade, continuamos assentindo que há mais coisas que não sabemos do que sabemos. No entanto, o “pouco” que viemos aprendendo está cada vez mais integrativo, atendendo os desafios atuais que exigem intervenções farmacêuticas inovadoras. Eis um volume substancial e crescente de estudos mostrando a possibilidade da inclusão do primeiro elemento da tabela periódica na prática clínica.

O potencial do uso dos gases considerados medicinais na prática ortomolecular se mostra coerente. Já presentes na fisiologia dos animais e das plantas, nosso conhecimento sobre eles continua a se expandir, proporcionando inclusive uma possibilidade estimulante para o desenvolvimento de uma classe inteiramente nova de combinações terapêuticas e até mesmo de possíveis medicamentos, cuja estrutura seria mais simples do que muitos dos medicamentos em uso.

No presente artigo, ao nos concentrarmos em resumir a pesquisa clínica, o potencial adjuvante do H2 chama a atenção. Ademais, a pesquisa dessa molécula continua a se expandir, e os estudos pré-clínicos indicam evidências do seu uso para desordens mitocondriais, p.ex., bem como a água H2 mostrou reduzir o número de cistos e danos oxidativos na síndrome do ovário policístico (SOP) e exercer efeitos protetores contra a perda muscular durante a imobilização de membros.

No ritmo da pesquisa atual sobre o H2, uma pergunta levantada por R. J. Neale em seu artigo publicado no Medical Hypotheses, em 1988, parece agora mais próxima de ser respondida: “Será que a associação entre a elevada ingestão de fibras alimentares e a redução da incidência de doenças crônicas estaria também ligada ao aumento da produção de hidrogênio?”.

Se no cólon, os componentes da fibra alimentar são utilizados pelas bactérias para produzir ácidos graxos de cadeia curta, hidrogênio, dióxido de carbono e metano, a produção de H2 endógena está associada à utilização bacteriana de carboidratos dietéticos não absorvíveis, como as hemiceluloses, amido e certos oligossacarídeos. Curiosamente, agora a pergunta original naturalmente levanta outra: qual seria o papel da produção de H2 pela microbiota intestinal na etiologia do câncer do cólon?

Uma pista pode estar no estudo pré-clínico realizado em camundongos para investigar o H2 no câncer de cólon. Asgharzadeh et al. (2022) encontraram que a combinação do quimioterápico 5-fluorouracil (5-FU) com água H2 resultou em redução do tamanho e peso do tumor de maneira mais eficaz do que quando ambas terapias foram administradas em separado.
Adicionalmente, uma pergunta crescente é se os benefícios associados ao consumo de água alcalina poderiam ter como (co)fator responsável a concentração de H2 contida nela. Esclarecendo, inicialmente, o H2 era visto simplesmente como um subproduto inerte da eletrólise, sem valor biológico, e os estudos realizados com foco na alcalinidade da água não consideravam a concentração de H2 contida nela. Esse passado investigativo pode ter gerado uma variável de confusão.

Atualmente, a maioria dos estudos sobre o tema vêm considerando o H2 e a sua concentração. Em seu estudo animal de esteatose hepática, Jackson et al. (2018) realizaram um experimento possivelmente esclarecedor sobre essa discussão. Os pesquisadores utilizaram uma água eletrolisada reduzida (ERW) com pH 11 e baixa concentração de H2 (0,2 mg/L) conforme os grupos: (i) dieta regular (DR)/água regular(AR); (ii) dieta hiperlipídica (DH)/AR; (iii) DR/ERW; e (iv) DH/ERW.

Após doze semanas, os animais foram sacrificados e seus fígados processados para histologia e reação em cadeia da polimerase com transcrição reversa. Como os resultados não mostraram diferenças entre os grupos, em seguida, foi realizado outro experimento para avaliar os efeitos da água regular e de águas com baixa e alta concentrações de H2 (0,3 mg/L e 0,8 mg/L, respectivamente) em camundongos alimentados com DH. Em comparação com a AR e a água com baixa concentração de H2, a água rica em H2 resultou num menor aumento na massa gorda (46% vs. 61%), num aumento na massa corporal magra (42% vs. 28%) e numa diminuição do acúmulo de lipídios hepáticos (p < 0,01).

