Молекулярный водород
Водород (Н) – самый распространенный элемент во Вселенной, который является исключительно легким. Существует множество форм водорода, но в его молекулярной форме, обозначаемой как Н2, он представляет собой бесцветный, нетоксичный газ без запаха и вкуса. Долгое время считалось, что водород физиологически неактивен, но позднее было обнаружено, что он способен снижать интенсивность окислительного стресса. Окислительный стресс является причиной повреждений клеток и тканей, что приводит к возникновению различных заболеваний, таким как сердечно-сосудистые, ревматические, желудочно-кишечные, нейродегенеративные, онкологические, метаболические и другие. В этом обзоре мы хотим осветить историю изучения водорода, начиная с открытия (H) в 1520 г., до исследования медицинских свойств его молекулярной формы (H2) в настоящее время.
H2 и водородная вода в мире
Водородная вода стала настоящим хитом в Японии и Южной Корее, где более 40% населения регулярно включают ее в свой рацион. Многие жители этих стран используют портативные водородные генераторы или покупают готовую воду с высоким содержанием водорода. Учитывая растущий интерес к здоровому образу жизни водородные технологии активно развиваются по всему миру, привлекая все больше внимания со стороны специалистов и потребителей.
История открытия водорода
1520 г. Воспламеняемый воздух
Водород был открыт в первой половине XVI века немецким врачом и естествоиспытателем Филиппом Ауреолусом Парацельсом. В трудах химиков XVI- XVIII вв. упоминался «горючий газ» или «воспламеняемый воздух», который в сочетании с обычным давал взрывчатые смеси. Парацельс проводил эксперименты с кислотами и металлами и наблюдал загадочный горючий газ в качестве побочного продукта.
1745 г. Невесомый флогистон
М. В. Ломоносов отмечал, что «при растворении какого-либо неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах из отверстия склянки вырывается горючий пар, который представляет собой не что иное, как флогистон». Описанный им «невесомый флогистон» является материальным горючим веществом, «которое легче воды», что по сути, является описанием водорода.
1766 г. Горючий воздух
Генри Кавендиш, британский философ и ученый, официально признан первооткрывателем водорода. Он выделил водород в чистом виде действием кислот на металлы, описал его свойства и назвал его «горючим воздухом», который образует воду при сгорании.
1783 г. Рождающий воду
Антуан Лавуазье, получил водород при разложении воды, пропуская ее пары через раскаленную трубку. Лавуазье впервые использовал слово «водород, hydrogen» для описания газа. Слово происходит от греческого слова «гидро», означающего воду, и «гена», означающего формирование творения. По сути, водород означает «образующий воду» или «рождающий воду»
Начало применения водорода в медицине
1793 г. Первое сообщение о лечебных свойствах водорода
Появляется одно из самых ранних сообщений о том, что водород обладает лечебными свойствами. Томас Беддоуз написал открытое письмо Эразму Дарвину (дедушке Чарльза Дарвина) “О новом методе лечения легочной чахотки и других заболеваний, которые считались неизлечимыми”. Беддоус работал в Медицинском пневматическом институте в Бристоле, Великобритания. Однако статья не получила широкой известности.
1798 г. Водород как лекарство
Итальянский физик Тибериус Кавалло написал длинный трактат “Эссе о лечебных свойствах искусственного воздуха. С приложением, посвященным природе крови”. Он обсуждал терапевтическое использование водорода и сообщал, что вдыхание Н2 полезно при воспалении легких, кашле и других расстройствах, связанных с воспалением. Он писал, что в условиях, когда наблюдается “стеснение в областях легких и сильный кашель, значительное и почти мгновенное облегчение часто достигается при вдыхании смеси из 4 кварт водорода и 20 кварт обычного воздуха”.
1888 г. Первые публикации в медицинском журнале
Одна из самых первых публикаций, которые была посвящена связи водорода и медицины была опубликована в хирургическом журнале «Анналы хирургии». Журнал описывал исследования доктора Николаса Сенна, который в то время использовал H2 для кишечных заболеваний и выявления ранений кишечника.
Водород в глубоководных погружениях
1943 г. Предотвращение декомпрессии при помощи водородной смеси
Шведский инженер Арне Зеттерстрем впервые использовал газообразный водород для глубоководных погружений. Он показал, что вдыхание смеси 97% водорода и 3% кислорода хорошо переносится и безопасно. Это привело к использованию водорода в глубоководных погружениях для предотвращения декомпрессии Королевским флотом Швеции.
1960-е гг. Безопасность прежде всего — увеличение глубины погружения
ВМС США начали использовать смесь водорода Hydreliox, и заметили, что именно это помогло уменьшить декомпрессионные последствия, и увеличить глубину погружения без последствий для здоровья. Водород использовался в очень высоких концентрациях, до 98,87% H2, с 1,26% O2 при 19,1 атм, без цитотоксических эффектов.
Благодаря этому использованию водорода, причем в длительном применении, ученые могут утверждать, что безопасность применения H2 доказана десятилетиями.
