Scopriamo insieme in questo articolo quali sono i possibili benefici dell’inalazione di idrogeno in medicina.

Idrogeno molecolare in medicina: inalazione di idrogeno

In natura l’idrogeno rappresenta l’elemento chimico più abbondante. Due atomi di idrogeno formano l’idrogeno molecolare, il quale si ritrova in moltissimi composti organici tra cui l’acqua e in piccolissima parte nell’aria, dove esibisce caratteristiche di alta infiammabilità.

Solo negli ultimi anni è venuto alla scoperta il ruolo terapeutico dell’idrogeno molecolare in medicina, dove sfruttando la sua dimensione assai minuta, riesce a diffondere con facilità tra una cellula e l’altra. La biomedicina dell’idrogeno è il settore scientifico che si occupa di descrivere le applicazioni e le proprietà dell’idrogeno molecolare in medicina, delineando nuove forme di idrogenoterapia.

L’idrogenoterapia ha dimostrato, sulla scorta di vari articoli scientifici pubblicati negli ultimi anni, potenziali proprietà antiossidanti e anti-infiammatorie, sfruttabili nel trattamento di malattie neurodegenerative (come nella malattia di Parkinson) e cardiovascolari.

Le modalità di idrogenoterapia effettuate prevedono l’utilizzo dell’idrogeno in composizione generalmente inferiore al 4% sul volume totale e sono rappresentate da:

• inalazione di gas idrogenato;
• assunzione di acqua idrogenata;
• iniezione di soluzione salina arricchita con idrogeno;
• incorporazione diretta in bagno di idrogeno o instillazione di collirio.

Inalazione di idrogeno con miscela idrogeno-ossigeno

L’idrogeno a scopi medici può anche essere somministrato sotto forma di una miscela appositamente studiata, insieme all’ossigeno.  In questo caso, nella tecnologia per elettrolisi, l’idrogeno rappresenta i due terzi del volume totale della miscela e l’ossigeno il restante terzo e la somministrazione della miscela avviene per mezzo di un apposito inalatore a idrogeno.

Come è fatto l’inalatore a idrogeno

L’inalatore a idrogeno è lo strumento appositamente ideato per permettere a un soggetto di inalare una miscela di aria composta in massima parte da idrogeno e in minima parte da ossigeno.

Inalatore a scambio ionico

La tipologia di inalatore a idrogeno più semplice è quella a scambio ionico, che si basa sulla presenza di una membrana foderata da uno strato di platino, che va a delimitare e separare il serbatoio elettrolitico dalle due camere anodica e catodica. Nella camera anodica si forma l’ossigeno e i protoni i quali migrando attraverso la membrana giungono nella camera catodica, dove reagiscono con gli elettroni formando idrogeno.

Attraverso questo strumento di inalazione viene teoricamente prodotto idrogeno gassoso al 100% che viene miscelato con l’aria con una concentrazione di ossigeno di poco eccedente il 19%. Per l’utilizzo dell’inalatore a scambio ionico è necessaria dell’acqua deionizzata e bisogna tenere conto che potrebbe essere prodotto del fluoro come reazione collaterale del processo.

Inalatore basato su soluzione elettrolitica

L’inalatore a idrogeno basato su una soluzione elettrolitica sfrutta l’effettuazione di una reazione di elettrolisi con l’acqua al fine di ottenere idrogeno e ossigeno. Questi elementi vengono dunque miscelati sino al raggiungimento di una miscela con concentrazione di idrogeno pari al 66%.

A differenza dell’inalatore a idrogeno basato sul processo di scambio ionico, l’inalatore con soluzione elettrolitica si poggia su una tecnologia più rischiosa, sia a causa della nebbia alcalina irritante che per l’eccessivo calore sprigionato.

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Inalazione di idrogeno: l’inalatore ideale per gli scopi medici

L’inalatore a idrogeno che si intende utilizzare per finalità terapeutiche deve necessariamente essere realizzato con materiali certificati e approvati dai criteri scientifici internazionali per i dispositivi medici. Deve inoltre essere sicuro e affidabile nell’uso, garantendo all’utilizzatore un numero sufficiente di ore di funzionalità, stimate in almeno 8 ore giornaliere senza interruzione.

Sia che l’inalatore a idrogeno sfrutti il processo a scambio ionico che la tecnologia elettrolitica, la miscela gassosa generata viene commista con l’aria prima dell’inalazione. Ciò che varia è la percentuale iniziale di idrogeno nella miscela, che è pari al 100% teorico per lo scambio ionico e al 66,67% per l’elettrolisi.

Poiché l’inalatore a idrogeno per elettrolisi espone a rischi maggiori, è necessario che questo strumento venga integrato con:

• un modulo cycling che provveda a raffreddare il liquido adoperato;
• un modulo liquid blocking, che prevenga possibili esplosioni.

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Applicazioni terapeutiche della miscela per inalazione di idrogeno e ossigeno

La miscela per inalazione a base di idrogeno-ossigeno ha mostrato delle valide proprietà terapeutiche, soprattutto nel contesto del trattamento della dispnea conseguente a COVID-19.

COVID-19

Infatti, uno studio cinese del 2019 ha messo in luce come l’inalazione di una miscela idrogeno-ossigeno, prodotta mediante inalatore a idrogeno per elettrolisi (66% H₂ – 33% O₂) abbia indotto un notevole miglioramento nella riferita difficoltà respiratoria. 