Portanto, uma hipótese sobre a dificuldade de evidenciar os mecanismos de ação do consumo da água com pH alcalino poderia ser a não consideração da concentração de H2 presente nela, entre outros fatores, como o sistema tampão de pH no corpo humano que envolve o equilíbrio entre o bicarbonato (HCO3) e o dióxido de carbono (CO2) – incluindo a maneira de uma pessoa respirar (pH sérico = HCO3 / PCO2) –, bem como uma possível alteração que o uso de medicamentos faz sobre os canais iônicos do sódio, do potássio e do H2, que trabalham modulando o pH.

Dito isso, mesmo com baixa concentração de H2, uma água naturalmente alcalina normalmente possui níveis mais elevados de cálcio, magnésio e outros eletrólitos ou oligoelementos, altamente biodisponíveis quando dissolvidos em água e importantes para a dissolução e condutividade do gás H2. Ilustrando a potencialidade de uma hidratação de qualidade, sem foco na alcalinidade ou H2, temos a meta-análise de Bykowska-Derda et al. (2023) que encontrou que a ingestão de água rica em minerais reduz os riscos de doenças complexas, como as doenças cardiovasculares.

Por outro lado, a realização de todo o potencial terapêutico do H2 enfrenta desafios. Ao contrário dos medicamentos convencionais, o uso médico do H2 não pode ser diretamente protegido por direitos de propriedade intelectual. Isso pode diminuir o apoio da indústria farmacêutica aos ensaios clínicos com maior número de participantes. No entanto, é possível patentear tecnologia para dispositivos de produção de H2, como dispositivos de inalação, e novos sistemas de distribuição, o que pode ajudar a concretizar o potencial clínico da terapia H2.

Enquanto os estudos clínicos avançam e as agências reguladoras se atualizam, esta revisão introdutória conclui que a evolução da pesquisa nas últimas décadas sobre o hidrogênio molecular foi notável. No caminho da cura, é admirável permanecermos abertos sobre a complexidade da biologia – incluindo o que não sabemos – desde que a compreensão de todos afeta as políticas, os cuidados de saúde e a confiança na ciência. Os estudos realizados até a data transformaram o conceito anterior de molécula inerte. O H2 reage com oxidantes fortes, como o radical hidroxila nas células, e a proposta de seu potencial em aplicações terapêuticas é substancial, especialmente de maneira adjuvante e, possivelmente, como agente protetor contra diversas doenças inflamatórias em seu estado pré-sintomático.

IMPORTANTE

Este material é de apoio técnico para prescritores e é proibida a sua divulgação para consumidores, nos termos do item 5.14 da RDC 67/2007.

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1- Hancock, JT.; LeBaron, TW. The Early History of Hydrogen and Other Gases in Respiration and Biological Systems: Revisiting Beddoes, Cavallo, and Davy. Oxygen 2023. Doi:10.3390/oxygen3010008

2- Dole M, et al. Hyperbaric hydrogen therapy: a possible treatment for cancer. Science. 1975

3- Ohsawa I, et al. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selec.tively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nat. Med. 2007. Doi:10.1038/nm1577

4- Ge L, et al. Molecular hydrogen: a preventive and therapeutic medical gas for various diseases. Oncotarget. 2017

5- Hirano S-i, et al. Hydrogen Is Promising for Medical Applications. Clean Technol. 2020. Doi:10.3390/cleantechnol2040033

6- European Academy for Molecular Hydrogen Research in Biomedicine. Disponível em European Academy for Molecular Hydrogen Research in Biomedicine Acessado em 10/02/24

7- LeBaron TW, et al. The On/Off History of Hydrogen in Medicine: Will the Interest Persist This Time Around? Oxygen; 2023. Doi:10.3390/oxygen3010011

