Moleculaire waterstof is het kleinste molecuul dat we in de natuur kunnen vinden. De werkzaamheid ervan werd pas ongeveer tien jaar geleden ontdekt door wetenschappelijk onderzoek.
Waterstof heeft talloze voordelen en dat komt door zijn antioxiderende, ontstekingsremmende, anti-apoptotische, anti-allergische en cytoprotectieve eigenschappen. Je zou je waarschijnlijk afvragen hoe dit kleine molecuul al deze eigenschappen heeft. Wetenschappers ontdekken nog elke dag nieuwe toepassingen voor waterstof. Elke dag zijn er nieuwe onderzoeksresultaten en je kunt honderden onderzoeken vinden die gedaan zijn naar de behandeling met waterstof, meestal in dierstudies, maar steeds meer in studies bij mensen.
In dit artikel gaan we het hebben over de cytoprotectieve werking van waterstof.
De cel is de kleinste bouwsteen van een levend organisme. Als de cellen slecht functioneren, kunnen ernstige ziekten het gevolg zijn. Cellen kunnen om verschillende redenen beschadigd raken, waaronder trauma, oxidatieve stress, chemicaliën, brandwonden, micro-organismen, straling en andere.
Wat is cytoprotectie?
Cytoprotectie is een proces waarbij cellen beschermd worden tegen schadelijke stoffen of prikkels. Dit proces is vooral beschreven in het maagslijmvlies. De vorming van maagzweren kan worden voorkomen door een cytoprotectief middel voor de maag te gebruiken, zoals prostaglandine. Evenzo kan waterstof werken als een middel dat cellen beschermt tegen schadelijke prikkels.
Hoe werkt waterstof als cytoprotectief middel?
Waterstof kan, in tegenstelling tot de meeste andere stoffen, op celniveau werken en wordt daarom als uniek beschouwd. Het kan zelfs de bloed-hersenbarrière passeren die de hersenen scheidt van de bloedbaan. Het kan zelfs de subcellulaire organismen zoals de mitochondriën binnendringen. Zodra waterstof deze ideale locaties bereikt, kan het zijn antioxiderende, cytoprotectieve en anti-apoptotische eigenschappen uitoefenen.
Er is gesuggereerd dat waterstof signaalmechanismen kan induceren die leiden tot de vorming van cytoprotectieve factoren. Volgens Itoh et al. 2011 werkt waterstof als een signaalmodulator en beïnvloedt het de signaaltransductie. Zij stelden voor dat waterstof de door LPS/IFNγ geïnduceerde stikstofoxide productie in macrofagen kan remmen, wat weer leidt tot verminderde ontstekingsreacties die uiteindelijk de cellen beschermen. Hoewel het volledige mechanisme nog niet duidelijk is, is er ander onderzoek dat mogelijke mechanismen suggereert. Volgens een ander onderzoek verhoogt waterstof de niveaus van antioxidantenzymen zoals superoxide dismutase en catalase, en zorgt zo voor het cytoprotectieve effect.
Een ander voorgesteld mechanisme voor waterstof als cytoprotectieve stof is het voorkomen van de werking van caspase, dat betrokken is bij celdood, zoals beschreven in het artikel over de anti-apoptotische eigenschappen van waterstof.
Ook wordt voorgesteld dat moleculaire waterstof zich bindt aan metaalionen en de signaaltransductie beïnvloedt door interactie met metalloproteïnen.
Wat zijn de gevallen van de cytoprotectieve werking van waterstof?
Omdat waterstof zelfs in hogere concentraties niet giftig is voor het lichaam, kan het als vrij veilig voor gebruik worden beschouwd. Omdat waterstof snel door membranen kan diffunderen en zijn werking uitoefent met het extra voordeel van uitvoerbaarheid en relatief lage kosten, kan het gebruikt worden bij diverse ziektebehandelingen.
Het cytoprotectieve effect van moleculaire waterstof werd voor het eerst gepubliceerd door Ohsawa et al. in 2007. Dit onderzoek was het eerste in zijn soort. Zij onderzochten het antioxidatieve effect in een rattenmodel waarin schade door oxidatieve stress werd geïnduceerd in de hersenen door focale ischemie en reperfusie, en in gekweekte cellen met behulp van drie onafhankelijke methoden. Na een beroerte, wanneer de afsluiting van het vat wordt opgeheven (reperfusie), kunnen de cellen beschadigd raken door het plotseling vrijkomen van oxidatieve stoffen, dit is de zogenaamde reperfusieschade. Hier is aangetoond dat waterstof potentieel heeft als antioxidant voor preventieve en therapeutische toepassingen. Dit onderzoek heeft de weg vrijgemaakt voor veel ander onderzoek waarin strategieën worden onderzocht om waterstof te gebruiken om celschade na ischemie te voorkomen.
Moleculaire waterstof kon ook levercellen beschermen tegen schade veroorzaakt door obstructieve geelzucht. In een rattenmodel werd obstructieve geelzucht geïnduceerd. Na 10 dagen werd leverschade microscopisch beoordeeld en werden leverenzymspiegels (ASAT en ALAT) en niveaus van ontstekingsmediatoren (IL-1, IL-6, TNFa en andere) gecontroleerd. De waterstofrijke zoutoplossing verlaagde de niveaus van deze markers en verlichtte de morfologische leverschade. Bovendien verhoogde het aanzienlijk de activiteiten van antioxidantenzymen. Het remt ontstekingen, oxidatieve stress en moduleert ook de zogenaamde ERK1/2 pathway, waardoor cellen worden beschermd tegen schade.
