Tlen, wodór, ozon - trzy gazy cenne dla mózgu

Tlen to jeden z najważniej­szych pierwiastków nie­zbędnych do prawidłowego funkcjonowania ludzkiego organizmu. U zdrowego człowie­ka poziom nasycenia krwi tlenem wynosi powyżej 95% i najczęściej sięga 100%. W przebiegu infekcji dróg oddechowych wartość ta spada, czasem nawet do 93%. Spadek satura­cji krwi poniżej 90% wymaga natych­miastowej konsultacji medycznej.

Gdy doświadczamy niedotlenienia, mogą pojawić się uczucie duszności, kaszel, zaburzenia rytmu serca, zabu­rzenia świadomości. Do tego dochodzi do centralizacji krążenia – organizm robi wszystko, by utlenowana krew docierała do najważniejszych or­ganów, kosztem części dystalnych, jak dłonie, stopy czy w ogóle skóra. One jako pierwsze będą miały odcięty dopływ krwi, stąd wyraźne zasinie­nie tych miejsc.

Choć mózg stanowi zaledwie 2% masy ciała człowieka, zużywa ok. 20% tlenu. Potrzebuje go m.in. do metabolizowania gluko­zy, która jest paliwem dla komórek nerwowych. Gdy go brakuje, neurony nie są w stanie pracować na peł­nych obrotach, słabną i finalnie ob­umierają.

Kiedy brakuje nam tlenu, najbardziej cierpi mózg:

• Po upływie ok. 30-180 sekund dochodzi do utraty świadomości.
• Po mniej więcej minu­cie rozpoczyna się proces niszczenia komórek nerwowych.
• Po 3 minutach uszko­dzenia mózgu są już bardzo poważne i często nieodwracalne. Z minuty na minutę pogłębiają się.
• Po 4 minutach nie­dotlenienia mózg częściowo obumiera, a śmierć staje się bardzo prawdopodob­na.
• Po upływie 10 min pozbawienia tlenu następuje trwałe uszkodzenie mózgu, przejście w stan śpiączki. Wtedy śmierć jest nieunikniona.

Leczenie tlenem hiperbarycznym (HBOT)

W niektórych sytuacjach poda­wanie 100% tlenu pod ciśnieniem środowiskowym większym niż jed­na atmosfera bezwzględna (ATA). Jednym z głównych mechanizmów działania HBOT jest podwyższenie ciśnienia parcjalnego tlenu we krwi i tkankach w porównaniu do pro­stego uzupełniania tlenu¹. Pozwa­la to na przedostanie się do osocza krwi od 5 do 10 razy większej ilości tlenu i dotarcie do tkanek cierpią­cych na niedobór tego życiodaj­nego gazu (np. po urazie mózgu, udarze lub dysfunkcji naczyń).

Nic więc dziwnego, że HBOT jest sto­sowany od ponad 50 lat w przypadku ran (niegojących się owrzodzeń stopy cukrzycowej), zatorów powietrznych lub choroby dekompresyjnej, naprawy poparzonych tkanek, zatrucia tlenkiem węgla, wdychania dymu, choroby tętnic obwodowych, uszkodzeń po­promiennych i wspomagania powrotu do zdrowia po poważnej chorobie².

Wykazano również, że samo wyso­kie stężenie tlenu (92%) pozytywnie wpływa na pamięć roboczą osób z niepełnosprawnością intelektualną i rozwojową, przynajmniej w krótkim okresie⁶.

Podobną poprawę zaobser­wowano u dużej kohorty pacjentów po udarze, którzy przeszli 40 sesji HBOT (2 ATA), co doprowadziło do znaczącej poprawy neurologicz­nej i poznawczej, nawet w późnej fazie przewlekłej po udarze⁷. Zda­niem uczonych wynika to z faktu, że terapia tlenem hiperbarycznym zmniejsza stres oksydacyjny, stan zapalny i apoptozę neuronów, po­prawiając tym samym rekonwale­scencję funkcjonalną po udarze⁸.

Autorzy badań na szczurach cierpią­cych na udar niedokrwienny sugerują również, że HBOT stymuluje ekspresję czynnika troficznego i neurogenezę oraz mobilizację komórek macierzy­stych szpiku kostnego do obszaru niedokrwionego, co może zwiększyć naprawę komórek⁹.

