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Wasserstoffgas in der Krebsbehandlung

 

Gassignalmoleküle (GSMs), die aus Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Stickoxid, Schwefelwasserstoff usw. bestehen, spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Signalübertragung und der zellulären Homöostase. Interessanterweise weisen diese Moleküle durch verschiedene Verabreichungen auch ein Potenzial für die Krebsbehandlung auf. Kürzlich ist Wasserstoffgas (Formel: H 2 ) als ein weiteres GSM aufgetaucht, das mehrere Bioaktivitäten aufweist, einschließlich Entzündungshemmung, anti-reaktive Sauerstoffspezies und Anti-Krebs. Wachsende Erkenntnisse haben gezeigt, dass Wasserstoffgas entweder die durch herkömmliche Chemotherapeutika verursachten Nebenwirkungen lindern oder das Wachstum von Krebszellen und Xenotransplantat-Tumoren unterdrücken kann, was auf seine breite wirksame Anwendung in der klinischen Therapie hindeutet. In der aktuellen Übersicht fassen wir diese Studien zusammen und diskutieren die zugrunde liegenden Mechanismen. Die Anwendung von Wasserstoffgas bei der Krebsbehandlung steckt noch in den Kinderschuhen. Weitere mechanistische Untersuchungen und die Entwicklung tragbarer Instrumente sind erforderlich.

Einführung

Gasförmige Signalmoleküle (GSMs) bezeichnen eine Gruppe gasförmiger Moleküle wie Sauerstoff ( 1 ), Stickoxid ( 2 ), Kohlenmonoxid ( 3 ), Schwefelwasserstoff ( 4 ), Schwefeldioxid ( 5 , 6 ), Ethylen ( 7) , 8 ) usw. Diese gasförmigen Moleküle besitzen mehrere kritische Funktionen bei der Regulation der Zellbiologie in vivo über Signaltransduktion ( 9). Noch wichtiger ist, dass bestimmte GSMs als Therapeutika bei primärem Krebs sowie bei der Behandlung von multiresistenten Krebserkrankungen dienen können, wenn sie direkt oder in bestimmten pharmazeutischen Formulierungen angewendet werden ( 9 – 13 ). Darüber hinaus können einige dieser GSMs im Körper über verschiedene Bakterien oder Enzyme wie Stickstoffmonoxid oder Schwefelwasserstoff erzeugt werden, was darauf hinweist, dass es sich um kompatiblere Moleküle handelt, die im Vergleich zu herkömmlichen Chemotherapeutika möglicherweise weniger nachteilige Auswirkungen haben ( 9 , 14 , 15 ). . In jüngster Zeit wurde Wasserstoffgas als ein weiteres wichtiges GSM in der Biologie anerkannt, das ein attraktives Potenzial im Gesundheitswesen für seine Rolle bei der Verhinderung verschiedener Angriffe auf Zellverletzungen aufweist ( 16 – 19 ).

Mit der Formel von H 2 ist Wasserstoffgas das leichteste Molekül in der Natur, das nur etwa 0,5 ppm des gesamten Gases ausmacht. Natürlich ist Wasserstoffgas ein farbloses, geruchloses, geschmackloses, ungiftiges, leicht brennbares Gas, das mit Luft in Konzentrationen von 4 bis 74% explosive Gemische bilden kann, die durch Funken, Hitze oder Sonnenlicht ausgelöst werden können. Wasserstoffgas kann in geringer Menge durch Hydrogenase bestimmter Mitglieder der Mikrobiota des menschlichen Magen-Darm-Trakts aus nicht absorbierten Kohlenhydraten im Darm durch Abbau und Metabolismus erzeugt werden ( 20 , 21 ), die dann teilweise in den Blutfluss diffundiert und im ausgeatmeten Atem freigesetzt und nachgewiesen werden ( 20 ), was auf sein Potenzial als Biomarker hinweist.

Wasserstoffgas als leichtestes Molekül in der Natur weist eine ansprechende Penetrationseigenschaft auf, da es schnell durch Zellmembranen diffundieren kann ( 22 , 23 ). Eine Studie im Tiermodell zeigte, dass nach oraler Verabreichung von wasserstoffreichem Wasser (HSRW) und intraperitonealer Verabreichung von wasserstoffreichem Salz (HSRS) die Wasserstoffkonzentration den Peak nach 5 Minuten erreichte; während es bei intravenöser Verabreichung von HSRS 1 Minute dauerte ( 23 ). Eine weitere in vivo- Studie untersuchte die Verteilung von Wasserstoff in Gehirn, Leber, Niere, Mesenterialfett und Oberschenkelmuskulatur bei Ratten nach Inhalation von 3% Wasserstoffgas ( 24 ). Die Konzentrationsreihenfolge von Wasserstoffgas war, wenn es gesättigt war, Leber, Gehirn, Mesenterium, Muskel, Niere, was auf verschiedene Verteilungen unter den Organen bei Ratten hinweist. Abgesehen davon, dass der Oberschenkelmuskel eine längere Sättigungszeit benötigte, benötigen die anderen Organe 5 bis 10 Minuten, um Cmax (maximale Wasserstoffkonzentration) zu erreichen. Inzwischen hatte die Leber die höchste Cmax ( 24 ). Die Informationen können die zukünftige klinische Anwendung von Wasserstoffgas bestimmen.

Obwohl Wasserstoffgas bereits 1975 als Therapie in einem Haut-Plattenepithelkarzinom-Mausmodell untersucht wurde ( 25 ), wurde sein Potenzial für die medizinische Anwendung erst 2007, als Oshawa et al. berichteten, dass Wasserstoff Verletzungen durch zerebrale Ischämie und Reperfusion verbessern könnte, indem er selektiv zytotoxische reaktive Sauerstoffspezies (ROS), einschließlich Hydroxylradikal (• OH) und Peroxynitrit (ONOO-), senkte ( 26 ), was dann weltweite Aufmerksamkeit erregte. In verschiedenen Verabreichungsformulierungen wurde Wasserstoffgas als Therapeutikum für eine Vielzahl von Krankheiten wie Parkinson ( 27 , 28 ), rheumatoide Arthritis ( 29 ), Hirnverletzung ( 30 ), ischämische Reperfusionsverletzung ( 31 , 32 ) verwendet. und Diabetes ( 33 , 34 ) usw.

Noch wichtiger ist, dass Wasserstoff nachweislich die klinischen Endpunkte und Ersatzmarker verbessert, von Stoffwechselerkrankungen über chronische systemische entzündliche Erkrankungen bis hin zu Krebs ( 17 ). Eine klinische Studie im Jahr 2016 hat gezeigt, dass die Inhalation von Wasserstoffgas bei Patienten mit Post-Cardiac-Arrest-Syndrom ( 35 ) unbedenklich war und die weitere therapeutische Anwendung bei anderen Erkrankungen noch attraktiver wurde.

In der aktuellen Übersicht nehmen wir die Anwendung in der Krebstherapie ins Visier. Typischerweise kann Wasserstoffgas seine Biofunktionen über die Regulierung von ROS, Entzündungs- und Apoptoseereignissen ausüben.

Wasserstoffgas fängt Hydroxylradikal und Peroxynitrit selektiv ab und reguliert bestimmte antioxidative Enzyme

Bei weitem haben viele Studien gezeigt, dass Wasserstoffgas nicht auf bestimmte Proteine ​​abzielt, sondern mehrere Schlüsselakteure bei Krebs reguliert, darunter ROS und bestimmte antioxidative Enzyme ( 36 ).

ROS bezieht sich auf eine Reihe instabiler Moleküle, die Sauerstoff enthalten, einschließlich Singulettsauerstoff (O 2 •), Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ), Hydroxylradikal (• OH), Superoxid ( Unknown node type: spanUnknown node type: spanUnknown node type: spanUnknown node type: spanUnknown node type: spanUnknown node type: spanUnknown node type: spanUnknown node type: span ), Stickoxid (NO •) und Peroxynitrit (ONOO  ) usw. ( 37 , 38 ). Einmal in vivo erzeugt, kann ROS aufgrund ihrer hohen Reaktivität Proteine, DNA / RNA und Lipide in Zellen angreifen und deutliche Schäden hervorrufen, die zu Apoptose führen können. Das Vorhandensein von ROS kann über einen Mechanismus, der als oxidativer Stress bekannt ist, zellulären Stress und Schäden hervorrufen, die zum Zelltod führen können ( 39 , 40 ). Normalerweise halten Zellen, einschließlich Krebszellen, unter physischen Bedingungen ein Gleichgewicht zwischen der Erzeugung und Beseitigung von ROS aufrecht, was für ihr Überleben von größter Bedeutung ist ( 41 , 42 ). Das überproduzierte ROS, das auf ein Ungleichgewicht im Regulationssystem oder einen äußeren chemischen Angriff (einschließlich Chemotherapie / Strahlentherapie) zurückzuführen ist, kann eine innere Apoptose-Kaskade auslösen und schwerwiegende toxische Wirkungen hervorrufen ( 43 – 45 ).

