Водород — самый распространенный во Вселенной химический элемент. Его символом в таблице Менделеева является H, его атомное число — 1. Именно водород — своеобразная «точка отсчета», «химическая единица», и каждому человеку будет интересно узнать об нем немного побольше. Не исключено, что он станет топливом грядущих транспортных средств.
Новозеландский ресурс Science for Kids составил интереснейшую подборку информации о мейнстримнейшем из элементов периодической таблицы.
1. Водород — самый легкий, самый простой и самый распространенный химический элемент во Вселенной. Он составляет примерно 75% от всей массы элементов в ней.
2. В больших количествах водород обнаружен в звездах и планетах типа «газовый гигант». Он играет ключевую роль в протекающих в звездах реакциях синтеза.
3. Водород является одним из двух элементов, из которых состоит вода (H2O). Каждая молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода.
4. Водород был впервые обнаружен в 1766 году Генри Кавендишем в процессе реакции окисления металла. В 1781 году он обнаружил также, что процесс горения водорода сопровождается образованием воды. Хотя Кавендиш и считается первооткрывателем водорода, ученые и до него выделяли этот элемент, не считая его при этом самостоятельным.
5. Через два года (в 1783 году) водород получил свое имя. Слово «гидроген» происходит из греческого языка и состоит из слов «гидро» (означающего воду) и «генез» (означающего рождение). Гидро- (водо-) ген (род) — порождающий воду.
6. Водород является газом с молекулярной формулой H2. При комнатной температуре и нормальном давлении водород является безвкусным, бесцветным и лишенным запаха газом.
7. Под давлением и при сильном холоде (-252,87 градусах по Цельсию) водород переходит в жидкое состояние. Хранимый в этом состоянии водород занимает меньше места, чем в своей «нормальной» газообразной форме. Жидкий водород используется в том числе и в качестве ракетного топлива.
8. При сверхвысоком давлении водород переходит в твердое состояние и становится металлическим водородом. В этом направлении ведутся научные исследования.
9. Водород используется в качестве альтернативного топлива для транспорта. Химическая энергия водорода высвобождается при его сжигании способом, подобным тому, который применяется в традиционных двигателях внутреннего сгорания. На его основе также создаются топливные элементы, в которых задействован процесс образования воды и электричества путем осуществления химической реакции водорода с кислородом.
10. Инженеры и автопроизводители исследуют возможность применения водорода в качестве массового топлива для автомобилей. Одной из перспектив является помещение в топливный бак водорода в твердом состоянии. На этом пути много трудностей, но и преимущества очевидны: если результат будет достигнут, заправляться придется реже.
11. Молекулярная формула перекиси водорода H2O2. Это вещество часто используется для отбеливания волос и в качестве чистящего средства. В виде медицинского раствора оно используется также для обработки ран.
12. С 1852 года — с тех самых пор, как первый дирижабль на основе водорода был создан Генри Гиффардом — водород использовался в воздухоплавании. Позднее водородные дирижабли называли «цеппелинами» (zeppelins). Их использование было прекращено после крушения дирижабля «Гинденбург» в 1937 году. Авария произошла в результате возгорания.
13. Водород широко применяется в нефтяной и химической отраслях, а также часто используется для различных физических и инженерных задач: например, в сварочном деле и в качестве охлаждающего вещества.
14. Водород потенциально опасен для человека, поскольку может возгораться при соприкосновении с воздухом. Кроме того, этот газ не годится для дыхания.
Разумеется, этим списком фактов знания о водороде не исчерпываются. Возможно вы знаете о самом простом химическом элементе что-то интересное?
Введение
О положительном влиянии водорода при патологических состояниях было известно уже с 1880-х гг. Несмотря на это, в медицинских кругах не обращали внимания на его свойства вплоть до XXв. Недавние исследования, как фундаментальные, так и клинические, подтвердили, что водород является важным физиологическим регуляторным фактором, обладающим антиоксидантными, противовоспалительными и антиапоптотическими свойствами.
В основе настоящего исследования лежат терапевтические эффекты ингаляций АФВ;(H(H2O)m), так называемого ингаляционного водорода1. Водород — это простейшая молекула в природе, которая ранее считалась инертным газом. Он играет важную роль в окислительно-восстановительных реакциях, посредством которых регулирует функционирование антиоксидантной системы.
В нормальных условиях молекула водорода неактивна. Сила связи между атомами в молекуле водорода равна 2,3 эВ. Чтобы разорвать эту связь, необходима дополнительная энергия. Для этой цели используется аппарат “SUISONIA” (Япония), с помощью которого водород, поступающий из хранилища металлгидридов через носовую канюлю в организм человека, находится в химически активном состоянии. Кроме того, АФВ;(H(H2O)m) имеет геометрические размеры в 2 раза меньшие, чем исходная молекула и, соответственно, обладает вдвое большей проникающей способностью. По этой причине использование для ингаляции АФВ;(H(H2O)m), полученного из металлгидридных источников, более эффективно.
