Somministrazione transperitoneale di idrogeno disciolto per pazienti in dialisi peritoneale: un nuovo approccio per sopprimere lo stress ossidativo nella cavità peritoneale

Astratto

sfondo

Lo stress ossidativo (OS) correlato ai prodotti di degradazione del glucosio come il metilgliossale è riferito associato al deterioramento peritoneale nei pazienti trattati con dialisi peritoneale (PD). Tuttavia, l’uso di agenti antiossidanti generali è limitato a causa dei loro effetti dannosi. Questo studio mirava a chiarire l’influenza del nuovo idrogeno molecolare antiossidante (H 2 ) sull’OS peritoneale usando lo stato redox dell’albumina come marcatore.

metodi

Durante il test di equilibrio peritoneale sono stati ottenuti campioni di sangue ed effluenti di 6 pazienti con PD normale usando dializzati standard e dializzati arricchiti con idrogeno. Lo stato redox dell’albumina nell’effluente e nel sangue è stato determinato mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni.

risultati

La percentuale media di albumina ridotta (ƒ (HMA)) nell’effluente era significativamente più alta nel dializzato arricchito con H 2 (62,31 ± 11,10%) rispetto al dializzato standard (54,70 ± 13,08%). Allo stesso modo, il siero ƒ (HMA) dopo la somministrazione di dializzato arricchito con idrogeno (65,75 ± 7,52%) era significativamente più alto di quello dopo dializzato standard (62,44 ± 7,66%).

conclusioni

La somministrazione trans-peritoneale di H 2 riduce l’OS peritoneale e sistemico.

sfondo

Il deterioramento peritoneale è una delle complicanze più gravi della terapia per dialisi peritoneale (PD), che porta al fallimento dell’ultrafiltrazione e alla complicanza più grave dell’incapsulamento della sclerosi peritoneale (EPS). All’aumentare della durata della PD, aumenta anche il rischio di deterioramento peritoneale [ 1 ]. Oltre il 40% dei pazienti in Giappone sottoposti a trattamento PD per più di 8 anni lo ha interrotto a causa della progressione del danno peritoneale [ 2 ]. I meccanismi patologici del danno peritoneale sono multifattoriali, ma i dati accumulati hanno rivelato il ruolo critico dei prodotti finali di degradazione del glucosio (PIL), cioè composti carbonilici chimicamente reattivi. Il metilgliossale (MG) è uno dei PIL tossici rappresentativi, causando effetti dannosi a causa della sua natura ossidativa rapida e indiscriminata [ 3 ] e della sua produzione di specie tossiche reattive dell’ossigeno (ROS) come il radicale idrossile, il radicale metilico e il carbonio indeterminato radicali centrati [ 4 ]. Questi erano presenti nel dializzato convenzionale ed entrano anche nel dializzato dal plasma uremico [ 5 ]. Il dializzato a basso PIL biocompatibile è attualmente disponibile, ma uno studio multicentrico giapponese a livello nazionale, lo studio NEXT-PD [ 6 ], ha rivelato la presenza di EPS anche con l’uso di soluzioni a basso PIL [in fase di presentazione]. Ciò indica la necessità di nuovi approcci terapeutici per sopprimere possibili insulti da stress ossidativo aumentato (OS) a causa di ossidanti uremici nella cavità peritoneale.

Recentemente, è stato rivelato il nuovo ruolo dell’idrogeno molecolare (H 2 ) come antiossidante. L’H 2elimina il radicale idrossile nelle cellule in coltura e negli organismi viventi [ 7 ]. È interessante notare che l’H 2 non influenza altri ROS, inclusi superossido, perossido e ossido nitrico; questi ROS svolgono importanti ruoli fisiologici nel corpo [ 8 ]. Nell’uomo, la sicurezza di H 2 è stata testata, in particolare nel campo delle immersioni profonde. Contrariamente ai farmaci generali, che di solito hanno alcuni effetti dannosi, nessuna tossicità è stata trovata anche ad alte concentrazioni di H 2 [ 9 ]. L’H 2 ha quindi un potenziale terapeutico per gli stati patologici correlati al ROS [ 10 ].