Ponadto terapia podnosi przepływ krwi przez mózg, co wiąże się z przywróceniem sprawno­ści fizycznej i funkcji poznawczych¹⁰. Poprawa funkcji poznawczych i wyko­nawczych, a także sprawności fizycz­nej, chodu, snu i jakości życia u osób objętych badaniem utrzymywała się do 3 miesięcy po ostatnim leczeniu¹¹.

Podobnie u pacjentów z łagod­nym urazowym uszkodzeniem mó­zgu HBOT poprawiła przepływ krwi przez hipokamp¹² i ułatwiła powrót do zdrowia w fazie rehabilitacji¹³. Coraz więcej dowodów sugeruje, że HBOT może indukować neuroplastyczność i poprawiać funkcje poznawcze u pacjentów cierpiących na przewlekłe upośledzenie neuropo­znawcze z powodu łagodnego urazo­wego uszkodzenia mózgu i udaru nie­dokrwiennego¹⁴. Zmiany te wiązały się z indukcją angiogenezy mózgowej, lep­szym przepływem krwi przez ten organ i zwiększeniemobjętości oraz poprawą białych i szarych mikrostruktur mózgu¹⁵.

Inne badania wykazały, że HBOT może poprawić funkcjonowanie mózgu i zdolności poznawcze w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak al­zheimer i otępienie naczyniowe, a także że może mieć wpływ na osoby zdrowe lub łagodzić spadek funkcji poznaw­czych u osób starszych cierpiących na upośledzenie funkcji poznawczych.

W jednym z pierwszych badań bada­jących wpływ terapii tlenem hiperba­rycznym na osoby starsze¹⁶ stwierdzono, że poprawia ona funkcje poznawcze u pacjentów w podeszłym wieku z de­ficytami poznawczymi. W nowszym badaniu z udziałem kohorty zdrowych młodych dorosłych terapia ta zwiększyła z kolei przestrzenną pamięć roboczą i iloraz pa­mięci¹⁷. W innym eksperymencie losowo wybranych zdrowych ochotników po­proszono o wykonanie zadania poznaw­czego, zadania motorycznego i jednocze­snego zadania poznawczo-motorycznego (wielozadaniowość) podczas prze­bywania w funkcjonalnej komo­rze HBO.

 

W porównaniu z wydajnością w warunkach normobarycznych ich wy­niki zostały znacząco zwiększone przez środowisko HBO, co potwierdza hipote­zę, że tlen jest czynnikiem ograniczają­cym szybkość aktywności mózgu¹⁸.

Wy­niki te zostały dodatkowo potwierdzone przez dwa niedawne badania, w których zbadano wpływ HBOT na zdrowych młodych i starszych dorosłych. W tych badaniach HBOT skutkował poprawą krzywej uczenia się i większą odporno­ścią na zakłócenia pamięci epizodycznej u młodych osób¹⁹ oraz wywołał popra­wę funkcji poznawczych u starszych.

W 2021 r. naukowcy z Izraela do­wiedli, że grupa starszych pacjen­tów z początkową utratą pamięci wykazała poprawę funkcji poznaw­czych po 60 codziennych sesjach HBOT (2 ATA), co wiązało się ze wzro­stem przepływu krwi w mózgu20.

Co ciekawe, gdy HBOT stosowano przez krótki czas (tylko 15 kolejnych dni), nie zaobserwowano poprawy upośledzenia funkcji poznawczych u osób starszych²¹, co sugeruje, że ko­nieczne jest dłuższe leczenie. Rzeczy­wiście, obecne protokoły wydłużają leczenie do dwóch do trzech miesięcy (40-60 sesji dziennie, 5 dni w tygodniu, 2–3 ATA) i obiecują przynieść bar­dziej znaczące i długotrwałe efekty³.

Wodór w akcji - czy warto go używać?

