Обеспечение безопасности является первоочередной задачей, когда целью является клиническая трансляция нового лекарственного вещества. В отличие от других медицинских газов, таких как углекислый газ, оксид азота и сероводород, H2 не связывается с гемоглобином в кровотоке, поэтому H2 не вызывает связанных с кровью токсических эффектов. Обширные исследования на животных показали, что введение H2 безопасно, однако всестороннее подтверждение безопасности для человека при различных методах введения еще предстоит продемонстрировать. Смесь H2 :O2 или H2 :O2 :He-газ уже давно используется глубоководными дайверами для предотвращения декомпрессионной болезни, что также подтверждает безопасность вдыхания H2 для человека. Два исследования, проведенные в 1988 и 1994 годах, показали, что дыхательные смеси, содержащие 49-56% H2 , во время погружений на глубину 450-500 м могут облегчить некоторые симптомы нервного синдрома высокого давления и подтвердили безопасность их использования [11,12]. Следует отметить, что последние клинические исследования направлены на документирование безопасности терапии H2 для человека, например, клинические исследования NCT04046211 и UMIN000013221 (табл. 1 и 2). Одно из исследований с участием десяти пациентов с церебральной ишемией показало, что вдыхание 3% H2 в течение 30 минут не привело к изменению каких-либо физиологических параметров, что подтверждает безопасность. Кроме того, наблюдалось повышение уровня H2 в крови, эквивалентное данным, полученным в исследованиях на животных. Однако были отмечены и некоторые несоответствия в уровнях H2 у разных людей [13]. Большое количество проведенных клинических исследований (табл. 1 и 2) подтверждает безопасность и практически полное отсутствие токсичности введения H2 путем питья H2 - насыщенной воды, вдыхания H2 газа разного уровня, инъекций H2 - насыщенного физиологического раствора и других методов, таких как местное применение и диализ. В ходе клинических исследований было выявлено очень мало побочных реакций, связанных сNпотреблением H2 человеком, и во всех испытаниях было сделано заключение, что потребление H2 безопасно для человека. Тем не менее, опасения по поводу воспламеняемости H2 требуют дальнейшего рассмотрения.

Клинические исследования, изучающие безопасность и терапевтические эффекты
применения H2 , зарегистрированные на сайте clinicaltrials.gov, с указанием изучаемого заболевания, метода применения, статуса исследования, даты первого представления и места проведения.

Обзор проведенных и предстоящих клинических исследований в определенной терапевтической области, подобный приведенному выше, может кое-что сказать об интересе к этой области, однако он не учитывает результаты. Об эффективности применения H2 сообщается по меньшей мере в 64 рецензируемых научных публикациях, которые качественно обсуждаются ниже; многие из них, но не все, являются результатами клинических испытаний, перечисленных выше. В последующем изложении статьи распределены по разделам в соответствии с основными исследуемыми областями заболеваний. Эти категории включают сердечно-сосудистые, онкологические, респираторные заболевания, заболевания ЦНС, инфекции, заболевания, связанные с образом жизни, и другие заболевания, и в них количественно обсуждаются результаты исследований на людях.

Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смертности во всем мире [14], и поэтому нуждаются в новых методах лечения. Несколько клинических исследований показали, что вдыхание или употребление H2 может улучшить исход сердечно-сосудистых заболеваний, в большинстве случаев в сочетании со стандартными методами лечения. В клиническом исследовании на ранней стадии/начальном этапе оценивался эффект вдыхания 2% газа H2 в сочетании с поддержанием целевой температуры у десяти пациентов с синдромом остановки сердца. Было установлено, что ингаляция H2 поддерживает благоприятный неврологический исход у пациентов, хотя улучшения не были статистически значимыми. Однако 90-дневная выживаемость была значительно лучше в группе, получавшей H2 , по сравнению с контролем [18]. В другом исследовании с участием пяти пациентов с синдромом остановки сердца, получавших такое же лечение, как описано выше, концентрация H2 в артериях была измерена, и были обнаружены признаки снижения уровня окислительного стресса и цитокинов [19]. Несколько более крупное исследование, включавшее 20 пациентов, выявило оздоровительный эффект водородной терапии при неблагоприятном ремоделировании левого желудочка после чрескожного коронарного вмешательства у пациентов после инфаркта миокарда. Через 6 месяцев после начала лечения ингаляциями 1,3% H2 улучшение индекса ударного объема левого желудочка и фракции выброса было в разы больше, чем в контрольной группе, хотя последнее не было значимым. Были даны указания на начало крупномасштабного исследования эффективности [20]. H2 также показал себя как полезный модулятор функции кровеносных сосудов. У пациентов, которые пили воду, обогащенную H2 (7 ppm = 7 мг/л), значительно улучшилось потокоопосредованное расширение сосудов по сравнению с плацебо [21]. Эти исследования показывают, что вдыхание низкой концентрации H2 -содержащий газ и питье H2 -богатой воды могут быть полезны для лечения сердечных и сосудистых заболеваний, соответственно.

Рак является второй ведущей причиной смерти в современном мире [14]. H2 назначается онкологическим больным с целью контроля прогрессии опухоли, для комбинированного лечения и облегчения побочных эффектов и неблагоприятных явлений стандартного лечения рака при различных онкологических заболеваниях. Кроме того, было показано, что применение H2 способствует развитию противоопухолевого иммунного ответа. На рисунке 3 представлены преимущества водородной терапии у онкологических больных. Два отдельных исследования, проведенные на онкологических больных с множественными метастазами, показали потрясающий эффект от ингаляционной терапии H2 . Один из пациентов страдал от рецидивирующей карциномы желчного пузыря и получал ежедневную ингаляционную терапию H2 . В течение первого месяца опухоли продолжали прогрессировать после постепенного уменьшения размера опухоли и уровня опухолевых маркеров, которые в конце концов пришли в норму. Примерно через два с половиной месяца пациент смог вернуться к нормальной жизни, а выживаемость была отмечена еще через 10 месяцев. После терапии H2 наблюдалась псевдопрогрессирующая ремиссия, которая может напоминать картину, возникающую после лечения антителами PD-1. Это говорит о том, что H2 может влиять на иммунную систему [22,23]. В другом случае речь шла о пациенте с немелкоклеточным раком легкого, которому после перорального и хирургического лечения, стабилизировавшего первые очаги поражения, в качестве монотерапии была проведена газовая ингаляция H2 . Метастазы в головном мозге уменьшились в размерах через четыре месяца лечения H2 и полностью исчезли через год. Метастазы в печени и легких также стабилизировались через год, а выживаемость увеличилась [24]. Эти примеры представляют собой потрясающие наблюдения и показывают, что H2 может вызывать значительный контроль над опухолями после того, как стандартные методы лечения рака оказались безуспешными. Однако это не является эмпирическим доказательством того, что H2 оказывает лечебное действие на онкологических больных, и для этого нам понадобятся статистические данные систематических клинических исследований. В одном клиническом исследовании, включавшем 58 пациентов с распространенным немелкоклеточным раком легких, в 2020 году сообщалось, что терапия H2 позволила облегчить легочные симптомы по сравнению с контрольной группой, которая не получала никакого лечения. Водородная группа получала H2 путем ингаляции в течение 4-5 часов в день на протяжении 5 месяцев. Такое же водородное лечение получали пациенты с немелкоклеточным раком легкого в сочетании с химиотерапией, таргетной терапией или иммунотерапией. Через 16 месяцев выживаемость без прогрессирования была выше в группе, получавшей только водород, и значительно выше во всех группах комбинированного лечения по сравнению с контрольной группой [25]. В другом исследовании сообщалось о преимуществах лечения H2 у 42 больных раком легкого, получавших ниволумаб. Было установлено, что при комбинированном лечении газом H2 общая выживаемость значительно увеличилась по сравнению с пациентами, получавшими только ниволумаб. Было высказано предположение, что эти два терапевтических агента могут проявлять синергетический эффект как активаторы митохондрий [26]. Целесообразно лечить рак легких с помощью ингаляций H2 , чтобы воздействовать на очаг заболевания, несмотря на то, что наблюдались системные эффекты. К другим видам рака, которые показали положительные результаты терапии H2 путем ингаляции или питья, относятся рак печени, носоглотки и колоректальный рак [27-29], а также рак головы и шеи (см. табл. 1). Интересные иммуномодулирующие эффекты приема H2 были отмечены у онкологических больных. Высокая доля иммунных клеток типа CD8+ T-клеток, экспрессирующих белок программируемой клеточной смерти-1 (PD-1), часто Молекулы 2023, 28, 7785 19 из 47 наблюдается у онкологических больных и может быть связана с плохим прогнозом развития рака. PD-1 - это рецептор иммунной контрольной точки, который защищает от аутоиммунитета и часто участвует в иммунотерапии (ингибиторы PD1), поскольку заставляет иммунную систему "следить" за раковыми клетками. Было показано, что прием H2 снижает долю PD-1+ CD8+ Т-клеток в крови онкологических больных. Это наблюдалось в отдельных клинических исследованиях у пациентов с колоректальной карциномой и раком легкого на поздних стадиях, и H2 улучшил прогноз рака в обеих группах пациентов [26,29]. Кроме того, H2 может повысить эффективность лечения ниволумабом у онкологических больных с высоким уровнем PD-1+ CD8+ T-клеток, которые ранее плохо отвечали на терапию.