Wasserstoffgas kann als ROS-Modulator wirken. Erstens konnte Wasserstoffgas, wie in der Studie von Ohsawa et al. Gezeigt, selektiv das zytotoxischste ROS • OH abfangen, das in einem Modell für akute Ratten mit zerebraler Ischämie und Reperfusion getestet wurde ( 26 ). Eine andere Studie bestätigte auch, dass Wasserstoffgas die Sauerstofftoxizität, die durch hyperbaren Sauerstoff verursacht wird, durch eine wirksame Reduktion von • OH verringern könnte ( 46 ).

Zweitens kann Wasserstoff die Expression einiger antioxidativer Enzyme induzieren, die ROS eliminieren können, und spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Redoxhomöostase von Krebszellen ( 42 , 47 ). Studien haben gezeigt, dass bei der Behandlung mit Wasserstoffgas die Expression von Superoxiddismutase (SOD) ( 48 ), Hämoxyganase-1 (HO-1) ( 49 ) sowie des mit dem Kernfaktor Erythroid 2 verwandten Faktors 2 (Nrf2) ( 50) erfolgt ), deutlich erhöht, was sein Potenzial zur Beseitigung von ROS stärkt.

Durch die Regulierung der ROS kann Wasserstoffgas als Adjuvans wirken, um die nachteiligen Auswirkungen bei der Krebsbehandlung zu verringern, während gleichzeitig die Zytotoxizität anderer Therapien wie Strahlentherapie und Chemotherapie nicht aufgehoben wird ( 48 , 51 ). Interessanterweise kann die Verabreichung von Wasserstoffgas aufgrund des überproduzierten ROS in Krebszellen ( 38 ) zu Beginn den ROS-Wert senken, führt aber aufgrund des Kompensationseffekts zu einer viel höheren ROS-Produktion, was zur Abtötung von Krebszellen führt ( 52 ).

Wasserstoffgas unterdrückt entzündliche Zytokine

Entzündliche Zytokine sind eine Reihe von Signalmolekülen, die die angeborene Immunantwort vermitteln, deren Fehlregulation bei vielen Krankheiten, einschließlich Krebs, eine Rolle spielen kann ( 53 – 55 ). Typische entzündliche Zytokine umfassen Interleukine (ILs), die von weißen Blutkörperchen ausgeschieden werden, Tumornekrosefaktoren (TNFs), die von Makrophagen ausgeschieden werden, von denen beide eine enge Verbindung zur Krebsentstehung und -progression gezeigt haben ( 56 – 59 ), und ILs und TNFs können es sein durch Wasserstoffgas ( 60 , 61 ) unterdrückt.

Durch Chemotherapie verursachte Entzündungen bei Krebspatienten verursachen nicht nur schwerwiegende Nebenwirkungen ( 62 , 63 ), sondern führen auch zu Krebsmetastasen und Therapieversagen ( 64 , 65 ). Durch die Regulierung der Entzündung kann Wasserstoffgas die Tumorbildung und -progression verhindern sowie die durch Chemotherapie / Strahlentherapie verursachten Nebenwirkungen verringern ( 66 ).

Wasserstoffgas hemmt / induziert Apoptose

Apoptose, auch als programmierter Zelltod bezeichnet, kann durch extrinsische oder intrinsische Signale ausgelöst und auf verschiedenen molekularen Wegen ausgeführt werden, die als eine wirksame Strategie für die Krebstherapie dienen ( 67 , 68 ). Im Allgemeinen kann Apoptose induziert werden, indem (1) die Todesrezeptoren der Zelloberfläche provoziert werden (wie Fas, TNF-Rezeptoren oder TNF-verwandter Apoptose-induzierender Ligand), (2) die Überlebenssignalisierung unterdrückt wird (wie epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor). Mitogen-aktivierte Proteinkinase oder Phosphoinositid-3-Kinasen) und (3) Aktivierung der Proteine ​​der proapoptotischen B-Zell-Lymphom-2 (Bcl-2) -Familie oder Herunterregulieren von Anti-Apoptose-Proteinen (wie X-chromosomal gebundenen Proteinen) überlebender Apoptoseprotein-Inhibitor und der Apoptose-Inhibitor) ( 69 , 70 ).

Wasserstoffgas kann die intrazelluläre Apoptose regulieren, indem es die Expression von Apoptose-verwandten Enzymen beeinflusst. Bei einer bestimmten Konzentration kann es entweder als Apoptosehemmer dienen, indem es das proapoptotische B-Zell-Lymphom-2-assoziierte X-Protein (Bax) Caspase-3, 8, 12 hemmt und die antiapoptotische B-Zelle verstärkt Lymphom-2 (Bcl-2) ( 71 ) oder als Apoptose-induzierendes Mittel über die Kontrastmittelmechanismen ( 72 ), was auf sein Potenzial hinweist, normale Zellen vor Krebsmedikamenten zu schützen oder Krebszellen zu unterdrücken.

Wasserstoffgas zeigt Potenzial bei der Krebsbehandlung

Wasserstoffgas lindert die Nebenwirkungen der Chemotherapie / Strahlentherapie

Chemotherapie und Strahlentherapie bleiben die führenden Strategien zur Behandlung von Krebs ( 73 , 74 ).Krebspatienten, die diese Behandlungen erhalten, leiden jedoch häufig an Müdigkeit und beeinträchtigter Lebensqualität ( 75 – 77 ). Es wird angenommen, dass die rasante Bildung von ROS während der Behandlung zu den nachteiligen Auswirkungen beiträgt, die zu bemerkenswertem oxidativem Stress und Entzündungen führen ( 41 , 42 , 78 ). Aufgrund seiner antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften sowie seiner anderen zellschützenden Eigenschaften kann Wasserstoffgas daher als unterstützendes Therapieschema zur Unterdrückung dieser nachteiligen Wirkungen eingesetzt werden.

Patienten mit nichtkleinzelligem Lungenkrebs leiden unter der Behandlung des epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor-Inhibitors Gefitinib häufig an einer schweren akuten interstitiellen Pneumonie ( 79 ). In einem Mäusemodell, das mit oraler Gabe von Gefitinib und intraperitonealer Injektion von Naphthalin behandelt wurde, was zu einer schweren Lungenverletzung aufgrund von oxidativem Stress führte, reduzierte eine Behandlung mit wasserstoffreichem Wasser die Entzündungszytokine wie IL-6 und TNF & agr; in der bronchoalveolären Spülflüssigkeit signifikant, was führte zur Linderung von Lungenentzündungen. Noch wichtiger ist, dass wasserstoffreiches Wasser die gesamten Antitumorwirkungen von Gefitinib sowohl in vitro als auch in vivo nicht beeinträchtigte, im Gegensatz dazu den durch Gefitinib und Naphthalin verursachten Gewichtsverlust antagonisierte und die Gesamtüberlebensrate erhöhte, was auf Wasserstoff schließen lässt Gas ist ein vielversprechendes Adjuvans, das in der klinischen Praxis eingesetzt werden kann, um die Lebensqualität von Krebspatienten zu verbessern ( 80 ).

