Intrappola Idrogeno Ridotto Fornendo Proprietà Biologiche Antiossidanti in Vitro

Introduzione

L’obiettivo di questa ricerca è stato lo studio degli effetti del minerale ridotto del silicato dell’idrogeno tramite diverse procedure standard che sembrano evidenziare le sue proprietà antiossidanti (potenziale di riduzione) in molecole biologiche. Dal momento che l’integratore minerale silicato equivalente viene saturato con idrogeno ridotto e fornisce in acqua un potenziale di riduzione approssiamativamente pari a 650 mV, è stato condotto uno studio per osservarne la capacità di rimozione dei radicali liberi dell’ossigeno utilizzando diverse metodologie riportate nella letteratura attuale. E’ stata anche essaminata la sua capacità di agire come agente riducente (antiossidante) in diversi tipi di analisi standard (riduzione diretta del citocromo C e del NAD⁺).

Idrogeno

L’idrogeno è vitale nei processi biologici a causa della sua struttura atomica unica.Si tratta di uno dei più importanti elementi donatori di un elettrone, una coppia di elettroni o del proprio protone nell’ambito di reazioni di riduzione/ossidazione (redox) di numerosi enzimi ed intermedi all’interno di processi metabolici attivi nella cellula. Numerose reazioni biochimiche dipendono dalla Nicotinamide adenino-dinucleotide (NAD, NADH) e flavino adenin-dinucleotide (FAD, FADH, FADH₂) e dalle loro rispettive forme ridotte grazie al trasferimento di elettroni dall’idrogeno. Il trasferimento finale di elettroni  forniti dall’idrogeno avviene nel ciclo energetico durante la frammentazione del glucosio mediante la glicolisi, nel corso del ciclo dell’acido citrico e nella catena di trasferimento elettronico della respirazione mitocondriale (11) (fig. 5).

L’acqua di Hunza

Il ghiacciaio Ultar di Hunza , nella zona occidentale del Pakistan ha attratto, in questo secolo, l’interesse sia di geologi che di medici professionisti per via di una singolare associazione di perfetta salute e longevità da parte delle popolazioni che consumano l’acqua sorgiva del ghiacciaio (4-7). Le ricerche hanno rivelato che bevendo la roccia polverizzata dal ghiacciaio presente nel fiume Hunza , seguendo una dieta corretta, ed il far parte della comunità locale sono fattori critici nel raggiungere una notevole longevità, una bassa incidenza di patologie cardiache e una salute eccezionalmente buona in quella comunità (4-7).

Analizzando la correlazione tra la salute e l’uso di acqua di origine glaciale, è risultato evidente che tale acqua contiene abbondantemente tracce di importanti sali minerali,ma anche derivati amorfi dei silicati stessi, i quali hanno caratteristiche uniche per la relativa capacità di strutturare l’acqua e di trasportare minerali ed elettroliti (1,8,9). Nonostante la complessità degli studi strutturistici così come quelli cinetici dei gruppi silanolici (SiO2) presenti in numerosi complessi della silice (SiO2), la quantità d’acqua assorbita inizialmente in prossimità della superficie è orientata ed ha proprietà (entropia, mobilità e costante dielettrica) differenti da quelle dell’acqua disordinata (1).

Silicati

I  silicati rappresentano una famiglia di minerali e sono tra i componenti più abbondanti della crosta terrestre. Silicati naturali, sia cristallini che amorfi, sono presenti nei sedimenti fluviali, nelle sorgenti glaciali ed in ambienti marini. L’atmosfera,la pressione, le condizioni ioniche e le temperature nel corso di ere geologiche producono una varietà di silicati solubili. Numerose sorgenti d’acqua incluse le sospensioni minerali di origine glaciale sono state analizzate per il loro contenuto di derivati della silice e sali minerali (1,2). In particolare, numerose fonti di acque minerali e regioni glaciali sono state correlate alla salute delle popolazioni locali che sono dipese da esse per l’assunzione di acqua (3,4). Alcune relazioni tra l’ambiente geotermico, benessere e patologia sono ben documentate come nel caso della carenza di Iodio che comporta numerose disfunzioni della tiroide (gozzo, ipotiroidismo, cretinismo, ed incremento del rischio di insorgenza di tumori) (3). E’ stato compreso, attualmente, che numerosi minerali svolgono funzioni vitali come cofattori ed hanno un ruolo strutturale e funzionale all’interno di cellule e tessuti. Recenti osservazioni suggeriscono che gli ambienti geotermici delle sorgenti d’acqua hanno un impatto profondo sul livello di salute di umani ed animali (3-5).