Il presente studio ha testato gli effetti del dializzato peritoneale contenente un’alta concentrazione di idrogeno molecolare (dializzato arricchito con H 2 ) come nuovo antiossidante tra i pazienti trattati con PD.Di conseguenza, abbiamo dimostrato che l’uso del dializzato arricchito con idrogeno potrebbe ridurre non solo il sistema peritoneale, ma anche l’OS sistemica in contesti clinici.

metodi

Preparazione del dializzato arricchito con idrogeno

Il dializzato arricchito con idrogeno è stato preparato utilizzando il dissolutore di idrogeno non distruttivo MiZ (MiZ, Kanagawa, Giappone), come riportato altrove [ 11 ]. Quando il dializzato peritoneale commerciale viene immerso in acqua arricchita con H 2 , l’idrogeno permea attraverso il contenitore, determinando un aumento progressivo della concentrazione di H 2 del dializzato in modo dipendente dal tempo (Figura 1 ). Abbiamo preparato il dializzato arricchito con H 2 usando questo apparecchio immergendo i sacchetti di dializzato peritoneale commerciale per più di 2 ore. Il dializzato arricchito con idrogeno è stato quindi applicato come soluzione di prova per i test di equilibrio peritoneale.

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Dissolutore di idrogeno non distruttivo MiZ (A) e concentrazione di idrogeno del dializzato peritoneale in acqua satura di idrogeno (B). La concentrazione di idrogeno di dializzato e acqua satura di idrogeno attorno al dializzato è stata misurata usando un apparecchio di misura H 2 disciolto DH-35A (DKK-TOA, Tokyo, Giappone).

pazienti

Sono stati studiati sei pazienti maschi con PD (età media, 55 anni; intervallo, 44-71 anni; lunghezza del PD, 39 ± 17 mesi; peso, 68,1 ± 16,1 kg; altezza, 166,2 ± 5,6 cm). La patologia alla base della malattia renale allo stadio terminale era la seguente: glomerulonefrite cronica, n = 3; nefropatia diabetica, n = 2; e nefropatia ipertensiva, n = 1. I pazienti con infezione attiva, sanguinamento, disfunzione epatica, malattia del collagene, vasculite sistemica, incidente cardiovascolare entro 6 mesi o neoplasie sono stati esclusi da questo studio. Lo stato delle prestazioni di tutti i pazienti era di classe 1 secondo i criteri dell’American Heart Association [ 12 ]. Tutti i pazienti avevano ricevuto PD ambulatoriale continuo giornaliero (3-4 borse / giorno) usando una soluzione di destrosio neutra a basso PIL. Il comitato etico dell’Università medica di Fukushima ha approvato questo protocollo di studio (Accettazione n. 1362) e il consenso informato scritto è stato ottenuto da tutti i pazienti prima dell’arruolamento.

Protocollo

I pazienti sono stati sottoposti a un test di equilibrazione peritoneale semplificato (PET veloce) con dializzato standard, quindi sono stati sottoposti a PET veloce con dializzato arricchito con idrogeno 2 settimane dopo. La PET veloce è stata condotta secondo il metodo di Twardowski [ 13 ]. In breve, il dializzato peritoneale (2 L di destrosio-dializzato al 2,5%) è stato infuso intraperitoneale con un catetere Tenckhoff e l’intero volume del dializzato è stato drenato dal corpo dopo 240 minuti. L’effluente drenato è stato ben miscelato e 2 mL sono stati raccolti come campione di effluente. Campioni di sangue sono stati ottenuti prima e dopo la PET veloce, quindi 2 mL di siero sono stati prelevati dopo la centrifugazione e conservati a -80 ° C per 1–4 settimane fino all’analisi. I campioni di siero e di effluente raccolti per misurare il redox dell’albumina sono stati conservati a -80 ° C per 1-4 settimane fino all’analisi. Durante la PET veloce, la pressione sanguigna, il polso cardiaco e la concentrazione di idrogeno nel respiro sono stati misurati ripetutamente ogni 60 minuti. La concentrazione di idrogeno nel respiro è stata misurata anche in tre casi subito dopo, 15 minuti dopo e 30 minuti dopo l’infusione di dializzato arricchito con H 2 . La concentrazione di idrogeno nel respiro è stata misurata usando un apparato di misurazione H 2 BGA-1000D di gas biologico (gas nella cavità orale) (Aptec, Kyoto, Giappone).

