Molekularer Wasserstoff in Gesundheit und Krankheit

Wasserstoff: Von den Sternen zum Kraftstoff zur Medizin

Tyler W. LeBaron, Randy Sharpe, Felix A. Pyatakovich und Mikhail Yu. Artamonov
Molecular Hydrogen Institute, Enoch, UT, USA

Zusammenfassung
Wasserstoffgas hat in den letzten Jahren aufgrund seiner bemerkenswerten antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften große Aufmerksamkeit erregt. Die umfangreiche Forschung zu den Anwendungen von Wasserstoff im Energiesektor überschattet jedoch häufig sein Potenzial als medizinisch und biologisch aktives Gas. Überraschenderweise gehen die Untersuchungen zu den biomedizinischen Aspekten von H2 bereits auf das Jahr 1793 zurück. Wasserstoff weist eine außergewöhnliche Pharmakokinetik auf, da er zelluläre Biomembranen, einschließlich der Blut-Hirn-Schranke und der Hodenschranke, rasch durchquert, um in subzelluläre Organellen zu gelangen. Nach der Aufnahme folgt Wasserstoff dem Weg des geringsten Widerstands durch das Kreislaufsystem und wird hauptsächlich durch Ausatmen ausgeschieden. Obwohl die komplizierten molekularen Mechanismen und die genauen Angriffspunkte nach wie vor schwer fassbar sind, beinhalten die antioxidativen Wirkungen von Wasserstoff die Hochregulierung endogener Antioxidantien über die Aktivierung des Nrf2/Keap1-Signalwegs. Jüngste Forschungsarbeiten unterstreichen die potenzielle Rolle von Fe-Prophyrin als redoxbezogener Biosensor, der die Reaktionen von Wasserstoff mit Hydroxylradikalen erleichtert und zusätzliche Signaltransduktionsprozesse auslöst. Darüber hinaus werden in dieser Übersicht die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Wasserstoff, insbesondere seine molare Löslichkeit, Überlegungen zum Begriff der Sättigung und andere einzigartige Eigenschaften von H2 erörtert. Das wachsende Wissen und die Forschung über die Geschichte von H2 unterstreichen sein transformatives Potenzial für biomedizinische Anwendungen und ebnen den Weg für zukünftige Fortschritte bei der Nutzung seiner therapeutischen Eigenschaften.

Eine Erkundung der direkten biologischen Ziele von molekularem Wasserstoff

John T. Hancock, Jennifer E. May, Tyler W. LeBaron, Rajalaksmi Punampalam und Grace Russel
School of Applied Sciences, College of Health, Science and Society, UWE, Coldharbour Lane, Bristol, BS16 1QY, UK

Zusammenfassung
Molekularer Wasserstoff (H2), der entweder als Gas oder in einer Lösung zugeführt wird, erfreut sich zunehmender Beliebtheit bei der Behandlung einer Vielzahl von Zuständen und Krankheiten. So soll er beispielsweise bei neurodegenerativen Erkrankungen helfen, Verletzungen lindern, die durch die Wiederherstellung des Blutflusses in zuvor ischämischem Gewebe verursacht werden, und sogar die Symptome von COVID-19 lindern. Es wurde auch als ergogenes Sportergänzungsmittel vorgeschlagen. Die genaue Wirkungsweise von H2 ist jedoch noch nicht abschließend geklärt. Es wurde vermutet, dass H2 als Antioxidans und insbesondere als Fänger von Hydroxylradikalen (-OH) wirkt. Dies könnte der Fall sein, aber es ist unwahrscheinlich, dass dies die einzige Wirkungsweise von H2 in biologischen Systemen ist. Im Folgenden werden einige der möglichen Wirkungsmechanismen in H2 erörtert, die seine Wirkung in einem medizinischen Kontext erklären können.

Aussichten der Wasserstoffmedizin aufgrund Ihrer Auswirkungen auf die mitochondriale Funktion

Shin-ichi Hirano, Yusuke Ichikawa, Bunpei Sato, Yoshiyasu Takefuji, Xiao-Kang Li und Fumitake Satoh
Division of Transplantation Immunology, National Institute for Child Health and Development, Tokyo, Japan

Zusammenfassung
Mitochondrien sind durch Endosymbiose aus aeroben Bakterien entstanden. Durch diese Symbiose erwarben Eukaryonten ein effizientes Energieproduktionssystem, allerdings um den Preis, dass sie oxidativem Stress durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) ausgesetzt sind. Molekularer Wasserstoff (H2) wurde kürzlich als Antioxidans identifiziert, das selektiv ROS wie Hydroxylradikale und Peroxynitrit, die starke Oxidationsmittel sind, reduziert, und seine klinische Anwendung schreitet voran. In dieser Arbeit wurde die Wirksamkeit von H2 in experimentellen Modellen und bei verschiedenen chronischen Entzündungskrankheiten des Menschen untersucht und gezeigt, dass es seine Wirkung über den Schutz der mitochondrialen Funktion ausübt. Der Schutz durch H2 kann durch die Regulierung der mitochondrialen ROS erfolgen. Da eine mitochondriale Dysfunktion bei vielen weit verbreiteten Krankheiten wie Stoffwechsel- und neurodegenerativen Erkrankungen festgestellt wurde, wird die Entwicklung von Technologien und Substanzen, die die mitochondriale Funktion schützen oder aktivieren, für die Zukunft der Medizin notwendig sein. H2 könnte aufgrund seiner Auswirkungen auf die mitochondriale Funktion ein Kandidat für die zukünftige Medizin sein.

Molekularer Wasserstoff: Eine neue Behandlungsstrategie für mitochondriale Störungen

Anna Gvozdjáková, Jarmila Kucharská, Zuzana Sumbalová, Zuzana Rausová, Branislav Kura, Barbora Bartolˇciˇcová und Ján Slezák
Faculty of Medicine, Pharmacobiochemical Laboratory of 3rd Department of Internal Medicine, Comenius University in Bratislava, Sasinkova 4, 811 08, Bratislava, Slovakia

Zusammenfassung
Störungen der Mitochondrienfunktion und oxidativer Stress gelten als molekulare Grundlage für die Entstehung und Entwicklung verschiedener Krankheiten, einschließlich mitochondrialer Erkrankungen. Die positive Wirkung von molekularem Wasserstoff (H2) wurde bei der Vorbeugung und unterstützenden Therapie von Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen, der Parkinson-Krankheit, bei Patienten mit metabolischem Syndrom, bei Atemwegserkrankungen, bei bestrahlten Krebspatienten, bei Hirninfarkten, bei Diabetes mellitus und bei rheumatoider Arthritis nachgewiesen. Die genauen molekularen Mechanismen von H2 auf mitochondrialer Ebene sind noch nicht vollständig geklärt. Wir haben einen neuen Mechanismus für die Wirkung von H2 auf die Funktion der mitochondrialen Atmungskette vorgeschlagen. H2 könnte ein Spender von Elektronen und Protonen für den Q-Zyklus der mitochondrialen Atmungskette sein und so den Coenzym Q-Spiegel mit der anschließenden ATP-Produktion durch oxidative Phosphorylierung erhalten. Es wurde gezeigt, dass H2 die Richtung des Elektronenflusses in der mitochondrialen Atmungskette verändert, die vom NAD+/NADH-Verhältnis abhängt. Wir fanden auch eine positive Wirkung von H2 auf die bioenergetische Funktion der Thrombozytenmitochondrien bei Patienten mit NAFLD. Die Anwendung von H2 scheint eine neue Behandlungsstrategie für die gezielte Therapie mitochondrialer Störungen zu sein.