Doxorubicin, ein Anthracyclin-Antibiotikum, ist ein wirksames Antikrebsmittel bei der Behandlung verschiedener Krebsarten, seine Anwendung ist jedoch auf die tödliche erweiterte Kardiomyopathie und Hepatotoxizität beschränkt ( 81 , 82 ). Eine In-vivo- Studie zeigte, dass die intraperitoneale Injektion von wasserstoffreicher Kochsalzlösung die Mortalität und die durch Doxorubicin verursachte Herzfunktionsstörung verbessert. Diese Behandlung milderte auch histopathologische Veränderungen im Serum von Ratten, wie das natriuretische Peptid (BNP), Aspartattransaminase (AST), Alanintransaminase (ALT), Albumin und Malondialdehyd (MDA) im Serum. Mechanistisch gesehen senkte wasserstoffreiche Kochsalzlösung den ROS-Spiegel sowie die entzündlichen Zytokine TNF-α, IL-1β und IL-6 in Herz- und Lebergewebe signifikant. Eine wasserstoffreiche Salzlösung induzierte auch eine geringere Expression von apoptotischem Bax, gespaltener Caspase-3 und höherem anti-apoptotischem Bcl-2, was zu einer geringeren Apoptose in beiden Geweben führte ( 71 ). Diese Studie legte nahe, dass eine Behandlung mit wasserstoffreicher Kochsalzlösung ihre schützende Wirkung entfaltet, indem sie den entzündlichen TNF- & agr; / IL-6-Weg hemmt, die gespaltene C8-Expression und das Bcl-2 / Bax-Verhältnis erhöht und die Zellapoptose sowohl im Herz- als auch im Lebergewebe mildert ( 71 ).

Wasserstoffreiches Wasser zeigte auch bei Ratten eine renale Schutzwirkung gegen Cisplatin-induzierte Nephrotoxizität.In den Studien zeigten in verschiedenen behandelten Gruppen aufgenommene, von der Sauerstoffsättigung abhängige (BOLD) Magnetresonanz-Kontrastbilder (MRT), dass die Kreatinin- und Blut-Harnstoff-Stickstoff-Werte (BUN), zwei Parameter, die sich auf die Nephrotoxizität bezogen, bei Cisplatin-behandelten Patienten signifikant höher waren Gruppe als die in der Kontrollgruppe. Die Behandlung mit wasserstoffreichem Wasser konnte die toxischen Effekte signifikant umkehren und zeigte eine viel höhere transversale Relaxationsrate durch Eliminierung von Sauerstoffradikalen ( 83 , 84 ).

Eine andere Studie zeigte, dass sowohl das Einatmen von Wasserstoffgas (1% Wasserstoff in der Luft) als auch das Trinken von wasserstoffreichem Wasser (0,8 mM Wasserstoff in Wasser) die Mortalität und den durch Cisplatin verursachten Körpergewichtsverlust über seine antioxidative Eigenschaft umkehren können. Beide Behandlungen verbesserten die Metamorphose, die mit einer verminderten Apoptose in der Niere einherging, und die Nephrotoxizität, wie durch Serumkreatinin- und BUN-Spiegel bestimmt. Noch wichtiger ist, dass Wasserstoff die Antitumoraktivität von Cisplatin gegen Krebszelllinien in vitro und in tumortragenden Mäusen nicht beeinträchtigte ( 85 ). Ähnliche Ergebnisse wurden auch in der Studie von Meng et al. Beobachtet, da sie zeigten, dass wasserstoffreiche Kochsalzlösung die Follikel-stimulierende Hormonfreisetzung abschwächen, den Östrogenspiegel erhöhen, die Follikelentwicklung verbessern und die Schädigung des Eierstocks verringern kann Kortex durch Cisplatin induziert. In der Studie induzierte die Cisplatin-Behandlung einen höheren Gehalt an Oxidationsprodukten und unterdrückte die antioxidative Enzymaktivität. Die Verabreichung von wasserstoffreicher Kochsalzlösung könnte diese toxischen Effekte umkehren, indem MDA reduziert und die Aktivität von Superoxiddismutase (SOD), Katalase (CAT), zwei wichtigen antioxidativen Enzymen, wiederhergestellt wird. Darüber hinaus stimulierte wasserstoffreiche Salzlösung den Nrf2-Signalweg bei Ratten mit Ovarialschäden ( 86 ).

Das mit Folinsäure, 5-Fluoruracil und Oxaliplatin zusammengesetzte mFOLFOX6-Regime wird zur Erstbehandlung von metastasiertem Kolorektalkarzinom angewendet, übt jedoch auch toxische Wirkungen auf die Leber aus, was zu einer schlechten Lebensqualität des Patienten führt ( 87 , 88 ). . In China wurde eine klinische Studie durchgeführt, in der die Schutzwirkung von wasserstoffreichem Wasser auf die Leberfunktion von mit mFOLFOX6-Chemotherapie behandelten Darmkrebspatienten untersucht wurde (144 Patienten wurden eingeschlossen und 136 davon in die Endanalyse einbezogen). Die Ergebnisse zeigten, dass die Placebo-Gruppe schädliche Wirkungen zeigte, die durch eine mFOLFOX6-Chemotherapie hervorgerufen wurden, gemessen an den erhöhten Konzentrationen von ALT, AST und indirektem Bilirubin (IBIL), während die wasserstoffreiche kombinierte Behandlungsgruppe während der Behandlung keine Unterschiede in der Leberfunktion aufwies. wahrscheinlich aufgrund seiner antioxidativen Aktivität, was darauf hinweist, dass es ein vielversprechendes Schutzmittel zur Linderung der mit mFOLFOX6 verbundenen Leberschädigung ist ( 51 ).

Die meisten durch ionisierende Strahlung verursachten nachteiligen Wirkungen auf normale Zellen werden durch Hydroxylradikale induziert. Die Kombination von Strahlentherapie mit bestimmten Formen von Wasserstoffgas kann vorteilhaft sein, um diese Nebenwirkungen zu lindern ( 89 ). In der Tat fanden mehrere Studien heraus, dass Wasserstoff Zellen und Mäuse vor Strahlung schützen kann ( 48 , 90 ).

Wie in einem Rattenmodell von Hautschäden getestet, das unter Verwendung eines 44 Gy-Elektronenstrahls ermittelt wurde, zeigte die mit wasserstoffreichem Wasser behandelte Gruppe einen höheren Hebel der SOD-Aktivität und einen niedrigeren MDA- und IL-6-Wert in den verletzten Geweben als die Kontrollgruppe und die destillierte Gruppe Wassergruppe. Darüber hinaus verkürzte wasserstoffreiches Wasser die Heilungszeit und erhöhte die Heilungsrate bei Hautverletzungen ( 48 ).

Gastrointestinale Toxizität ist eine häufige Nebenwirkung der Strahlentherapie, die die Lebensqualität von Krebspatienten beeinträchtigt ( 91 ). Wie in der Studie von Xiao et al. Am Mäusemodell gezeigt, erhöhte die Verabreichung von Wasserstoff-Wasser über die orale Sonde die Überlebensrate und das Körpergewicht von Mäusen, die einer Bestrahlung des gesamten Abdomens ausgesetzt waren, bei gleichzeitiger Verbesserung der Funktion des Gastrointestinaltrakts und der Epithelintegrität des Dünndarms. Weitere Microarray-Analysen ergaben, dass die Wasserstoff-Wasser-Behandlung miR-1968-5p hochregulierte, wodurch das primäre Antwortgen 88 (MyD88, ein Mediator in der Immunopathologie und Dynamik von Darmmikrobiota bei bestimmten Darmerkrankungen mit wie Rezeptoren 9) Expression im Dünndarm nach totaler Bestrahlung des Abdomens ( 92 ).

Eine weitere Studie an klinischen Patienten mit bösartigen Lebertumoren ergab, dass der Verbrauch von wasserstoffreichem Wasser über einen Zeitraum von 6 Wochen den Gehalt an reaktivem Sauerstoffmetaboliten, Hydroperoxid, senkte und die biologische antioxidative Aktivität im Blut aufrechterhielt. Wichtig ist, dass die Lebensqualität während der Strahlentherapie in wasserstoffreichen Wassergruppen im Vergleich zur Placebo-Wassergruppe signifikant verbessert war. Beide Gruppen zeigten ein ähnliches Ansprechen des Tumors auf die Strahlentherapie, was darauf hindeutet, dass der Verbrauch von wasserstoffreichem Wasser den strahleninduzierten oxidativen Stress verringerte und gleichzeitig die Antitumorwirkung der Strahlentherapie nicht beeinträchtigte ( 93 ).

