Das Einatmen von Wasserstoffgas mildert Atemwegsentzündungen und oxidativen Stress bei allergischen asthmatischen Mäusen

Ning Zhang , Changwen Deng , Xingxing Zhang , Jingxi Zhang , 2 und Chong Bai 2korrespondierender Autor

Hintergrund

Asthma ist eine häufige chronische Atemwegserkrankung mit erhöhter Prävalenz, die die öffentliche Gesundheit weltweit stark belastet. Diese herausfordernde Krankheit, die durch anhaltende Atemwegsentzündungen gekennzeichnet ist, kann nicht geheilt werden. Es wurden zwar viele Anstrengungen unternommen, um die therapeutische Wirkung zu erhöhen. Oxidativer Stress spielt eine wichtige Rolle bei der Pathogenese dieser chronischen Erkrankung. Eine Entzündung induziert eine oxidative Stressreaktion der Lunge und führt zu einer großen Anzahl reaktiver Sauerstoffspezies [  ]. Die Wirkung reaktiver Sauerstoffspezies auf die Pathogenese von Asthma besteht in der Stimulierung der Lungenfunktionsstörung, der Degranulation der Mastzellen, des Umbaus der Atemwege und der Schleimsekretion durch das Epithel, was wiederum die lokale Entzündung der Lunge verschlimmern kann.

Wasserstoff gilt als Inertgas und wurde in der Medizin eingesetzt, um Dekompressionskrankheiten bei Tieftauchern vorzubeugen [  ]. 2007 wurde berichtet, dass Wasserstoff, der durch Inhalation abgegeben wird, authentische antioxidative und antiapoptotische Eigenschaften aufweist, die das Gehirn vor Ischämie / Reperfusionsverletzungen schützen können, indem sie Hydroxylradikale selektiv neutralisieren [  ]. Dieser Bericht stieß weltweit auf großes Interesse. Die therapeutischen Wirkungen von molekularem Wasserstoff auf verschiedene Krankheiten wurden im Hinblick auf seine Antioxidationsfähigkeit [  ] und seine Entzündungshemmung [  ] und Antiapoptose [ ] Fähigkeiten. Im Vergleich zu herkömmlichen Antioxidantien ist Wasserstoff ein kleines Molekül, das sich leicht im Körper und in den Zellen verteilt. Es ist ausreichend mild, um metabolische Oxidations-Reduktions-Reaktionen oder ROS-vermittelte Zellsignale nicht zu stören. Somit kann es ein sicheres und wirksames Antioxidans für Lungenerkrankungen sein. Inhalation wird als die Hauptverabreichungsroute bei der Behandlung von Asthma als die bevorzugte Methode angesehen. In jüngster Zeit wurden nachweislich verschiedene Arten von Erkrankungen mit oxidativem Stress nachgewiesen, darunter ischämische Herzkrankheiten [  ], Schlaganfälle [  ], akute Lungenverletzungen [  ] und entzündliche Darmerkrankungen [ ], profitiert von oder wurden durch Einatmen von Wasserstoffgas geschützt. Die Wirkung dieser Art von Gas auf Asthma ist nicht vollständig bekannt. Das Ziel dieser Studie war es daher, die entzündungshemmende und oxidationshemmende Funktion des Einatmens hoher Wasserstoffgaskonzentrationen in einem asthmatischen Mausmodell zu untersuchen.

Methoden

Tiere

BALB / c-Mäuse, die vom Experimental Animal Center der Second Military Medical University gekauft wurden, wurden in Räumen gehalten, die bei konstanter Temperatur (21 ± 2 ° C) und Luftfeuchtigkeit (55 ± 15%) mit einem 12-stündigen Hell / Dunkel-Zyklus gehalten wurden, und erlaubten Futter und Wasser ad libitum. Weibliche Mäuse im Alter von 6 bis 8 Wochen wurden für Experimente verwendet. 40 Mäuse wurden zufällig in vier Gruppen mit jeweils 10 Mäusen aufgeteilt: Scheinkontrollgruppe (Kontrolle, C), Asthmagruppe (A), Wasserstoffgasbehandlungsgruppe (AH) und Wasserstoffgaskontrollgruppe (Wasserstoff, H). Das Experiment wurde dreimal wiederholt. Die Versuchsprotokolle wurden von der Ethikkommission für Tierversuche der Zweiten Militärmedizinischen Universität in Shanghai, China, genehmigt.