Misura dello stato redox dell’albumina

L’albumina sierica umana (HSA) è una proteina composta da 585 aminoacidi. Il residuo amminico nella posizione 34 dall’N-terminus è una cisteina, contenente un gruppo mercapto (gruppo SH). Questo gruppo mercapto disossida altre sostanze in base al grado di OS circostante ed è esso stesso ossidato. Dal punto di vista dei residui di cisteina, l’HSA è una miscela di mercaptoalbumina umana (HMA) in cui il gruppo mercapto non è ossidato, la non mercaptoalbumina umana 1 in cui la formazione di legame disolfuro è ossidata reversibilmente principalmente dalla cisteina (HNA-1), e umana non mercaptoalbumina-2 che è fortemente ossidata e forma un gruppo solfinico (-SO 2 H) o solfonico (-SO 3 H).

Lo stato redox di HSA è stato determinato utilizzando la cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC), come precedentemente riportato [ 14 ]. Il sistema HPLC consisteva in un autocampionatore (AS-8010; Tosoh, Tokyo, Giappone; volume di iniezione, 2 μL) e pompa a doppio pistone (CCPM; Tosoh) in combinazione con un controller di sistema (CO-8011; Tosoh). I cromatografi sono stati ottenuti utilizzando un rilevatore di vicoli con fotodiodo UV6000LP (area di rilevamento, 200–600 nm con step di 1 nm; Thermo Electron, Waltham, MA, USA). In questo studio è stata utilizzata una colonna Shodex-Asahipak ES-502N 7C (ID 10 × 0,76 cm, forma DEAE per HPLC a scambio ionico; Showa Denko, Tokyo, Giappone; temperatura della colonna, 35 ± 0,5 ° C). L’elusione è stata eseguita come elusione a gradiente lineare con concentrazioni graduali di etanolo (da 0 a 1 min, 0%; da 1 a 50 min, 0 → 10%; da 50 a 55 min, 10 → 0%; da 55 a 60 min, 0%) per siero in 0,05 M di acetato di sodio e 0,40 M di solfato di sodio (pH 4,85) a una portata di 1,0 mL / min. La disaerazione della soluzione tampone è stata eseguita mediante gorgogliamento di elio.

I profili HPLC ottenuti da queste procedure sono stati sottoposti a adattamento della curva numerica con il software di simulazione PeakFit versione 4.05 (SPSS Science, Chicago, IL, USA) e ogni forma di picco è stata approssimata da una funzione gaussiana. Sono stati quindi calcolati i valori per le frazioni di HMA, HNA-1 e HNA-2 rispetto all’HSA totale (ƒ (HMA), ƒ (HNA-1) e ƒ (HNA-2), rispettivamente).

analisi statistica

I valori sono espressi come media ± deviazione standard se non diversamente indicato. Per l’analisi statistica è stato utilizzato il software statistico StatView versione 5.0 (SAS Institute, Cary, NC, USA). Il significato dei dati raccolti è stato valutato utilizzando un’analisi di varianza (ANOVA) t- test o 1 fattore accoppiata seguita dal test di Scheffe come test post-hoc, a seconda dei casi. Per grandezza della correlazione, è stato usato il coefficiente di correlazione ( R ) di Pearson. Differenze o correlazioni sono state considerate significative per valori di P <0,05.

risultati

La tabella 1 mostra i cambiamenti della pressione sanguigna, della frequenza cardiaca e della concentrazione di idrogeno nel respiro durante la PET veloce. Per quanto riguarda la pressione sanguigna e la frequenza cardiaca, non è stata osservata alcuna differenza significativa tra il dializzato arricchito con standard e arricchito con H 2 (test t associato). Non sono stati osservati cambiamenti significativi durante la PET veloce in dializzato arricchito con standard o arricchito con H 2 (ANOVA a ripetizione a 1 fattore).

