Molekylær brint er det mindste molekyle, vi kan finde i naturen. Dets effektivitet blev først opdaget for omkring ti år siden gennem videnskabelig forskning.
Brint har mange fordele, og det skyldes dets antioxidante, antiinflammatoriske, antiapoptotiske, anti-allergiske og cytoprotektive egenskaber. Du vil sikkert undre dig over, hvordan dette lille molekyle har alle disse egenskaber. Forskere opdager stadig nye anvendelsesmuligheder for brint dag for dag. Hver dag kommer der nye forskningsresultater, og der findes hundredvis af undersøgelser, der er foretaget om behandling med brint, hovedsagelig i dyreforsøg, men i stigende grad også i undersøgelser på mennesker.
I denne artikel vil vi tale om den cytoprotektive virkning af brint.
Cellen er den mindste byggesten i en levende organisme. Hvis cellerne fungerer dårligt, kan det medføre alvorlige sygdomme. Celler kan blive beskadiget af en række forskellige årsager, herunder traumer, oxidativ stress, kemikalier, forbrændinger, mikroorganismer, stråling og andre.
Hvad er cytoprotektion?
Cytoprotektion er en proces, hvorved celler beskyttes mod skadelige stoffer eller stimuli. Denne proces er primært blevet beskrevet i maveslimhinden. Dannelsen af mavesår kan forebygges ved at anvende et cytoprotektivt middel til maven, f.eks. prostaglandin. På samme måde kan brint fungere som et middel, der beskytter cellerne mod skadelige stimuli.
Hvordan virker brint som et cytoprotektivt middel?
Brint kan i modsætning til de fleste andre stoffer virke på celleniveau og anses derfor for at være enestående. Det kan endda krydse blod-hjernebarrieren, som adskiller hjernen fra blodbanen. Det kan endda trænge ind i subcellulære organismer som f.eks. mitokondrier. Når brint når frem til disse ideelle steder, kan det udøve sine antioxidante, cytoprotektive og anti-apoptotiske egenskaber.
Det er blevet foreslået, at brint kan fremkalde signalmekanismer, der fører til dannelse af cytoprotektive faktorer. Ifølge Itoh et al. 2011 fungerer brint som en signalmodulator og påvirker signaltransduktionen. De foreslog, at brint kan hæmme LPS/IFNγ-induceret nitrogenoxidproduktion i makrofager, hvilket igen fører til reducerede inflammatoriske reaktioner, som i sidste ende beskytter cellerne. Selv om den fulde mekanisme endnu ikke er klarlagt, er der anden forskning, der antyder mulige mekanismer. Ifølge en anden undersøgelse øger brint niveauet af antioxidante enzymer som superoxiddismutase og katalase, hvilket giver den cytoprotektive effekt.
En anden foreslået mekanisme for brint som cytoprotektivt stof er forebyggelse af virkningen af caspase, som er involveret i celledød, som beskrevet i artiklen om brints anti-apoptotiske egenskaber.
Det foreslås også, at molekylær brint binder sig til metalioner og påvirker signaltransduktionen ved at interagere med metalloproteiner.
Hvad er tilfældene af hydrogenets cytoprotektive virkning?
Da brint ikke er giftigt for kroppen, selv i højere koncentrationer, kan det betragtes som ganske sikkert at bruge. Da brint kan diffundere hurtigt gennem membraner og udøver sine virkninger med den ekstra fordel, at det er gennemførligt og relativt billigt, kan det anvendes i forskellige sygdomsbehandlinger.
Den cytoprotektive virkning af molekylær brint blev først offentliggjort af Ohsawa et al. i 2007. Denne forskning var den første af sin art. De undersøgte den antioxidante virkning i en rottemodel, hvor oxidativ stressskade blev induceret i hjernen ved fokal iskæmi og reperfusion, og i dyrkede celler ved hjælp af tre uafhængige metoder. Efter et slagtilfælde kan cellerne blive beskadiget af den pludselige frigivelse af oxidative stoffer, når karrets okklusion fjernes (reperfusion), dette er den såkaldte reperfusionsskade. Her har brint vist sig at have potentiale som antioxidant med henblik på forebyggende og terapeutiske anvendelser. Denne forskning har banet vejen for meget anden forskning, der undersøger strategier til at bruge brint til at forebygge celleskader efter iskæmi.
Molekylær brint var også i stand til at beskytte leverceller mod skader forårsaget af obstruktiv gulsot. I en rottemodel blev der fremkaldt obstruktiv gulsot. Efter 10 dage blev leverskaderne vurderet mikroskopisk, og leverenzymniveauerne (ASAT og ALAT) og niveauerne af inflammatoriske mediatorer (IL-1, IL-6, TNFa m.fl.) blev overvåget. Den hydrogenrige saltvandssaltvand reducerede niveauerne af disse markører og mindskede den morfologiske leverskade. Desuden øgede den betydeligt aktiviteterne af antioxidante enzymer. Det hæmmer inflammation, oxidativt stress og modulerer også den såkaldte ERK1/2-vej, hvilket beskytter cellerne mod skader.