Autonome Herzregulation als Reaktion auf Belastung und molekulare Wasserstoffgabe bei gut trainierten Sportlern

Michal Botek, Jakub Krejˇcí, Barbora Sládeˇcková und Andrew McKune
Department of Natural Sciences in Kinanthropology, Faculty of Physical Culture, Palacký University Olomouc, Olomouc, Czech Republic

Zusammenfassung
Sportliche Betätigung führt zu erheblichen Veränderungen im autonomen Nervensystem (ANS). Das Hauptziel dieses Kapitels war es, festzustellen, ob die Verabreichung von H2 durch wasserstoffreiches Wasser (HRW) die Aktivität des ANS während zweier experimenteller Trainingsprotokolle bei gut trainierten Sportlern beeinflussen kann. Beide Experimente wurden als randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Crossover-Versuche angelegt. In Studie A (12 Flossenschwimmer) wurden die ANS-Reaktionen vor und während eines simulierten Wettkampftages untersucht, und in Studie B (12 Fußballspieler) wurden die Herzfrequenz (HR)-Reaktionen nach einem wiederholten Sprintleistungsprotokoll (15 × 30 m) untersucht. Die Herzfrequenzvariabilitätsmethode wurde durchgeführt, um die ANS-Aktivität für 5 Minuten in stehender und liegender Position mit dem DiANS PF8-System zu bestimmen, und die HR-Erholung wurde mit dem HR-Monitor 1 und 3 Minuten nach dem Training bewertet. Studie A zeigte, dass eine dreitägige Verabreichung von HRW einen signifikanten Rückgang der vagalen Aktivität und der HR-Stimulation bei Elite-Flossenschwimmern ausschließlich in stehender Position während der Vorwettkampfphase des simulierten Wettkampftages bewirkte. Studie B zeigte, dass die akute Verabreichung von HRW die Erholung der Herzfrequenz von Mannschaftssportlern bei wiederholten Maximalsprints verbessern kann, was sich in einer verbesserten Leistung während des Trainings und des Wettkampfs niederschlagen könnte. Es scheint daher, dass H2 in Zukunft als vielversprechendes Nahrungsergänzungsmittel angesehen werden kann.

Die klinische Anwendung von Wasserstoff als medizinische Behandlung

Yunbo Xie and Guohua Song
School of Basic Medical Sciences, Shandong First Medical University and Shandong Academy of Medical Science, Jinan, 250117, China

Zusammenfassung
Es wurde nachgewiesen, dass Wasserstoffmoleküle biologische Wirkungen haben, und außerdem sind sie farblos, ungiftig und haben ein geringes Molekulargewicht, so dass sie die Blut-Hirn-Schranke überwinden können. In dieser Übersichtsarbeit werden mehr als 100 Veröffentlichungen über den Einsatz der Wasserstofftherapie bei klinischen Erkrankungen zusammengefasst und die Anwendungen der Wasserstoffmedizin auf der Grundlage der Internationalen Klassifikation der Krankheiten (ICD)-11 in neun große systemische Krankheiten eingeteilt. Die Wirksamkeit der Wasserstofftherapie wird durch die in vivo-Stoffwechselkinetik beeinflusst, die mit den verschiedenen Verabreichungswegen verbunden ist. In dieser Übersicht werden die Verwendung von Wasserstoffmolekülen über verschiedene Verabreichungsmethoden und ihre Auswirkungen auf die Behandlung klinischer Krankheiten sowie die Mechanismen, die ihren biologischen Wirkungen zugrunde liegen, untersucht.

Homöostatische und endokrine Reaktionen, die der schützenden Wirkungen des molekularen Wasserstoffs zu Grunde liegen

Mami Noda and Eugene Iv. Nazarov
Institute of Mitochondrial Biology and Medicine of Xi’an Jiaotong University School of Life Science and Technology, Xi’an, China

Zusammenfassung
Molekularer Wasserstoff (H2) hat zahlreiche Eigenschaften, wie z. B. anti-apoptotische, entzündungshemmende und antioxidative Eigenschaften, die eine Vielzahl von positiven Auswirkungen haben. Die Auswirkungen von H2 zeigen sich oft nur langsam. Die H2-Menge im Trinkwasser ist weitaus geringer als bei der Inhalation. H2, insbesondere im Trinkwasser, kann nicht zur Therapie, sondern eher zur Erhaltung und Verbesserung des Gesundheitszustands oder zur Vorbeugung von Krankheiten eingesetzt werden. Aus mechanistischer Sicht besteht das Problem darin, dass die Pharmakokinetik von H2 im Trinkwasser weitgehend unbekannt ist, insbesondere im Gehirn. In diesem Kapitel geht es um die langfristige Aufnahme von H2, und der Mechanismus wird unter homöostatischen und endokrinen Gesichtspunkten erörtert, um zu verstehen, warum H2 eine so große Vielfalt an Wirkungen hat. H2 stimuliert die Produktion des gastrointestinalen Hormons Ghrelin, das die Freisetzung von Wachstumshormonen anregt, die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA-Achse) beeinflusst und auch die Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse (HPG-Achse) zu beeinflussen scheint. Aufgrund dieser endokrinologischen Wirkungen hat H2 eine korrigierende Wirkung auf das neuro-immuno-endokrine System und bestimmt das Funktionieren des homöostatischen Systems des Körpers.

