Zytoprotektive Eigenschaften von Wasserstoff

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Molekularer Wasserstoff ist das kleinste Molekül, das wir in der Natur finden können. Seine Wirksamkeit wurde erst vor etwa einem Jahrzehnt durch wissenschaftliche Forschungen entdeckt.

Wasserstoff hat zahlreiche Vorteile und dies ist auf seine antioxidativen, entzündungshemmenden, anti-apoptotischen, anti-allergischen und zytoprotektiven Eigenschaften zurückzuführen. Sie würden sich wahrscheinlich fragen, wie dieses kleine Molekül all diese Eigenschaften hat. Wissenschaftler entdecken immer noch Tag für Tag neue Verwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff. Jeden Tag gibt es neue Forschungsergebnisse, und Sie können Hunderte von Studien finden, die zur Behandlung mit Wasserstoff durchgeführt wurden, meist in Tierversuchen, aber zunehmend auch in Studien am Menschen.

In diesem Artikel werden wir über die zytoprotektive Wirkung von Wasserstoff sprechen.

Die Zelle ist der kleinste Baustein eines lebenden Organismus. Kommt es zu einer Funktionsstörung der Zellen, können schwere Krankheiten entstehen. Die Zellen können aus verschiedenen Gründen geschädigt werden, z.B. durch ein Trauma, oxidativen Stress, Chemikalien, Verbrennungen, Mikroorganismen, Strahlung und andere.

Was ist Zytoprotektion?

Unter Zytoprotektion versteht man einen Prozess, bei dem die Zellen vor schädlichen Substanzen oder Reizen geschützt werden. Dieser Prozess ist vor allem in der Magenschleimhaut beschrieben worden. Die Bildung von Magengeschwüren kann durch die Verwendung eines zytoprotektiven Mittels für den Magen wie Prostaglandin verhindert werden. In ähnlicher Weise kann Wasserstoff als ein Mittel wirken, das die Zellen vor noxischen Reizen schützt.

Wie wirkt Wasserstoff als zytoprotektives Mittel?

Wasserstoff kann im Gegensatz zu den meisten anderen Substanzen auf zellulärer Ebene wirken und wird daher als einzigartig angesehen. Er kann sogar die Blut-Hirn-Schranke überwinden, die das Gehirn vom Blutkreislauf trennt. Er kann sogar in die subzellulären Organismen wie die Mitochondrien eindringen. Sobald Wasserstoff an diese idealen Orte gelangt, kann er seine antioxidativen, zytoprotektiven und anti-apoptotischen Eigenschaften ausüben.

Es wurde vermutet, dass Wasserstoff Signalmechanismen induzieren kann, die zur Bildung von zytoprotektiven Faktoren führen. Nach Itoh et al. 2011 wirkt Wasserstoff als Signalmodulator und beeinflusst die Signaltransduktion. Sie schlugen vor, dass Wasserstoff die LPS/IFNγ-induzierte Stickoxid-Produktion in Makrophagen hemmen kann und dies wiederum zu reduzierten Entzündungsreaktionen führt, die letztendlich die Zellen schützen. Obwohl der vollständige Mechanismus noch nicht klar ist, gibt es andere Forschungen, die mögliche Mechanismen vorschlagen. Nach einer anderen Untersuchung erhöht Wasserstoff die Spiegel antioxidativer Enzyme wie Superoxiddismutase und Katalase und sorgt so für den zytoprotektiven Effekt.

Ein weiterer vorgeschlagener Mechanismus für Wasserstoff als zytoprotektive Substanz ist die Verhinderung der Wirkung von Caspase, die in den Zelltod involviert ist, wie in dem Artikel über die anti-apoptotischen Eigenschaften von Wasserstoff beschrieben.

Es wird auch vorgeschlagen, dass molekularer Wasserstoff an Metallionen bindet und die Signaltransduktion durch Wechselwirkung mit Metalloproteinen beeinflusst.

Was sind die Fälle der zytoprotektiven Wirkung von Wasserstoff?

Da Wasserstoff auch in höheren Konzentrationen nicht giftig für den Körper ist, kann er als recht sicher in der Anwendung angesehen werden. Da Wasserstoff schnell durch Membranen diffundieren kann und seine Wirkung mit dem zusätzlichen Vorteil der Machbarkeit und relativ geringen Kosten ausübt, kann er bei verschiedenen Krankheitsbehandlungen eingesetzt werden.

Die zytoprotektive Wirkung von molekularem Wasserstoff wurde erstmals von Ohsawa et al. im Jahr 2007 veröffentlicht. Diese Forschung war die erste ihrer Art. Sie untersuchten die antioxidative Wirkung an einem Rattenmodell, bei dem oxidative Stressschäden im Gehirn durch fokale Ischämie und Reperfusion induziert wurden, sowie in kultivierten Zellen mit drei unabhängigen Methoden. Nach einem Schlaganfall, wenn der Verschluss des Gefäßes entfernt wird (Reperfusion), können die Zellen durch die plötzliche Freisetzung oxidativer Substanzen geschädigt werden, es handelt sich um die sogenannte Reperfusionsverletzung. Hier hat sich gezeigt, dass Wasserstoff als Antioxidans ein Potenzial für präventive und therapeutische Anwendungen hat. Diese Forschung hat den Weg für viele andere Forschungen geebnet, die Strategien zur Verwendung von Wasserstoff zur Verhinderung von Zellschäden nach Ischämie erforschen.