Infatti, rispetto al gruppo di controllo che ha ricevuto la sola ossigenoterapia, il gruppo che si è sottoposto all’inalazione della miscela idrogeno-ossigeno con una durata media di quasi 8 ore al giorno ha invece fatto registrare:

• un’attenuazione della gravità della malattia;
• una diminuzione del dolore toracico riferito e della sofferenza respiratoria;
• un alleviamento della tosse;
• un aumento della saturazione di ossigeno nel sangue.

Stenosi tracheale

L’inalazione della miscela idrogeno-ossigeno ha fornito risultati incoraggianti anche nel trattamento di pazienti affetti da forme di stenosi tracheale acuta di vario grado.

La stenosi tracheale consiste in un restringimento patologico del lume della trachea, che può compromettere l’efficienza dei processi di scambio respiratori. Essa può essere conseguenza di patologie malformative, traumi ricevuti dall’esterno oppure di lesioni occupanti spazio (come i tumori) che protrudono nel lume della trachea.

Uno studio del 2018 ha fatto rilevare come l’inalazione di una miscela idrogeno-ossigeno in pazienti stenosati a livello della trachea sia stato in grado di determinare una diminuzione significativa nello sforzo percepito durante l’inspirazione, saggiato secondo la scala di Borg.

BPCO acuta e riacutizzazione

Sempre nel campo delle malattie respiratorie, uno studio prospettico condotto nel 2021 presso il Dipartimento di Terapia Intensiva dell’università di Guangzhou ha dimostrato la superiore efficacia dell’inalazione della miscela idrogeno-ossigeno rispetto alla sola ossigenoterapia nel trattamento dell’esacerbazione acuta della BPCO.

La BPCO, acronimo che sta per Bronco Pneumopatia Cronica Ostruttiva, è una malattia assai diffusa a livello globale. Al momento non dispone di una cura completa e il suo trattamento è per lo più sintomatico, ossia volto ad attenuare la gravità dei sintomi respiratori.

In questo senso l’inalazione della miscela di idrogeno-ossigeno potrebbe costituire una pratica terapeutica semplice, sicura ed efficace nel trattamento delle fasi floride della malattia, parallelamente alla consueta ossigenoterapia.

Disfunzione cardiaca e miocardiopatie nei ratti

Oltre al campo respiratorio, pare che l’assunzione della miscela idrogeno-ossigeno possa arrecare dei benefici anche a livello cardiaco.

Infatti, in uno studio preclinico del 2019, effettuato su una popolazione di ratti di laboratorio con un modello di ipossia intermittente, è emerso come l’inalazione della miscela idrogenata abbia migliorato notevolmente la funzione cardiaca e attenuato il pattern di fibrosi conseguente.

Seguendo questo risultato, in futuro ci si auspica di indagare più approfonditamente sulle supposte proprietà anti-ossidanti e anti-apoptotiche manifestate dall’inalazione della miscela di idrogeno-ossigeno, per poterle eventualmente sfruttare sugli esseri umani.

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Inalazione di idrogeno: in breve

La biomedicina dell’idrogeno sta pian piano assumendo un ruolo sempre più di spicco nell’ambito delle terapie innovative fornite ai pazienti, sia con l’idrogenoterapia propriamente detta che con l’inalazione di miscele di idrogeno-ossigeno.

Attraverso uno strumento che sfrutta l’elettrolisi, detto inalatore a idrogeno, vari pazienti affetti da malattie respiratorie o dispnea, possono inalare la miscela prodotta, traendo grande sollievo dai sintomi. In particolar modo questa associazione si è dimostrata felice nel trattamento della BPCO, della dispnea indotta dal COVID-19 e da patologie stenosanti del lume respiratorio.

Nell’attesa che gli studi proseguano anche su altri versanti della medicina, si ribadisce che l’inalazione della miscela idrogeno-ossigeno è una procedura sicura ed affidabile e per questo motivo potrebbe essere integrata con successo nella pratica clinica.

Fonti e note:

[1] Lin HY, Lai PC, Chen WL. A narrative review of hydrogen-oxygen mixture for medical purpose and the inhaler thereof. Med Gas Res. 2020 Oct-Dec;10(4):193-200.

[2] Guan W-J, Wei C-H, Chen A-L et al. Hydrogen/oxygen mixed gas inhalation improves disease severity and dyspnea in patients with coronavirus disease 2019 in a recent multicenter, open-label clinical trial. Journal of Thoracic Disease. 2020;12(6):3448–52.

[3] Zhou Z-Q, Zhong C-H, Su Z-Q et al. Breathing hydrogen-oxygen mixture decreases inspiratory effort in patients with tracheal stenosis. Respiration. 2018;97(1):42–51.

[4] Zheng ZG, Sun WZ, Hu JY et al. Hydrogen/oxygen therapy for the treatment of an acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease: results of a multicenter, randomized, double-blind, parallel-group controlled trial. Respir Res 22, 149. 2021.

[5] Zhao Y-S, An J-R, Yang S et al. Hydrogen and oxygen mixture to improve cardiac dysfunction and myocardial pathological changes induced by intermittent hypoxia in rats. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2019;2019:1–12.