Ved levertransplantation er iskæmi og reperfusionsskade afgørende for transplantatoverlevelsen. Dette resulterer i dannelsen af cytotoksiske frie iltradikaler. Deres virkning kan neutraliseres af brints antioxidante egenskaber. Det beskytter cellerne mod reperfusionsskader. Dette blev fundet i en undersøgelse med svin.
Colitis ulcerosa er en sygdom, hvor der dannes sår i tarmslimhinden på grund af en genetisk disposition. Den er forbundet med øget produktion af reaktive oxygenarter og ændret angiogenese. Indgivelse af brint ved intraperitoneal injektion en gang hver anden dag i to uger i en rottemodel kunne reducere sår ved at forebygge skader på slimhindecellerne gennem dets cytoprotektive virkninger. Behandling med saltvand indeholdende brint reducerede også symptomer som vægttab og diarré.
Indånding af brint beskytter også nerveceller ifølge flere undersøgelser. Da brint let kan krydse blod-hjernebarrieren, kan det nå neuroner og forbedre de neurologiske resultater ved sygdom. Drikning af brintrigt vand kunne undertrykke oxidativt stress for dopinergiske neuroner i Parkinsons sygdom i en musemodel. Brint har også vist sig at kunne forebygge kognitiv svækkelse.
For nylig blev der indledt et klinisk pilotforsøg for at undersøge virkningerne af brintvand på udviklingen af Parkinsons sygdom hos japanske patienter. Undersøgelsen var et randomiseret, placebokontrolleret, dobbeltblindet forsøg med parallelle grupper. Deltagerne drak en liter hydratvand eller placebo om dagen i 48 uger. Undersøgelse af scorerne på Unified Parkinson's Disease Rating Scale viste, at sygdommen blev forværret i gruppen uden brug af brintvand, mens scorerne blev forbedret i brintvandsgruppen. Selv om antallet af de to grupper var lille og undersøgelsens varighed kort, var forskellen mellem brintvandsgruppen og placebogruppen signifikant (p < 0,05).
Når brintrig saltvand blev givet efter hjertestop ved starten af hyperoxisk kardiopulmonal genoplivning, forbedrede det i betydelig grad hjernens og hjertets resultater i en rottemodel ved at beskytte cellerne mod yderligere skader.
Nogle patienter skal være kunstigt ventileret i lang tid på grund af koma og skader. Disse personer kan udvikle lungeskader, der kaldes akut respiratorinduceret lungeskade. Indgivelse af brintgas i en musemodel reducerede forekomsten af denne skade via modulation af signalvejen for nuklear faktor-kappa B (NFκB). Tidlig aktivering af denne vej under hydrogenbehandling var korreleret med øgede niveauer af anti-apoptotiske proteiner. Indånding af hydrogen øgede iltspændingen, mindskede lungeødemet og reducerede ekspressionen af proinflammatoriske mediatorer. Der blev påvist en cytoprotektiv virkning af brint mod apoptotiske og inflammatoriske signalveje.
Brint som gas i en koncentration på 3 % forlængede også in vitro-replikationslevetiden for knoglemarvsstromaceller og mesenkymale stamceller. Dette er vigtigt, fordi stamceller anvendes i regenerativ medicin til behandling af mange sygdomme. Den cytobeskyttende virkning af brint blev oprindeligt tilskrevet en antioxidantvirkning. Det viste sig imidlertid, at den koncentration på 3 %, som de anvendte, ikke reducerede hydroxylradikalerne, selv om den var effektiv til at beskytte cellerne. Derfor foreslog de, at der må være en yderligere mekanisme på spil for at beskytte cellerne.
På grund af disse fantastiske virkninger af brint anvendes det som et nyt terapeutisk middel til behandling af kardiovaskulære, metaboliske, respiratoriske, neurologiske og kræftrelaterede sygdomme. I fremtiden vil ikke kun ilt, men også brint (Browns gas) blive administreret samtidig i akutmedicin.
Referencer
Liu, Q., et al, Hydrogenrig saltvand beskytter mod leverskader hos rotter med obstruktiv gulsot. Liver International, 2010. 30(7): s. 958-968.
Matsuno, N., et al., Beneficial effects of hydrogen gas on porcine liver reperfusion injury with use of total vascular exclusion and active venous bypass. Transplant Proc, 2014. 46(4): s. 1104-6.
He, J., et al. (Engl.), Protective effects of hydrogen-rich saline on ulcerative colitis rat model. Journal of Surgical Research, 2013(0).
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
Cui, Y., et al, Hydrogen-rich saline attenuates neuronal ischemia-reperfusion injury by protecting mitochondrial function in rats. J Surg Res, 2014.
Ito, M., et al, Drinking hydrogen water and intermittent hydrogen gas exposure, but not lactulose or continuous hydrogen gas exposure, prevent 6-hydorxydopamine-induced Parkinson's disease in rats. Med Gas Res, 2012. 2(1): s. 15.