Wasserstoffgas wirkt synergistisch mit der Wärmetherapie

Kürzlich fand eine Studie heraus, dass Wasserstoff die Wirkung der photothermischen Therapie verstärken könnte. Zhao et al. entwickelten die hydrierten Pd-Nanokristalle (PdH 0.2 ) als multifunktionellen Wasserstoffträger, um die tumorgezielte Abgabe (aufgrund von 30 nm kubischem Pd-Nanokristall) und die kontrollierte Freisetzung von bio-reduktivem Wasserstoff (aufgrund des im Pd-Gitter enthaltenen Wasserstoffs) zu ermöglichen ). Wie in dieser Studie gezeigt, könnte die Wasserstoffabgabe durch die Leistung und Dauer der Bestrahlung mit nahem Infrarot (NIR) eingestellt werden. Die Behandlung mit PdH 0,2- Nanokristallen plus NIR-Bestrahlung führte zu einem höheren anfänglichen ROS-Verlust in Krebszellen, und der anschließende ROS-Rückprall war auch viel höher als der in normalen Zellen, was zu einer stärkeren Apoptose und einer schwerwiegenden Hemmung des mitochondrialen Stoffwechsels in Krebszellen führte, jedoch nicht normal Zellen. Die Kombination von PdH 0,2- Nanokristallen mit NIR-Bestrahlung erhöhte die Wirksamkeit der Wärmetherapie gegen Krebs signifikant und erzielte einen synergetischen Antikrebseffekt.Die In-vivo- Sicherheitsbewertung ergab, dass die Injektionsdosis von 10 mg kg −1 PdH 0,2 Nanokristallen keinen Tod, keine Veränderung mehrerer Blutindikatoren und keine Beeinträchtigung der Leber- und Nierenfunktionen verursachte.Im 4T1-Brustkrebs-Tumormodell bei Mäusen und im B16-F10-Melanom-Tumormodell zeigten die kombinierte PdH- 0,2-Nanokristalle- und NIR-Bestrahlungstherapie einen synergetischen Antikrebseffekt, der im Vergleich zur Thermotherapie zu einer bemerkenswerten Tumorhemmung führte. Währenddessen zeigte die Kombinationsgruppe keine sichtbaren Schäden an Herz, Leber, Milz, Lunge und Niere, was auf eine angemessene Gewebesicherheit und -verträglichkeit hinweist ( 52 ).

Wasserstoffgas unterdrückt die Tumorbildung

Li et al. berichteten, dass der Verzehr von wasserstoffreichem Wasser die durch Eisen (III) -nitrilotriacetat (Fe-NTA) verursachte Nierenschädigung bei Ratten linderte, was durch verringerte Serumkreatinin- und BUN-Spiegel belegt wurde. Wasserstoffreiches Wasser unterdrückte den Fe-NTA-induzierten oxidativen Stress, indem es die Lipidperoxidation, ONOO  , senkte und die Aktivitäten von NADPH-Oxidase und Xanthinoxidase inhibierte sowie die antioxidative Katalase hochregulierte und die Mitochondrienfunktion in den Nieren wiederherstellte. Folglich wurden Fe-NTA-induzierte entzündliche Zytokine, wie NF-KB, IL-6 und Monozyten-Chemoattraktant-Protein-1, durch Wasserstoffbehandlung signifikant gelindert. Noch wichtiger ist, dass der Verbrauch von wasserstoffreichem Wasser die Expression verschiedener krebsbedingter Proteine, einschließlich des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF), des Signaltransducers und des Aktivators der Transkriptions-3-Phosphorylierung (STAT3) und des proliferierenden Zellkernantigens (PCNA) bei Ratten, inhibierte geringere Inzidenz von Nierenzellkarzinomen und Unterdrückung des Tumorwachstums. Diese Arbeit legte nahe, dass wasserstoffreiches Wasser ein vielversprechendes Regime zur Abschwächung der Fe-NTA-induzierten Nierenschädigung und zur Unterdrückung früher Tumorereignisse darstellt ( 66 ).

Nichtalkoholische Steatohepatitis (NASH) aufgrund von oxidativem Stress durch verschiedene Reize ist einer der Gründe für die Hepatokarzinogenese ( 94 , 95 ). In einem Mausmodell senkte die Verabreichung von wasserstoffreichem Wasser die Expression von hepatischem Cholesterin, Peroxisom-Proliferator-aktiviertem Rezeptor-α (PPARα) und erhöhte die antioxidativen Wirkungen in der Leber im Vergleich zur Kontrolle und der mit Pioglitazon behandelten Gruppe ( 96 ). Wasserstoffreiches Wasser zeigte eine starke Hemmwirkung auf die entzündlichen Zytokine TNF-α und IL-6, oxidativen Stress und den Apoptose-Biomarker. Wie aus dem NASH-bezogenen Hepatokarzinogenese-Modell hervorgeht, war in der Gruppe der wasserstoffreichen Wasserbehandlungen die Tumorinzidenz geringer und das Tumorvolumen geringer als in der Kontrollgruppe und der mit Pioglitazon behandelten Gruppe. Die obigen Befunde zeigten, dass wasserstoffreiches Wasser ein Potenzial für den Leberschutz und die Behandlung von Leberkrebs hat ( 96 ).

Wasserstoffgas unterdrückt das Tumorwachstum

Wasserstoffgas wirkt nicht nur als adjuvante Therapie, sondern kann auch das Wachstum von Tumoren und Tumorzellen unterdrücken.

Wie in der Studie von Wang et al. An Lungenkrebszelllinien A549 und H1975 gezeigt, inhibierte Wasserstoffgas die Zellproliferation, -migration und -invasion und induzierte eine bemerkenswerte Apoptose, wie durch CCK-8-, Wundheilungs-, Transwell-Assays und Durchflusszytometrie. Wasserstoffgas stoppte den Zellzyklus im G2 / M-Stadium auf beiden Zelllinien, indem es die Expression mehrerer zellzyklusregulierender Proteine, einschließlich Cyclin D1, CDK4 und CDK6, inhibierte. Chromosomen 3 (SMC3), ein Komplex, der für die Chromosomenkohäsion während des Zellzyklus erforderlich ist ( 97 ), wurde durch Wasserstoffgas über Ubiquitinierungseffekte unterdrückt. Wichtig ist, dass eine In-vivo- Studie zeigte, dass unter einer Wasserstoffgasbehandlung das Tumorwachstum signifikant gehemmt wurde sowie die Expression von Ki-67, VEGF und SMC3. Diese Daten legen nahe, dass Wasserstoffgas als neue Methode zur Behandlung von Lungenkrebs dienen könnte ( 98 ).

Aufgrund seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften ist der Einsatz von Wasserstoffgas in Krankenhäusern, medizinischen Einrichtungen und Laboratorien stark eingeschränkt. Li et al. entwickelten ein erstarrtes Wasserstoff-okkludierendes Siliciumdioxid (H 2 -Siliciumdioxid), das molekularen Wasserstoff stabil in das Zellkulturmedium freisetzen konnte. 2 -Silica könnte konzentrationsabhängig die Lebensfähigkeit von Zellen des menschlichen Plattenepithelkarzinoms des Ösophagus (KYSE-70) hemmen, während es zur Unterdrückung normaler menschlicher Epithelzellen des Ösophagus (HEEpiCs) eine höhere Dosis benötigt, was auf sein selektives Profil hinweist. Dieser Effekt wurde durch einen Apoptose- und Zellmigrationsassay in diesen beiden Zelllinien weiter bestätigt. Mechanistische Studien ergaben, dass H 2 -Siliciumdioxid seinen Antikrebs über die Induktion von H 2 O 2 -Akkumulation, Zellzyklusstillstand und Apoptoseinduktion ausübte, die durch mitochondriale apoptotische Pfade vermittelt wurden ( 72).

Kürzlich wurde festgestellt, dass Wasserstoffgas Krebsstammzellen (CSCs) hemmt. Wasserstoffgas reduzierte die Koloniebildung und Kugelbildung der menschlichen Ovarialkarzinomzelllinien Hs38.T und PA-1 über die Hemmung des Proliferationsmarkers Ki67, der Stammzellmarker CD34 und der Angiogenese. Die Behandlung mit Wasserstoffgas inhibierte signifikant die Proliferation, Invasion und Migration von sowohl Hs38.T- als auch PA-1-Zellen. Wichtiger ist, dass das Einatmen von Wasserstoffgas das Tumorvolumen signifikant hemmte, wie im Hs38.T xenografted BALB / c-Nacktmäusemodell gezeigt ( 99 ).

