По време на остри и хронични респираторни състояния, включително тежка коронавирусна инфекция (COVID-19), основният физиологичен отговор на организма е синтезът на стресови протеини, като цитокини, хемокини и растежни фактори. Това явление е известно като цитокинова буря – процес, който може значително да засили възпалителния отговор и да доведе до бързо повишаване на телесната температура в опит за елиминиране на патогените.
Тези провъзпалителни медиатори стимулират образуването на реактивни кислородни видове (ROS), както в митохондриалната електроннотранспортна верига (ETC), така и в имунните клетки – неутрофили и макрофаги – чрез активиране на ензими като NADPH оксидазите.
Митохондриална дисфункция и оксидативен стрес
Митохондриалната дисфункция често възниква, когато клетъчните нужди от АТФ – високоенергийна фосфатна молекула – се увеличат в условията на клетъчен стрес. Това може да доведе до натрупване на електрони в ETC и до прекомерно електронно изтичане. Освободените електрони лесно реагират с молекулния кислород, образувайки свободни радикали, включително супероксиден анион, който впоследствие се превръща във водороден пероксид.
При клетките на имунния отговор механизмът е различен. Те съдържат значително по-малко митохондрии и не са основен източник на ROS. Вместо това гранулоцитите използват ензима NADPH оксидаза, за да предизвикат т.нар. респираторен взрив, който включва разнообразни реактивни кислородни видове – супероксидни аниони, водороден пероксид, хидроксилни радикали (в присъствие на железни йони) и хипохлорна киселина, генерирана чрез действието на миелопероксидазата.
Роля на ROS при респираторни заболявания
Натрупващите се данни показват, че повишените нива на гранулоцити са често срещани в бронхоалвеоларния лаваж при пациенти с рестриктивни белодробни заболявания. Освобождаваните от тези клетки ROS могат да бъдат изключително увреждащи за биомолекули като протеини, въглехидрати, липиди и нуклеотиди.
В деликатната белодробна паренхимна тъкан този процес често води до дегенерация на епителните клетки и образуване на хиалинова течност, което допринася за клетъчна хиперплазия и намален капацитет за кислороден обмен.
Освен това, повишените нива на ROS могат директно да модифицират ДНК, да повлияят генната транскрипция и да образуват адукти върху ключови метаболитни и епигенетични ензими. Тези посттранслационни окислителни модификации често водят до нарушена ензимна активност и засягат както митохондриалната функция, така и основни клетъчни енергийни процеси.
HHO като нововъзникващ медицински газ
HHO е медицински газ, получаван чрез електролиза на вода, и представлява смес от молекулярен водород (H₂) и кислород (O₂). Инхалацията на HHO е неинвазивна терапия, прилагана чрез назална канюла или маска, която позволява газовата смес да достигне директно до дихателната система.
Освен доставката на кислород, HHO осигурява и бързо постъпване на молекулярен водород в белодробния паренхим – основната целева тъкан при респираторни инфекции. Изследванията върху терапията с водород показват, че H₂ проявява антиоксидантни свойства, като неутрализира хидроксилни радикали и пероксинитритни йони. Въпреки това се предполага, че съществуват и допълнителни механизми на действие, които все още се изследват.
Генериране, доставка и профил на безопасност на HHO
HHO представлява смес от приблизително 66% водород и 33% кислород, генерирана чрез електролиза на вода с добавяне на електролит за повишаване на електропроводимостта. Стандартният HHO генератор включва електролитен модул, филтърна система и електронен контролен блок.
Газът се доставя чрез инхалация с максимален дебит от 2–3 L/min, като методът с назална канюла е широко използван в клиничната практика за кислородна терапия и се счита за неинвазивен.
Въпреки че водородът и кислородът са запалими газове, HHO има благоприятен профил на безопасност при контролирани клинични условия. Това се дължи на високия праг на самозапалване и факта, че газът се използва непосредствено след генерирането му в затворена система. Все пак е необходимо стриктно избягване на открит пламък и пушене по време на терапията.
Потенциални ползи в респираторната медицина
Въпреки че изследванията върху HHO като медицински газ са в ранен етап, пандемията от COVID-19 подчерта необходимостта от допълнителни респираторни подходи, насочени към намаляване на възпалението в белодробния паренхим.
Предклинични и клинични данни сочат, че инхалацията на HHO може да допринесе за подобряване на кислородния обмен и за намаляване на възпалителния отговор при различни хронични и остри респираторни състояния, включително астма, ХОББ и COVID-19. Въпреки това са необходими допълнителни мащабни клинични проучвания, за да се потвърдят тези наблюдения.
Бъдещи перспективи
За окончателно потвърждение на потенциала на HHO терапията са необходими допълнителни предклинични, клинични и лабораторни изследвания. По-задълбоченото разбиране на молекулярните механизми ще позволи по-точна оценка на мястото на HHO в съвременната респираторна медицина.