8- Ge L, et al. Molecular hydrogen: a preventive and therapeutic medical gas for various diseases. Oncotarget. 2017. Doi:10.18632/oncotarget.21130

9- Ichihara M, et al. Beneficial biological effects and the underlying mechanisms of molecular hydrogen - comprehensive review of 321 original articles. Med Gas Res. 2015. Doi:10.1186/s13618-015-0035-1

10- Slezak J, et al. Oxidative Stress and Pathways of Molecular Hydrogen Effects in Medicine, Current Pharmaceutical Design; 2021. Doi:10.2174/1381612826666200821114016

11- Qinjian Li, et al. Hydroxyl-radical scavenging activity of hydrogen does not significantly contribute to its biological function. bioRxiv; 2021. Doi:10.1101/2021.03.13.435216

12- Ishibashi T, et al. Consumption of water containing a high concentration of molecular hydrogen reduces oxidative stress and disease activity in patients with rheumatoid arthritis: An open-label pilot study. Med. Gas Res. 2012

13- Hara F, et al. Molecular Hydrogen Alleviates Cellular Senescence in Endothelial Cells. Circ. J. 2016

14- Jin Z, et al. Fe-porphyrin: A redox-related biosensor of hydrogen molecule. Nano Res. 2022. Doi:10.1007/s12274-022-4860-y

15- Sun X, et al. Discovery of a hydrogen molecular target. Med Gas Res. 2023. Doi:10.4103/2045-9912.356472

16- Hirano S-i, et al. Potential Therapeutic Applications of Hydrogen in Chronic Inflammatory Diseases: Possible Inhibiting Role on Mitochondrial Stress. Int. J. Mol. Sci. 2021. Doi:10.3390/ijms22052549

17- Niu Y, et al. Hydrogen Attenuates Allergic Inflammation by Reversing Energy Metabolic Pathway Switch. Sci Rep; 2020; Doi:10.1038/s41598-020-58999-0

18- Sim M, et al. Hydrogen-rich water reduces inflammatory responses and prevents apoptosis of peripheral blood cells in healthy adults: a randomized, double-blind, controlled trial. Sci Rep; 2020. Doi:10.1038/s41598-020-68930-2

19- Ohsawa I, et al. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nat Med; 2007. Doi:10.1038/nm1577

20- Yang, Y, et al. Anti‑inflammatory and antitumor action of hydrogen via reactive oxygen species (Review). Oncology Letters; 2018. Doi:10.3892/ol.2018.9023

21- Chen JB, et al. A Gallbladder Carcinoma Patient With Pseudo-Progressive Remission After Hydrogen Inhalation. Onco Targets Ther. 2019

22- Chen JB, et al. Hydrogen gas therapy induced shrinkage of metastatic gallbladder cancer: A case report. World J. Clin. Cases 2019

23- Chen JB, et al. Hydrogen therapy can be used to control tumor progression and alleviate the adverse events of medications in patients with advanced non-small cell lung cancer. Med. Gas Res. 2020

24- Akagi J; Baba H. Hydrogen gas activates coenzyme Q10 to restore exhausted CD8+ T cells, especially PD-1+Tim3+terminal CD8+ T cells, leading to better nivolumab outcomes in patients with lung cancer. Oncol. Lett. 2020

25- Kang KM, et al. Effects of drinking hydrogen-rich water on the quality of life of patients treated with radiotherapy for liver tumors. Med Gas Res; 2011. Doi:10.1186/2045-9912-1-11

26- Hasegawa T, et al. Molecular Hydrogen Enhances Proliferation of Cancer Cells That Exhibit Potent Mitochondrial Unfolded Protein Response. Int. J. Mol. Sci. 2022. Doi:10.3390/ijms23052888

27- Kong X, et al. Effect of Hydrogen Inhalation Therapy on Hearing Loss of Patients With Nasopharyngeal Carcinoma After Radiotherapy. Front Med (Lausanne). 2022. Doi:10.3389/fmed.2022.828370

28- Nakayama M, et al. Novel haemodialysis (HD) treatment employing molecular hydrogen (H2)-enriched dialysis solution improves prognosis of chronic dialysis patients: A prospective observational study. Sci Rep. 2018. Doi:10.1038/s41598-017-18537-x

