Viele Krankheiten werden durch oxidativen Stress verursacht, der über einen längeren Zeitraum anhält. Oxidativer Stress kann zu schweren Gewebeschäden führen. Obwohl es wichtig ist, diesen oxidativen Schaden zu reduzieren, war der Einsatz von konventionellen Antioxidantien bisher ohne großen Erfolg. Im Jahr 2007 entdeckte die Wissenschaft den molekularen Wasserstoff als neuartiges Antioxidans bei der Behandlung und Prävention von Krankheiten.
Was sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen?
Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist ein weit gefasster Begriff für eine Reihe von Krankheiten, die das Herz und das Kreislaufsystem betreffen.
Ein Myokardinfarkt tritt auf, wenn ein Blutgerinnsel oder eine atherosklerotische Plaque die Koronararterien blockiert, die einen speziellen Teil des Herzmuskels versorgen. Dies führt zum Absterben von Muskelzellen. Es gibt Medikamente, die dieses Gerinnsel auflösen und zu einer Reperfusion des Gewebes führen können. Aber wenn es dazu kommt, kann der plötzliche Aufbau von oxidativem Stress auch den Herzmuskel schädigen, was zu einer so genannten Ischämie-Reperfusionsverletzung führt. Der gleiche Mechanismus kann bei einem Schlaganfall im Gehirn ablaufen, was zur Freisetzung von reaktiven Sauerstoffspezies führt.
Wie hilft Wasserstoff bei Herzkrankheiten?
Wissenschaftler haben in vielen Forschungen die Auswirkungen von molekularem Wasserstoff auf Herz und Gehirn untersucht. Wasserstoff wurde in Experimenten mit Herzstillstand bei Tieren eingesetzt. Adäquat wiederbelebten Ratten wurde Wasserstoff zum Inhalieren für eine Gruppe und nicht für die andere gegeben. Die Ratten mit Wasserstoffinhalation hatten eine erhöhte Überlebensrate, ein gutes neurologisches Ergebnis und eine Reduzierung der histologischen Veränderungen im Vergleich zu Ratten, die kein Wasserstoffgas inhalierten.
Wasserstoff ist ein starkes Antioxidans und kann freie Sauerstoffradikale abfangen
Der in dieser Studie gezeigte positive Effekt kann auf diese Eigenschaft des Wasserstoffs zurückgeführt werden.
Es wurden mehrere andere Studien bezüglich des Herzstillstandes durchgeführt. Als Wasserstoff intraperitoneal bei Kaninchen mit Herzstillstand verabreicht wurde, verbesserte er auch die Überlebensraten und das neurologische Ergebnis mit reduzierter Verletzung und Tod von Neuronen.
In einer anderen Studie mit Ratten verbesserte Wasserstoff, intravenös verabreicht, das Ergebnis nach einem Herzstillstand. Die Forscher spekulierten, dass dieser Effekt nicht nur auf seine antioxidative Eigenschaft zurückzuführen ist, sondern auch auf andere, weniger bekannte Eigenschaften wie anti-apoptotische und anti-inflammatorische Eigenschaften. Da diese Effekte sehr vielversprechend sind, könnte es in Zukunft im Rettungswesen eingesetzt werden, so dass in Notfallsituationen nicht nur Sauerstoff, sondern auch Wasserstoff (Browns Gas) gleichzeitig verabreicht wird.
Eine erwähnenswerte Humanstudie wurde im Jahr 2017 durchgeführt
An dieser randomisierten, kontrollierten Studie nahmen 50 Patienten mit Hirninfarkt im Akutstadium mit leichtem bis mittlerem Schweregrad teil: 25 von ihnen erhielten 3%iges Wasserstoffgas zur Inhalation (eine Stunde zweimal täglich) und 25 waren in der Kontrollgruppe ohne Wasserstoffinhalation. Regelmäßig durchgeführte MRT-Kontrollen der Patienten hatten gezeigt, dass der Schweregrad der pathologischen Veränderungen im Infarktgebiet des Gehirns in der Wasserstoffgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe deutlich geringer war und sich schneller annähernd normalisierte. Des Weiteren wurde die physiotherapeutische Bewertung anhand des so genannten Barthes-Index, einer Methode zur Beurteilung der Alltagsfähigkeit der Patienten, beurteilt. Dieser verbesserte sich in der Wasserstoffgruppe signifikant. Die Behandlung mit Wasserstoff war sicher in der Anwendung. Die Forscher bestätigten der Therapie mit Wasserstoffgas ein Potenzial für eine breite und allgemeine Anwendung.