Ovalbumin (OVA) Sensibilisierung / Aerosol Challenge

Mausmodelle von Asthma wurden mit Huhn-OVA-Sensibilisierung und -Herausforderung hergestellt. Kurz gesagt wurden 20 & mgr; g (100 & mgr; l) Hühner-OVA, die mit Alaun (2,25 mg Al (OH) 3 , 2 mg Mg (OH) 2 ; Pierce, USA) emulgiert worden waren, an den Tagen 0, 7 und 14 intraperitoneal in Mäuse injiziert Atemwegsprobleme wurden durch ein Aerosol aus Kochsalzlösung allein oder 1% (0,01 g / ml) OVA in Kochsalzlösung verursacht, das durch Ultraschallverneblung (DeVilbiss, USA) erzeugt wurde und das die Mäuse an den Tagen 21, 22 und 23 20 Minuten lang inhalierten in den AH- und H-Gruppen wurden nach OVA- bzw. PBS-Exposition 7 aufeinanderfolgende Tage lang einmal täglich 60 Minuten lang eine hohe Konzentration von Wasserstoffgas (67%) inhaliert (  1)). Die Mäuse wurden mit einer Überdosis Chloralhydrat ip anästhesiert, gefolgt von einer Ausblutung 24 Stunden nach der letzten Behandlung.

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Das Protokoll für die Wasserstoffgasinhalationsexperimente im asthmatischen Mausmodell

Verwaltung von Wasserstoffgas

Das aus 67% H 2 und 33% O 2 bestehende Mischgas wurde mit dem Wasserstoff-Sauerstoff-Zerstäuber AMS-H-01 (Asclepius, Shanghai, China) hergestellt, der speziell zur Extraktion von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser entwickelt wurde. Die Mäuse wurden in eine transparente geschlossene Box (20 × 18 × 15 cm, Länge × Breite × Höhe) gegeben, in die das gemischte Gas während der Versuche mit einer Geschwindigkeit von 200 ml / min eingeleitet wurde. Die Box wurde 30 Minuten lang mit gemischten Gasen gespült, um die Luft in der Box zu ersetzen. Während jedes Experiments wurde die Wasserstoffgaskonzentration in der Box durch Thermospur-GC-Ultra-Gaschromatographie (Thermo Fisher, MA, USA) überwacht.

Messung der Lungenfunktion

Die Lungenfunktion wurde in dem Gerät mit 4 Kanälen eines biologischen Signalsystems (Modell SMUP-PC, Fudan University) bewertet. Die Mäuse wurden ip mit Hydrazinhydrat anästhesiert, mit einer abgestumpften 18-Gauge-Kanüle tracheotomiert und beatmet. Der Gasfluss wurde durch den Fleisch-Luftflusswandler, der mit einer Luftröhrenintubation verbunden war, unter der Bedingung einer spontanen Atmung der Maus bestimmt und aufgezeichnet. Der Druck in der Speiseröhre kann kontinuierlich als Brustdruck aufgezeichnet werden. Der Lungenwiderstand (RL) und die dynamische Compliance des Atmungssystems (Cdyn) wurden nach der Methode von Amdur und Mead nach Atemfrequenz, Atemzugvolumen, Atemfluss und Brustdruck berechnet [  ].

Gewebesammlung und -vorbereitung

Bronchoalveoläre Lavage (BAL) wurde nach Atemwegsüberempfindlichkeitsmessungen durchgeführt, als sich das Tier noch in Narkose befand. Ein Gesamtvolumen von 0,5 ml kaltem PBS wurde zum dreimaligen Spülen der Lunge verwendet. Blut wurde durch Herzpunktion mit einer 20-Gauge-Nadel gesammelt, und Serum wurde durch Zentrifugation in Serumröhrchen hergestellt und für weitere Analysen bei –20 ° C gelagert. Die Mäuse wurden mit Genickbruch eingeschläfert. Der linke Lungenlappen wurde entfernt und über Nacht in 4% Formaldehyd fixiert. Die oberen und mittleren Lungenlappen der rechten Lunge wurden auf Trockeneis schnell eingefroren und bis zur weiteren Verarbeitung bei -80ºC gelagert. Das Protein wurde mit einem Zelllyse-Kit (Bio-plexTM Cell Lysis Kit, Bio-Rad), das mit Proteinaseinhibitoren (Sigma-Aldrich) ergänzt war, aus den schnappgefrorenen Proben von Lungengewebe extrahiert.

