Veel ziekten worden veroorzaakt door oxidatieve stress die langdurig aanhoudt. Oxidatieve stress kan leiden tot ernstige weefselschade. Hoewel het belangrijk is deze oxidatieve schade te verminderen, is het gebruik van conventionele antioxidanten zonder veel succes geweest. In 2007 ontdekte de wetenschap moleculair waterstof als een nieuwe antioxidant bij de behandeling en preventie van ziekten.

Wat zijn hart- en vaatziekten?

Hart- en vaatziekten is een brede term voor een reeks ziekten die het hart en de bloedsomloop aantasten.

Een hartinfarct ontstaat wanneer een bloedprop of atherosclerotische plaque de kransslagaders blokkeert die een bepaald deel van de hartspier van bloed voorzien. Dit leidt tot het afsterven van spiercellen. Er zijn medicijnen die dit stolsel kunnen oplossen en leiden tot reperfusie van het weefsel. Maar wanneer dit gebeurt, kan de plotselinge opbouw van oxidatieve stress ook de hartspier beschadigen, wat leidt tot wat bekend staat als ischemie-reperfusieschade. Hetzelfde mechanisme kan gebeuren in de hersenen tijdens een beroerte, waarbij reactieve zuurstofsoorten vrijkomen.

Hoe helpt waterstof bij hartziekten?

Wetenschappers hebben veel onderzoek gedaan naar de effecten van moleculaire waterstof op het hart en de hersenen. Waterstof is gebruikt in experimenten met hartstilstand bij dieren. Adequaat gereanimeerde ratten kregen bij de ene groep waterstof te inhaleren en bij de andere groep niet. De ratten met waterstofinhalatie hadden een verhoogde overlevingskans, een goede neurologische uitkomst en een vermindering van histologische veranderingen vergeleken met ratten die geen waterstofgas inhaleerden.

Waterstof is een krachtige antioxidant en kan vrije radicalen van zuurstof opruimen

Het gunstige effect dat in deze studie werd aangetoond kan worden toegeschreven aan deze eigenschap van waterstof.

Er zijn verschillende andere onderzoeken gedaan naar hartstilstand. Toen waterstof intraperitoneaal werd toegediend aan konijnen met een hartstilstand, verbeterde het ook de overlevingskansen en de neurologische uitkomst met minder neuronale schade en sterfte.

In een ander onderzoek met ratten verbeterde intraveneus toegediende waterstof de uitkomst na een hartstilstand. De onderzoekers speculeerden dat dit effect niet alleen te danken was aan de antioxiderende eigenschap, maar ook aan andere, minder bekende eigenschappen zoals anti-apoptotische en ontstekingsremmende eigenschappen. Omdat deze effecten veelbelovend zijn, zou het in de toekomst gebruikt kunnen worden bij reddingen, zodat in noodsituaties niet alleen zuurstof maar ook waterstof (het gas van Brown) gelijktijdig wordt toegediend.

Eén vermeldenswaardig menselijk onderzoek werd uitgevoerd in 2017

Bij deze gerandomiseerde gecontroleerde proef waren 50 patiënten betrokken met een acuut stadium van herseninfarct van lichte tot matige ernst: 25 van hen kregen 3% waterstofgas voor inhalatie (twee keer per dag een uur) en 25 zaten in de controlegroep zonder waterstofinhalatie. Regelmatige MRI controles van de patiënten hadden aangetoond dat de ernst van de pathologische veranderingen in het infarctgebied van de hersenen aanzienlijk lager was in de waterstofgroep vergeleken met de controlegroep en sneller normaal benaderde. Verder werd de fysiotherapeutische evaluatie beoordeeld aan de hand van de zogenaamde Barthes-index, een methode voor het beoordelen van het vermogen van de patiënten om het dagelijks leven aan te kunnen. Dit verbeterde aanzienlijk in de waterstofgroep. De behandeling met waterstof was veilig in gebruik. De onderzoekers bevestigden het potentieel voor brede en algemene toepassing van waterstofgastherapie.