Eine andere kürzlich durchgeführte Studie bestätigte auch die Wirkung von Wasserstoffgas bei der Unterdrückung des Glioblastoms (GBM), dem häufigsten bösartigen Gehirntumor. In-vitro- Studien zeigten, dass Wasserstoffgas mehrere Marker inhibierte, die an der Stammfunktion beteiligt waren, was zur Unterdrückung der Kugelbildung, Zellmigration, Invasion und Koloniebildung von Gliomzellen führte. Durch zweimaliges Inhalieren von Wasserstoffgas (67%) für 1 Stunde pro Tag wurde das GBM-Wachstum signifikant gehemmt, und die Überlebensrate wurde in einem orthotopen Gliom-Modell für Ratten verbessert, was darauf hindeutet, dass Wasserstoff ein vielversprechendes Mittel bei der Behandlung von GBM sein könnte ( 100 ).

Diskussion

Wasserstoffgas wurde als ein medizinisches Gas mit Potenzial zur Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, entzündlichen Erkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen und Krebs erkannt ( 17 , 60 ). Als Hydroxylradikal- und Peroxynitritfänger und aufgrund seiner entzündungshemmenden Wirkung kann Wasserstoffgas die durch Chemotherapie und Strahlentherapie verursachten nachteiligen Wirkungen verhindern / lindern, ohne das Krebspotential zu beeinträchtigen (wie in Tabelle 1 und Abbildung 1 zusammengefasst ). . Wasserstoffgas kann auch alleine oder synergistisch mit anderen Therapien wirken, um das Tumorwachstum durch Induktion von Apoptose, Hemmung von CSCs-bezogenen und zellzyklusbezogenen Faktoren usw. zu unterdrücken (in Tabelle 1 zusammengefasst).

TABELLE 1

www.frontiersin.orgTabelle 1 . Die Zusammenfassung verschiedener Formulierungen, Anwendungen und Mechanismen von H 2 bei der Krebsbehandlung.

ABBILDUNG 1

www.frontiersin.orgAbbildung 1 . Wasserstoff in der Krebsbehandlung.

Noch wichtiger ist, dass Wasserstoffgas in den meisten Studien ein Sicherheitsprofil und bestimmte Selektivitätseigenschaften für Krebszellen gegenüber normalen Zellen aufweist, was für klinische Studien von entscheidender Bedeutung ist. In einer klinischen Studie (NCT03818347) wird derzeit das Wasserstoffgas in der Krebsrehabilitation in China untersucht.

Bei weitem haben sich verschiedene Verabreichungsmethoden als verfügbar und zweckmäßig erwiesen, einschließlich Inhalation, Trinken von in Wasserstoff gelöstem Wasser, Injektion mit wasserstoffgesättigter Salzlösung und Einnahme eines Wasserstoffbades ( 101 ). Wasserstoffreiches Wasser ist ungiftig, kostengünstig, leicht zu verabreichen und kann leicht in Gewebe und Zellen diffundieren ( 102 ), die Blut-Hirn-Schranke ( 103 ) überwinden, was auf sein Potenzial bei der Behandlung von Hirntumoren hinweist. Weitere tragbare Geräte, die gut designt und sicher genug sind, werden benötigt.

In Bezug auf seine medizinischen Eigenschaften wie Dosierung und Verabreichung oder mögliche Nebenwirkungen und die Anwendung in bestimmten Populationen liegen jedoch weniger Informationen vor. Sein Mechanismus, Ziel, Indikationen sind auch nicht klar, weitere Studien sind gerechtfertigt.

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Wasserstoffgas in der Krebsbehandlung
 Sai Li 1  ,  Rongrong Liao 2  ,  Xiaoyan Sheng 2  ,  Xiaojun Luo 3 ,  Xin Zhang 1 ,  Xiaomin Wen 3,  Jin Zhou 2 * und  Kang Peng 1,3 *
  • 1 Abteilung für Pharmazie, Integriertes Krankenhaus für Traditionelle Chinesische Medizin, Southern Medical University, Guangzhou, China
  • 2 Pflegeabteilung, Integriertes Krankenhaus für Traditionelle Chinesische Medizin, Southern Medical University, Guangzhou, China
  • 3 Zentrum für vorbeugende Behandlung von Krankheiten, Integriertes Krankenhaus für Traditionelle Chinesische Medizin, Southern Medical University, Guangzhou, China

 

Autorenbeiträge

SL, XW, JZ und KP: Konzeptualisierung. SL, RL, XS, XL, XZ, JZ und KP: Schreiben. SL, RL und XS: Überarbeitung.

Finanzierung

Diese Arbeit wurde teilweise durch Zuschüsse der Naturwissenschaftlichen Stiftung der Provinz Guangdong (2018A030313987) und des Büros für traditionelle chinesische Medizin der Provinz Guangdong (20164015 und 20183009) sowie des Planungsprojekts für Wissenschaft und Technologie der Provinz Guangdong (2016ZC0059) unterstützt.

Interessenkonflikterklärung

Die Autoren erklären, dass die Studie in Abwesenheit von kommerziellen oder finanziellen Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt angesehen werden könnten.

Danksagung

Wir danken Fräulein Ryma Iftikhar, Dhiviya Samuel, Mahnoor Shamsi (St. John’s University) und Herrn Muaz Sadeia für die Bearbeitung und Überarbeitung des Manuskripts.

Verweise

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Schlüsselwörter: Wasserstoffgas, ROS, Entzündung, Kombination, Antikrebs

Zitat: LiS, LiaoR, ShengX, LuoX, ZhangX, WenX, ZhouJ und PengK (2019) Wasserstoffgas in der Krebsbehandlung. Vorderseite. Oncol. 9: 696. doi: 10.3389 / fonc.2019.00696

Eingegangen am 02. Mai 2019; Angenommen: 15. Juli 2019;
Veröffentlicht: 06. August 2019.

Bearbeitet von:

Nelson Shu-Sang Yee , Medizinisches Zentrum Penn State Milton S. Hershey, USA

Rezensiert von:

Leo E. Otterbein , Beth Israelv-Diakonissen-Medizinzentrum und Harvard-Medizinschule, USA
Paolo Armando Gagliardi , Universität Bern, Schweiz

Copyright © 2019 Li, Liao, Sheng, Zhang, Wen, Zhou und Peng. Dies ist ein Open-Access-Artikel, der unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution License (CC BY) vertrieben wird . Die Verwendung, Verbreitung oder Vervielfältigung in anderen Foren ist gestattet, sofern der / die ursprüngliche (n) Autor (en) und der / die Urheberrechtsinhaber (n) gutgeschrieben werden und die ursprüngliche Veröffentlichung in dieser Zeitschrift gemäß der anerkannten akademischen Praxis zitiert wird. Eine Verwendung, Weitergabe oder Vervielfältigung, die diesen Bedingungen nicht entspricht, ist nicht gestattet.

* Korrespondenz: Jin Zhou, zhou-jin-2008@163.com ; Kang Peng, kds978@163.com

 Diese Autoren teilen die Ko-Erstautorenschaft

Schutzwirkung von wasserstoffreichem Wasser auf die Leberfunktion von mit mFOLFOX6-Chemotherapie behandelten Darmkrebspatienten

Schutzwirkung von wasserstoffreichem Wasser auf die Leberfunktion von mit mFOLFOX6-Chemotherapie behandelten Darmkrebspatienten.

Yang Q 1 , Ji G 1 , Pan R 1 , Zhao Y 2 , Yan P 3 .

1
Abteilung für Onkologie, Provinz Shandong, Taishan-Krankenhaus, Taian, Shandong, 271000, VR China.
2
Abteilung für Pathologie, Medizinische Universität Taishan, Taian, Shandong 271000, VR China.
3
Abteilung für Onkologie, Jinan-Zentralkrankenhaus, angeschlossen an die Shandong-Universität, Jinan, Shandong 250013, VR China.