Ein kardio-pulmonaler Bypass ist ein chirurgischer Eingriff, der bei Patienten mit verstopften Gefäßen durchgeführt wird. Als Wasserstoffgas nach einer Bypass-Operation in einem Rattenmodell verabreicht wurde, konnte Wasserstoff die Entzündungsmediatoren wie Zytokine reduzieren. Diese entzündungshemmende Wirkung könnte in Zukunft als neuartige Therapie nach einer Bypass-Operation eingesetzt werden.
Die Wirkung von Wasserstoff wurde auch an Ratten nach einem Myokardinfarkt erforscht
Es verbesserte die Funktion des linken Herzens deutlich, während die Infarktgröße reduziert und die Funktion verbessert wurde. Wasserstoffgas verhinderte auch das linksventrikuläre Remodeling (den Prozess der Veränderung von Größe, Form und Funktion der Herzkammer) nach einem Myokardinfarkt.
In einem Schweinemodell konnten die Forscher die Infarktgröße durch die Inhalation von 2 % Sauerstoff reduzieren. Um eine Ischämie- und Reperfusionsverletzung zu vermeiden, muss die Nachkonditionierung sorgfältig durchgeführt werden. Als Wasserstoff gegeben wurde, reduzierte sich die Infarktgröße zusammen mit dem Apoptoseindex. Die Wissenschaftler vermuteten, dass dieser Effekt auf die Herabregulierung von Akt und GSK3β im Myokardgewebe zurückzuführen ist.
In Anbetracht all dieser Anwendungen bei kardiovaskulären Erkrankungen kann Wasserstoff als ein neuartiges Medikament betrachtet werden, das in der Zukunft nicht zuletzt in der Notfallmedizin ein großes Potenzial hat.
Referenzen
Drabek, T. und P.M. Kochanek, Improving outcomes from resuscitation: from hypertension and hemodilution to therapeutic hypothermia to H2. Circulation, 2014. 130(24): p. 2133-5.
Fujii, Y., et al., Insufflation of hydrogen gas restrains the inflammatory response of cardiopulmonary bypass in a rat model. Artif Organs, 2013. 37(2): p. 136-41.
Hayashi, T., et al., Inhalation von Wasserstoffgas dämpft das durch intermittierende Hypoxie induzierte linksventrikuläre Remodeling bei Mäusen. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology, 2011. 301(3): p. H1062-9.
Hayashida, K., et al. H(2)-Gas verbessert das funktionelle Ergebnis nach Herzstillstand in einem Ausmaß, das mit therapeutischer Hypothermie in einem Rattenmodell vergleichbar ist. J Am Heart Assoc, 2012. 1(5): p. e003459.
Hayashida, K., et al., Hydrogen Inhalation During Normoxic Resuscitation Improves Neurological Outcome in a Rat Model of Cardiac Arrest, Independent of Targeted Temperature Management. Circulation, 2014.
Huo, T.T., et al., Hydrogen-Rich Saline Improves Survival and Neurological Outcome after Cardiac Arrest and Cardiopulmonary Resuscitation in Rats. Anesth Analg, 2014.
Jing, L., et al., Cardioprotective Effect of Hydrogen-rich Saline on Isoproterenol-induced Myocardial Infarction in Rats. Heart Lung Circ, 2014.
Kasuyama, K., et al., Hydrogen-rich water attenuates experimental periodontitis in a rat model. J Clin Periodontol, 2011. 38(12): p. 1085-90.
Nagatani, K., et al., The Effect of Hydrogen Gas on a Mouse Bilateral Common Carotid Artery Occlusion. Brain Edema XVActa Neurochirurgica Supplement 2013.
Noda, K., et al., Hydrogen-supplemented drinking water protects cardiac allografts from inflammation-associated deterioration. Transpl Int, 2012. 25(12): p. 1213-22.
Qin, Z.X., et al., Hydrogen-rich saline prevents neointima formation after carotid balloon injury by suppressing ROS and the TNF-alpha/NF-kappaB pathway. Atherosclerosis, 2012. 220(2): p. 343-50.