Tabella 1

I cambiamenti della pressione sanguigna, del polso cardiaco e della concentrazione di respiro H2 durante la PET veloce

Dializzato standard Dializzato arricchito con H2
Pressione sanguigna mmHg




0 min


130 ± 12/79 ± 10


135 ± 13/81 ± 10


60 min


130 ± 11/79 ± 5


131 ± 14/82 ± 12


120 min


125 ± 9/79 ± 7


134 ± 8/80 ± 14


180 min


123 ± 12/75 ± 12


136 ± 5/78 ± 12


240 min


128 ± 9/78 ± 7


132 ± 9/81 ± 13


Impulso / min




0 min


81 ± 7


82 ± 12


60 min


76 ± 6


79 ± 12


120 min


74 ± 6


78 ± 14


180 min


77 ± 4


78 ± 17


240 min


78 ± 7


81 ± 15


Respirazione H2 ppm




0 min


4,7 ± 6,6


3,2 ± 2,0


60 min


1,8 ± 1,3


8,3 ± 7,5 *


120 min


3,0 ± 1,7


8,5 ± 11,0


180 min


4,2 ± 2,8


5,8 ± 4,8


240 min 5,5 ± 6,7 7,2 ± 4,6

*; p <0,05 rispetto al dializzato standard.

I cambiamenti nella concentrazione di idrogeno nel respiro sono mostrati in Tabella 1 e Figura 2 (A, B).Sebbene non siano stati osservati cambiamenti significativi durante il PET veloce sia nel dializzato arricchito con standard sia con H 2 , la concentrazione di idrogeno a 60 min era significativamente più elevata nel dializzato arricchito con H 2 rispetto al dializzato standard.

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Variazione della concentrazione di idrogeno nel respiro durante la PET veloce. A ) Cambio orario del PET usando dializzato standard. Non sono stati osservati cambiamenti significativi. B ) Cambio orario durante PET utilizzando dializzato arricchito con H 2 . La concentrazione di idrogeno a 60 min era significativamente più alta nel dializzato arricchito con H 2 rispetto al dializzato standard. C ) Concentrazioni di idrogeno nel respiro prima, subito dopo, 15 minuti dopo e 30 minuti dopo la somministrazione del dializzato arricchito con H 2 in tre casi. Le concentrazioni di idrogeno subito dopo e 15 minuti dopo la somministrazione erano significativamente più alte di quelle precedenti la somministrazione.

Le concentrazioni di idrogeno nel respiro prima, subito dopo, 15 minuti dopo e 30 minuti dopo la somministrazione del dializzato arricchito con H 2 in tre casi sono mostrate nella Figura 2 C. Le concentrazioni di idrogeno erano significativamente più alte subito dopo e 15 minuti dopo la somministrazione (22,7 ± 5,7 e 15,3 ± 3,5 ppm, rispettivamente) rispetto a prima della somministrazione (4,0 ± 1,7 ppm).

La Figura 3 mostra lo stato redox dell’albumina nel liquido di scarico. La percentuale media di HMA (ƒ (HMA)) era significativamente più alta nel dializzato arricchito con H 2 (62,31 ± 11,10%) rispetto al dializzato standard (54,70 ± 13,08%). Al contrario, ƒ (HNA-1) era significativamente più basso nel dializzato arricchito con H 2 ( 34,26 ± 10,24%) rispetto al dializzato standard (41,36 ± 12,04%). Come ƒ (HNA-1), ƒ (HNA-2) era significativamente inferiore nel dializzato arricchito con H 2 (3,43 ± 0,92%) rispetto al dializzato standard (3,94 ± 1,13%). Questi risultati suggeriscono che l’uso del dializzato arricchito con H 2 ha ridotto l’OS peritoneale. Per quanto riguarda il risultato dei livelli rapidi di PET (D / P-Cre, volume drenato) ed effluente di creatinina, albumina, interleuchina 6 e antigene carboidrato 125, non sono emerse differenze tra il dializzato standard e arricchito con H 2 (Tabella 2 ).

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Stato redox dell’albumina nel liquido effluente. La percentuale media di albumina ridotta (ƒ (HMA)) era significativamente più alta ( A ) e quella di albumina ossidata (ƒ (HNA-1) ( B ) e ƒ (HNA-2)) ( C ) era significativamente più bassa in H 2 dializzato arricchito rispetto al dializzato standard.