Strahleninduzierte Herzerkrankungen: Mögliche Rolle für molekularen Wasserstoff

Branislav Kura, Patricia Pavelkova, Barbora Kalocayova und Jan Slezak
Centre of Experimental Medicine, Institute for Heart Research, Slovak Academy of Sciences, Dubravska cesta 9, 841 04, Bratislava, Slovakia

Zusammenfassung
Die strahleninduzierte Herzerkrankung (RIHD) ist eine häufige Komplikation der mediastinalen Strahlentherapie. Die RIHD umfasst strukturelle und funktionelle Anomalien des Herzbeutels, der Herzkranzgefäße, des Herzmuskels, der Herzklappen und des Reizleitungssystems. Die zugrundeliegenden pathologischen Mechanismen sind komplex und hängen hauptsächlich mit der Schädigung von Endothelzellen, oxidativem Stress und Entzündungen zusammen. Die Strahlung kann zum Absterben von Kardiomyozyten und zur Fibrose des Gewebes führen, was schließlich in einer Herzinsuffizienz enden kann. Um diese Komplikationen zu überwinden, muss nach spezifischen therapeutischen Interventionen gesucht werden, die bisher noch fehlen. Molekularer Wasserstoff (H2) ist als ein Molekül mit antioxidativer, entzündungshemmender und anti-apoptotischer Schutzwirkung bei verschiedenen Krankheiten bekannt. In-vitro- und In-vivo-Studien haben gezeigt, dass H2 präventive oder therapeutische Wirkungen auf strahleninduzierte Schäden, einschließlich RIHD, hat. H2 könnte durch verschiedene Mechanismen zur Linderung von RIHD beitragen, z. B. durch selektive Neutralisierung von Hydroxylradikalen, Schutz vor entzündlichen und apoptotischen Schäden, antifibrotische und antihypertrophe Wirkungen usw. Weitere Forschungsarbeiten sind erforderlich, um weitere Mechanismen der H2-Wirkung aufzuklären und die Wirksamkeit der H2-Therapie in klinischen Studien zu überprüfen.

Kurzzeitige Supplementierung mit molekularem Wasserstoff und Vitamin E erhöht die Connexin-43-Regulation im Myokard in bestrahlten und nicht bestrahlten Rattenherzen

Barbara Szeiffova Bacova, Katarina Andelova, Matus Sykora, Branislav Kura, Barbora Kalocayova, Jan Slezak und Narcis Tribulova
Centre of Experimental Medicine SAS, Institute for Heart Research, Dúbravská cesta 9, 841 04, Bratislava, Slovak Republic

Zusammenfassung
In dieser Studie sollte untersucht werden, ob eine Supplementierung mit Antioxidantien, molekularem H2 und Vitamin E, das Gap-Junction-Kanalprotein Connexin-43 in linksventrikulärem Gewebe von bestrahlten Rattenherzen beeinflussen kann. Die Experimente wurden mit 3 Monate alten männlichen Wistar-Ratten durchgeführt, die in 6 Gruppen randomisiert wurden. (1) intakte Ratten; (2) intakte Ratten, die mit molekularem H2 behandelt wurden (4% H2 in der Inhalationskammer, 3 × 30 Minuten pro Tag); (3) intakte Ratten, die mit Vitamin E (30 mg/kg Körpergewicht) supplementiert wurden; (4) bestrahlte Ratten nach einer einmaligen Dosis von 10 Gy; (5) bestrahlte Ratten, die mit molekularem H2 behandelt wurden; (6) bestrahlte Ratten, die mit Vitamin E behandelt wurden. 9 Tage nach der Bestrahlung wurde das Myokard des linken Herzens für die Analyse verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Behandlung mit molekularem H2 und Vitamin E Connexin-43 und PKCε nicht nur in bestrahlten, sondern auch in intakten Rattenherzen hochreguliert. Es ist eine Herausforderung für die weitere Forschung, die Mechanismen aufzuklären.

Molekularer Wasserstoff: Ein neues Werkzeug zum Schutz vor strahlungsbedingter Toxizität

Jana Vlkovicova, Branislav Kura, Patricia Pavelkova und Barbora Kalocayova
Centre of Experimental Medicine, Institute for Heart Research, Slovak Academy of Sciences, Dubravska cesta 9, 841 04, Bratislava, Slovak Republic

Zusammenfassung
Störungen der Mitochondrienfunktion und oxidativer Stress gelten als molekulare Grundlage für die Entstehung und Entwicklung verschiedener Krankheiten, einschließlich mitochondrialer Erkrankungen. Die positive Wirkung von molekularem Wasserstoff (H2) wurde bei der Vorbeugung und unterstützenden Therapie von Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen, der Parkinson-Krankheit, bei Patienten mit metabolischem Syndrom, bei Atemwegserkrankungen, bei bestrahlten Krebspatienten, bei Hirninfarkten, bei Diabetes mellitus und bei rheumatoider Arthritis nachgewiesen. Die genauen molekularen Mechanismen von H2 auf mitochondrialer Ebene sind noch nicht vollständig geklärt. Wir haben einen neuen Mechanismus für die Wirkung von H2 auf die Funktion der mitochondrialen Atmungskette vorgeschlagen. H2 könnte ein Spender von Elektronen und Protonen für den Q-Zyklus der mitochondrialen Atmungskette sein und so den Coenzym Q-Spiegel mit der anschließenden ATP-Produktion durch oxidative Phosphorylierung erhalten. Es wurde gezeigt, dass H2 die Richtung des Elektronenflusses in der mitochondrialen Atmungskette verändert, die vom NAD+/NADH-Verhältnis abhängt. Wir fanden auch eine positive Wirkung von H2 auf die bioenergetische Funktion der Thrombozytenmitochondrien bei Patienten mit NAFLD. Die Anwendung von H2 scheint eine neue Behandlungsstrategie für die gezielte Therapie mitochondrialer Störungen zu sein.

Die Rolle der Matrix-Metalloproteinasen bei der Wirkung von molekularem Wasserstoff

Barbora Bot’anská, Viktória Pecníková, Branislav Kura, Ján Slezák und Miroslav Baranˇcík
Centre of Experimental Medicine, Institute for Heart Research, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, Bratislava, 841 04, Slovakia

Zusammenfassung
Molekularer Wasserstoff spielt eine Rolle bei der Modulation verschiedener zellulärer Funktionen, und bei mehreren Krankheiten wurden seine pleiotropen therapeutischen Wirkungen dokumentiert. Verschiedene Hinweise deuten darauf hin, dass eine wichtige Rolle bei den Mechanismen, die an den Wirkungen des molekularen Wasserstoffs beteiligt sind, in der Modulation der zellulären antioxidativen Abwehrkräfte liegt, einschließlich der intrazellulären und extrazellulären Redox-Signalgebung. Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) sind zinkabhängige Endopeptidasen, die an der Regulierung verschiedener zellulärer Funktionen beteiligt sind, insbesondere an der Modulation des Umsatzes der extrazellulären Matrix. Darüber hinaus spielt die durch oxidativen Stress ausgelöste Dysregulation der MMP-Aktivitäten eine entscheidende Rolle bei der Entstehung pathologischer Veränderungen. Da die regulierende Rolle von molekularem Wasserstoff bei der Modulation verschiedener MMPs beschrieben wurde, stellen diese Enzyme potenzielle Ziele für die Wirkung von molekularem Wasserstoff dar. Unsere Daten zeigten eine mögliche negative Rolle von MMP-2 und MMP-28 bei der Entwicklung von pathologischen Veränderungen, die durch mediastinale Bestrahlung (MI) von Ratten induziert werden. Molekularer Wasserstoff wirkte sich positiv auf die MI-induzierten Veränderungen der beiden Matrix-Metalloproteinasen aus. Auf die mögliche Rolle der MMPs bei der schützenden Wirkung von molekularem Wasserstoff deuten auch Erkenntnisse hin, dass die Inhalation von wasserstoffreicher Luft mit einem Schutz vor Komplikationen nach einer Transplantation verbunden war und zu einer teilweisen Umkehr der MMP-9-Aktivierung führte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Modulation von Matrix-Metalloproteinasen mit molekularem Wasserstoff eine vielversprechende Strategie für die Behandlung verschiedener Krankheiten sein könnte, bei denen oxidativer Stress und Gewebeumbau eine wichtige Rolle spielen.