На основании литературных данных было сделано предположение об эффективности применения АФВ;(H(H2O)m) у пациентов, перенесших коронавирусную инфекцию SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome CoronaVirus 2), в отдаленном периоде болезни для снижения признаков гипоксемии, метаболических нарушений, интоксикации и синдрома хронической усталости (СХУ).
Целью настоящего совместного исследования с японскими коллегами было изучение безопасности и эффективности ингаляций “активной формы водорода” (АФВ;(H(H2O)m)) в реабилитационной программе пациентов перенесших инфекцию, вызванную вирусом SARS-CoV-2, в период выздоровления.
Работа по применению ингаляций АФВ;(H(H2O)m) в реабилитационной программе у лиц перенесших COVID-19 выполняется впервые.
Материал и методы
Общая характеристика пациентов в группах на момент включения в исследование Me (Q25;Q75)
Примечание: ИМТ — индекс массы тела, ЧСС — частота сердечных сокращений.
Все пациенты, включенные в исследование, во время острой фазы COVID-19 получали лечение в связи с пневмонией, вызванной вирусом SARS-CoV-2, согласно временным методическим рекомендациям: “Профилактика, диагностика и лечение новой коронавирусной инфекции COVID-19” (Версии 5, 6, 7, утвержденные Минздравом России 08.03.2020, 28.04.2020, 03.06.2020, соответственно).
Исследование одобрено локальным этическим комитетом ГБУЗ “ГКБ им. Д.Д. Плетнева ДЗМ” г. Москвы № 10-20 от 20.04.2020.
Все пациенты подписали добровольное информированное согласие на участие в исследовании, отвечающее требованиям, изложенным в “Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации”, 1964г, последнего пересмотра 2013г, и в декларации ЮНЕСКО “Всеобщая декларация по биоэтике и правам человека”, 2005г.
При обследовании пациентов была выявлена проблема избыточной массы тела и склонность к ожирению. Характеристика степени поражения легких пациентов по данным КТ легких в острый период заболевания COVID-19 представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Степень поражения легких пациентов по данным КТ в острый период заболевания COVID-19.
Дизайн исследования. Всем пациентам исходно, до момента рандомизации, проводили оценку частоты дыхательных движений, сердечных сокращений, уровня артериального давления (АД); КТ легких, эхокардиографии — сердечный выброс, среднее давление в легочной артерии, пульсоксиметрию (SpO2), спирометрию. После рандомизации, в 1-е сут. терапии и на 10-е сут. исследования оценивали: показатели эндотелиальной функции, полученные методом плетизмографии (индекс ригидности, SI), индекс отражения (RI), проводили капилляроскопию, пульсоксиметрию (SpO2), нагрузочный тест 6-минутной ходьбой; оценивали показатели газового состава артериальной, венозной и капиллярной крови (рН, парциальное напряжение кислорода в артериальной крови (РаО2), парциальное напряжение углекислого газа в артериальной крови (РаСО2), сатурацию артериальной крови (SaO2); концентрацию ионов бикарбоната (НСО3–) и лактата артериальной крови, парциальное напряжение кислорода в венозной крови (РvО2), парциальное напряжение углекислого газа в венозной крови (РvСО2), сатурацию венозной крови (SvO2); концентрацию НСО3– и лактата венозной крови, парциальное напряжение кислорода в капиллярной крови (РсО2), парциальное напряжение углекислого газа в капиллярной крови (РсСО2), сатурацию капиллярной крови (SсO2); концентрацию НСО3– и лактата капиллярной крови); расчетные данные внутрилегочного шунта (Qs/Qt по Берггрену, 1942); показатели общего анализа крови (гемоглобин, лейкоциты, нейтрофилы, лимфоциты, тромбоциты), результаты биохимического исследования крови (аланинаминотрансфераза (АЛТ), аспартатаминотрансфераза, билирубин общий и прямой, ферритин, С-реактивный белок, прокальцитонин), коагулограмму крови. Дизайн исследования, представленный на рисунке 2, был утвержден на совместном, международном совещании участников рабочей группы от 19.11.2020, протокол № 3.
Рис. 2. Дизайн исследования.
Ингаляционная терапия активной формой водорода. Ингаляционная терапия АФВ;(H(H2O)m) проводилась через носовую канюлю (Intersurgical Ltd, Великобритания), соединенную с аппаратом “SUISONIA” Япония). Все пациенты подвергались процедуре ежедневно, на протяжении 10 сут., в течение 90 мин согласно инструкции применения оборудования и опыта работы японских коллег (рисунок 3).