Abstrakt

Die vorliegende Studie wurde durchgeführt, um die Schutzwirkung von wasserstoffreichem Wasser auf die Leberfunktion von Patienten mit Darmkrebs (CRC) zu untersuchen, die mit mFOLFOX6-Chemotherapie behandelt wurden. Es wurde eine kontrollierte, randomisierte, einfach verblindete klinische Studie entworfen. Zwischen Juni 2010 und Februar 2016 wurden vom Department of Oncology des Taishan Hospital (Taian, China) insgesamt 152 Patienten mit CRC rekrutiert, von denen 146 die Einschlusskriterien erfüllten. Anschließend wurden 144 Patienten in die Behandlungsgruppen (n = 80) und Placebo (n = 64) randomisiert. Am Ende der Studie wurden 76 Patienten in der Wasserstoffbehandlungsgruppe und 60 Patienten in der Placebogruppe in die Endanalyse einbezogen. Die Veränderungen der Leberfunktion nach der Chemotherapie, wie z. B. veränderte Alaninaminotransferase (ALT), Aspartattransaminase (AST), alkalische Phosphatase, indirektes Bilirubin (IBIL) und direktes Bilirubin, wurden beobachtet. Die schädlichen Auswirkungen der Chemotherapie mit mFOLFOX6 auf die Leberfunktion wurden hauptsächlich durch erhöhte ALT-, AST- und IBIL-Spiegel dargestellt. Die wasserstoffreiche Wassergruppe zeigte vor und nach der Behandlung keine signifikanten Unterschiede in der Leberfunktion, wohingegen die Placebogruppe signifikant erhöhte Werte von ALT, AST und IBIL aufwies. So schien wasserstoffreiches Wasser die mit mFOLFOX6 zusammenhängende Leberschädigung zu lindern.

 2017 Nov; 7 (5): 891 & ndash; 896. doi: 10.3892 / mco.2017.1409. Epub 2017 Sep 1.

Das Trinken von Wasserstoff verbessert die Ausdauer und lindert psychometrische Müdigkeit

Akute körperliche Betätigung erhöht die reaktiven Sauerstoffspezies im Skelettmuskel und führt zu Gewebeschäden und Müdigkeit. Molekularer Wasserstoff (H2) wirkt direkt oder indirekt als therapeutisches Antioxidans, indem er antioxidative Enzyme induziert.

Hier untersuchten wir randomisiert, doppelblind und placebokontrolliert die Auswirkungen des Trinkens von Wasserstoff-H2-Wasser (H2-infundiertes Wasser) auf die psychometrische Müdigkeit und Ausdauerleistung.

In Experiment 1 tranken alle Teilnehmer (Menschen) in der Ergometer-Trainingseinheit des ersten Zyklus nur Placebo-Wasser. Zum Vergleich tranken sie 30 Minuten vor dem Training in der zweiten Untersuchung entweder Wasserstoff-H2-Wasser oder Placebo-Wasser. n = 99) war die psychometrische Ermüdung, die durch visuelle Analogskalen beurteilt wurde, in der Wasserstoff-H2-Wasser-Gruppe nach leichtem Training signifikant verringert. Wenn jede Gruppe in zwei Untergruppen unterteilt wurde, war die Untergruppe mit höheren visuellen analogen Skalenwerten empfindlicher gegenüber der Wirkung von Wasserstoffwasser H2.

In Experiment 2 wurden trainierte Teilnehmer (n = 60) mit einem Fahrradergometer auf ähnliche Weise wie in Experiment 1 mäßig trainiert, aber das Training wurde 10 Minuten nach dem Trinken von Wasserstoff-H2-Wasser durchgeführt. Ausdauer / Ermüdung wurden in der Wasserstoff-Wasser-H2-Gruppe signifikant verbessert / gelindert, gemessen am maximalen Sauerstoffverbrauch bzw. an der Borg-Skala.

Zusammengenommen zeigte das Trinken von Wasserstoff-H2-Wasser kurz vor dem Training Müdigkeit und verbesserte Ausdauereffekte.

PMID: 31251888
DOI: 10.1139 / cjpp-2019-0059
Can J Physiol Pharmacol. 2019 28. Juni: 1-6. doi: 10.1139 / cjpp-2019-0059. [Epub vor Druck]
Das Trinken von Wasserstoff erhöht die Ausdauer und lindert psychometrische Müdigkeit: eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Studie 1.
Mikami T1, Tano K2, Lee H1, Lee H1, Park J1, Ohta F3, LeBaron TW4,5, Ohta S6.
Informationen zum Autor
1 Department für Gesundheits- und Sportwissenschaften, Nippon Medical School, Musashino, Tokio 180-0023, Japan.
2 Fitnessclub, Asahi Big S Mukogaoka, Kawasaki-Stadt, Kanagawa-Präferenz. 214-0014, Japan.
3 Hydrogen Health Medical Laboratory, Co., Ltd., Arakawa-Ku, Tokio 116-0001, Japan.
4 Slowakische Akademie der Wissenschaften, Zentrum für experimentelle Medizin, Institut für Herzforschung, Bratislava 84005, Slowakische Republik.
5 Molecular Hydrogen Institute, Enoch, UT 84721, USA.
6Department of Neurology Medicine, Medizinische Fakultät der Juntendo-Universität, Bunkyo-ku, Tokio 113-8421, Japan.

Wasserstoffreiches Wasser beeinflusste die Blutalkalität bei körperlich aktiven Männern

Abstrakt

Eine mögliche Anwendung eines wirksamen und sicheren Alkalisierungsmittels bei der Behandlung der metabolischen Azidose könnte für Menschen von besonderem Interesse sein, bei denen ein Anstieg der Plasmaazidität auftritt, beispielsweise eine durch körperliche Betätigung hervorgerufene Azidose.

In der vorliegenden Studie haben wir die Hypothese getestet, dass die tägliche orale Einnahme von 2 l wasserstoffreichem Wasser (HRW) über einen Zeitraum von 14 Tagen die arterielle Blutalkalität zu Studienbeginn und nach dem Training im Vergleich zum Placebo erhöht. Diese Studie war eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Studie, an der 52 vermutlich gesunde, körperlich aktive männliche Probanden teilnahmen. 26 Teilnehmer erhielten 14 Tage lang Wasserstoffreiches Wasser HRW und 26 ein Placebo (Leitungswasser). Der arterielle Blut-pH-Wert, der Partialdruck für Kohlendioxid (pCO2) und Bicarbonate wurden zu Beginn (Tag 0) und nach dem Training (Tag 14) gemessen.

Die Aufnahme von Wasserstoffreiches Wasser HRW erhöhte den nüchternen arteriellen Blut-pH-Wert nach 14 Tagen signifikant um 0,04 (95% -Konfidenzintervall; 0,01 – 0,08; p <0,001) und den pH-Wert nach dem Training um 0,07 (95% -Konfidenzintervall; 0,01 – 0,10; p = 0,03) .

Die Nüchternbicarbonate waren in der Wasserstoffreiches Wasser HRW-Studie nach dem Verabreichungsschema signifikant höher als vor der Verabreichung (30,5 ± 1,9 mÄq / l gegenüber 28,3 ± 2,3 mÄq / l; p <0,0001).

Vor Studienende haben sich keine Freiwilligen zurückgezogen, und kein Teilnehmer berichtete über ärgerliche Nebenwirkungen einer Supplementierung.

Diese Ergebnisse stützen die Hypothese, dass die Verabreichung von Wasserstoffreiches Wasser HRW sicher ist und bei jungen körperlich aktiven Männern eine alkalisierende Wirkung haben kann.

Res Sports Med. 2014; 22 (1): 49–60. doi: 10.1080 / 15438627.2013.852092.
Wasserstoffreiches Wasser beeinflusste die Blutalkalität bei körperlich aktiven Männern.
Ostojic SM1, MD Stojanovic.
ein Zentrum für Gesundheits-, Bewegungs- und Sportwissenschaften, Stari DIF, Belgrad, Serbien.

PMID: 24392771 DOI: 10.1080 / 15438627.2013.852092

Selektive Schutzwirkung von Wasserstoffwasser bei Radikalverletzungen von Sportlern nach intensiver Belastung

 

Abstrakt

Ziel: Ziel dieser Studie ist es, die selektive Schutzwirkung von Wasserstoffwasser auf die Schädigung durch freie Radikale von Sportlern nach einem intensiven Training zu untersuchen und eine verlässliche Methode zur Reduzierung von Verletzungen durch oxidativen Stress bei Sportlern bereitzustellen.