I silicati tendono ad organizzare strutturalmente le molecole d’acqua su tre strati (wetting). In presenza di molecole d’acqua, i gruppi silanolici di piccoli silicati si ionizzano, producendo protoni mobili che si associano/dissociano con la superficie impartendovi una certa conduttività elettrica che attrae minerali e ioni come mostrato in figura 1 (1). Questi strati sono stati ulteriormente descritti come omega (o- strato d’acqua più interno), beta (ß- secondo strato o strato intermedio), e delta (d-strato d’acqua più esterno)(figura 1). L’interfaccia risultante tra superficie e soluzione che comprende gli strati d’acqua formati dai minerali viene denominata doppio strato elettrico o potenziale zeta. Questo strato ha una tendenza caratteristica a trasportare piccoli ioni, minerali ed elettroliti ( idrogeno, ferro, magnesio, sodio, ecc.) (1,8,9). Questi gruppi SiOH e la risultante struttura dell’acqua tendono ad imprigionare e setacciare i minerali. Essi trattengono anche gli atomi di idrogeno all’interno di queste strutture (1,9,10). Quando l’idrogeno viene ulteriormente ridotto, l’intera particella di silicato minerale acquisisce proprietà biologiche antiossidanti.

Materiali

Tutte le capsule utilizzate in reazioni antiossidanti e di riduzione contenevano 250 mg di silicati presenti naturalmente in alimenti, carbonato di potassio, solfato di magnesio ed acidi grassi e sono state sintetizzate tramite un processo privato basato su polvere di riso; esse sono state rese disponibili da RBC Life Sciences, Inc of Irving, Texas, così come il suo prodotto, la Microhydrin®.

Analisi del potenziale di riduzione della Microhydrin

Quando l’idrogeno ridotto del minerale silicato (Microhydrin) è stato dissolto o risospeso in un buffer fosfato salino, a pH 7.4, ha direttamente ridotto sia il citocromo c che il NAD+ indicando la sua forte capacità di riduzione (antiossidante). Quando è stata esaminata nel test dell’attività della superossido dismutasi-basata sulla riduzione del citocromo c tramite xantina / xantina ossidasi- essa ha ridotto il citocromo c. Queste reazioni complessive, la riduzione del citocromo (Cyt c) e la riduzione del NAD+ tramite l’idrogeno ridotto del minerale silicato (Mic) sono mostrate sotto. La riduzione del NAD+ sarà esaminata nel dettaglio successivamente.

Mic(H:-) + Cyt c(Fe+3) ½ Mic + Cyt c(Fe+2) + H+
and 2Mic(H:-) + NAD+ ½ 2Mic + NADH + H+

 Analisi della rimozione dei superossidi tramite Microhydrin

La riduzione di superossido mediata da citocromo c ha dimostrato che il minerale silicato ridotto ha inibito tale reazione, indicando che il minerale ridotto ha proprietà riducenti,  o di rimozione nei confronti del radicale superossido:

Mic (H:-) + O.2- + H+ ½ Mic + H₂O₂

In questo test la Microhydrin è risultata essere in grado di inibire e prevenire la riduzione del citocromo c da parte del superossido:

O.2- + Cyt c(Fe+3) ½ O₂ + Cyt c(Fe+2)

Un test alternativo per comprendere meglio l’attività del  minerale silicato ha consistito nell’osservazione dell’ossidazione dell’epinefrina a adrenocromo da parte del superossido (dati non mostrati).

Microhydrin

O.2- + epinefrina ½ H₂O₂ + adrenocromo

I dati mostrati nella Tabella 1 riguardano l’attività della superossido dismutasi (SOD) basata sull’ossidazione dell’epinefrina tramite il superossido.