Beurteilung der Lungenhistologie

Nach einer geeigneten Präparation wurden 5 & mgr; m dicke Paraffinschnitte der linken Lunge mit Hämatoxylin und Eosin (H & E) gefärbt, um die allgemeine Morphologie zu bewerten. Der Grad der Lungenentzündung aus fünf zufällig über die linke Lunge verteilten Atemwegsabschnitten wurde von einem für die Gruppen verblindeten Analytiker anhand einer subjektiven Skala von 0 bis 4 bewertet (0, normal; 1, mild; 2, moderat; 3, schwer; 4, schwerer). Periodische Säure-Schiff (PAS) -Färbung wurde angewendet, um Schleimsubstanzen nachzuweisen. Mit einem Nikon-Mikroskop wurden Bilder von Lungengewebe mit Atemwegen aufgenommen. Die PAS-positive Fläche und die Gesamtfläche des entsprechenden Bronchialepithels wurden berechnet, und das angenommene Bewertungssystem war: 0, keine Becherzellen; 1, <15%; 2, 15–30%; 3, 30–45%; 4, 45–60%; 5,> 60% [  ].

Oxidativer Stressindex im Lungengewebe

Ein Teil der Gewebezubereitung wurde aus rechtem Lungengewebe hergestellt, das mit normaler Kochsalzlösung homogenisiert wurde, und die Zubereitung wurde 10 Minuten bei 4 ° C und 2500 U / min zentrifugiert. Der resultierende Überstand wurde mit Kochsalzlösung äquilibriert und zur Bestimmung der Proteingehalte in den Gewebehomogenaten verwendet. Die Mengen an Superoxiddismutase (SOD), Glutathion (GSH), Katalase (CAT), Malondialdehyd (MDA), Myeloperoxidase (MPO) und 8-Hydroxydeoxyguanosin (8-OHdG) wurden unter Verwendung von kommerziellen Kits (Nanjing Jiancheng, Nanjing, China) bestimmt ). Die Bestimmungen wurden streng nach den Anweisungen des Herstellers durchgeführt.

Zytokin in Bronchial-Alveolar-Lavage-Flüssigkeit (BALF) und Serum

Enzymgebundener Immunosorbens-Assay (ELISA) (R & D Systems, Minneapolis, MN, USA) wurde verwendet, um die Expressionsniveaus von IL-4, IL-5, IL-13, IL-6, TNF-α und CXCL15 in BALF und zu bestimmen Serum gemäß Herstellerangaben. Die Extinktion wurde bei 450 nm unter Verwendung eines Mikroplattenlesegeräts (Modell 680; Bio-Rad, Hercules, CA, USA) gemessen.

statistische Analyse

Für die statistische Analyse wurde die GraphPad Prism 5-Software verwendet. Die Daten aller Mäuse in jeder Gruppe wurden als Mittelwert ± SD oder Median (Interquartilbereich [IQR]) für kontinuierliche Variablen angegeben. Eine Einweg-Varianzanalyse (ANOVA) wurde verwendet, um die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen zu bestimmen. Mehrfachvergleiche wurden durch den Mehrfachvergleichstest von Bonferroni durchgeführt. P  <0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

Ergebnisse

Die Inhalation mit Wasserstoffgas verringerte den Lungenwiderstand im asthmatischen Mäusemodell

Der Lungenwiderstand (RL) erhöhte sich im asthmatischen Mausmodell (3,537 ± 1,9 cm / H 2 O / ml / s gegenüber 1,765 ± 0,43 cm / H 2 O / ml / s, P  <0,01) im Vergleich zur Kontrollgruppe und war signifikant in der AH-Gruppe niedriger als in der A-Gruppe (2,052 ± 1,2 cm / H 2 O / ml / s gegenüber 3,53 ± 1,9 cm / H 2 O / ml / s, P  <0,05) (  2 ). Es gab keinen signifikanten Unterschied in der Atemfrequenz (RR), Spitzendurchfluss (PEF) und dynamische Nachgiebigkeit (Cdyn) (Fig. ( Bild2)2 ) unter den vier Gruppen.

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Die Auswirkung der Wasserstoffgasinhalation auf die Lungenfunktion im asthmatischen Mausmodell. C: Kontrollgruppe ( n  = 10), A: Asthmagruppe ( n  = 10), AH: Asthma plus Wasserstoffgas-Inhalationsgruppe ( n  = 10), H: Kontrollgruppe plus Wasserstoffgas-Inhalationsgruppe ( n  = 10). **: gegen Kontrollgruppe, P  <0,01; #: vs Asthmagruppe, P  <0,05

Die Inhalation mit Wasserstoffgas verbesserte die Histologie und die Schleimproduktion im asthmatischen Mausmodell

Mausmodelle wiesen kardinale histopathologische Anzeichen von humaner asthmatischer Lunge auf, einschließlich peribronchialer und perivaskulärer entzündlicher Infiltrate, wobei insbesondere Eosinophilie (3,22 ± 0,67 gegenüber 1,00 ± 0,74, P  <0,001), Becherzellhyperplasie (4,00 ± 0,81 gegenüber 0,90 ± 0,73, P  < 0,001), Atemwegswandverdickung und Atemwegsobstruktion (Abb.  3 ) im Vergleich zur Kontrollgruppe. Wasserstoffgas Inhalation Diese Ansammlung von Entzündungszellen abgeschwächt (2,22 ± 0,67, P  <0,01) und reduzierte den epithelialen Becherzell - Hyperplasie (2,9 ± 0,73, P  <0,01) (Fig. (Fig.33 ).