Sakai, K., et al. Die Inhalation von Wasserstoffgas schützt vor Myokardbetäubung und -infarkt bei Schweinen. Scandinavian Cardiovascular Journal, 2012. 46(3): p. 183-9.
Shinbo, T., et al., Die Inhalation von Stickstoffmonoxid plus Wasserstoffgas reduziert die Ischämie-Reperfusionsverletzung und die Nitrotyrosin-Produktion im Mäuseherz. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2013. 305(4): p. H542-50.
Sun, Q., et al, Oral intake of hydrogen-rich water inhibits intimal hyperplasia in arterialized vein grafts in rats. Cardiovasc Res, 2012. 94(1): p. 144-53.
Wu, S., et al., Wasserstoffhaltige Kochsalzlösung mildert Doxorubicin-induzierte Herzinsuffizienz bei Ratten. Pharmazie, 2014. 69(8): p. 633-6.
Xie, Q., et al., Wasserstoffgas schützt vor Serum- und Glukose-Entzug-induzierter Myokardverletzung in H9c2-Zellen durch Aktivierung des NFE2 related factor 2/heme oxygenase 1 Signalwegs. Mol Med Rep, 2014. 10(2): p. 1143-9.
Yoshida, A., et al, H(2) mediates cardioprotection via involvements of K(ATP) channels and permeability transition pores of mitochondria in dogs. Cardiovasc Drugs Ther, 2012. 26(3): p. 217-26.
Wang P, Jia L, Chen B, et al. Hydrogen inhalation is superior to mild hypothermia in improving cardiac function and neurological outcome in an asphyxial cardiac arrest model of rats. Shock. 2016 Sep;46(3):312-8.
Tao B, Liu L, Wang N, et al. Hydrogen-rich saline attenuates lipopolysaccharide-induced heart dysfunction by restoring fatty acid oxidation in rats by mitigating C-jun N-terminal kinase activation. Shock. 2015 Dec;44(6):593-600.
Yue L, Li H, Zhao Y, Li J, Wang B. [Effects of hydrogen-rich saline on Akt/GSK3β signaling pathways and cardiac function during myocardial ischemia-reperfusion in rats]. Zhonghua Yi Xue Za Zhi. 2015 May 19;95(19):1483-7.
Zhang G, Gao S, Li X, et al. Pharmakologische Nachkonditionierung mit Milchsäure und wasserstoffreicher Kochsalzlösung mildert die myokardiale Reperfusionsverletzung bei Ratten. Sci Rep. 2015 Apr 30;5:9858.
Han L, Tian R, Yan H, et al. Hydrogen-rich water protects against ischemic brain injury in rats by regulating calcium buffering proteins. Brain Res. 2015 Jul 30;1615:129-38.
Chen Y, Jiang J, Miao H, Chen X, Sun X, Li Y. Wasserstoffreiche Kochsalzlösung dämpft die Proliferation von vaskulären glatten Muskelzellen und die neointimale Hyperplasie durch Hemmung der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies und Inaktivierung der Ras-ERK1/2-MEK1/2- und Akt-Wege. Int J Mol Med. 2013 Mar;31(3):597-606.
Yu YS, Zheng H. Chronic hydrogen-rich saline treatment reduces oxidative stress and attenuates left ventricular hypertrophy in spontaneous hypertensive rats. Mol Cell Biochem. 2012 Jun;365(1-2):233-42.
Zheng H, Yu YS. Chronische Behandlung mit wasserstoffreicher Kochsalzlösung mildert die vaskuläre Dysfunktion bei spontan hypertensiven Ratten. Biochem Pharmacol. 2012 May 1;83(9):1269-77.
Nagatani K, Takeuchi S, Kobayashi H, Otani N, Wada K, Fujita M, et al. The effect of hydrogen gas on a mouse bilateral common carotid artery occlusion. Acta Neurochir Suppl 2013; Vol. 118, pp. 61-3.
Hirohisa Ono, MD, Yoji Nishijima, MD,Shigeo Ohta, PhD, et al. Hydrogen Gas Inhalation Treatment in Acute Cerebral Infarction: Eine randomisierte, kontrollierte klinische Studie zur Sicherheit und Neuroprotektion. Journal of Stroke and Cerebrovascular diseases, Vol 26, No.11, 2017: pp 2587-2594 https://doi.org/10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2017.06.012Get