Cardio-pulmonaire bypass is een chirurgische procedure die wordt uitgevoerd bij patiënten met geblokkeerde bloedvaten. Toen waterstofgas werd toegediend na een bypassoperatie in een rattenmodel, kon waterstof ontstekingsmediatoren zoals cytokinen verminderen. Dit ontstekingsremmende effect zou in de toekomst gebruikt kunnen worden als een nieuwe therapie na een bypassoperatie.

Het effect van waterstof werd ook bestudeerd bij ratten na een myocardinfarct

Het verbeterde de linker hartfunctie aanzienlijk, terwijl het infarct kleiner werd en de functie verbeterde. Waterstofgas voorkwam ook linkerventrikel remodellering (het proces van verandering van grootte, vorm en functie van de hartkamer) na een myocardinfarct.

In een varkensmodel konden onderzoekers de infarctgrootte verminderen door 2% zuurstof in te ademen. Om ischemie en reperfusieschade te voorkomen moet de post-conditionering zorgvuldig gebeuren. Wanneer waterstof werd gegeven, verminderde de infarctgrootte samen met de apoptose-index. De onderzoekers suggereerden dat dit effect kwam door de down-regulatie van Akt en GSK3β in het hartspierweefsel.

Gezien al deze toepassingen bij hart- en vaatziekten kan waterstof worden beschouwd als een nieuw geneesmiddel met grote mogelijkheden in de toekomst, niet in de laatste plaats in de spoedeisende geneeskunde.