Molekularer Wasserstoff war auch in der Lage, die Leberzellen vor Schäden durch obstruktive Gelbsucht zu schützen. In einem Rattenmodell wurde eine obstruktive Gelbsucht induziert. Nach 10 Tagen wurde der Leberschaden mikroskopisch ausgewertet und die Leberenzymwerte (ASAT und ALAT) und die Werte der Entzündungsmediatoren (IL-1, IL-6, TNFa und andere) kontrolliert. Die wasserstoffreiche Kochsalzlösung reduzierte die Spiegel dieser Marker und linderte die morphologische Leberschädigung. Zusätzlich erhöhte sie deutlich die Aktivitäten der antioxidativen Enzyme. Es hemmt die Entzündung, den oxidativen Stress und moduliert auch den so genannten ERK1/2-Weg und schützt die Zellen vor Schäden.

Bei der Lebertransplantation ist eine Ischämie- und Reperfusionsverletzung kritisch für das Überleben des Transplantats. Dabei kommt es zur Bildung von zytotoxischen freien Sauerstoffradikalen. Deren Wirkung kann durch die antioxidativen Eigenschaften des Wasserstoffs neutralisiert werden. Er schützt die Zellen vor Reperfusionsverletzungen. Das wurde in einer Studie mit Schweinen festgestellt.

Colitis ulcerosa ist eine Erkrankung, bei der sich aufgrund einer genetischen Veranlagung Geschwüre in der Darmschleimhaut bilden. Sie ist mit einer erhöhten Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies und einer veränderten Angiogenese verbunden. Die Verabreichung von Wasserstoff durch intraperitoneale Injektion einmal alle 2 Tage für 2 Wochen in einem Rattenmodell war in der Lage, die Geschwüre zu reduzieren, indem es die Schädigung der Schleimhautzellen durch seine zytoprotektiven Effekte verhinderte. Die Behandlung mit wasserstoffhaltiger Kochsalzlösung reduzierte auch Symptome wie Gewichtsverlust und Durchfall.

Die Inhalation von Wasserstoff schützte laut mehrerer Studien auch die Nervenzellen. Da Wasserstoff die Blut-Hirn-Schranke leicht überwinden kann, kann er die Neuronen erreichen und das neurologische Ergebnis bei Krankheiten verbessern. Das Trinken von wasserstoffreichem Wasser konnte in einem Mäusemodell den oxidativen Stress für dopinerge Neuronen bei der Parkinson-Krankheit unterdrücken. Es konnte auch gezeigt werden, dass Wasserstoff kognitive Beeinträchtigungen verhindert.

Vor kurzem wurde eine klinische Pilotstudie initiiert, um die Auswirkungen von Wasserstoffwasser auf das Fortschreiten der Parkinson-Krankheit bei japanischen Patienten zu untersuchen. Bei der Studie handelte es sich um eine randomisierte, placebokontrollierte, doppelblinde Studie mit parallelen Gruppen. Die Teilnehmer tranken 48 Wochen lang einen Liter pro Tag hydriertes Wasser oder Placebo. Bei der Untersuchung der Scores der Unified Parkinson's Disease Rating Scale zeigte sich, dass sich die Krankheit in der Gruppe ohne Wasserstoffwasser-Anwendung verschlechterte, während sich die Scores in der Wasserstoffwasser-Gruppe verbesserten. Obwohl die Anzahl der beiden Gruppen klein und die Dauer der Studie kurz war, war der Unterschied zwischen der Wasserstoffwasser-Gruppe und der Placebo-Gruppe signifikant (p < 0,05).

Wenn nach einem Herzstillstand zu Beginn der hyperoxischen kardiopulmonalen Reanimation wasserstoffreiche Kochsalzlösung verabreicht wurde, verbesserte sie in einem Rattenmodell signifikant das Ergebnis für Gehirn und Herz, indem sie die Zellen vor weiteren Schäden schützte.

Manche Patienten müssen aufgrund von Koma und Verletzungen über einen längeren Zeitraum künstlich beatmet werden. Diese Menschen können Lungenverletzungen entwickeln, die als akute beatmungsinduzierte Lungenverletzung bezeichnet werden. Durch die Verabreichung von Wasserstoffgas in einem Mäusemodell konnte die Inzidenz dieser Verletzung über eine Modulation des Nuklearfaktor-Kappa B (NFκB)-Signalwegs reduziert werden. Die frühe Aktivierung dieses Signalwegs während der Wasserstoffbehandlung war mit erhöhten Spiegeln antiapoptotischer Proteine korreliert. Die Wasserstoff-Inhalation erhöhte die Sauerstoffspannung, verringerte das Lungenödem und reduzierte die Expression von proinflammatorischen Mediatoren. Die zytoprotektive Wirkung von Wasserstoff gegen apoptotische und entzündliche Signalwege wurde nachgewiesen.

Wasserstoff als Gas in einer Konzentration von 3 % hat auch die in vitro Replikationslebensdauer von Knochenmark-Stromazellen und mesenchymalen Stammzellen verlängert. Dies ist wichtig, da Stammzellen in der regenerativen Medizin zur Behandlung zahlreicher Krankheiten eingesetzt werden. Die zytoprotektive Wirkung von Wasserstoff wurde zunächst auf eine antioxidative Wirkung zurückgeführt. Es zeigte sich jedoch, dass die von ihnen verwendete Konzentration von 3% die Hydroxylradikale nicht reduzierte, obwohl sie die Zellen effektiv schützte. Daher schlugen sie vor, dass ein zusätzlicher Mechanismus im Spiel sein muss, um die Zellen zu schützen.

Aufgrund dieser erstaunlichen Wirkungen von Wasserstoff wird er als neuartiges therapeutisches Mittel in der Herz-Kreislauf-, Stoffwechsel-, Atemwegs-, Neurologie- und Krebsbehandlung eingesetzt. In der Notfallmedizin würde in Zukunft nicht nur Sauerstoff, sondern auch Wasserstoff (Browns Gas) gleichzeitig verabreicht werden.

Referenzen
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