Рис. 3. Пациенты во время проведения реабилитационной программы атомарным водородом.
Результаты
На фоне проведения ингаляционной терапии АФВ;(H(H2O)m) объективных, связанных с процедурой, побочных эффектов у пациентов выявлено не было. Из исследования на 3-и сут. в Контрольной группе выбыли 3 участника, а в Основной группе на 2-е и 3-и сут. выбыли 2 пациента по причине несоблюдения требований протокола и подписанного добровольного информированного согласия.
В итоге в Основной группе было 27 пациентов, в Контрольной группе — 28 пациентов. Все полученные результаты были разделены на блоки клинических исследований: эндотелиальная функция сосудов; биологические маркеры системного воспаления крови; нагрузочный тест 6-минутной ходьбы; транспорт кислорода и внутрилегочное шунтирование.
Эндотелиальная функция сосудов
Средние значения начальной величины RI пульсовой волны, связанного с тонусом мелких артерий, в Контрольной и Основной группах исходно различались: 59,5±11,86 и 46,67±13,27%, соответственно (р<0,01). Спустя 10 сут. ежедневных ингаляций АФВ;(H(H2O)m) в Контрольной группе изменений по этому показателю не наблюдалось. В Основной группе в течение 10 сут. отмечался достоверный рост RI с 46,67±13,26 до 63,32±13,44% (р<0,0001). У всех пациентов исходно сосудистый рисунок был обеднен: снижена плотность капиллярной сети. После ингаляции возросла численность капилляров на 1 мм длины дистальной фаланги каждого пальца, изменился размер капилляров, их ширина, длина и диаметр. На рисунке 4 представлен фотоснимок капилляроскопии валика ногтевого ложа одного из испытуемых до и после ингаляции АФВ:(H(H2O)m).
Рис. 4. Капилляроскопия пациента до и после ингаляции АФВ;(H(H2O)m) (микроскоп с автофокусировкой VIEWTY).
Маркеры системного воспаления
Результаты динамики показателей системного воспаления представлены в таблице 2, из которой видно, что изменения касались только уровня лейкоцитов, который в Основной группе достоверно снизился на 10-е сут.
Показатели системного воспаления
Примечание: * — Основная группа 1-е сут. vs 10-е сут., р<0,05. СОЭ — скорость оседания эритроцитов.
Биохимическое исследование крови
При сравнении результатов после ингаляционной терапии на 10-е сут. достоверных изменений активности АЛТ, аспартатаминотрансферазы, общего билирубина в Контрольной группе не наблюдалось. В Основной группе отмечено достоверное снижение AЛT с 24,0±12,7 до 20,22±10,61 Ед/л (р<0,001), увеличение уровня прямого билирубина с 2,99±1,41 до 3,39±1,34 мкмоль/л, (р<0,01). Результат динамики содержания ферритина в крови представлен на рисунке 5, который демонстрирует достоверное снижение его уровня на 10-е сут. в Основной группе.
Рис. 5. Содержание ферритина в крови в 1-е и 10-е сут.
Нагрузочный тест с 6-минутной ходьбой
Средняя величина пройденного расстояния во время 6-минутной ходьбы исходно в Основной группе была выше, чем в Контрольной группе и составляла 430±45 и 397±30 м соответственно (р<0,001). К концу наблюдения на 10-е сут., достоверное увеличение расстояния, пройденного в течение 6 мин, до 569±60 м отмечалось только в Основной группе (р<0,0001). Сравнение результатов двух групп, полученных на 10-е сут., показало, что данный параметр был, в среднем, на 30% выше в группе, подвергшейся ингаляционной терапии АФВ;(H(H2O)m), чем в Контрольной группе (р<0,0001).
У всех пациентов в состоянии покоя отмечались нормальные показатели пульсоксиметрии (SpO2), однако на фоне нагрузки фиксировалась десатурация. При сравнении этого показателя на 1-е и 10-е сут. достоверной разницы между группами не было. Внутри группы, подвергшейся ингаляционной терапии АФВ;(H(H2O)m), отмечался достоверный рост минимальной SpO2 с 92,25±2,9 до 94,25±1,56% (p<0,05), чего не отмечалось в Контрольной группе.
Транспорт кислорода
Результаты показателей кислотно-основного равновесия, транспорта кислорода и внутрилегочного шунтирования представлены в таблице 3. На 10-е сут. на фоне ингаляционной терапии АФВ;(H(H2O)m) было отмечено достоверное увеличение PaO2 (р<0,0001) и уровня лактата в крови (р<0,0001). Уровень лактата артериальной крови в Основной группе был ниже в сравнении с Контрольной группой (р<0,0001). Кроме того, в Основной группе наблюдалось достоверное снижение фракции внутрилегочного шунта более чем на 60% (р<0,01). В Контрольной группе на 10-е сут. отмечено увеличение PaO2 (р<0,01) и содержания лактата (р<0,05) только в венозной и капиллярной крови.
