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Secondo questo interessante studio l’idrogeno molecolare sembrerebbe essere un efficiente agente radioprotettivo. Scopriamolo insieme.
Le radiazioni ionizzanti in medicina: l'idrogeno molecolare come agente radioprotettivo
L’idrogeno molecolare (H2) è una sostanza gassosa che si forma dall’unione di due atomi di idrogeno. Nell’atmosfera questo gas risulta essere incolore, inodore ed infiammabile. Negli ultimi anni l’idrogeno molecolare ha suscitato l’interesse della comunità scientifica grazie alle sue proprietà antiossidanti ed antinfiammatorie.
Stando a quanto riportato da diversi studi, l’H2 può essere impiegato per il trattamento di patologie cardiovascolari, respiratorie, neurologiche ed infiammatorie croniche. Inoltre alcune nuove ricerche suggeriscono anche un possibile utilizzo dell’idrogeno molecolare come agente radioprotettivo.
Le radiazioni ionizzanti1, costituite da raggi X, raggi gamma e la frazione ad alta frequenza dei raggi UV, rappresentano delle radiazioni ad alto contenuto energetico ampiamente utilizzate nell’ambito della medicina. Infatti numerose tecniche radiodiagnostiche, come la radiografia tradizionale o la tomografia computerizzata (TC), sono basate proprio sull’impiego delle radiazioni ionizzanti.
Inoltre, essendo in grado di danneggiare in modo irreversibile il materiale genetico contenuto all’interno delle cellule, le radiazioni ionizzanti vengono anche somministrate nei trattamenti di radioterapia. Tale procedura è particolarmente utile per la cura di malattie neoplastiche. Le cellule tumorali, disponendo di meccanismi di riparazione del DNA meno efficienti rispetto a quelli delle cellule sane, sono maggiormente sensibili agli effetti negativi correlati all’esposizione prolungata a tali radiazioni.
Approfondimento: l'idrogeno molecolare in medicina
L’idrogeno molecolare (H2) è una molecola composta da due atomi di idrogeno che recentemente ha suscitato un crescente interesse nella comunità scientifica grazie alle sue proprietà antiossidanti e antinfiammatorie.
Diversi studi hanno dimostrato che l’H2 può essere utilizzato per il trattamento di varie condizioni, come malattie cardiovascolari, malattie neurologiche, patologie legate alla funzione respiratoria e infiammazioni croniche.
Vediamo nel dettaglio di cosa si tratta e quali possono essere i suoi utilizzi.
Gli effetti nocivi delle radiazioni ionizzanti
Sebbene le cellule dell’organismo siano dotate di meccanismi di difesa, non sempre è possibile neutralizzare adeguatamente gli effetti dannosi delle radiazioni ionizzanti. Pertanto, l’esposizione a queste radiazioni, nel lungo periodo, può determinare l’insorgenza di processi patologici.
Le radiazioni ionizzanti sono in grado di danneggiare le cellule attraverso danni diretti e indiretti. Nello specifico:
- Danni diretti: sono quelli che coinvolgono francamente il DNA. L’elevato contenuto di energia delle radiazioni provoca l’eccitazione o la ionizzazione del materiale genetico, causandone il danneggiamento.
- Danni indiretti: l’energia delle radiazioni determina la formazione di radicali liberi. L’acqua contenuta all’interno delle cellule, quando viene bersagliata dalle radiazioni ionizzanti, può dare origine alle ROS2 (specie reattive dell’ossigeno), tra cui il radicale ossidrilico (∙OH). Queste sostanze, essendo altamente reattive, possono danneggiare il DNA, le proteine, gli aminoacidi, i lipidi di membrana contenuti all’interno della cellula.
Si stima che circa il 60-70% dei danni a carico del materiale genetico siano associati ai meccanismi indiretti. I danni diretti ed indiretti al DNA, correlati all’esposizione alle radiazioni, sono responsabili di mutazioni genetiche, morte cellulare per apoptosi e carcinogenesi. Le cellule più sensibili sono quelle che presentano delle capacità proliferative maggiori, come quelle epiteliali, ematopoietiche e riproduttive.