Ponieważ H2 może przenikać przez barierę krew-mózg poprzez dyfuzję ga­zową²², terapeutyczne efekty podawania tego na choroby ośrodkowego układu nerwowego były i są szeroko badane. W 2007 r. Japończycy donieśli, że wdychanie wodoru zmniejszyło rozmiar zawału w modelu szczura z ogniskowym uszkodzeniem nie­dokrwienno-resuscytacyjnym mózgu²³. Z kolei badacze choroby Parkinsona odkryli, że doustne podawanie wody bogatej w wodór, nawet w stężeniach tak niskich, jak 5%, łagodziło ob­jawy w modelach mysich poprzez redukcję stresu oksydacyjnego²⁴.

Podawanie wodoru może być również korzystne w leczenie alzheimera. W literaturze przed­miotu można znaleźć doniesienia, że wstrzyknięcie soli fizjologicznej bogatej w wodór poprawiło funkcje poznawcze i pamięciowe w modelu zwierzęcym, zapobiegając neuroza­paleniu i stresowi oksydacyjnemu²⁸. Jak przypuszczają naukowcy, stało się tak częściowo z powodu zaha­mowania przez H2 nieprawidłowej aktywacji IL-1β, JNK i NF-κB²⁹.

Oprócz chorób neurodegeneracyj­nych, podawanie wodoru wydaje się również łagodzić inne choroby i urazy mózgu, takie jak uszkodzenie mózgu spowodowane niedotlenieniem i nie­dokrwieniem³⁰, stres lub upośledze­nie funkcji poznawczych związane z wiekiem, udar niedokrwienny oraz wczesne uszkodzenie mózgu wywo­łane krwotokiem podpajęczynówko­wym w modelach zwierzęcych³¹.

Co więcej, w przypadku urazu rdze­nia kręgowego leczenie wodorem poprawiło odzyskiwanie zachowań lokomotorycznych³² i neurologicz­ny powrót do zdrowia u gryzoni³³.

Inhalacje, woda i kąpiele

Naukowcy zbadali kilka wygodnych i skutecznych systemów dostar­czania wodoru w celach terapeu­tycznych in vivo. Jednym z nich jest inhalacja przy użyciu maski twarzowej lub kaniuli nosowej. Wdychany H2 działa szybko i może być stosowany w leczeniu ostrego stresu oksydacyjnego³⁴. Jak pokazał eksperyment na szczurach, wdycha­nie wodoru nie powodowało żadnych obserwowalnych działań niepożąda­nych i nie miało wpływu na ciśnie­nie krwi²³ ani inne parametry krwi, takie jak temperatura, pH i pO2³⁵.

Inhalacje wodorowe były bezpiecz­ne i skuteczne u pacjentów z ostrym zawałem mózgu³⁶. Ostatnie odkrycia sugerują, że leczenie H2 ma działa­nie neuroprotekcyjne u osób z uda­rem niedokrwiennym³⁷. Łagodzi również upośledzenie funkcji po­znawczych wywołane operacją³⁸,

Chociaż wdychanie wodoru daje szybkie efekty, ta metoda dostarczania może nie być praktyczna w codziennej terapii zapobiegawczej. Ze względu na obawy dotyczące bezpieczeństwa stężenia i dawki gazu muszą być ści­śle kontrolowane. Alternatywą może być picie wody bogatej w wodór. H2 rozpuszczony w wodzie jest bez­pieczny i łatwy do podania. Co wię­cej, można go mieć przy sobie³⁹.

Badania wykazały, że picie wody wodorowanej miało korzystny wpływ na modele chorób, takich jak parkinson, uszkodzenia oksyda­cyjne wywołane promieniowaniem oraz zachowania depresyjne⁴⁰. Badacze z Kraju Kwitnącej Wiśni w eksperymencie na myszach dowiedli też, że picie wody wodorowej ad libitum (czyli według upodobania) zapobiega upośledzeniu funkcji poznawczych (uczenia się i pamięci) poprzez redukcję stresu oksydacyjnego.

Przewlekły stres związany z ograniczeniem fizycznym zwiększył u gryzoni poziom markerów stresu oksydacyjnego, malondialdehy­du i 4-hydroksy-2-nonenalu w mózgu oraz upośledził uczenie się i pamięć, co oceniono 3 różnymi metodami: bier­nym unikaniem uczenia się, zadaniem rozpoznawania obiektów i wodnym labiryntem Morrisa.