Победоносное шествие молекулярного водорода H2
1975 г. Открытие полезных свойств H2 в разных странах мира
University of Baylor and Texas A&M департамент химии и биологии опубликовал в научном журнале исследование о потенциале молекулярного водорода в медицине.
В СССР открытие активированной воды и ее ценных свойств произошло не в лаборатории, а случайно, при добыче газа и нефти в пустыне Кызылкум. Раствор католита использовался для увеличения водоотдачи буровых установок. Рабочие, купались в 50-градусную жару в растворе католита, хранившегося в контейнерах под открытым небом. По истечении некоторого времени один из работников, страдавший сахарным диабетом, заметил, что его раны и язвы зажили после контакта с активированной водой. Инженеры по возвращении в институт решили провести более детальные исследования активированной воды и разработали электролизер. Сергей Александрович Алехин, один из участников исследовательской команды, стал основоположником исследования полезных свойств анолита и католита.
2007 г. Открытие антиоксидантных свойств Н2
Открыв новую эру в области водородных решений и их потенциального влияния на здоровье и благополучие людей, в престижном журнале Nature Medicine опубликована ключевая статья об антиоксидантных свойствах H2 и селективной нейтрализации гидроксил радикала: «Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals» / «Водород действует как терапевтический антиоксидант, избирательно снижая цитотоксические кислородные радикалы». До этого момента было опубликовано всего около 50 публикаций о медицинском водороде.
2013 -2016 гг. Всемирное признание медицинских свойств молекулярного водорода
В США основан Институт Молекулярного Водорода/ Molecular Hydrogen Institute — это научная некоммерческая организация, нацеленная на развитие исследований, образования и повышения осведомленности о водороде как медицинском газе.
Государственное управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило молекулярный водород в качестве безопасной пищевой добавки.
Министерство здравоохранения, труда и социального обеспечения Японии объявило о включении «водородной терапии при синдроме остановки сердца» в систему «Japan Advanced Medical Class B».
Для стандартизации измерений газообразного водорода и определения руководящих принципов его использования в терапевтических целях создана International Hydrogen Standards Association (IHSA) / Международная Ассоциация по водородным стандартам.
В настоящее время насчитывается более 1200 исследований и обзоров, посвященных молекулярному водороду и его медицинскому применению. Они включают клинические исследования, охватывающие более 170 различных заболеваний, и их количество продолжает быстро расти. Молекулярный водород уже получил одобрение и активно применяется в профилактических и терапевтических целях в различных странах мира, включая Китай, США, Японию, Южную Корею и многие другие. С учетом текущего темпа проводимых исследований, где более 1600 ученых занимаются клиническими исследованиями в этой области, молекулярный водород с высокой вероятностью станет важным медицинским газом будущего.
Начиная с 2007 года в мире создано множество научных организации и ассоциации по изучению медицинских свойств молекулярного водорода:
Источники
- Рахманин Ю.А., Егорова Н.А., Михайлова Р.И., Рыжова И.Н., Каменецкая Д.Б., Кочеткова М.Г. Молекулярный водород: биологическое действие, возможности применения в здравоохранении (обзор). Гигиена и санитария. 2019; 98 (4): 359-365. DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-4-359-365
- The evolution of molecular hydrogen: a noteworthy potential therapy with clinical significance https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3660246/
- Henry Cavendish (1731-1810): hydrogen, carbon dioxide, water, and weighing the world https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24793169/
- The Lavoisier-Kirwan debate and approaches to the evaluation of theories https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12796114/
- The On/Off History of Hydrogen in Medicine: Will the Interest Persist This Time Around? https://www.mdpi.com/2673-9801/3/1/11
- An Essay on the Medicinal Properties of Factitious Airs: With an Appendix, on the Nature of Blood https://books.google.ru/books
- Senn on the Diagnosis of Gastro-Intestinal Perforation by the Rectal Insufflation of Hydrogen Gas https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17856254/
- Human physiology under high pressure: I. Effects of Nitrogen, Carbon Dioxide, and Cold https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20475589/
- The prevention of decompression sickness and nitrogen narcosis by the use of hydrogen as a substitute for nitrogen, the Arne Zetterstrôm method for deep-sea diving https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18876410/
- Живая и мертвая вода – новейшее лекарство современности Д.С.Ашбах: Питер; СПб.; 2008 ISBN 978-5-388-00190-0 https://www.libma.ru/zdorove/zhivaja_i_mertvaja_voda_noveishee_lekarstvo_sovremennosti/
- Ohsawa I., Ishikawa M., Takahashi K., Watanabe M., Nishimaki K., Yamagata K., Katsura K., Katayama Y., Asoh S. & Ohta S. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nature Medicine. 2007; 13 (6): 688-94. https://www.nature.com/articles/nm1577
- Future Directions in Hydrogen Studies https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-017-9691-0_8
- Hydrogen gas https://www.cfsanappsexternal.fda.gov/scripts/fdcc/
- Promising novel therapy with hydrogen gas for emergency and critical care medicine https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5891106/