Idrogeno molecolare: antiossidante e radioprotettivo
L’idrogeno molecolare, grazie alle sue caratteristiche chimiche, è in grado di neutralizzare selettivamente i radicali ossidrilici. La reazione tra queste due specie determina la formazione di nuove molecole d’acqua3.
Dunque la presenza dell’H2 in ambiente intracellulare favorisce la rimozione dei radicali ossidrilici, riducendo lo stress ossidativo. Di conseguenza essendoci una concentrazione più bassa di radicali liberi, i processi patologici associati ai danni indiretti vengono ridotti in modo significativo.
Pertanto facendo riferimento alla neutralizzazione selettiva dei radicali ossidrilici, è possibile individuare importanti proprietà antiossidanti all’idrogeno molecolare, riconoscendolo anche come agente radioprotettivo.
I benefici dell’H2 nei modelli animali
Gli studi sull’idrogeno molecolare, condotti a partire dalla seconda metà degli anni ’70, hanno evidenziato numerosi benefici nei modelli animali. I più importanti tra questi sono:
- Effetti protettivi sul deterioramento cognitivo: i ratti a cui è stata somministrata continuamente acqua arricchita con idrogeno molecolare, sebbene fossero costantemente esposti a radiazioni ionizzanti, hanno mostrato un declino cognitivo e neurologico molto più lento rispetto ai ratti che non l’avevano assunta.
- Rallentamento dei fenomeni di immunosoppressione: lo stress ossidativo correlato alle radiazioni può determinare la morte delle cellule del sistema immunitario. In vitro e sui campioni animali si è osservato che l’H2 assolve ad una funzione radioprotettiva, limitando le concentrazioni dei radicali ossidrilici.
- Riduzione delle lesioni polmonari, cardiache e cutanee: l’assunzione per via orale di acqua ricca di idrogeno molecolare si è associata ad una minore insorgenza di patologie polmonari, cardiache e cutanee nei ratti sottoposti a radiazioni ionizzanti. In questi animali gli indici di stress ossidativo ed infiammazione sono risultati più bassi.
- Protezione della spermatogenesi e dell’ematopoiesi: i gameti maschili (spermatozoi) e le cellule nel sangue, essendo continuamente al centro di un turnover rigenerativo, risultano essere particolarmente sensibili alle radiazioni. La somministrazione di idrogeno molecolare ha determinato un miglioramento di tali processi produttivi. Infatti le proprietà antiossidanti e radioprotettive dell’H2 hanno contribuito in modo significativo alla riduzione dei danni associati allo stress ossidativo.
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Gli studi e gli effetti dell'idrogeno molecolare sull'uomo
La radioterapia, impiegata per il trattamento di alcune neoplasie, può essere responsabile dell’insorgenza di alcuni effetti collaterali che inficiano la qualità della vita dei pazienti. Le radiazioni contribuiscono non solo a danneggiare le cellule tumorali, ma anche ad aumentare lo stress ossidativo ed infiammatorio dell’intero organismo.
Pertanto l’obiettivo principale degli studi è quello di individuare un ipotetico agente radioprotettivo capace di ridurre selettivamente gli effetti indesiderati di questo trattamento. L’idrogeno molecolare in tal senso sembrerebbe essere un ottimo candidato.
Le potenziali proprietà radioprotettive e antiossidanti dell’idrogeno molecolare sono state al centro di un recente studio. Tale ricerca (studio randomico e controllato) ha coinvolto 49 pazienti affetti da cancro al fegato e in trattamento con radioterapia. La popolazione è stata suddivisa in due gruppi: al primo, composto da 25 persone, è stata somministrata acqua arricchita con H2, mentre al secondo una soluzione placebo.