При перечислении основных причин смерти в мире респираторные заболевания занимают третье место [14], и они по-прежнему нуждаются в новых фармацевтических решениях. Газовая смесь гелия и кислорода уже несколько десятилетий используется для лечения обструктивных заболеваний легких благодаря своей меньшей плотности, большей вязкости и меньшему сопротивлению дыхательных путей по сравнению с обычными азотно-кислородными смесями [38]. Использование кислородно-водородных смесей может иметь аналогичные Молекулы 2023, 28, 7785 21 из 47 эффекты, в дополнение к терапевтическому антиоксидантному действию H2.

В 2020 году исследование, в котором изучались острые эффекты ингаляции H2 -содержащего газа, показало, что воспалительный процесс у пациентов с астмой и ХОБЛ был ослаблен в результате лечения. В исследование были включены 20 пациентов с астмой и ХОБЛ, которые вдыхали 2,4% H2 -содержащий паровой смешанный газ в течение одной ингаляции в течение 45 минут. Это лечение значительно снизило уровень маркеров воспаления, таких как моноцитарный хемотаксический белок 1, ИЛ-4 и ИЛ-6, у пациентов с ХОБЛ и астмой. В 2021 году было проведено более крупное клиническое исследование с участием 108 пациентов с острым обострением ХОБЛ, получавших терапию H2 :O2 или O2 . Они Молекулы 2023, 28, 7785 23 из 47 обнаружили значительное улучшение симптомов в группе H2 :O2 со значительными результатами в некоторых тестах, что свидетельствует о том, что ХОБЛ является интересным показанием для терапии H2.