Bij levertransplantatie zijn ischemie- en reperfusieschade cruciaal voor de overleving van het transplantaat. Dit resulteert in de vorming van cytotoxische vrije zuurstofradicalen. Hun effect kan worden geneutraliseerd door de antioxiderende eigenschappen van waterstof. Het beschermt de cellen tegen reperfusieschade. Dit bleek uit een onderzoek met varkens.
Ulceratieve colitis is een ziekte waarbij zweren ontstaan in het darmslijmvlies als gevolg van een genetische aanleg. Het gaat gepaard met een verhoogde productie van reactieve zuurstofspecies en veranderde angiogenese. Toediening van waterstof door intraperitoneale injectie eenmaal per 2 dagen gedurende 2 weken in een rattenmodel was in staat zweren te verminderen door schade aan de mucosale cellen te voorkomen door zijn cytoprotectieve effecten. Behandeling met een zoutoplossing met waterstof verminderde ook symptomen als gewichtsverlies en diarree.
Waterstofinhalatie beschermde volgens verschillende studies ook zenuwcellen. Omdat waterstof gemakkelijk de bloed-hersenbarrière kan passeren, kan het neuronen bereiken en de neurologische resultaten bij ziekte verbeteren. Het drinken van waterstofrijk water kon in een muismodel de oxidatieve stress voor dopinerge neuronen bij de ziekte van Parkinson onderdrukken. Van waterstof is ook aangetoond dat het cognitieve achteruitgang voorkomt.
Onlangs werd een proefklinische studie gestart om de effecten van waterstofwater op de progressie van de ziekte van Parkinson bij Japanse patiënten te onderzoeken. De studie was een gerandomiseerd, placebo-gecontroleerd, dubbelblind onderzoek met parallelle groepen. De deelnemers dronken 48 weken lang een liter waterstofwater per dag of een placebo. Uit onderzoek van de scores van de Unified Parkinson's Disease Rating Scale bleek dat de ziekte verslechterde in de groep zonder waterstofwatergebruik, terwijl de scores verbeterden in de waterstofwatergroep. Hoewel het aantal van de twee groepen klein was en de duur van het onderzoek kort, was het verschil tussen de waterstofwatergroep en de placebogroep significant (p < 0,05).
Wanneer waterstofrijke zoutoplossing werd gegeven na een hartstilstand bij het begin van de hyperoxische cardiopulmonale reanimatie, verbeterde het de resultaten voor de hersenen en het hart in een rattenmodel aanzienlijk door de cellen te beschermen tegen verdere schade.
Sommige patiënten moeten door coma en letsel langdurig kunstmatig beademd worden. Deze mensen kunnen longletsel ontwikkelen dat acuut ventilator-geïnduceerd longletsel wordt genoemd. Toediening van waterstofgas in een muismodel verminderde de incidentie van dit letsel via modulatie van de nuclear factor-kappa B (NFκB) signaleringsroute. Vroege activering van deze route tijdens waterstofbehandeling was gecorreleerd met verhoogde niveaus van anti-apoptotische eiwitten. Waterstofinhalatie verhoogde de zuurstofspanning, verminderde het longoedeem en verminderde de expressie van pro-inflammatoire mediatoren. Het cytoprotectieve effect van waterstof tegen apoptotische en inflammatoire signaalwegen werd aangetoond.
Waterstof als gas in een concentratie van 3% verlengde ook de in vitro replicatieduur van beenmergstromale cellen en mesenchymale stamcellen. Dit is belangrijk omdat stamcellen in de regeneratieve geneeskunde worden gebruikt om vele ziekten te behandelen. De cytoprotectieve werking van waterstof werd aanvankelijk toegeschreven aan een antioxiderende werking. Het bleek echter dat de 3% concentratie die ze gebruikten de hydroxylradicalen niet verminderde, hoewel het wel effectief was in het beschermen van de cellen. Daarom suggereerden ze dat er een extra mechanisme in het spel moet zijn om de cellen te beschermen.
Vanwege deze verbazingwekkende effecten van waterstof wordt het gebruikt als een nieuw therapeutisch middel bij de behandeling van hart en bloedvaten, stofwisseling, ademhaling, neurologie en kanker. In de toekomst zou niet alleen zuurstof maar ook waterstof (het gas van Brown) gelijktijdig worden toegediend in de spoedeisende geneeskunde.
Referenties Liu, Q., et al, Waterstofrijke zoutoplossing beschermt tegen leverschade bij ratten met obstructieve geelzucht.
Liver International, 2010. 30(7): p. 958-968. Matsuno, N., et al, Gunstige effecten van waterstofgas op varkensleverreperfusieschade met gebruik van totale vaatuitsluiting en actieve veneuze bypass.
Transplant Proc, 2014. 46(4): p. 1104-6. He, J., et al. (Engl.), Beschermende effecten van waterstofrijke zoutoplossing op ulceratieve colitis ratmodel.
Journal of Surgical Research, 2013(0). Hayashida, K., et al, Waterstofinhalatie tijdens normoxische reanimatie verbetert neurologisch resultaat in een rattenmodel van hartstilstand, onafhankelijk van gerichte temperatuurbeheersing.
Circulation, 2014 Cui, Y., et al, Waterstofrijke zoutoplossing tempert neuronale ischemie-reperfusieschade door bescherming van de mitochondriale functie bij ratten.
J Surg Res, 2014. Ito, M., et al, Het drinken van waterstofwater en intermitterende blootstelling aan waterstofgas, maar niet lactulose of continue blootstelling aan waterstofgas, voorkomen de door 6-hydorxydopamine veroorzaakte ziekte van Parkinson bij ratten. Med Gas Res, 2012. 2(1): p. 15.