I ricercatori hanno osservato che:
- I pazienti che stavano assumendo acqua idrogenata mostravano una riduzione degli indici relativi allo stress ossidativo e un miglioramento di alcuni sintomi associati alla radioterapia.
- I pazienti del gruppo placebo non hanno evidenziato un calo dell’efficacia del trattamento radioterapico4.
Dunque nonostante i meccanismi intracellulari non siano stati ancora del tutto chiariti, l’effetto protettivo dell’idrogeno molecolare riscontrato in vitro e negli animali sembrerebbe essere replicabile anche nell’uomo.
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Modalità di somministrazione dell’idrogeno molecolare
L’impiego dell’idrogeno molecolare, finalizzato alla limitazione dello stress ossidativo, sta riscontrando in ambito medico una diffusione crescente. Infatti riducendo la concentrazione dei radicali liberi sembrerebbe possibile rallentare e prevenire i danni diretti e indiretti a carico delle cellule.
Dunque, per beneficiare delle proprietà antiossidanti ed antinfiammatorie dell’idrogeno molecolare, è possibile ricorrere a tre modalità di somministrazione:
- Via orale: mediante l’ingestione di acqua arricchita con H2.
- Via inalatoria: attraverso l’inalazione di gas di idrogeno.
- Via endovenosa: tramite l’iniezione di soluzioni saline arricchite di idrogeno molecolare.
Conclusioni
Le radiazioni ionizzanti, a causa delle loro proprietà fisiche, possono causare danni diretti ed indiretti alle cellule. La formazione di radicali liberi favorisce la genesi di processi patologici attraverso l’innesco di mutazioni genetiche, flogosi e morte cellulare per apoptosi.
Alcune tecniche di radiodiagnostica e i trattamenti di radioterapia si basano proprio sull’utilizzo di tali radiazioni. Dunque una delle necessità della medicina è quella di individuare un agente radioprotettivo efficiente.
L’idrogeno molecolare è in grado di neutralizzare selettivamente i radicali ossidrilici che possono venirsi a formare a seguito di un’esposizione prolungata alle radiazioni ionizzanti. Sfruttando questa proprietà sono stati effettuati numerosi studi per valutare l’utilizzo dell’H2 come potenziale agente radioprotettivo.
Le ricerche in vitro e sui modelli animali hanno evidenziato gli effetti protettivi ed antiossidanti dell’idrogeno molecolare nei confronti del sistema nervoso, dell’apparato respiratorio, dell’apparato cardiocircolatorio e dei processi di spermatogenesi ed ematopoiesi.
Inoltre, sebbene i meccanismi intracellulari non siano stati ancora del tutto chiariti, anche sull’uomo l’idrogeno molecolare sembra svolgere un’efficiente azione radioprotettiva.
Pertanto, con il supporto di studi più approfonditi, non si può escludere che in un futuro prossimo i trattamenti a base di idrogeno molecolare possano diventare una costante nella pratica clinica.
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Bibliografia: fonti e note
Hirano SI, Ichikawa Y, Sato B, Yamamoto H, Takefuji Y, Satoh F. Molecular Hydrogen as a Potential Clinically Applicable Radioprotective Agent. Int J Mol Sci. 2021 Apr 27;22(9):4566.
Nota 1. Le radiazioni ionizzanti sono così definite poiché, grazie all’alto contenuto di energia trasportato, sono in grado di liberare elettroni o atomi dalle molecole che colpiscono, formando degli ioni.
Nota 2. La scissione dell’acqua causata dalle radiazioni ionizzanti con la conseguente formazione dei radicali liberi prende il nome di “radiolisi dell’acqua”.
Nota 3. La reazione di neutralizzazione dei radicali ossidrilici è la seguente: •OH + H2 → H• + H2O.
Nota 4. Tale valutazione è servita agli scienziati per comprendere se l’idrogeno molecolare svolgesse un ruolo protettivo anche sulle cellule tumorali, ovvero il bersaglio della radioterapia, rendendola di fatto meno efficace.