Perioperative Minderung von oxidativem Stress mit molekularem Wasserstoff während einer simulierten Herztransplantation bei Schweinen

Branislav Kura, Barbara Szeiffova Bacova, Miroslav Barancik, Matus Sykora, Ludmila Okruhlicova, Narcisa Tribulova, Roberto Bolli, Barbora Kalocayova, Tyler W. LeBaron, Katarina Andelova und Jan Slezak
Centre of Experimental Medicine, Institute for Heart Research, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská Cesta 9, Bratislava, 84104, Slovak Republic

Zusammenfassung
Die Herztransplantation ist heute eine Routinemethode zur Behandlung schwerer Herzinsuffizienz. Es ist von entscheidender Bedeutung, sich auf die Vermeidung von Ischämie-Reperfusionsschäden und die Abschwächung des oxidativen Stresses zu konzentrieren, um erfolgreiche Ergebnisse zu erzielen. Allerdings tragen verlängerte Anästhesie, Hyperoxie und Defibrillationen zu einem Anstieg von ROS/RNS bei und stören die Redox-Homöostase, was einen ernsthaften Risikofaktor darstellt. Zahlreiche Veröffentlichungen haben die bemerkenswerten antioxidativen, anti-apoptotischen und entzündungshemmenden Eigenschaften von molekularem Wasserstoff bestätigt. In unserem simulierten Herztransplantationsexperiment konnten wir zeigen, dass die Verabreichung von 2 %igem Wasserstoffgas während der Anästhesie und der extrakorporalen Zirkulation (ECC) die durch oxidativen Stress verursachten Schäden signifikant mindert. Dies wird durch einen signifikanten Rückgang der Ischämie-, Lipidperoxidations- und Entzündungsmarker belegt. Die Wiederherstellung der Pumptätigkeit in den implantierten Schweineherzen hat sich verbessert, und es sind weniger wiederholte Defibrillationen erforderlich. Die Verabreichung von H2 während der Transplantatentnahme und -transplantation verbessert die Funktion des transplantierten Herzens und den Gesamtzustand des Empfängers erheblich. Die Verabreichung von Wasserstoff durch herkömmliche Beatmungsgeräte und ECC-Oxygenatoren stellt eine innovative Therapie dar, die die derzeitigen Transplantationstechniken erheblich verbessern kann.

Anwendung von Wasserstoff in der Hämodialyse: Ein kurzer Überblick mit Schwerpunkt auf der Quantifizierung von gelöstem H2

Foivos Leonidas Mouzakis, Lal Babu Khadka, Miguel Pereira da Silva und Khosrow Mottaghy
Institute of Physiology, RWTH Aachen University Hospital, Aachen, Germany

Zusammenfassung
Patienten mit chronischen Nierenerkrankungen zeigen häufig Anzeichen von oxidativem und entzündlichem Stress, der mit der lebensrettenden Hämodialysetherapie selbst zusammenhängt. In letzter Zeit hat Wasserstoff als Antioxidans an Bedeutung gewonnen, und es gibt eine Flut von Berichten, die sein Potenzial bei der Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen belegen. Unter den verschiedenen Tiermodellen und klinischen Studien, über die berichtet wurde, sticht eine neuartige Methode der Wasserstoffverabreichung hervor, bei der es um eine mit H2 angereicherte Dialysierflüssigkeit geht. In den letzten zehn Jahren hat sich die wasserstoffangereicherte Hämodialyse (E-HD) dank ihrer lindernden Wirkung auf oxidative und entzündliche Komplikationen, die während der Hämodialyse auftreten, immer mehr durchgesetzt. Zur Ergänzung dieser Modalität wurde von Pureron Japan Co., Ltd. ein Wasserstoff-Wasser-Überwachungssystem (HWMS) entwickelt, das die Bestimmung des Gehalts an gelöstem Wasserstoff in Flüssigkeiten unterstützt. Vorläufige Untersuchungen haben die Empfindlichkeit und Genauigkeit des berührungslosen Wasserstoffsensors und seine Anwendbarkeit in verschiedenen klinischen Umgebungen bestätigt. Einige Nachteile wie die lange Ansprechzeit und die bereichsspezifische Genauigkeit veranlassten jedoch zu weiteren Untersuchungen und einer eingehenden Analyse der Fähigkeiten des Sensors. Zu diesem Zweck wurden drei solcher Sensoren in einen In-vitro-Hämodialysekreislauf integriert, um die H2-Konzentration am Einlass-Auslass des Dialysators zu überwachen. Außerdem wurden Experimente mit einem normalen Dialysator und einem modifizierten Dialysator mit einer reinen Diffusionsbeschichtung durchgeführt, um die Art des Wasserstofftransfers durch die Kapillarmembran zu ermitteln und zwischen Ultrafiltration und Diffusion zu unterscheiden.

Wasserstoff als potenzieller therapeutischer Ansatz bei der Behandlung von Krebs: Vom Labor zum Krankenbett

Arian Karimi Rouzbehani, Golnaz Mahmoudvand, Zahra Goudarzi, Arshia Fakouri, Simin Farokhi, Saeideh Khorshid Sokhangouy, Elnaz Ghorbani, Amir Avan, Elham Nazari und Majid Khazaei
Department of Health Information Technology and Management, School of Allied Medical Sciences, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran

Zusammenfassung
Krebs ist nach wie vor eine der häufigsten Todesursachen weltweit, was vor allem auf die Ausbreitung von Metastasen und die Resistenz gegen Chemotherapie zurückzuführen ist. Die Chemotherapie wiederum ist mit zahlreichen Nebenwirkungen verbunden. Daher müssen neue Therapien für die Behandlung dieser Erkrankung entwickelt werden, die die Toxizität und die Arzneimittelresistenz verringern. In jüngster Zeit wurde über Wasserstoffmoleküle als neuartiger therapeutischer Ansatz für viele Krankheiten, einschließlich Krebs, berichtet. Es gibt eine wachsende Zahl von Daten, die die tumorhemmende, antioxidative und entzündungshemmende Wirkung der Wasserstofftherapie bei Krebs belegen. Außerdem haben verschiedene Studien über die Wirksamkeit der Wasserstofftherapie bei Krebs im präklinischen Bereich berichtet, Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass diese Studien noch vorläufig sind und weitere Untersuchungen erforderlich sind, um die Sicherheit und Wirksamkeit der Wasserstofftherapie bei der Krebsbehandlung zu ermitteln. Auch wenn einige Studien darauf hindeuten, dass die Wasserstofftherapie bei bestimmten Krebsarten von Nutzen sein könnte, ist sie kein Heilmittel oder Ersatz für herkömmliche Krebsbehandlungen wie Chemo- oder Strahlentherapie. Es gibt zwar einige Hinweise darauf, dass Wasserstoffmoleküle ein therapeutisches Potenzial für die Krebsbehandlung haben könnten, aber es sind noch weitere Untersuchungen erforderlich, bevor endgültige Schlussfolgerungen gezogen werden können. In diesem Kapitel geben wir einen Überblick über die antiproliferative Aktivität von Wasserstoff und seine möglichen molekularen Wirkmechanismen, gefolgt von aktuellen Berichten über seine möglichen Nebenwirkungen.