Динамика показателей кислотно-основного равновесия, транспорта кислорода и внутрилегочного шунтирования
Обсуждение
В ГБУЗ “ГКБ им. Д.Д. Плетнева ДЗМ” г. Москвы заболеваемость COVID-19 среди сотрудников составляла от 30 до 100% в зависимости от профиля отделения и вида оказываемой помощи. Наиболее высокая заболеваемость наблюдалась в отделениях экстренной медицины: в первую очередь, в отделениях реанимации и интенсивной терапии, анестезиологии и реанимации, а также неврологии и кардиологии. Тяжелые последствия COVID-19 выявляются у этих пациентов как в подостром, так и в восстановительном периоде и требуют реабилитации в связи с существенным снижением качества жизни.
В данной статье рассмотрены СХУ, как один из ведущих симптомокомплексов периода выздоровления пациентов, перенесших COVID-19, и влияние ингаляционной терапии АФВ;(H(H2O)m) на динамику течения болезни.
Существуют различные причины развития СХУ у пациентов, перенесших вирусную инфекцию SARS-CoV-2:
Процесс репликации вируса SARS-CoV-2 сопровождается нарушением в системе окислительно-восстановительных реакций гомеостаза человека, увеличением концентрации оксикетостероидов в моче и нарушением печеночного клиренса кортизола. В конечном счете, все эти метаболические процессы влияют на азотистый обмен. Постепенное восстановление баланса азота происходит позже, в подострый период и в фазу восстановления, когда исчезают клинические признаки острого заболевания. Все эти изменения, возможно обуславливают метаболические нарушения, и дисфункцию соединительной ткани сосудов, “скрытую” гипоксемию, которые клинически проявляются в виде СХУ.
Из 100% сотрудников нашей клиники, заболевших COVID-19, на момент исследования 99% приступили к своим профессиональным обязанностям, но большинство из них нуждались в реабилитационных мероприятиях.
В последнее время среди реабилитационных мероприятий особое место занимает использование ингаляций газовой смеси с активной формой водорода АФВ;(H(H2O)m). Вдыхание 1-4% АФВ;(H(H2O)m) продемонстрировало эффективность и безопасность. Ни у одного пациента в исследовании в период выздоровления от COVID-19 на фоне ингаляции АФВ;(H(H2O)m) и по окончании процедуры осложнений не возникло.
Ингаляционная терапия АФВ;(H(H2O)m) сопровождалась достоверным снижением лейкоцитов и повышением лимфоцитов — маркеров воспаления, что является следствием антиоксидантного и противовоспалительного эффекта активной формы водорода.
Продемонстрированы уникальные преимущества применения АФВ;(H(H2O)m). У всех пациентов исследуемой когорты изначально отмечались признаки эндотелиальной дисфункции как проявление прямого повреждения эндотелия, нарушения коагуляции, частично вызванного свободными радикалами. Улучшение показателей эндотелиальной функции SI и RI также является следствием антиоксидантного и противовоспалительного эффекта терапии активной формой водорода.
У всех пациентов обеих групп наблюдались признаки скрытой гипоксемии, нарушение транспорта кислорода, метаболизма лактата, высокий показатель внутрилегочного шунта крови. Статистически достоверное повышение РаО2, SaО2, снижение фракции шунта крови на фоне ингаляции АФВ;(H(H2O)m) связано с улучшением микроциркуляции, что было наглядно продемонстрировано на снимках, сделанных во время капилляроскопии до и после ингаляции АФВ;(H(H2O)m) (рисунок 4). Восстановление кровообращения и транспорта кислорода обуславливает восстановление уровня лактата, снижение анаэробной нагрузки на организм и повышение толерантности к физической нагрузке.
Заключение
Ингаляционная терапия АФВ;(H(H2O)m) в реабилитационной программе пациентов, перенесших COVID-19, в период выздоровления, оказалась безопасным и высокоэффективным лечебным методом. Отмечена положительная динамика в виде уменьшения проявлений скрытой гипоксемии, повышения толерантности к физической нагрузке, снижения эндотелиальной дисфункции. Из лабораторных тестов отмечается уменьшение числа лейкоцитов, нормализация метаболизма лактата и снижение фракции внутрилегочного шунтирования крови справа-налево.
Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
1. Японские авторы предлагают пользоваться термином “активная форма водорода” (АФВ;(H(H2O)m)).