Tavolo 2

I risultati del valore sierico di creatinina, test rapido di PET ed effluenti

Dializzato standard Dializzato arricchito con H2
Creatinina mg / dL


10,53 ± 2,27


10,03 ± 2,19


Parametro di PET veloce




D / P-Cre


0,71 ± 0,12


0,66 ± 0,11


Volume sgocciolato ml / 4 ore


470 ± 184


442 ± 130


Test degli effluenti




Albumina mg / L


408 ± 175


402 ± 145


Interleuchina-6 pg / mL


6,0 ± 3,3


5,5 ± 2,3


CA125 U / mL 18,8 ± 8,5 19,5 ± 5,0

La Figura 4 mostra lo stato redox dell’albumina nel siero prima e dopo la PET veloce. Il livello sierico H (HMA) dopo la somministrazione del dializzato arricchito con H 2 (65,75 ± 7,52%) era significativamente più alto di quello dopo il dializzato standard (62,44 ± 7,66%). Al contrario, ƒ (HNA-1) dopo la somministrazione del dializzato arricchito con H 2 (31,12 ± 6,73%) era significativamente inferiore a quello del dializzato standard (34,73 ± 7,02%). Questi risultati suggeriscono che l’uso del dializzato arricchito con H 2 ha ridotto non solo l’OS peritoneale, ma anche l’OS sistemico. Nessuna differenza significativa è stata osservata tra i livelli di effluente e siero ƒ (HMA) dopo la somministrazione di dializzato arricchito con H 2 ( 65,31 ± 11,10% e 62,71 ± 7,52%, rispettivamente), mentre l’effluente ƒ (HMA) dopo la somministrazione di dializzato standard era significativamente inferiore rispetto al siero ƒ (HMA) prima della somministrazione del dializzato standard (54,70 ± 13,08% e 62,96 ± 8,34%, rispettivamente; P = 0,0339), suggerendo che l’ossidazione intraperitoneale dell’albumina è stata soppressa dal dializzato arricchito con H 2 .

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Stato redox dell’albumina nel siero prima e dopo la PET veloce. La proporzione media di albumina ridotta (ƒ (HMA)) era significativamente più alta dopo PET veloce con dializzato arricchito con H 2 rispetto a quello con dializzato standard ( A ). Al contrario, la percentuale media di albumina ossidata reversibilmente (ƒ (HNA-1)) era significativamente più bassa dopo PET veloce usando dializzato arricchito con H 2 rispetto a quella dopo aver usato dializzato standard ( B ). Non sono stati riscontrati cambiamenti significativi nell’albumina ossidata irreversibilmente (ƒ (HNA-2)) in entrambi i gruppi ( C ).

Discussione

Numerose segnalazioni hanno suggerito che l’OS partecipa al deterioramento peritoneale, con risultati come una forte colorazione citoplasmatica dell’8-idrossi-2′-desossiguanosina in campioni di biopsia peritoneale in pazienti con PD a lungo termine [ 15 ], segnalazione della proteina chinasi C amplificata ed espressione della fibronectina dovuta al ROS potenziato nelle cellule mesoteliali umane coltivate [ 16 ]. In termini di ruolo centrale del sistema operativo avanzato nel danno peritoneale del PD, Gunal et al. 17 ] hanno mostrato che l’integrazione orale con l’agente antiossidante trimetazidina ha inibito il deterioramento morfologico e funzionale del peritoneo in un modello di ratto PD. Tuttavia, per quanto riguarda la soppressione dell’OS, finora non sono stati disponibili approcci clinici per il trattamento della PD.

Il presente studio mirava a testare la possibilità terapeutica di utilizzare idrogeno disciolto nel dializzato per sopprimere l’OS all’interno della cavità in ambito clinico. Questo studio ha esaminato lo stato redox dell’albumina come marcatore di OS. Poiché il cambiamento nello stato redox dell’albumina è una reazione fisiologica e diretta, è appropriato quando si valuta l’OS in tempo reale e / o si rilevano cambiamenti rapidi nell’OS, rispetto ad altri marcatori OS come 8-idrossi-2 ‘- desossiguanosina , lipoproteine ​​ossidate a bassa densità e isoprotanes F2, che sono tutti sottoprodotti in vivo durante il processo di ossidazione.