29- Artamonov MY, et al. Intraosseous Administration of Molecular Hydrogen: A Novel Technique—From Molecular Effects to Tissue Regeneration. In: Slezak J; Kura B. (eds) Molecular Hydrogen in Health and Disease. Advances in Biochemistry in Health and Disease, vol 27. Springer, Cham. 2024. Doi:10.1007/978-3-031-47375-3_24

30- Gvozdjáková A, et al. Molecular Hydrogen: A New Treatment Strategy of Mitochondrial Disorders. In: Slezak J; Kura B. (eds) Molecular Hydrogen in Health and Disease. Advances in Biochemistry in Health and Disease, vol 27. Springer, Cham. 2024. Doi:10.1007/978-3-031-47375-3_4

31- Kiyomi N, et al. Effects of Molecular Hydrogen Assessed by an Animal Model and a Randomized Clinical Study on Mild Cognitive Impairment. Current Alzheimer Research; 2018. Doi:10.2174/1567205014666171106145017

32- LeBaron TW, et al. The Effects of 24-Week, High-Concentration Hydrogen-Rich Water on Body Composition, Blood Lipid Profiles and Inflammation Biomarkers in Men and Women with Metabolic Syndrome: A Randomized Controlled Trial, Diabetes, Metabolic Syndrome and Obesity; 2020. DOI: 10.2147/DMSO.S240122

33- Sakai T, et al. Consumption of water containing over 3.5 mg of dissolved hydrogen could improve vascular endothelial function. Vasc Health Risk Manag. 2014. Doi:10.2147/VHRM.S68844

34- Tanaka Y, et al. The effects of ingestion of hydrogen-dissolved alkaline electrolyzed water on stool consistency and gut microbiota: a double-blind randomized trial. Med Gas Res. 2021. Doi:10.4103/2045-9912.318858

35- Zanini D, et al. The effects of 6-month hydrogen-rich water intake on molecular and phenotypic biomarkers of aging in older adults aged 70 years and over: A randomized controlled pilot trial. Exp Gerontol. 2021. Doi:10.1016/j.exger.2021.111574

36- Hori A, et al. Two-week continuous supplementation of hydrogen- rich water increases peak oxygen uptake during an incremental cycling exercise test in healthy humans: a randomized, single-blinded, placebo- controlled study. Med Gas Res. 2020

37- Sha JB, et al. Effects of the long-term consumption of hydrogen-rich water on the antioxidant activity and the gut flora in female juvenile soccer players from Suzhou, China. Med Gas Res. 2019. Doi:10.4103/2045-9912.248263

38- Tang C, et al. Efficacy and Safety of Hydrogen Therapy in Patients with Early-Stage Interstitial Lung Disease: A Single-Center, Randomized, Parallel- Group Controlled Trial, Therapeutics and Clinical Risk Management; 2023. Doi:10.2147/ TCRM.S438044

39- Yoritaka A, et al. Pilot study of H₂ therapy in Parkinson's disease: a randomized double-blind placebo-controlled trial. Mov Disord. 2013. Doi:10.1002/mds.25375

40- Katsumata Y, et al. The Effects of Hydrogen Gas Inhalation on Adverse Left Ventricular Remodeling After Percutaneous Coronary Intervention for ST-Elevated Myocardial Infarction—First Pilot Study in Humans. Circ. J. 2017

41- Ono H, et al. Hydrogen Gas Inhalation Treatment in Acute Cerebral Infarction: A Randomized Controlled Clinical Study on Safety and Neuroprotection. J Stroke Cerebrovasc Dis. 2017. Doi:10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2017.06.012

42- Deryugina AV, et al. Molecular hydrogen exposure improves functional state of red blood cells in the early postoperative period: a randomized clinical study. Med Gas Res. 2023. Doi: 10.4103/2045-9912.356473

