По време на остри и хронични респираторни състояния, включително тежка коронавирусна (COVID-19) инфекция, основният физиологичен отговор е да се синтезират стресови протеини, включително цитокини, хемокини и растежни фактори. Това явление е известно като цитокинова буря, събитие, което може да изостри възпалителния отговор и бързо да повиши температурата на гостоприемника в опит да унищожи патогените.1 Такива провъзпалителни медиатори увеличават производството на реактивни кислородни видове (ROS), както в рамките на митохондриалната електротранспортна верига (ETC), така и в имунните клетки, като неутрофили и макрофаги,2 чрез активиране на ензими като NADPH оксидазите.
Митохондриалната дисфункция често възниква, когато клетъчното търсене на АТФ, високоенергийна фосфатна молекула, се увеличи по време на клетъчен стрес. 3 Тази ситуация може да доведе до задръстване в потока от електрони в ETC, което води до прекомерно изтичане на електрони. Измамните електрони са свободни да се комбинират с молекулярен кислород по желание, образувайки свободни радикали, включително супероксиден анион, който дисмутира във водороден пероксид.
Реакцията в клетките на имунния отговор обаче е напълно различна. Митохондриалното съдържание в тези клетки е значително по-ниско, отколкото в соматичните клетки, и следователно не е значителен източник на ROS. Вместо това, гранулоцитите използват ензими NADPH оксидаза, за да произведат силно окислителен респираторен взрив, който съдържа безброй ROS, 4 които могат да включват супероксидни аниони, водороден пероксид, хидроксилни радикали (в присъствието на железни [Fe] йони) и хипохлорна киселина, последното чрез действие на миелопероксидазата.
Нарастващите доказателства сочат, че това е важно, когато се обмисля респираторна медицина, тъй като повишени нива на гранулоцитни клетки често се наблюдават в течността на бронхоалвеоларния лаваж на пациенти със стягащи белодробни заболявания. 5, 6
ROS, освободени от такива гранулоцити, могат да бъдат изключително вредни за биомолекулите, включително протеини, въглехидрати, липиди и нуклеотиди, с остро и интензивно повишаване на ROS, съответстващо на остри и хронични възпалителни състояния.7 В деликатната паренхимна тъкан, подобно нападение често предизвиква дегенерация на епителните клетки, произвеждайки хиалинова течност. Известно е, че този процес допринася значително за клетъчна хиперплазия и намален капацитет за обмен на кислород.
Повишените нива на ROS могат също така директно да модифицират ДНК нуклеотидите, засягайки генната транскрипция и образувайки адукти върху основни метаболитни и епигенетични ензими. 8-10 Такива пост-транслационни окислителни модификации на нуклеотидни или протеинови ензими често водят до аберантна ензимна активност, причинявайки флуктуация на основните процеси за производство на енергия и засягащи митохондриалната функция, както и повлияване на събитията на генна транскрипция.
HHO е нововъзникващ медицински газ, генериран от електролиза на вода. HHO инхалацията е неинвазивна терапия, доставяна чрез назална канюла или маска, позволяваща на газовата смес да навлезе директно в дихателната система. В допълнение към доставката на кислород, HHO също така бързо доставя молекулярен водород (H 2 ) до белодробния паренхим, целевата тъкан на респираторните инфекции. Изследванията върху терапията с H 2 бързо набират скорост и проучванията идентифицират H 2 като притежаващ свойства за извличане на антиоксиданти, 11, 12 които неутрализират вредния хидроксилен радикал и пероксинитритния йон. Предполага се, че други начини на действие на Н2 също са важни, тъй като кинетиката на реакцията между Н2 и тези съответни биомолекули остава под съмнение. 13
Въпреки че изследванията върху ефикасността на HHO терапията са все още в начален стадий, китайското правителство препоръча инхалацията на HHO като лечение на нозокомиални симптоми на COVID-19. 14
Тъй като глобалната пандемия от COVID-19 заплашва, както индивидуалното здравеопазване, така и здравните системи в световен мащаб, и към днешна дата съществува малко ефективно лечение за това ново заболяване, този преглед има за цел да обясни процеса на генериране на HHO и молекулярните ползи от комбинирането на вдишването на кислород и водород терапия за COVID-19 и други възпалителни респираторни състояния.
Авторите са събрали данни от емпирични и еволюционни проучвания и клинични изпитвания при хора и предлагат обяснение как молекулярните механизми зад HHO-терапията могат да бъдат от полза за респираторното здраве.
Генериране, доставка и профил на безопасност на оксиводород
HHO е смес от H 2 (66%) и O 2 (33%), получена чрез електролиза на вода (H 2 O). Тъй като чистата вода има ниска електропроводимост е необходимо да се добави водоразтворим електрокатализатор, за да се намали прага на активиране.15 Газът HHO може лесно да се генерира, чрез добавяне на електролитни съединения, към дестилирана вода и прилагане на постоянен ток с ниско напрежение.16
С нарастването на интереса към тази конкретна област на изследване, индустрията около разработването на HHO продукти също се разширява. Стандартната спецификация на HHO генератор включва блок за електролиза, филтър и електронен блок за управление. Блокът за управление може да регулира напрежението, насочено към положителните и отрицателните плочи. Веднъж образуван, HHO може да навлезе в дихателната система директно, чрез вдишване през назална канюла или маска за вдишване с максимална скорост от 2 до 3 L/min.
Вдишването на газ, чрез назални канюли е безопасен и неинвазивен метод за доставяне, широко използван по света за вдишване на чист кислород в здравни заведения.