In questo esperimento l’idrogeno ridotto del minerale silicato ha nuovamente rimosso lo ione superossido. Quantitativamente, metà dell’inibizione massima è stata ottenuta ad una concentrazione di Microhydrin pari a 90 µg/ml (Tabella 1). Quando le concentrazioni di Microhydrin erano pari a 60 µg/ml o superiori, l’ossidazione dell’ epinefrina è stata inibita dimostrando che il minerale silicato ha ridotto il radicale libero del superossido. Le condizioni sperimentali hanno previsto presenza di superossido dismutasi alla concentrazione di 50 µg/ml con un tasso di conversione di 0.15 µg/ml (dati non pubblicati) (Tabella 1, Figura 2)

Riduzione di NAD con Microhydrin

E’ stata successivamente esaminata l’abilità della Microhydrin di ridurre NAD⁺ a NADH. Il potenziale redox per questa reazione è –0.32 V (– 320 mV), richiedendo dunque un agente riducente piuttosto forte. La Microhydrin ha ridotto NAD⁺ a NADH. La riduzione di NAD⁺ è stata monitorata esaminando lo spettro di assorbimento da 200 nm a 500 nm. In tutti gli esperimenti successivi la riduzione del NAD⁺ è stata misurata come la differenza tra due lunghezze d’onda (da 340 nm a 500 nm).

La lunghezza d’onda a 500 nm è servita come riferimento (è indipendente dalla riduzione di NAD⁺, ma controlla le variazioni di torbidità  grazie agli effetti di scattering della luce
dovuti ai silicati) (Figura 3). Il NAD⁺  potrebbe essere titolato tramite l’aggiunta sequenziale di aliquote di Microhydrin in un modello lineare.

La Microhydrin è stata sospesa per 30 min. alla concentrazione di 10 mg/ml. La Microhydrin è stata aggiunta in modo incrementale ad una soluzione di NAD⁺ 60 µM (Figura 3).

Rimozione di Radicali Liberi Idrossilici con Microhydrin

Quando l’integratore a base di minerale silicato contenente idrogeno ridotto (Microhydrin) è stato analizzato per la sua attività antiossidante tramite tecniche di Risonanza di Spin Elettronico (ESR), l’attività dell’integratore ha dimostrato avere attività riguardante la rimozione di radicali liberi dell’ ossidrile (OH) alla concentrazione di 0.625 mg/ml (figura 4).

I radicali ossidrilici sono stati generati tramite la reazione di Fenton.Tutti i reagenti sono stati disciolti in un buffer con fosfato di potassio 0.1 M, pH 7.4, con l’eccezione FeSO₄  che è stato dissolto in acqua distillata. Cinquanta microlitri di soluzione campione, 0.18 DMPO (spin trap, 5,5 dimetil- pirrolo-N-ossido) (50 µ), 2mM H₂O₂  (50 µl) e FeSO₄ 0.2 mM (50 µl) sono stati miscelati per 10 secondi e trasferiti rapidamente in una cuvetta piatta al quarzo (capacità 200 ml, JEOL, Tokyo, Japan). Esattamente 30 secondi dopo l’addizione di FeSO₄ è stato registrato lo spettro in ESR dello spin di DMPO-OH (dati non pubblicati) (figura 4).

Due campioni dell’integratore sono stati valutati così: il primo mostrando rimozione di radicali liberi idrossilici a 0.19 ± 0.05 EPC-K1 µmol-equivalenti / mg e l’altro a 0.15 ± 0.03 EPC-K! µmol-equivalenti / mg (dati non pubblicati).

Conclusioni
Idrogeno ridotto nel ciclo energetico

Questi studi preliminari hanno dimostrato che l’idrogeno ridotto del minerale silicato è un antiossidante (agente riducente) che utilizza svariate strategie. E’ stato dimostrato che riduce direttamente NAD+ a NADH . Il NAD+ e la sua forma ridotta, NADH, sono i cofattori primari che partecipano in numerose reazioni biochimiche per il metabolismo e la produzione energetica nella cellula inclusa la catena di trasporto elettronico mitocondriale  e la produzione di ATP (adenosina trifosfata) ad essa accoppiata. Nel caso di enzimi deidrogenasici collegati a NAD come la gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi, l’idrogeno ridotto (H:-) viene generato cosicchè possa entrare direttamente nella catena di trasporto elettronico (11). Vengono generati due ioni di idrogeno ridotto per ogni ciclo completo di glicolisi dove entrambi donano assieme un totale di quattro elettroni che entrano nella catena di trasporto elettronico dei mitocondri (Figura 5) (11).

E’ stato osservato che il minerale silicato ridotto è un forte riducente tramite la riduzione diretta di citocromo c. Il Citocromo c è una proteina di trasporto di elettroni cruciale, contenente un atomo di ferro, facente parte della catena di trasporto elettronico respiratoria delle cellule umane.Il citocromo c è accoppiato alla produzione di ATP mitocondriale, principale sede di sintesi dell’ ATP.