Die Rolle des kleinsten Moleküls Wasserstoff bei der Überwindung Alterungsbedingte Krankheiten

Wenjing He, Md. Habibur Rahman, Chaodeng Mo, Arounnapha Vongdouangchanh, Cheol-Su Kim und Kyu-Jae Lee
Department of Convergence Medicine, Yonsei University Wonju College of Medicine, Gangwon-Do, Wonju, 26426, Republic of Korea

Zusammenfassung
Das Altern ist ein unvermeidlicher Prozess, der die Wahrscheinlichkeit chronischer Krankheiten erhöht, die mit einer zunehmenden Verschlechterung der Organismusfunktionen einhergehen. Die Dauer des menschlichen Lebens steht in engem Zusammenhang mit der Alterung, die zu einer Verschlechterung der physiologischen Funktionen und zur Entwicklung verschiedener chronischer Krankheiten führen kann. Zur Veranschaulichung der Alterungsmechanismen wurden zahlreiche Theorien aufgestellt, wobei die Theorie des freien oxidativen Stresses die bekannteste ist. Die Alterung wird durch eine übermäßige Anhäufung von Zellen oder Geweben im Zusammenhang mit oxidativen Schäden durch ROS verursacht. Da jeder weiß, dass oxidativer Stress eng mit dem Alterungsprozess zusammenhängt, können Antioxidantien bei der Behandlung von Alterskrankheiten von großem Nutzen sein. Wasserstoff (H2) ist ein farbloses, geschmackloses kleines Molekül, das eine wichtige Rolle bei der Beseitigung schädlicher freier Radikale und der Verringerung oxidativer Schäden in vivo spielt, z. B. bei der Antioxidation, Entzündungshemmung und Antiapoptose. Darüber hinaus kann H2 zur Vorbeugung und Heilung verschiedener altersbedingter Krankheiten eingesetzt werden, darunter Krebs, Alzheimer und Magen-Darm-Erkrankungen. Das Verständnis des Alterungsprozesses ist von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, wie man den Alterungsprozess und die Entwicklung von altersbedingten Krankheiten verlangsamen kann. Dieses Kapitel fasst die präventiven und therapeutischen Anwendungen von molekularem H2 im Bereich Anti-Aging und die zugrunde liegenden Mechanismen bei altersbedingten Krankheiten zusammen.

Dihydrogen und Hepatische Funktion: Systematische Überprüfung und Meta-Analyse

Nikola Todorovic und Sergej M. Ostojic
Applied Bioenergetics Lab, Faculty of Sport and Physical Education, University of Novi Sad, 21000, Novi Sad, Serbia

Zusammenfassung
Molekularer Wasserstoff (H2, Dihydrogen) ist ein innovativer experimenteller Wirkstoff, der bei einer Vielzahl von Erkrankungen des Menschen, darunter auch Lebererkrankungen, positive Wirkungen entfalten könnte. Jüngste Studien haben die positive Wirkung von Dihydrogen bei verschiedenen akuten und chronischen Lebererkrankungen nachgewiesen, darunter chronische Hepatitis B, nichtalkoholische Fettlebererkrankung und Leberkrebs. Es gibt jedoch keine systematische Übersichtsarbeit oder Metaanalyse, in der die Auswirkungen der Aufnahme von Dihydrogen auf das Leberfunktionspanel untersucht wurden. Für diesen Bericht durchsuchten wir drei relevante Datenbanken (PubMed, Web of Science, Scopus) von Beginn an bis zum 24. Dezember 2022 unter Anwendung der PRISMA-Richtlinien. Die Literatursuche ergab insgesamt 365 Veröffentlichungen. Nach dem Entfernen von Duplikaten und Studien, die die Einschlusskriterien nicht erfüllten, wurden 12 Studien (veröffentlicht zwischen 2008 und 2022) in diese Analyse einbezogen. Wir fanden heraus, dass die Malondialdehydwerte im Serum nach der Aufnahme von Dihydrogen signifikant gesenkt wurden (gepoolte standardisierte mittlere Differenz = – 0,97 [95 % Konfidenzintervall [KI], von – 1,65 bis – 0,19; P = 0,01), wobei die Ergebnisse auf einen großen Effekt der Dihydrogen-Intervention hinweisen. Ein starker Trend zur Verringerung der Leberfunktionstests (einschließlich Aspartat-Aminotransferase und Alanin-Transaminase) wurde ebenfalls nach der Verabreichung von Dihydrogen beobachtet (P < 0,20). Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Dihydrogen das Leberfunktionspanel günstig beeinflussen kann; zusätzliche, gut ausgewählte Interventionsstudien sind dringend erforderlich, um unsere Ergebnisse zu untermauern.[/fusion_li_item][fusion_li_item]

Wasserstoffreiches Wasser als Modulator der Darmmikrobiota – Mikrobiota und zur Behandlung der entzündlichen Darmerkrankung

Atieh Yaghoubi, Saman Soleimanpour und Majid Khazaei
School of Applied Sciences, Department of Physiology, Faculty of Medicine, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran

Zusammenfassung
Molekularer Wasserstoff (H2) ist als farbloses Gas bekannt, und mit H2 angereichertes Wasser (HRW) ist ein innovatives, gesundheitsförderndes Getränk, das das Management der Darmmikrobiota und die Lebensfähigkeit des Darms verbessert. Es hat sich gezeigt, dass mit Wasserstoff angereichertes Trinkwasser eine therapeutische Wirkung auf entzündliche Darmerkrankungen hat. Aufgrund seines geringen Molekulargewichts kann H2 leicht diffundieren und die Zellmembranen durchdringen, um verschiedene biologische Wirkungen zu entfalten. Darüber hinaus kann H2 das Immunsystem, antioxidative und entzündungshemmende Aktivitäten (mitochondrialer Energiestoffwechsel) und Zelltodprozesse (Apoptose, Autophagie und Pyroptose) steuern, indem es die übermäßige Bildung reaktiver Sauerstoffspezies reduziert und nukleare Transkriptionsfaktoren verändert. Der grundlegende Mechanismus von H2 ist noch nicht vollständig geklärt. In Anbetracht seiner Sicherheit und seines möglichen Nutzens hat H2 eine vielversprechende Zukunft als Behandlung für eine Vielzahl von Krankheiten, einschließlich CED. Ziel dieser Übersichtsarbeit war es, den aktuellen Wissensstand auf dem Gebiet der antioxidativen, entzündungshemmenden und anti-apoptotischen Wirkung von H2 sowie den zugrundeliegenden Mechanismus umfassend zu beleuchten, wobei der Schwerpunkt auf IBD lag, und Empfehlungen für den medizinischen Einsatz von H2 zur Behandlung von IBD zu geben.