Заболевания, поражающие центральную нервную систему (ЦНС), представляют собой одну из главных проблем общественного здравоохранения на сегодняшний день. Деменция и другие заболевания, вызывающие снижение когнитивных способностей, коррелируют со старением населения, которое становится все более серьезной проблемой, и новые лекарства для лечения этих заболеваний крайне необходимы. Молекулярный водород - самая маленькая молекула, а его очень малый размер и неполярная природа делают его очень легко распространяющимся. Он даже может проходить через гематоэнцефалический барьер, который является основным препятствием для медицинского лечения мозга [8]. В нескольких клинических исследованиях изучалось влияние водородной терапии на острое повреждение мозга, вызванное сердечными приступами, и все они показали пользу от применения H2 . В одном исследовании тридцать семь пациентов с субарахноидальным кровоизлиянием слабой степени тяжести получали в течение 14 дней инфузию раствора, насыщенного H2 , вместе с внутригрудной инфузией сульфата магния или только внутригрудную инфузию сульфата магния. Частота возникновения церебрального вазоспазма и отсроченной церебральной ишемии была значительно ниже в группах лечения, а H2 -терапия оказывала дополнительный эффект, снижая уровень малондиальдегида в сыворотке крови, маркера окислительного стресса, уменьшая биомаркеры повреждения нейронов и улучшая физическую терапию по индексу Бартела [42]. В другом исследовании 25 пациентам с инфарктом мозга проводилась ингаляция H2 (3% газа H2 ) в течение одного часа дважды в день. Ингаляция H2 по сравнению с контролем дала значительный эффект в виде снижения относительного МРТсигнала, что указывает на менее тяжелый очаг инфаркта, неврологического улучшения по шкале NIHSS и улучшения показателей индекса Бартела [43]. Улучшение показателей МРТ у пациентов с инфарктом ствола мозга также наблюдалось после внутривенного введения H2 -богатого физиологического раствора в сочетании с эдаравоном. Результаты были лучше при комбинированном лечении, чем при лечении только эдаравоном [44]. Для обеспечения прямого доступа к мозгу через гематоэнцефалический барьер, H2 -богатый солевой раствор чаще вводится внутривенно в клинических испытаниях, связанных с заболеваниями мозга, по сравнению с питьем и ингаляциями, которые более широко используются при других заболеваниях. Это также может быть связано с удобством, поскольку тяжелобольные пациенты госпитализируются и обычно подготовлены к внутривенному введению различных препаратов. Однако для лечения тяжелобольных пациентов могут быть полезны и другие пути введения. В крупномасштабном исследовании с участием 73 пациентов в 15 больницах Японии изучалось влияние ингаляции H2 на неврологические исходы у пациентов с ишемией мозга после остановки сердца. Пациенты были рандомизированы на получение O2 с 2% H2 или без него в течение 18 ч. Было отмечено увеличение первичного неврологического исхода, однако оно не было статистически значимым. С другой стороны, статистическая значимость вторичных исходов, включая увеличение 90-дневной выживаемости, позволяет предположить, что ингаляция H2 может оказывать терапевтическое воздействие без неврологического дефицита. Клинические испытания водородной терапии также проводились с пациентами с когнитивными расстройствами, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, поскольку в нескольких исследованиях на животных с использованием H2 было отмечено снижение нейродегенерации.

Расцвет терапии H2 пришелся на период глобального распространения пандемии коронавирусной инфекции 2019 (COVID-19). Ингаляции H2 использовались для лечения респираторных симптомов COVID-19 в нескольких клинических исследованиях, в основном по тем же причинам, что и при других респираторных заболеваниях, а именно для снижения плотности газа и сопротивления воздушному потоку. Однако эти исследования не исключают возможного полезного антиоксидантного действия H2 . Новаторское клиническое исследование, проведенное с участием 100 пациентов в семи различных китайских больницах, выявило исключительно положительные результаты непрерывной ингаляции газовой смеси H2 :O2 2:1 (3 л/мин) по всем параметрам конечной точки по сравнению со стандартным лечением кислородом, как показано на рисунке 4. Первичной конечной точкой была тяжесть заболевания, а вторичными конечными точками - одышка, кашель, дистресс в груди, боль в груди и насыщение кислородом, и все они значительно улучшились уже через два дня лечения по сравнению с контролем [55]. Эти прекрасные результаты привели к тому, что Национальная комиссия по здравоохранению Китая включила этот специфический метод лечения (ингаляции H2 :O2 2:1) в качестве рекомендации в "Китайское клиническое руководство по диагностике и лечению пневмонии COVID-19 (7-е издание)" [56], наряду со стандартной кислородной терапией. Эта практика, по-видимому, не привлекла внимания в борьбе с COVID-19 во всем мире, и были проведены дополнительные клинические исследования. В исследовании, опубликованном в 2022 году, изучалось использование терапии H2 в реабилитации 50 пациентов с острым периодом после КОВИД-19. Они обнаружили значительное улучшение показателей дистанции теста 6-минутной ходьбы, форсированной жизненной емкости и экспираторного объема при ингаляционном введении H2 . Протокол описывал домашнюю ингаляцию 100% H2 с низкой скоростью потока (250 мл/мин) в течение 60 минут дважды в день в течение двух недель.