 La produzione di energia in forma di ATP viene effettuata tramite tre processi: la glicolisi, il ciclo dell’acido citrico (ciclo di Kreb’s) e la respirazione mitocondriale realizzata tramite il trasferimento di elettroni tra idrogeni ed idrogeni ridotti. In queste vie metaboliche partecipano importanti intermedi come NAD, NADH, FAD, FADH e FADH2.

Numerosi altri processi metabolici nella cellula dipendono da ATP e tra questi cofattori contenenti idrogeno ridotto per l’utilizzo degli acidi grassi, sintesi proteica, sintesi e riparazione del DNA, regolazione genica, e deaminazione di aminoacidi per l’escrezione di ammoniaca in forma di urina, per citarne alcuni (11).

Funzione antiossidante della Microhydrin

Un antiossidante (agente riducente) è un composto che ha un elettrone disponibile da donare ad un’altra molecola che ne abbia bisogno al fine di stabilizzare la propria stabilità. Gli elettroni che orbitano attorno ai nuclei atomici preferiscono disporsi negli orbitali in numero pari (2, 4, 6, 8). Alcune molecole, come gli ioni idrossile e superossido, se non vengono subito ridotti (addizionati di un elettrone) avranno un’affinità elettronica forte abbastanza da strappare elettroni a caso da altre molecole che subiranno gravi danni qualora ciò avvenga. Quando le bio-molecole cellulari vengono danneggiate in questo modo, le cellule iniziano ad “invecchiare”, o comunque non sono più normali come invece le cellule sane.

L’integratore minerale silicato ridotto è stato anche ritenuto in grado di rimuovere il radicale superossido ed i radicali liberi idrossilici. I radicali idrossilici sono tra i più pericolosi radicali liberi dell’ossigeno che si creino in sistemi biologici e sono gli stessi che si formano in caso di esposizione a radiazioni ionizzanti. Entrambi questi radicali liberi causano un esteso danno ossidativo a macromolecole biologiche come il DNA, la membrana di catene di acidi grassi poliinsaturi, ed enzimi (12,13). Il danno da radicali liberi (stress ossidativo) è attualmente considerato come avente un ruolo attivo in patologie come L’Alzheimer, l’ artrite reumatoide, problemi respiratori dell’adulto, cancro, problemi cardiovarcolari e di circolazione sanguigna ed invecchiamento precoce (12,13).

Idrogeno come antiossidante (donatore di elettroni)

Studi recenti hanno dimostrato che l’idrogeno nella sua forma ridotta rimuove le specie reattive dell’ossigeno e protegge il DNA dal danno dovuto ai radicali liberi dell’ossigeno (13). L’idrogeno ridotto è considerato essere una specie reattiva ideale per contrastare i radicali liberi dell’ossigeno. Dal momento che l’acqua è un solvente in cui tutti gli organismi viventi sono nati, che compone la matrice della vita e che supporta tutte le reazioni intermolecolari, è stato compreso ora che anche questo fa parte del suo ruolo biologico (13,15). Varie funzioni della chimica dell’acqua, della sua chimica geologica, anche il suo trasporto attraverso la membrana cellulare (regolato geneticamente), e le sue funzioni biochimiche sono attualmente in fase di studio più intensivo.

L’idrogeno nel suo stato basale possiede un elettrone. Esso può essere trovato in natura anche con due elettroni, noto come ione idruro (H:-) o idrogeno ridotto. L’idrogeno può essere ridotto quando l’acqua viene sottoposta ad elettrolisi, oppure quando si utilizzano procedure catalitiche (13-15). L’idrogeno prodotto nel processo viene chiamato idrogeno attivo a causa del suo attivo potenziale di riduzione come antiossidante ed ha un potenziale redox di -350 mV (13-15). L’acqua ridotta, l’integratore disciolto e l’acqua dello Hunza hanno valori di potenziale redox di -350 mV o più bassi, indicando bassi livelli di ossigeno disciolto ed alti livelli di idrogeno disciolto in soluzione, che mostrano proprietà esclusive dell’idrogeno ridotto e della disponibilità di elettroni uniche in questi sistemi. Frullati di frutta fresca e succhi vegetali mostrano anch’essi valori di potenziale redox negativi (16).