Auswirkungen von molekularem Wasserstoff auf die Pathophysiologie und Management von metabolischen und nicht-übertragbaren Krankheiten

Ram B. Singh, Alex Tarnava, Jan Fedacko, Gizal Fatima, Sunil Rupee und Zuzana Sumbalova
Halberg Hospital and Research Institute, Moradabad, India

Zusammenfassung
Die nachhaltigen Entwicklungsziele (SDG) der UNO wären ohne die Prävention nicht übertragbarer Krankheiten (NCDs) schwer zu erreichen. Es ist bekannt, dass die westliche Ernährung und der westliche Lebensstil, die die Hauptrisikofaktoren für nicht übertragbare Krankheiten sind, oxidativen Stress und einen Rückgang der Produktion von molekularem Wasserstoff im Darm verursachen, was zu einem Rückgang des endogenen Antioxidantienstatus im Körper und damit zu einer Zunahme der systemischen Entzündung führt. Das Wissen über die Rolle des molekularen Wasserstoffs bei der Behandlung dieser Krankheiten ist lückenhaft. In dieser Übersichtsarbeit soll die Rolle des Wasserstoffs bei der Pathogenese und Prävention von NCDs diskutiert werden. Molekularer Wasserstoff (H2) ist als therapeutisches Gas ausgiebig erforscht worden. Bis heute gibt es schätzungsweise 2000 Veröffentlichungen, in denen sein potenzieller therapeutischer Einsatz in 170 Krankheitsmodellen für alle Organe des Säugetierkörpers untersucht wird. Die Wasserstofftherapie kann durch verschiedene Methoden verabreicht werden, z. B. durch H2-Inhalation, Auflösung von H2-Gas in Wasser zur Herstellung von wasserstoffreichem Wasser (HRW) für den oralen Verzehr oder die örtliche Anwendung oder durch wasserstoffreiche Kochsalzlösung. Der genaue Wirkmechanismus von molekularem Wasserstoff ist nicht bekannt, aber er ist an sich ein potenzielles Antioxidans, das auch Hydroxyl- und Nitrosylradikale in den Zellen und Geweben hemmen kann. Es ist bekannt, dass Wasserstoff einen deutlichen Rückgang des oxidativen Stresses und der Entzündungen bewirkt, die für die Entstehung von NCDs entscheidend sind. Eine Wasserstofftherapie hat sich als schützend gegen NCDs erwiesen, darunter Stoffwechselerkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, neurodegenerative Erkrankungen, chronische Nierenerkrankungen, Krebs und chronische Lungenerkrankungen.

Der Verzehr von wasserstoffbehandelten Lebensmitteln bietet Nährwert- und Gesundheitsvorteile

Duried Alwazeer
Department of Nutrition and Dietetics, Faculty of Health Sciences, Iğdır University, 76000, Iğdır, Turkey
Research Center for Redox Applications in Foods (RCRAF), Iğdır University, 76000, Iğdır, Turkey
Application, and Research Center, Innovative Food Technologies Development, Iğdır University, 76000, Iğdır, Turkey

Zusammenfassung
Molekularer Wasserstoff (H2) hat sich als therapeutisches Mittel für viele Krankheiten erwiesen. Parallel zu seinen biomedizinischen Vorteilen wurde in neueren Berichten gezeigt, dass H2 viele Anwendungen im Gartenbau und in der Lebensmittelindustrie hat. Viele wasserstoffhaltige Produkte, darunter wasserstoffreiches Wasser (HRW), wasserstoffhaltige Getränke und Produkte in wasserstoffhaltiger Atmosphäre, wurden bereits vermarktet oder zumindest im Labormaßstab untersucht. Die mit Wasserstoff behandelten Pflanzen besitzen konservierende Eigenschaften von Phytochemikalien, z. B. Anthocyanen und Flavonoiden, und eine längere Haltbarkeit. Der Verzehr von mit Wasserstoff behandelten Pflanzen und mit Wasserstoff angereicherten Getränken kann dem Verbraucher viele gesundheitliche und ernährungsphysiologische Vorteile bringen. In diesem Bericht werden die neuesten Erkenntnisse über die Verwendung von molekularem Wasserstoff in der Pflanzenproduktion und der Lebensmittelverarbeitung sowie deren potenzielle Vorteile für die Gesundheit und Ernährung der Verbraucher erörtert.

Unterschiedliche Auswirkungen von Kohlenhydraten auf die Erzeugung von Wasserstoff und Methan bei Ratten mit niedrigem und hohem Methanausstoß

Oleg S. Medvedev, Anastasiia Yu. Ivanova, Margarita A. Belousova, Stepan V. Toshchakov, Anastasia S. Krylova, Ivan V. Shirokov, Olga N. Obolenskaya, Tatiana A. Kuropatkina, Grigorii N. Bondarenko und Ilya B. Gartseev
Faculty of Medicine, Lomonosov Moscow State University, Moscow, 119991, Russia
Institute of Experimental Cardiology, National Medical Research Centre of Cardiology, Moscow, 121552, Russia