Водородная терапия при лечении других инфекций показала оздоровительный эффект на различных животных моделях, включая сепсис и пародонтит, серьезную инфекцию десен, уменьшая воспаление и повреждения, вызванные сепсисом [59-61]. На людях влияние H2 на сепсис не изучалось, но одно клиническое исследование выявило повышенный уровень окислительного стресса у пациентов с хроническим гепатитом В. В исследование были включены 60 пациентов, некоторым из которых назначали 1,2-1,8 л/день воды, обогащенной H2 , а некоторые получали обычное лечение в течение 6 недель подряд. После терапии H2 наблюдалось значительное снижение уровня ROS по сравнению с контрольной группой. Улучшение функции печени и уровня ДНК гепатита В было сопоставимо как после лечения H2 , так и в контрольной группе. В докладе говорится о том, что для подтверждения физиологических эффектов H2 по снижению окислительного стресса могут потребоваться более длительные исследования. Подводя итог, можно сказать, что лечение симптомов, связанных с инфекцией, с помощью H2 показало положительные результаты.

Водородная терапия также используется для лечения заболеваний, связанных с образом жизни и обменом веществ, которые становятся все более серьезной проблемой в связи с увеличением веса населения. Многие исследования также указывают на благотворное влияние терапии H2 на физические упражнения и травмы, связанные со спортом, включая такие формы применения, как ингаляция H2 , питье насыщенной H2 воды и местное применение H2 . Пилотное исследование показало, что пероральный прием воды, обогащенной H2 , предотвращает повышение уровня лактата в крови и снижает мышечную усталость во время тяжелых физических нагрузок у десяти элитных футболистов-мужчин, и предполагает, что это может быть подходящим средством гидра- тирования для спортсменов [63]. В другом исследовании с участием восьми мужчинвелосипедистов были получены схожие результаты: пероральный прием воды, насыщенной H2 , улучшал производительность в прерывистых велотренировках, когда их продолжительность превышала 30 минут (анаэробные нагрузки) [64]. Клиническое исследование с участием десяти мужчин и десяти женщин показало увеличение пиковой скорости бега до 4,2 % в тесте на время до истощения после семи дней вдыхания 4 % H2 в течение 20 мин каждый день [65]. В одном из исследований было показано, что употребление воды, обогащенной H2 , до и после интенсивных физических нагрузок снижало вызванное упражнениями повышение уровня ROS у восьми мужчин-добровольцев. Это может помочь предотвратить накопление мышечной усталости, несмотря на то, что результаты тренировок не имели существенных различий в течение двух трехдневных последовательных тренировочных тестов по сравнению с водой плацебо [66]. В более масштабном исследовании изучался эффект питья воды, обогащенной H2 , непосредственно перед тренировкой на велоэргометре у здоровых нетренированных (n = 99) и тренированных (n = 60) участников. Было обнаружено, что вода, обогащенная H2 , по сравнению с плацебо, повышает выносливость и снимает психометрическое утомление, измеряемое максимальным потреблением кислорода и шкалой Борга и визуальной аналоговой шкалой, соответственно. Кроме того, на заживление острых спортивных травм мягких тканей положительно влияет как пероральный, так и местный прием H2 в течение 2 недель, наряду со стандартным лечением [68]. Если перевернуть монету, то терапия H2 также изучалась для лечения заболеваний, связанных с образом жизни. Показано, что ежедневное употребление 1-2 л воды, обогащенной H2 , снижает уровень ROS и способствует уменьшению жировой массы тела у людей с избыточным весом, а также регулирует обмен липидов и глюкозы у пациентов с диабетом 2 типа и метаболическим синдромом.