Въпреки че, се състои от силно запалими газове водород и кислород, за които е известно, че понижават прага на горене на повечето вещества, профилът на безопасност на HHO в клинични условия може да се счита за благоприятен. Това отчасти се дължи на високия праг на самозапалване на HHO (570 °C), 18 съдържащо се в запечатана система, и защото HHO обикновено се използва когато се генерира.
Въпреки че вероятността от експлозия при използване на устройство, генериращо HHO, е незначителна, отчитането на потенциала за изгаряне в присъствието на открит пламък е оправдано. Следователно дейности, включващи използване на пламък, включително пушене, по време на лечението представляват значителен риск от възпламеняване на HHO и причиняване на потенциална вреда.
Ползите от окси-хидрогена в респираторната медицина
Въпреки че, както беше отбелязано по-горе, изследванията за ползите от HHO, като медицински газ са на ранен етап, скорошната пандемия, свързана с тежък остър респираторен синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2), подчерта необходимостта от респираторни грижи, които да са ефективни при намаляване на паренхимното възпаление.
Тази необходимост става особено важна, тъй като е известно, че възпалителният ексудат допринася за нарушен капацитет на кислороден обмен на алвеолите, което допълнително влошава хипоксемичните състояния по време на тежка инфекция.
В скорошно проучване, използващо миши модели на астма от Zhang et al., 47 е показано, че 1 час инхалация на HHO на ден, намалява съпротивлението на дихателните пътища и намалява хиперплазията на епителните клетки. Освен това, са идентифицирани значителни намаления в експресията на провъзпалителни медиатори, включително хемокини (напр. CXCL15), цитокини (напр. TNF-α) и множество интерлевкини (напр. IL-4 и IL-6). 47
Тези констатации може да са от особено значение, тъй като тоцилизумаб, интервенционна терапия с IL-6, в момента се използва за лечение на COVID-19, както и на автоимунни заболявания и други сериозни възпалителни състояния 48 и ползите от това лечение може да бъдат компенсирани от потенциални странични ефекти, включително повишена честота на инфекции на горните дихателни пътища, хипертония и стомашно-чревна перфорация. 49
Въпреки нарастващата популярност на HHO, като потенциално медицинско терапевтично средство, към днешна дата има малко доказателства за клиничната безопасност на използването на HHO генератори; въпреки това първоначалните проучвания върху хора за ефектите на HHO при пациенти с трахеална стеноза, не съобщават за нежелани ефекти от лечението (n=35). 50 Освен това в провинция Ху-Бей на Китайската Народна Република, се провеждат изпитвания върху ефектите от добавянето на HHO по време на тежка инфекция с COVID-19, 51 като китайските здравни служители препоръчват терапия с HHO в протокола за национално лечение на пневмония, свързана с Коронавирус. 14
В допълнение, по време на 3-месечно изпитване при хора, оценяващо безопасността и ефикасността на инхалаторната терапия с HHO, е отбелязан лечебен ефект от втората седмица до края на изпитването при пациенти (n=70) с тежка ХОББ. 52 Тези открития се подкрепят от резултатите от 10-дневно, двойно-сляпо, рандомизирано, многоцентрово проучване, което съобщава за намаляване на симптомите на ХОББ в дните на наблюдение от 1 до 7 (n = 54). 53 Подобни констатации са докладвани и при проучвания на хронични възпалителни респираторни заболявания, включително астма, кистозна фиброза, 54 и COVID-19. 55 Тук е доказано, че повишената оксигенация и клетъчните защитни ефекти на молекулярния водород, възстановяват ниските нива на насищане с O 2 в кръвта и намаляват възпалителния отговор, като по този начин предотвратяват и коригират хипоксемията и намаляват вероятността от респираторна недостатъчност тип 1. 57
Бъдещи перспективи
Изследванията върху биохимичните свойства на медицинските газове започват да разкриват, че заедно O 2 и H 2 може да имат еволюционно значение, действайки като част от набор от газови сигнални молекули. Въпреки това ще бъдат необходими лабораторни анализи, използващи човешки клетъчни култури и животински модели, ако трябва да се изяснят молекулярните механизми, влияещи върху соматичните реакции.
In silico. Моделирането на моделите на разпределение, кинетиката на реакцията и дълголетието също ще бъдат необходими, ако трябва да се постигне пълно разбиране на сигналното поведение. Освен това, тъй като голяма част от наличните клинични данни все още не са потвърдени, данните от изпитвания на пациенти ще трябва да бъдат ускорени, ако HHO терапията трябва да се използва широко като лечение в общата медицина.
HHO леченията стават от особено значение, като се има предвид нарастващата поява на нови и силно заразни вируси, което води до спешна нужда от устойчиви и ефективни протоколи за лечение, които могат да облекчат най-тежките симптоми на такива инфекции на дихателните пътища без необходимост от интензивно лечение.
Нови предклинични и клинични данни 54,55 предполагат, че инхалацията на HHO е безопасна и ефективна при лечението на белодробни заболявания, свързани с възпаление. Интересното е, че въпреки че обективното изследване на ефикасността на HHO терапията е сравнително ново, първоначалните открития предполагат, че вдишването на тези газове в стехиометрични съотношения може да осигури симптоматично облекчение на хронични и остри респираторни състояния, като астма, ХОББ и кистозна фиброза.
Следователно е възможно комбинацията от кислород, вещество, за което е известно, че облекчава респираторния дистрес чрез увеличаване на алвеоларното кислородно напрежение и подобряване на насищането на O 2 на хемоглобина с водород, елемент, който показва противовъзпалителни и антиоксидантни качества, в аналептични дози намалява значителното натоварване на белодробния паренхим по време на заболяването.
За потвърждаване на данните, генерирани от предварителните изследвания за вдишване на HHO, са необходими повече клинични, предклинични и лабораторни анализи.
Информация взета от 
ОРИГИНАЛЕН ТЕКСТ