43- Tao G, et al. A randomized, placebo-controlled clinical trial of hydrogen/oxygen inhalation for non-alcoholic fatty liver disease. J Cell Mol Med. 2022. Doi:10.1111/jcmm.17456

44- Hong Y, et al. Effects of Pre-Exercise H2 Inhalation on Physical Fatigue and Related Prefrontal Cortex Activation during and after High-Intensity Exercise. Front. Physiol. 2022

45- Botek M, et al. Molecular Hydrogen Positively Affects Physical and Respiratory Function in Acute Post-COVID-19 Patients: A New Perspective in Rehabilitation. Int. J. Environ. Res. Public Health 2022. Doi:10.3390/ijerph19041992

46- Nagatani K, et al. Safety of intravenous administration of hydrogen-enriched fluid in patients with acute cerebral ischemia: initial clinical studies. Med Gas Res; 2013. Doi:10.1186/2045-9912-3-13

47- Kurokawa R, et al. Convenient methods for ingestion of molecular hydrogen: drinking, injection, and inhalation. Med Gas Res. 2015. Doi:10.1186/s13618-015-0034-2

48- Russell G, et al. Molecular Hydrogen as Medicine: An Assessment of Administration Methods. Hydrogen 2021, Doi:10.3390/hydrogen2040025

49- Kubota M, et al. Ensaio clínico randomizado e cruzado de eficácia em humanos e camundongos na promoção da secreção lacrimal e proteção da glândula lacrimal por hidrogênio molecular. 2021. Doi:10.1038/s41598-021-85895-y

50- Salomez-Ihl C, et al. Hydrogen inhalation: in vivo rat genotoxicity tests. Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis; 2024. Doi:10.1016/j.mrgentox.2024.503736

51- Nicolson GL, et al. Clinical Effects of Hydrogen Administration: From Animal and Human Diseases to Exercise Medicine. International Journal of Clinical Medicine; 2015. Doi:10.4236/ijcm.2016.71005

52- Ono H, et al. A Basic Study on Molecular Hydrogen (H2) Inhalation in Acute Cerebral Ischemia Patients for Safety Check with Physiological Parameters and Measurement of Blood H2 Level. Medical Gas Research; 2012. Doi:10.1186/2045-9912-2-21

53- Sun Q, et al. Biological Safety of Hydrogen. In: Sun, X., Ohta, S., Nakao, A. (eds) Hydrogen Molecular Biology and Medicine. Springer, Dordrecht. 2015. Doi:10.1007/978-94-017-9691-0_3

54- Bykowska-Derda A, et al. The Relationship between Mortality from Cardiovascular Diseases and Total Drinking Water Hardness: Systematic Review with Meta-Analysis. Foods 2023. Doi:10.3390/foods12173255

55- LeBaron TW, et al. Electrolyzed–Reduced Water: Review I. Molecular Hydrogen Is the Exclusive Agent Responsible for the Therapeutic Effects. Int. J. Mol. Sci. 2022. Doi:10.3390/ijms232314750

56- Makav M, et al. The effect of hydrogen-rich water on letrozole-induced polycystic ovary syndrome in rats. Reproductive BioMedicine Online; 2023. Doi:10.1016/j.rbmo.2023.103332

57- Nazari SE, et al. Therapeutic Potential of Hydrogen-Rich Water on Muscle Atrophy Caused by Immobilization in a Mouse Model. Pharmaceuticals (Basel). 2023. Doi:10.3390/ph16101436

58- Jackson K, et al. Effects of alkaline-electrolyzed and hydrogen-rich water, in a high-fat-diet nonalcoholic fatty liver disease mouse model. World J Gastroenterol. 2018. Doi:10.3748/wjg.v24.i45.5095

59- Neale RJ. Dietary fibre and health: the role of hydrogen production. Med Hypotheses. 1988. Doi:10.1016/0306-9877(88)90091-6

60- Asgharzadeh F, et al. Hydrogen-rich water exerts anti-tumor effects comparable to 5-fluorouracil in a colorectal cancer xenograft model. World J Gastrointest Oncol 2022. Doi:10.4251/wjgo.v14.i1.242