1. Zhang, J.H.; Matei, N.; Camara, R. Emerging mechanisms and novel applications of hydrogen gas therapy. Med. Gas Res. 2018, 8, 98-102. [CrossRef] [PubMed].
2. Sun, Q.; Han, W.; Nakao, A. Биологическая безопасность водорода. В книге "Молекулярная биология и медицина водорода"; Springer: Dordrecht, The Netherlands, 2015; pp. 35-48. [CrossRef].
3. Осава, И.; Исикава, М.; Такахаси, К.; Ватанабе, М.; Нисимаки, К.; Ямагата, К.; Кацура, К.-И.; Катаяма, Й.; Асох, С.; Охта, S. Водород действует как терапевтический антиоксидант, избирательно снижая уровень цитотоксических радикалов кислорода. Nat. Med. 2007, 13, 688-694. [CrossRef] [PubMed].
4. Venable, C.S.; Fuwa, T. Растворимость газов в каучуке и резиновой массе и влияние растворимости на проницаемость. Ind. Eng. Chem. 1922, 14, 139-142. [CrossRef].
5. Mehio, N.; Dai, S.; Jiang, D.-E. Квантово-механическая основа для кинетических диаметров малых газообразных молекул. Ж. физ. хим. A 2014, 118, 1150-1154. [CrossRef] [PubMed]
6. Хейнс, У.М. (ред.) CRC Handbook of Chemistry and Physics, 95th ed.; CRC Press LLC: Boca Raton, FL, USA, 2014; pp. 4-66.
7. Лю, К.; Курокава, Р.; Фуджино, М.; Хирано, С.; Сато, Б.; Ли, X.-K. Оценка концентрации водорода в тканях крысы с помощью герметичной трубки после введения водорода различными путями. Sci. Rep. 2014, 4, 5485. [CrossRef] [PubMed]. 8. Сано, М.; Ичихара, Г.; Кацумата, Й.; Хираиде, Т.; Хираи, А.; Момои, М.; Тамура, Т.; Охата, С.; Кобаяси, Э. Фармакокинетика однократной ингаляции газообразного водорода у свиней. PLoS ONE 2020, 15, e0234626. [CrossRef] [PubMed].
9. Grandviewresearch.com. Размер, доля и тенденции рынка генерации водорода по системам (коммерческие, внутренние), технологиям (паровой риформинг метана, газификация угля), применению, источникам, регионам и прогнозам на сегмент, 2023-2030 гг. Доступно онлайн: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/hydrogengeneration-market (доступ к 30 сентября 2023 г.).
10. Остоич, С.М. Молекулярный водород: Инертный газ становится клинически эффективным. Ann Med. 2015, 47, 301-304. [CrossRef].
11. Rostain, J.C.; Gardette-Chauffour, M.C.; Lemaire, C.; Naquet, R. Влияние смеси H -He-O22 на ВНС на глубине до 450 мс. Undersea Biomed. Res. 1988, 15, 257-270.
12. Abraini, J.H.; Gardette-Chauffour, M.C.; Martinez, E.; Rostain, J.C.; Lemaire, C.; Dalecki, M.; Bock, O.; Schulze, B.; Dean, J.B.; Mulkey, D.K.; et al. Psychophysiological reactions in humans during a open sea dive to 500 m with a hydrogen-heliumoxygen mixture. J. Appl. Physiol. 1994, 76, 1113-1118. [CrossRef].
13. Оно, Х.; Нишиджима, Й.; Адачи, Н.; Сакамото, М.; Кудо, Й.; Канеко, К.; Накао, А.; Имаока, Т. Базовое исследованиеингаляции молекулярного водорода (H2) у пациентов с острой церебральной ишемией для проверки безопасности с учетом физиологических параметров и измерения уровня H2 в крови . Мед. Gas. Res. 2012, 2, 21. [CrossRef].
14. Розер, М. 07.12.21. Причины смерти во всем мире: От чего умирают люди? Опубликовано онлайн на OurWorldInData.org. Доступно онлайн: https://ourworldindata.org/causes-of-death-treemap (дата обращения: 30 сентября 2023 г.).