Methoden: Insgesamt 60 Athleten aus der Schwimmmannschaft unserer Stadt wurden als Forschungsthemen ausgewählt. Sie wurden nach verschiedenen Interventionsmethoden in die Kontrollgruppe und die Wasserstoffwassergruppe eingeteilt. Die Athleten in der Kontrollgruppe wurden mit Placebo behandelt, und die Athleten in der Wasserstoffwassergruppe wurden mit Wasserstoffwasser ergänzt. Die Serum-Superoxid-Anionen, die Serum-Superoxid-Dismutase (SOD) -Aktivitäten und die Gesamtantioxidationskapazität der Athleten wurden zwischen den beiden Gruppen verglichen.

Ergebnisse: Die Serum-Superoxid-Anionen, die Serum-SOD-Aktivitäten und die gesamten Antioxidationskapazitäten der Athleten während und nach dem Training waren denen der Kontrollgruppe signifikant überlegen (P <0,05), und der Unterschied war statistisch signifikant.

Schlussfolgerung: Die Ergänzung mit Wasserstoffwasser könnte die oxidierten Substanzen bei Sportlern vor, während und nach dem Training wirksam reduzieren und die durch intensives Training verursachten Verletzungen durch freie Radikale verhindern.

 

Einführung

Wasserstoff Wasser ist eines der Antioxidantien. Der niedrige Preis, die ungiftigen Nebenwirkungen, das Nichtstimulans und andere Vorteile bieten einen entscheidenden Vorteil für die klinische Anwendung [ 1 ]. Klinische Studien zeigten, dass die Injektion oder das Trinken von Wasserstoffwasser in den menschlichen Körper oder in Tiere oder das Einatmen von Wasserstoff einen therapeutischen Effekt auf Parodontitis, Fußschwellung, traumatische Pankreatitis, Reperfusionsschädigung durch Darmischämie, Hirnschädigung und andere durch oxidativen Stress verursachte Krankheiten haben [ 2 ]. . Die einmalige Injektion von Wasserstoffwasser hatte eine schützende Wirkung auf die Schädigung der biologischen Membran durch freie Radikale nach akutem, erschöpfendem Training bei Ratten. In der Zwischenzeit wurde erstmals die kollektive selektive Oxidation von Wasserstoffwasser nachgewiesen [ 3 ]. Bisherige Forschungen zu Wasserstoffwasser im Tierversuch und sportmedizinische Forschungen befinden sich jedoch noch im Anfangsstadium der Erforschung. Die systematische Analyse von Athleten, die sich einem professionellen Training mit hoher Intensität unterziehen, steht noch aus [ 4 ]. In dieser Studie wurden 60 Athleten unserer Schwimmmannschaft in unserer Stadt als Forschungsthemen ausgewählt. Sie wurden zu verschiedenen Zeitpunkten mit Wasserstoffwasser versetzt. Die antioxidativen Wirkungen wurden verglichen, und die ausführliche Diskussion der Forschung folgt.

Materialen und Methoden

Allgemeine Daten

Insgesamt 60 Athleten aus der Schwimmmannschaft unserer Stadt wurden als Forschungsthemen ausgewählt. Sie wurden nach den verschiedenen Interventionsmethoden in die Kontrollgruppe und die Wasserstoff-Wasser-Gruppe unterteilt. Die Athleten in der Kontrollgruppe wurden mit Placebo behandelt, und die Athleten in der Wasserstoffwassergruppe wurden mit Wasserstoffwasser ergänzt. Jede Gruppe hatte 30 männliche Athleten. In der Kontrollgruppe waren die Athleten im Alter von 14 bis 22 Jahren mit einem Durchschnittsalter von (18,1 ± 1,3) Jahren und hatten die folgenden Eigenschaften: Größe 172 bis 196 cm, Durchschnittsalter (180,2 ± 6,3) cm; Körpergewicht 62-78 kg, durchschnittlich (68,2 ± 4,5) kg; und Übungsdauer 1-7 Jahre, durchschnittlich (4,1 ± 0,5) Jahre. In der Wasserstoffwassergruppe waren die Athleten 15 bis 22 Jahre alt, durchschnittlich (17,9 ± 1,5) Jahre alt und hatten die folgenden Eigenschaften: Größe 174 bis 192 cm, durchschnittlich (179,8 ± 6,5) cm; Körpergewicht 65-76 kg, durchschnittlich (68,0 ± 4,3) kg; Übungsdauer 2-7 Jahre, durchschnittlich (3,7 ± 0,7) Jahre. Es wurde kein statistischer Unterschied in Bezug auf Alter, Größe, Gewicht und Trainingsdauer der Athleten (P> 0,05) zwischen den beiden Gruppen festgestellt.

Interventionsmethoden

Das Wasserstoffwasser in dieser Studie wurde aus Japan bezogen. Es wurde vom analeptischen Inspektionszentrum weder als Stimulans noch als verbotene Substanz bestätigt. Alle Athleten waren während der Interventionsperiode bei guter Gesundheit und nahmen keine Antioxidantien, einschließlich der Vitamine C und E. Die Herzfrequenz der Athleten in den beiden Gruppen wurde überwacht. In der Zwischenzeit wurde die Blutmilchsäure von Sportlern nach dem Training gemessen, um sicherzustellen, dass die Trainingsintensität ausreichend war. Die Studie dauerte 8 Tage. Am Morgen des ersten Tages wurden insgesamt 5 ml nüchternes venöses Blut entnommen. Die Athleten wurden vor, während und nach intensiver Belastung mit jeweils 200 ml Placebo (Mineralwasser) und Wasserstoffwasser behandelt. Nach 2 Stunden Training wurde venöses Blut entnommen. Die Intensität und Menge des Trainings aller Athleten waren in der Studie konsistent. Das venöse Blut wurde markiert, natürlich koaguliert und mit 3000 U / min in der Kühlzentrifuge zentrifugiert. Das abgetrennte Serum wurde im Kühlschrank aufbewahrt. Die Athleten wurden angewiesen, auf ihre Ernährung zu achten, und die Einnahme von Antioxidantien war verboten.

Indizes ermitteln

Die selektiven Antioxidansindizes (Superoxidanion (O 2– )), Antioxidans-Abwehrsystemindizes (Superoxid-Dismutase (SOD)) und die Gesamt-Antioxidanskapazität (T-AOC) der Athleten im Serum wurden in beiden Gruppen überwacht.

Die Aktivität des Widerstands gegen Superoxidanionen wurde durch ein kolorimetrisches Verfahren gemessen. Die Operation erfolgte gemäß der Kit-Anweisung des Nanjing Bioengineering Institute, und der OD-Wert jedes Röhrchens wurde gemessen. Die Formel lautete wie folgt: Anti-O 2 -Aktivität (U / L) = (OD-Wert des Kontrollröhrchens – OD-Wert des gemessenen Röhrchens) / (OD-Wert des Kontrollröhrchens – OD-Wert des Standardröhrchens) × 1000 ml × Konzentration der Standardprobe × Verdünnungszeiten der Probe vor dem Test.

Der SOD-Spiegel in vivo wurde durch einen Biotin-Doppelkörper-Sandwich-Enzym-gebundenen Immunosorbens-Assay (ELISA) getestet. Die Operation erfolgte gemäß der Kit-Anweisung von Human-SOD von Shanghai Lianshuo Biological Technology Co., Ltd. Die SOD-Konzentration korrelierte positiv mit der Farbe.

Der T-AOC in vivo wurde durch Biotin-Doppelkörper-Sandwich-ELISA bestimmt. Die Operation erfolgte gemäß der Kit-Anweisung von Human-SOD von Shanghai Lianshuo Biological Technology Co., Ltd. Die T-AOC-Konzentration korrelierte positiv mit der Farbe.

statistische Methoden

In dieser Studie wurden alle Daten in die Excel-Tabelle eingegeben und mit der Statistiksoftware SPSS19.0 analysiert. Die Messdaten wurden mit (χ ± s) ausgedrückt und mit dem t-Test verglichen. P <0,05 zeigte, dass der Unterschied statistisch signifikant war.

Ergebnisse

Vergleich der Serum-Superoxid-Anionen-Aktivitäten von Sportlern zwischen den beiden Gruppen

Die Serum-Antisuperoxid-Anionen-Aktivitäten der Athleten unterschieden sich zwischen den beiden Gruppen vor dem Training nicht. In der Zwischenzeit nahmen die Serum-Antisuperoxid-Anionen-Aktivitäten der Athleten in beiden Gruppen nach dem Training ab. Die Serumantisuperoxidanionenaktivität von Athleten in der Wasserstoffwasserstoffgruppe war jedoch im Vergleich zu derjenigen der Kontrollgruppe während und nach dem Training verringert, wie in Tabelle 1 gezeigt .