Questo studio pilota su 6 pazienti ha dimostrato chiaramente che la singola somministrazione di dializzato arricchito con H 2 ha aumentato i livelli sia del peritoneale che del plasma ƒ (HMA) senza effetti dannosi.

La somministrazione intraperitoneale di H 2 ha alterato lo stato redox locale, il che può indicare il potenziale terapeutico del rilascio di H 2 direttamente nella cavità addominale rispetto al miglioramento del danno peritoneale mediante trattamento PD. D’altra parte, è interessante notare che significativi aumenti dei livelli sierici H (HMA) sono stati osservati nella somministrazione intraperitoneale di H 2 . I rapidi cambiamenti nella concentrazione di idrogeno del gas espirato dopo la somministrazione del dializzato arricchito con H 2 possono significare che l’idrogeno molecolare nel dializzato viene rapidamente distribuito al corpo per sopprimere l’OS sistemica. Un’altra possibilità è che l’aumento della ƒ (HMA) nella cavità possa essere reclutato nella circolazione sistemica attraverso il drenaggio linfatico addominale. Gli esatti meccanismi alla base dell’aumento del siero ƒ (HMA) devono essere affrontati in futuro.

Inoltre, i meccanismi di aumento ear (HMA) e diminuzione ƒ (HMA1) di H 2 non sono ancora chiari in questo studio. Tuttavia, è noto che l’idrogeno molecolare riduce direttamente i livelli del radicale idrossile citotossico [ 7 ], attraverso diversi possibili meccanismi, come la regolazione di particolari metalloproteine ​​mediante legame o interazioni metalloproteina-idrogeno [ 18 ]. In futuro si dovrebbe chiarire se l’H 2reagisce direttamente con il residuo di mercapto dell’albumina o se l’H 2 lo modifica indirettamente.

È stata segnalata una capacità antiossidativa soddisfacente di bere acqua arricchita con H 2 senza effetti dannosi, sia in contesti sperimentali [19-23] che clinici, ad esempio diabete mellito di tipo II [ 24 ], sindrome metabolica [ 25 ], miopatie ( distrofia muscolare progressiva e polimiosite / dermatomiosite) [ 26] e artrite reumatoide [ 27 ]. Inoltre, abbiamo anche riportato la fattibilità clinica dell’applicazione di acqua arricchita con H 2 come dializzato per il trattamento dell’emodialisi [ 28 , 29 ]. Dati questi rapporti e i nostri risultati attuali, il dializzato peritoneale arricchito con H 2 potrebbe essere di interesse negli studi clinici per quanto riguarda la conservazione peritoneale. Inoltre, gli effetti terapeutici sembrano plausibili in termini di prevenzione di eventi cardiovascolari nei pazienti, poiché la bassa f (HMA) è stata un fattore di rischio significativo per la mortalità cardiovascolare tra i pazienti trattati con PD [ 30 ] e HD [ 14 ].

In sintesi, la singola somministrazione di dializzato arricchito con H 2 ha ridotto l’OS peritoneale e sistemico senza effetti dannosi. È garantito uno studio longitudinale per garantire effetti clinicamente benefici, come la soppressione del deterioramento peritoneale e il danno cardiovascolare.

Somministrazione transperitoneale di idrogeno disciolto per pazienti in dialisi peritoneale: un nuovo approccio per sopprimere lo stress ossidativo nella cavità peritoneale

Interessi conflittuali

Gli autori dichiarano di non avere interessi in gioco.

Contributi degli autori

HT, YH e WJZ hanno effettuato le selezioni dei pazienti e le raccolte di campioni. HT ha redatto il manoscritto. YM, TT e SE hanno effettuato le misurazioni dei campioni. SK e TW hanno contribuito allo studio come consulenti senior. BS ha effettuato l’installazione del sistema di apparecchiature per lo studio.MN organizzò il progetto di studio e redasse il manoscritto finale. Tutti gli autori hanno letto e approvato il manoscritto finale.

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Gli articoli di Medical Gas Research sono forniti qui per gentile concessione di Wolters Kluwer – Medknow Publications

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