Altri antiossidanti (es: Vitamina E, C, ecc.) non hanno la tendenza a mostrare questo tipo di disponibilità elettronica, come osservato in misurazioni standard del potenziale redox, a causa delle varie strutture delle molecole, delle loro caratteristiche chimiche individuali e funzionali in prossimità di reazioni che tendono a determinare il loro ruolo di antiossidanti. L’acido ascorbico, o vitamina c (+80 mV) ha un potenziale redox realtivo molto maggiore di NADH (-320 mV), o del silicato ridotto (-650 mV), dunque, una pari quantità di acido ascorbico non ridurrebbe la stessa quantità di Nad+ con la stessa cadenza della Microhydrin (un agente riducente più forte).

L’acido ascorbioc comunque è necessario come agente donatore di un elettrone in specifiche reazioni enzimatiche che necessitano unicamente di esso per funzionare, come nel caso di altre vitamine antiossidanti. Nonostante molte vitamine abbiano mostrato attività antiossidanti all’interno ed al di fuori del loro ruolo di cofattori enzimatici, gli antiossidanti vengono ora sintetizzati per agire contro i radicali liberi generati per errore da processi metabolici o da intermedi periferici e possono prevenire danni altrimenti provocati da reazioni radicaliche.

Dato che il silicato ridotto può fornire elettroni per numerose reazioni come antiossidante, è stato ulteriormente studiato riguardo a queste importanti funzioni antiossidanti. Dal momento che le molecole biologiche possono essere protette dall’ossidazione (perdita di elettroni) qualora sia presente idrogeno ridotto per fornire elettroni, il minerale silicato ridotto può fornire un ulteriore funzione in aggiunta al suo apporto di sali minerali ed elettroliti. Questa funzione antiossidante potrebbe essere un importante fattore in sistemi di minerali silicati trovati in acque di origine glaciale rinomate per la salute e la longevità delle popolazioni locali che se ne servano (4-7).

Funzioni Biologiche dei Silicati

Il Silicio (nome dell’elemento) è stato scoperto essere un importante elemento necessario per la formazione di cartilagine e tessuto osseo (18). I silicati sono essenzialmente atossici se assunti oralmente come evidenziato dal loro uso per oltre quarant’anni come rivestimento dell’acido formico (magnesio trisilicato) per la cura di indigestioni gastriche. I composti silicati sono stati anche usati in composti farmaceutici (Salicilato Metilsilanetriolo) per ischemie circolatorie ed oseoporosi (18). I composti silicati hanno proprietà solvatanti uniche come spesso mostrato nel loro utilizzo in esperimenti biologici (es: stabilizzazione di biomolecole in colonne cromatografiche). Uno studio recente ha rivelato che i silicati forniscono un effetto protettivo nei confronti di alte dosi di alluminio in acqua potabile associato ad un miglioramento cognitivo negli anziani specialmente quando il pH era alto (17). Soluzioni colloidali contenenti silicati sono state impiegate con successo per conservare cuori canini e simili per trapianti (19,21).

Quando l’integratore minerale silicato è stato assunto oralmente in uno studio clinico preliminare su soggetti umani, esso ha iniziato a manifestare effetti sul pH delle urine. Molti valori hanno mostrato cambiamenti verso un pH più alcalino, considerato benefico per la salute. Uno stato perpetuo di acidosi ematica ed urinaria può infatti indicare compromissione della salute. In questo medesimo studio è stato osservato il trasporto di sali minerali ed elettroliti per ottimizzare i risultati osservati da un punto di vista statisticamente significativo (p < 0.05); i valori risultanti sono relativi alla resistività (1/conductivity) del sangue e delle urine in otto soggetti dopo l’assunzione di 4 capsule di integratore al giorno per 18 giorni (20).

Alcuni nutrizionisti  affermano che una carenza di silicati è coinvolta nell’insorgenza di diverse disfunzioni umane incluse arteriosclerosi, artriti ossee ed ipertensione, così come il processo di invecchiamento (18). Queste affermazioni dimostrano il fabbisogno critico di studiare l’importanza dell’assunzione di silicati e dei loro effetti, specialmente in soggetti anziani (18). Grazie alle uniche proprietà dei silicati minerali, le loro proprietà antiossidanti, il loro utilizzo a lungo termine, la sicurezza e le recenti ricerche, le comunità scientifiche e nutrizioniste continuano a studiare le potenzialità di questi minerali così come i loro numerosi benefici nutrizionali.

Traduzione a cura di Stefano Zanardi. Vietata la copia o qualsiasi forma di riproduzione non autorizzata.

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