Referenties
Drabek, T. en 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, Insufflatie van waterstofgas beperkt de ontstekingsreactie van cardiopulmonaire bypass in een ratmodel. Artif Organs, 2013. 37(2): p. 136-41.
Hayashi, T., et al, Inhalatie van waterstofgas dempt intermitterende hypoxie-geïnduceerde linkerventrikelremodellering bij muizen. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology, 2011. 301(3): p. H1062-9.
Hayashida, K., et al. H(2) gas verbetert functionele uitkomst na hartstilstand in een mate vergelijkbaar met therapeutische hypothermie in een rattenmodel. J Am Heart Assoc, 2012. 1(5): p. e003459.
Hayashida, K., et al, Waterstofinhalatie tijdens normoxische reanimatie verbetert het neurologisch resultaat in een rattenmodel van hartstilstand, onafhankelijk van gerichte temperatuurbeheersing. Circulation, 2014.
Huo, T.T., et al, Waterstofrijke zoutoplossing verbetert overleving en neurologisch resultaat na hartstilstand en cardiopulmonale reanimatie bij ratten. Anesth Analg, 2014.
Jing, L., et al, Cardioprotectief effect van waterstofrijke zoutoplossing op isoproterenol-geïnduceerd myocardinfarct bij ratten. Hart Long Circ, 2014.
Kasuyama, K., et al, Waterstofrijk water dempt experimentele parodontitis in een rattenmodel. J Clin Periodontol, 2011. 38(12): p. 1085-90.
Nagatani, K., et al, Het effect van waterstofgas op een bilaterale Common Carotid Artery Occlusion bij de muis. Hersenoedeem XVActa Neurochirurgica Supplement 2013.
Noda, K., et al, Met waterstof aangevuld drinkwater beschermt cardiale allografts tegen ontstekingsgeassocieerde achteruitgang. Transpl Int, 2012. 25(12): p. 1213-22.
Qin, Z.X., et al, Waterstofrijke zoutoplossing voorkomt neointimavorming na carotisballonschade door onderdrukking van ROS en de TNF-alfa/NF-kappaB-route. Atherosclerose, 2012. 220(2): p. 343-50.
Sakai, K., et al. Waterstofgasinhalatie beschermt tegen myocardiale verdoving en infarct bij varkens. Scandinavian Cardiovascular Journal, 2012. 46(3): p. 183-9.
Shinbo, T., et al, Inhalatie van stikstofoxide plus waterstofgas vermindert ischemie-reperfusieschade en nitrotyrosineproductie in het muizenhart. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2013. 305(4): p. H542-50.
Sun, Q., et al, Orale inname van waterstofrijk water remt intimale hyperplasie in gearterialiseerde adertransplantaten bij ratten. Cardiovasc Res, 2012. 94(1): p. 144-53.
Wu, S., et al, Gehydrogeneerde zoutoplossing dempt doxorubicine-geïnduceerd hartfalen bij ratten. Farmacie, 2014. 69(8): p. 633-6.
Xie, Q., et al, Waterstofgas beschermt tegen serum- en glucosedeprivatie-geïnduceerde myocardschade in H9c2-cellen door activering van de NFE2-gerelateerde factor 2/heme oxygenase 1-pathway. Mol Med Rep, 2014. 10(2): p. 1143-9.
Yoshida, A., et al, H(2) medieert cardioprotectie via betrokkenheid van K(ATP)-kanalen en permeabiliteitsovergangsporiën van mitochondriën bij honden. Cardiovasc Drugs Ther, 2012. 26(3): p. 217-26.
Wang P, Jia L, Chen B, et al. Waterstofinhalatie is superieur aan milde hypothermie in het verbeteren van de hartfunctie en neurologische uitkomst in een asfyxiaal hartstilstandmodel van ratten. Shock. 2016 Sep;46(3):312-8.
Tao B, Liu L, Wang N, et al. Waterstofrijke zoutoplossing dempt lipopolysaccharide-geïnduceerde hartdisfunctie door herstel van vetzuuroxidatie bij ratten door het verzachten van C-jun N-terminal kinase activering. Shock. 2015 Dec;44(6):593-600.
Yue L, Li H, Zhao Y, Li J, Wang B. [Effecten van waterstofrijke zoutoplossing op Akt/GSK3β-signaleringsroutes en hartfunctie tijdens myocardiale ischemie-reperfusie bij ratten]. Zhonghua Yi Xue Za Zhi. 2015 mei 19;95(19):1483-7.
Zhang G, Gao S, Li X, et al. Farmacologische postconditionering met melkzuur en waterstofrijke zoutoplossing dempt myocardiale reperfusieschade bij ratten. Sci Rep. 2015 Apr 30;5:9858.
Han L, Tian R, Yan H, et al. Waterstofrijk water beschermt tegen ischemisch hersenletsel bij ratten door regulering van calciumbufferende eiwitten. Brain Res. 2015 Jul 30;1615:129-38.
Chen Y, Jiang J, Miao H, Chen X, Sun X, Li Y. Waterstofrijke zoutoplossing tempert de proliferatie van vasculaire gladde spiercellen en neointimale hyperplasie door remming van de productie van reactieve zuurstofspecies en inactivering van de Ras-ERK1/2-MEK1/2 en Akt pathways. Int J Mol Med. 2013 Mar;31(3):597-606.
Yu YS, Zheng H. Chronische waterstofrijke zoutbehandeling vermindert oxidatieve stress en dempt linkerventrikelhypertrofie bij spontaan hypertensieve ratten. Mol Cell Biochem. 2012 Jun;365(1-2):233-42.
Zheng H, Yu YS. Chronische behandeling met waterstofrijke zoutoplossing vermindert vasculaire disfunctie in spontaan hypertensieve ratten. Biochem Pharmacol. 2012 mei 1;83(9):1269-77.
Nagatani K, Takeuchi S, Kobayashi H, Otani N, Wada K, Fujita M, et al. Het effect van waterstofgas op een bilaterale gemeenschappelijke halsslagaderocclusie bij de muis. Acta Neurochir Suppl 2013; Vol. 118, pp. 61-3.

Hirohisa Ono, MD, Yoji Nishijima, MD,Shigeo Ohta, PhD, et al. Waterstofgasinhalatiebehandeling bij acuut herseninfarct: een gerandomiseerd gecontroleerd klinisch onderzoek naar veiligheid en neuroprotectie. Journal of Stroke and Cerebrovascular diseases, Vol 26, No.11, 2017: pp 2587-2594 https://doi.org/10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2017.06.012Get