Zusammenfassung
Ziel der Studie war es, die Hypothese zu überprüfen, dass Ratten mit niedrigem und hohem Methanausstoß unterschiedlich auf die Verabreichung unverdaulicher Kohlenhydrate reagieren. In unseren früheren Studien wurde festgestellt, dass Wistar-Ratten aus der Puschino-Zucht (SPF-Status) geringe Methanproduzenten sind, während konventionelle Ratten aus der Stolbovaya-Zucht hohe Methanproduzenten sind. Wasserstoff- und Methan-Atemtests sowie der taxonomische Inhalt der Darmmikrobiota wurden bei 25 Ratten aus jeder Aufzuchtstation ausgewertet. Proben der Ausatemluft wurden von wachen Ratten mit einem Nasengerät entnommen und mittels Gaschromatographie analysiert. Der taxonomische Gehalt der Darmmikrobiota wurde bei jeder Ratte mit der 16S rRNA-Methode bestimmt. Lactulose, Guarkernmehl und Inulin wurden jeder Ratte in einwöchigen Abständen mit der Magensonde verabreicht. Die Wasserstoff- und Methanwerte in den Proben der ausgeatmeten Luft wurden 8 Stunden nach der Kohlenhydratverabreichung gemessen. Die taxonomische Zusammensetzung des Mikrobioms war zwischen den Gruppen recht unterschiedlich. Ratten mit geringer Methanproduktion wiesen eine niedrige Alpha- und Beta-Diversität, eine höhere Abundanz von Christensenellaceae und Akkermansia-Bakterien, eine geringere Abundanz von Helicobacteraceae und das Fehlen von Methanobacteriaceae auf, was Ähnlichkeiten mit dem Mikrobiom von Neugeborenen und Kindern aufweist. Ratten mit hoher Methanproduktion (aus der Gärtnerei Stobovaya) wiesen eine viel größere Vielfalt an Mikrobiota-Bakterien und eine größere Häufigkeit von wasserstoffverzehrenden Mikroorganismen wie Helicobacteraceae und Methanobacteriaceae auf, was der Zusammensetzung der Mikrobiota älterer Menschen nahe kommt. Die Verabreichung von Kohlenhydraten an Ratten mit geringer Methanproduktion führte nur zu einem Anstieg des Wasserstoffgehalts in der Ausatemluft, während die gleichen Kohlenhydrate nur einen Anstieg des Methangehalts hervorriefen. Wir vermuten, dass die Verabreichung von exogenem Wasserstoff (wasserstoffreiches Wasser) die antioxidative Abwehr bei älteren Menschen effizienter gestaltet, da die Aufnahme von Nahrungsfasern nicht mit einem Anstieg des Wasserstoffgehalts im Blut einhergeht.

Natürliche Biomoleküle, Pflanzenextrakte und molekularer Wasserstoff – neue antioxidative Alternativen für die Behandlung männlicher Unfruchtbarkeit

Eva Tvrdá, Michal Duraˇ ˇ cka, and Eva Ivanišová
Faculty of Biotechnology and Food Sciences, Institute of Biotechnology, Slovak
University of Agriculture, Tr. A. Hlinku 2, 949 76, Nitra, Slovakia

Zusammenfassung
Oxidativer Stress, der aus einem Ungleichgewicht zwischen dem Gehalt an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und Antioxidantien resultiert, spielt eine zentrale Rolle in der Pathophysiologie der männlichen Sub- oder Infertilität. Es gibt zahlreiche Belege für die Bedeutung einer oralen Antioxidanzientherapie bei der Behandlung der männlichen Reproduktionsstörung. Dennoch haben Studien, die sich auf traditionelle Antioxidantien-Ergänzungen konzentrierten, oft zu unschlüssigen oder widersprüchlichen Ergebnissen geführt. In der Zwischenzeit hat sich der wissenschaftliche Fokus auf alternative Heilmittel wie Pflanzenextrakte, Biomoleküle auf Pflanzenbasis sowie molekularen Wasserstoff verlagert, die zahlreiche gesundheitliche Vorteile und starke antioxidative Eigenschaften aufweisen. Der Schwerpunkt dieses Kapitels liegt daher auf der Darstellung aktueller Erkenntnisse zur Bewertung der In-vivo-Wirkungen alternativer antioxidativer Mittel auf die strukturellen, funktionellen und oxidativen Indikatoren der männlichen Fortpflanzungsfunktion, wobei der Schwerpunkt auf Ratten als attraktive Tiermodelle gelegt wird.

Vergleich der Radikalfängeraktivität von verschiedenen Quellen von molekularem Wasserstoff

Katarína Valachová, Branislav Kura, Ján Slezák, Mojmír Mach und Ladislav Šoltés
Centre of Experimental Medicine, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská Cesta 9, 84104, Bratislava, Slovakia

Zusammenfassung
Molekularer Wasserstoff ist für seine antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften in zahlreichen In-vitro- und In-vivo-Versuchen bekannt. Hochmolekulares Hyaluronan (HMM HA), ein natürliches Polysaccharid, das in den Geweben aller Wirbeltiere vorkommt, wurde als Marker für den Polysaccharidabbau durch reaktive Sauerstoffspezies verwendet. Die Fähigkeit verschiedener Quellen von in Wasser gelöstem molekularem Wasserstoff, Radikale zu fangen, wurde mit dem DPPH-Assay bewertet. In Experimenten mit Rotationsviskosimetrie wurde HMM HA durch Kupferionen (1 µM) und Ascorbinsäure (100 µM) oxidativ abgebaut. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen von molekularem Wasserstoff aus verschiedenen Quellen bewertet, bevor der durch OH-Radikale induzierte HA-Abbau begann oder eine Stunde später, als der durch Alkyloxy- und Alkylperoxy-Radikale induzierte HA-Abbau vorherrschte. Die Ergebnisse des DPPH-Tests zeigten, dass von den untersuchten Proben nur eine H2-Tablette, die sowohl in destilliertem als auch in trinkbarem Wasser gelöst war, DPP- mild abfing. Im Gegensatz dazu zeigten Experimente der Rotationsviskosimetrie, dass die Hemmung des durch reaktive Sauerstoffspezies induzierten Hyaluronanabbaus bei der Untersuchung von molekularem Wasserstoff, der sowohl in destilliertem als auch in trinkbarem Wasser gesättigt war, beobachtet wurde.

Entwicklung eines präklinischen Instruments zur Messung des perkutanen Transfer von Dihydrogen, mit Blick auf die Optimierung von Medizinprodukten, die für fokale Therapien in der Dermatologie geeignet sind

C. Salomez-Ihl, S. Tanguy, F. Boucher, V. Pascal Mousselard,
P. Bedouch, A. Stephanou, J. P. Alcaraz und P. Cinquin
University of Grenoble Alpes, CNRS, UMR 5525, VetAgro Sup, Grenoble INP, TIMC, 38000, Grenoble, France
Centre for Clinical Investigation Technological Innovation, INSERM CIC803, Grenoble University Hospital, 38000, Grenoble, France

Zusammenfassung
In zahlreichen Studien wurde die Wirksamkeit von Dihydrogen (H2) bei dermatologischen Erkrankungen nachgewiesen, ohne dass ihm unerwünschte Wirkungen zugeschrieben wurden. Es gibt jedoch keinen formalen Beweis für die perkutane Übertragung von H2 durch die Haut. Ziel der vorliegenden Studie ist es, diesen Transfer nachzuweisen und den H2-Diffusionskoeffizienten in der Haut zu charakterisieren. Die Bauchhaut von Ratten wird in der Mitte einer Diffusionszelle befestigt. In ein erstes Kompartiment wird ein Gasgemisch mit unterschiedlichen Anteilen von H2 in Kombination mit Luft injiziert. Ein zweites Kompartiment enthält entweder Luft oder physiologisches Medium + Luft. Ein H2-Sensor ist mit dem zweiten Kompartiment verbunden und zeichnet die H2-Konzentration auf. Anschließend wird ein bi-exponentielles Modell der H2-Konzentration angepasst. Der Mittelwert des Flusses beträgt 0,40 nmol.s-1.cm-2, und der Mittelwert des H2-Diffusionskoeffizienten beträgt 4,2 10-5 cm2.s-1, was dem H2-Diffusionskoeffizienten in Wasser (D = 4,58 10-5 cm2.s-1) sehr nahe kommt. Unser Modell bestätigt, dass es von großem Interesse ist, neue Ansätze zur Verabreichung von H2 für dermatologische Anwendungen zu entwickeln, da die lokale H2-Konzentration in den Zielgebieten um mehrere Größenordnungen höher ist als bei einer oralen Verabreichung.