Gruppe N Vor dem Training Während des Trainings Nach dem Training P-Wert
Leere Gruppe 30 146,60 ± 9,31 139,67 ± 9,07 117,17 ± 15,27 <0,05
Wasserstoff-Wasser-Gruppe 30 143,18 ± 7,88 95,86 ± 12,85 98,86 ± 8,30 <0,05
t Wert / 1,53 15.25 5,77 /
P-Wert / 0,13 0,00 0,00 /

Tabelle 1: Vergleich der Serum-Antisuperoxid-Anionen-Aktivitäten von Athleten in den beiden Gruppen (χ ± s; U / ml).

Vergleich der Serum-Superoxiddismutase-Aktivitäten von Sportlern zwischen den beiden Gruppen

Die SOD-Aktivitäten der Athleten unterschieden sich nicht zwischen den beiden Gruppen vor dem Training. In der Zwischenzeit war die SOD der Athleten in der Blindgruppe nach dem Training gesunken. Die SOD-Aktivität von Athleten in der Wasserstoffwassergruppe während und nach dem Training war jedoch signifikant höher als die der Kontrollgruppe und höher als die vor und während des Trainings, wie in Tabelle 2 gezeigt .

Gruppe N Vor dem Training Während des Trainings Nach dem Training P-Wert
Leere Gruppe 30 57,07 ± 7,08 47,86 ± 7,31 45,65 ± 7,63 <0,05
Wasserstoff-Wasser-Gruppe 30 55,79 ± 9,20 56,88 ± 4,83 66,92 ± 6,70 <0,05
t Wert / 0,60 5,63 11.47 /
P-Wert / 0,55 0,00 0,00 /

Tabelle 2: Vergleich der Serum-Superoxiddismutase-Aktivitäten von Athleten zwischen den beiden Gruppen (χ ± s; U / L).

Vergleich der antioxidativen Gesamtkapazität von Sportlern zwischen den beiden Gruppen zu unterschiedlichen Zeitpunkten

Die Gesamt-Antioxidationskapazität der Athleten im Serum unterschied sich nicht zwischen den beiden Gruppen vor dem Training. Währenddessen schwankte das Serum-T-AOC der Athleten in der Blindgruppe nach dem Training. Das Serum-T-AOC von Athleten in der Wasserstoffwassergruppe während und nach dem Training war jedoch signifikant höher als das der Kontrollgruppe und höher als das vor und während des Trainings, wie in Tabelle 3 gezeigt .

Gruppe N Vor dem Training Während des Trainings Nach dem Training P-Wert
Leere Gruppe 30 2,48 ± 0,11 2,28 ± 0,16 2,35 ± 0,11 <0,05
Wasserstoff-Wasser-Gruppe 30 2,46 ± 0,13 2,52 ± 0,19 3,36 ± 0,12 <0,05
t Wert / 0,64 5.29 33,98 /
P-Wert / 0,52 0,00 0,00 /

Tabelle 3: Vergleich der Gesamtantioxidationskapazität von Sportlern im Serum zwischen den beiden Gruppen zu verschiedenen Zeitpunkten (χ ± s; U / ml).

Diskussion

Freie Radikale sind eine Substanz, die im normalen Stoffwechsel des menschlichen Körpers gebildet wird. Sie enthalten keine gepaarten Elektronen, daher ist ihre Natur lebendig. Freie Radikale greifen offensiv alle Zellen an und verursachen Verletzungen. Es gibt zwei Arten von freien Radikalen, und 95% der freien Radikale gehören zu freien Sauerstoffradikalen [ 5 ]. Es hat normale biologische Funktionen wie Sterilisation, spielt eine wichtige Rolle bei der Embryonalentwicklung, reguliert Angiotensin und ist an der biologischen Initiierung verschiedener biologischer Faktoren als Second Messenger beteiligt. Das freie Radikal ist jedoch auch zytotoxisch. Zahlreiche Untersuchungen [ 6 ] haben ergeben, dass das freie Radikal in engem Zusammenhang mit Krebs, Entzündungen, Alzheimer, Depressionen, oxidativer Proteinpyrolyse und Lipidperoxidation steht. Daher wird das freie Radikal als “zweischneidiges Schwert” angesehen, und zu viel oder zu wenig wird nachteilige Auswirkungen haben oder sogar Schaden anrichten. Das freie Radikal des Superoxidanions ist eine Quelle für verschiedene freie Radikale. Freie Radikale absorbieren die Elektronen im endoplasmatischen Retikulum, in den Mitochondrien und im Kern durch nicht-enzymatische und enzymatische Reaktion. produzieren alle Arten von freien Sauerstoffradikalen; und Schaden anrichten [ 7 ]. Unter normalen Umständen ist der Gehalt an Plasma Hb gering. Nach einem intensiven Training werden jedoch im Körper viele freie Radikale gebildet, und die Permeabilität der Erythrozytenmembran wird erhöht, was zur Freisetzung von Hb in das Blut führt. Nach dem Trinken des Wasserstoffwassers war die Antisuperoxidanionenaktivität der Athleten signifikant niedriger als die der Kontrollgruppe (P <0,01), was darauf hindeutet, dass Wasserstoffwasser die Antisuperoxidanionenaktivität bis zu einem gewissen Grad hemmen und die Schädigung durch oxidativen Stress verringern könnte.

SOD ist eine wichtige Substanz des Antioxidanssystems im Körper. Es kann das Superoxidanion während des Metabolismus effektiv beseitigen; verhindern Sie Lipidperoxidation, Altern, Ermüdung und Verletzung; und verbessern Sie athletische Fähigkeit. Durch die Überwachung der SOD-Aktivität kann die Menge an freien Radikalen in vivo effektiv untersucht werden [ 8 ]. Die Studie ergab, dass die SOD-Aktivität der Athleten in der Blindgruppe nach dem Training verringert war. Die SOD-Aktivitäten von Athleten in der Wasserstoffwassergruppe während und nach dem Training waren jedoch signifikant höher als die der Kontrollgruppe und auch höher als die vor und während des Trainings (P <0,01). T-AOC ist ein umfassender Index. Es kann die abgestufte Funktion des Antioxidanssystems im Körper messen. Sein Wert hängt eng mit dem Abwehrsystem des Körpers zusammen und kann die Gesundheit des Körpers direkt widerspiegeln [ 9 ]. Derzeit sind die Berichte über die SOD-Aktivität nach dem Training inkonsistent. Verglichen mit vor dem Training und anderen Perioden war die SOD-Aktivität im Serum signifikant erhöht. In der Zwischenzeit waren die Serum-SOD-Aktivitäten in anderen Zeitphasen nicht signifikant unterschiedlich. Die Serum-SOD-Aktivitäten waren nach anaeroben und aeroben Übungen signifikant vermindert. Die Studie ergab, dass das Serum-T-AOC von Athleten in der Blindgruppe nach dem Training schwankte [ 10 ]. Das Serum-T-AOC von Athleten in der Wasserstoffgruppe war jedoch signifikant höher als das der Kontrollgruppe und höher als das vor und während des Trainings (P <0,05).

Fazit

Die Ergänzung mit Wasserstoffwasser kann die oxidierende Substanz vor, während und nach dem Training wirksam reduzieren und so Schäden durch freie Radikale verhindern, die durch intensives Training verursacht werden. Ob es allgemein bei Sportlern eingesetzt werden kann oder nicht, bedarf noch weiterer Untersuchungen mit einer großen Stichprobe.

Selektive Schutzwirkung von Wasserstoffwasser bei Radikalverletzungen von Sportlern nach intensiver Belastung

Yue-Peng Sun 1* und Liang Sun 2

1 Institut für Leibeserziehung, Dalian Maritime University, Dalian, Liaoning, VR China

2 Institut für Leibeserziehung, Jilin Normal University, Siping, Jilin, VR China

* Korrespondierender Autor:
Yue-Peng Sun.
Abteilung für Leibeserziehung
Dalian Maritime University, VR China

Datum der Annahme: 14. März 2017

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Verweise

 

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  • http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4610055/