Spożywanie wody wodorowej ad libitum przez cały okres zahamowało wzrost markerów stresu oksydacyjnego i zapobiegło upośle­dzeniu funkcji poznawczych, co po­twierdzono wszystkimi 3 metodami.

Proliferacja neuronalna w zakręcie zębatym hipokampa została zahamo­wana przez stres unieruchomienia. Jednak picie wody bogatej w wodór złagodziło zmniejszoną proliferację. Japończycy są zdania, że picie woda wodorowej może być stosowane pro­filaktycznie zarówno w zaburzeniach poznawczych, jak i neuronalnych²².

Kolejnym rozwiązaniem są zastrzyki z solą fizjologiczną bogatą w wodór. Pozwalają one na precyzyjne kontrolo­wanie stężenia podawanego H2⁴¹. Ucze­ni wykazali, że taka forma podania wodoru miała działanie neuropro­tekcyjne w modelu szczura z urazem rdzenia kręgowego⁴².

Zastrzyki można również stosować jako skuteczny śro­dek walki ze stresem oksydacyjnym⁴³ oraz dla podniesienia przeżywalności i wyników neurologiczne po krwotoku podpajęczynówkowym⁴⁴. Okazało się, że wstrzyknięcie soli fizjologicznej boga­tej w wodór do przestrzeni podpajęczy­nówkowej miało działanie przeciwbó­lowe poprzez zmniejszenie aktywacji astrocytów rdzeniowych i mikrogleju⁴⁵.

Wodór da się także aplikować poprzez kąpiele. Ponieważ może on łatwo przenikać przez skórę i być rozprowadzany za pośrednic­twem przepływu krwi w całym cie­le, ciepła kąpiel w wodzie bogatej w wodór może być stosowana tera­peutycznie w życiu codziennym.

Kontrowersyjny ozon - jak działa?

Trójwartościowy tlen (O3), którego świeży zapach czujemy po burzy, może być bardzo szkodliwy dla zdrowia. Przewlekła ekspozycja na ten gaz po­woduje wtórny wzrost reaktywnych form tlenu w organizmie. Stres oksyda­cyjny – nie tylko ten wywołany naraże­niem na ozon – związany jest z wielo­ma chorobami neurodegeneracyjnymi.

Jak się okazuje, ten wywołany prze­wlekłymi niskimi dawkami ozonu sam w sobie zmienia neurogenezę u dorosłych i powoduje postępują­cą neurodegenerację w hipokampie, co prowadzi do utraty plastyczności mózgu w dojrzałym ośrodkowym układzie nerwowym szczurów.

Wy­niki eksperymentu wskazują, że ozon powoduje wzrost poziomów peroksy­dacji lipidów, zmiany morfologiczne w jądrze i cytoplazmie oraz obrzęk komórek w neuronach. Uczeni po­twierdzili też, że u gryzoni wystąpił niedobór pamięci dodatnio skorelowa­ny z ilością narażenia na ozon.

Zmia­ny te sugerują, że stres oksydacyjny wywołany niskimi dawkami ozonu powoduje dysregulację procesów za­palnych, postępującą neurodegenera­cję, przewlekłą utratę naprawy mózgu w hipokampie i zmiany plastyczności mózgu analogiczne do tych obserwo­wanych w chorobie Alzheimera⁴⁶!

Jednak wykazano, że leczenie ozo­nem łagodzi uszkodzenia mózgu u szczurów z niedokrwieniem mózgu poprzez hamowanie szlaku sygnałowe­go NF-κB i autofagii. Udar mózgu jest najczęstszą przyczyną niepełnospraw­ności w krajach rozwiniętych. Badacze utworzyli szczurzy model niedrożno­ści tętnicy mózgowej środkowej.

Gdy zwierzętom podano ozon, znacząco poprawił on wskaźnik przeżywalności i wyraźnie zmniejszył zawał mózgu. Gaz inaktywował szlak sygnałowy NF-κB, zmniejszając poziomy białek TLR4, p-IKKβ, p-IKBα i p-p65, zaha­mował też autofagię, co przyczyniło się do załagodzenia uszkodzeń mózgu⁴⁷.