Intraossäre Verabreichung von molekularem Wasserstoff: Eine neuartige Technik – Von molekularen Effekten zur Geweberegeneration

Mikhail Yu. Artamonov, Tyler W. LeBaron, Evgeniy L. Sokov, Lyudmila E. Kornilova, Felix A. Pyatakovich und Inessa A. Minenko
MJA Research and Development Inc., East Stroudsburg, PA, 18301, USA

Zusammenfassung
In den letzten Jahrzehnten hat sich gezeigt, dass molekularer Wasserstoff vielfältige biologische Wirkungen hat. Bis Ende 2022 wurden mehr als 2000 Artikel auf dem Gebiet der Wasserstoffmedizin veröffentlicht, viele davon sind Originalstudien. Es gibt erste Hinweise auf die regenerative Wirkung von molekularem Wasserstoff, wenn er durch Inhalation oder durch Trinken von wasserstoffhaltigem Wasser verabreicht wird. Hier schlagen wir eine neuartige Methode der intraossären Verabreichung von Wasserstoff vor, die möglicherweise die geweberegenerative Wirkung verstärkt. Ziel dieser Übersichtsarbeit war es, die Ideen über die Art, die Eigenschaften und die Mechanismen des Einflusses von molekularem Wasserstoff auf verschiedene Zelltypen, einschließlich Stammzellen, zu systematisieren und eine Hypothese über die potenziellen Vorteile der intraossären Verabreichung aufzustellen. Die molekularen, zellulären, geweblichen und systemischen Wirkungen von Wasserstoff werden ebenfalls untersucht. Aus der vorhandenen Literatur geht hervor, dass die molekularen und zellulären Wirkungen des Wasserstoffs ihn zu einem potenziell wirksamen Mittel in der regenerativen Medizin machen. Die intraossäre Verabreichung von molekularem Wasserstoff könnte ein optimaler Weg zur Stimulierung eines Stammzellenpools im Knochenmark sein.

Perspektive von Nanomaterialien und nanomedizinischen Verfahren in der molekularen Wasserstofftherapie

Štefan Luby
Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences, Dubravska cesta 9, 84511, Bratislava, Slovakia

Zusammenfassung
Parallel zur Entwicklung der Nanowissenschaften wurden die Nanomedizin und ihre Zweige gegründet. Ihre bemerkenswerte Entwicklung wird durch Meilensteine belegt, die mehrfach mit Nobelpreisen ausgezeichnet wurden. Zu den Meilensteinen gehört auch die Renaissance der molekularen Wasserstofftherapie ab 2007, die H2 als wirksames Antioxidans in präventiven und therapeutischen Anwendungen einsetzt. In diesem Kapitel widmen wir uns im Zusammenhang mit der entwickelten gezielten Abgabe von Medikamenten deren Modifikation in Form von lokaler Erzeugung und Freisetzung von Wasserstoff aus Nanoträgern wie Nanopartikeln, Nanostäbchen usw. Die Ergebnisse wurden bereits bei der Behandlung der Alzheimer-Krankheit und von Krebs, bei der Wundheilung usw. vorgestellt. Die Wasserstofftherapie erfordert eine Unterstützung und einen Service, der die sichere Speicherung von Wasserstoff in festem Zustand einschließt, um potenzielle Explosionen zu vermeiden, wobei neben Hydriden wie MgH2 auch funktionalisierte Nanomaterialien aus der Kohlenstofffamilie – wie Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren – eingesetzt werden. Auch das Austreten von Wasserstoff und sein Vorhandensein in der Umwelt muss beachtet werden, wobei Nanosensoren auf der Basis von Metalloxiden und insbesondere auf der Basis von Graphen eine vielversprechende Lösung darstellen. In Anbetracht der zahlreichen klinischen Versuche und Studien kann die H2-Therapie heute im aufsteigenden Teil des Gartner’schen Zyklus auf dem Weg zum Produktionsplateau verortet werden.

Die Entstehung, Entwicklung und künftige Aufgabe der Wasserstoffmedizin und -biologie

Shigeo Ohta
Department of Neurology Medicine, Juntendo University Graduate School of Medicine, 2-1-1, Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo, 113-8421, Japan
Institute for Advanced Medical Sciences, Nippon Medical University, 1-25-16 Nezu, Bunkyo-ku, Tokyo, 113-8602, Japan

Zusammenfassung
Molekularer Wasserstoff (H2) hat sich als ein vielversprechendes therapeutisches und präventives medizinisches Gas erwiesen. Im Jahr 2007 haben wir das herkömmliche Konzept, dass H2 keine Wirkung auf Säugetierzellen hat, umgestoßen, was zur Entstehung des Bereichs „Wasserstoffmedizin und -biologie“ führte. H2 hat zahlreiche Vorteile, darunter eine hohe Wirksamkeit, das Fehlen unerwünschter Wirkungen und vielfältige Funktionen wie Antioxidation, Entzündungshemmung, Bekämpfung des Zelltods und Anregung des Energiestoffwechsels. Darüber hinaus ist H2 von gesunden Menschen bis hin zu schweren chronischen und akuten Krankheiten von Nutzen. Das Zielmolekül von H2 wurde als die oxidierte Form von Porphyrinen identifiziert, wobei die nachfolgende Hydridform als Katalysator zur Stimulierung der selektiven Reaktion von H2 mit dem Hydroxylradikal dient. Verschiedene Arten von Porphyrinen sind im gesamten Körper weit verbreitet und reichlich vorhanden. Daher kann die Reparatur der oxidierten Porphyrine durch H2 in verschiedenen Zellen zu vielfältigen Vorteilen führen. H2 unterdrückt die Kettenreaktion freier Radikale und modifiziert die an den Lipidperoxiden beteiligten Signalvermittler. H2 reguliert indirekt Hormone und Zytokine über verschiedene Signaltransduktionspfade. H2 hat das Potenzial, ein breites Spektrum von Problemen anzugehen, darunter Herzstillstand, Demenz vom Alzheimer-Typ, metabolisches Syndrom, Krebs im fortgeschrittenen Stadium, entzündliche Zytokinstürme, Gesundheitswesen, Schönheit und Landwirtschaft. Das Ziel der H2-Medizin ist es, diese ungelösten Probleme zu lösen.