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Morphologische Befunde und Scores der Bronchialwand bei Kontrolltieren (C, n  = 10), Asthma-Mäusemodell (A, n  = 10) und Asthma-Mäusemodell mit Wasserstoffgasinhalation (AH, n  = 10). Färbung mit Hämatoxylin-Eosin (H & E) -Lösung, Periodsäure-Schiff (PAS); Vergrößerung 40 ×)

Das Einatmen von Wasserstoffgas verringerte die Konzentration von Entzündungszellen in der bronchoalveolären Spülflüssigkeit aus dem Asthma-Mäusemodell

Es gab eine signifikante Zunahme der Anzahl der Gesamtzellen ((3,39 ± 0,56) × 10 5 / ml), P  <0,001), Neutrophilen (0,86 ± 0,39) × 10 5 / ml, P  <0,001), Eosinophilen (1,16 ± 1) 0,4) × 10 5 / ml, P  <0,001), Lymphozyten (0,21 ± 0,13) × 10 5 / ml, P  <0,001) und Makrophagen (1,14 ± 0,53) × 10 5 / ml, P  <0,001) in der Hälfte des Asthmatikums Mäusemodelle verglichen mit denen der Kontrollen ((0,66 ± 0,3) × 10 5 / ml, (0,006 ± 0,003) × 10 5 / ml, (0,001 ± 0,003) × 10 5 / ml, (0,02 ± 0,009) × 10 5 / ml, (0,6 ± 0,31) × 105 / ml). Das Einatmen von Wasserstoffgas führte zu einer signifikanten Verringerung der Anzahl der Gesamtzellen ((2,48 ± 0,51) × 10 5 / ml), P  <0,001), Eosinophilen (0,68 ± 0,18) × 10 5 / ml, P  <0,001) und Lymphozyten (0,07 ± 0,03) × 10 5 / ml, P  <0,001) und eine nicht signifikante Abnahme der Anzahl von Makrophagen im Vergleich zu asthmatischen Mausmodellen. Die Inhalation mit reinem Wasserstoffgas hatte keinen Einfluss auf die BALF-Zellenzahlen (Abb.  4 ).

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Die Anzahl der Gesamtzellen, Neutrophilen, Eosinophilen, Lymphozyten und Makrophagen in der BALF bei Kontrolltieren (C, n  = 10), asthmatischen Mausmodellen (A, n  = 10) und asthmatischen Mäusen mit Wasserstoffgasinhalation (AH, n  = 10) ) und Kontrolltiere mit Wasserstoffgasinhalation (H, n  = 10). Der statistische Vergleich zwischen den Gruppen wurde mittels Varianzanalyse und anschließendem Tukey-Test durchgeführt. P  <0,05, ** P  <0,01, *** P  <0,001 im Vergleich zur Kontrollgruppe, # P  <0,05, ## P  <0,01 im Vergleich zur Asthmagruppe

Die Inhalation mit Wasserstoffgas verringerte die erhöhten Konzentrationen an entzündlichen Zytokinen, die in BALF aus dem asthmatischen Mausmodell vorhanden waren

Es gab einen signifikanten Anstieg von IL-4 (42,11 ± 24,31 pg / ml, P  <0,001), IL-5 (10,85 ± 7,33 pg / ml, 0,01), IL-13 (68,04 ± 35,26 pg / ml, P  <0,01) ), TNF-α (38,62 ± 14,12 pg / ml, P  <0,01) und CXCL15 (141,4 ± 40,75 pg / ml, P  <0,01) in BALF von asthmatischen Mausmodellen im Vergleich zu denen von Kontrollen (4,24 ± 1,08 pg / ml, 2,55 ± 1,25 pg / ml, 28,48 ± 5,37 pg / ml, 22,28 ± 7,57 pg / ml bzw. 44,92 ± 9,95 pg / ml). Das Einatmen von Wasserstoffgas führte zu einer signifikanten Verringerung der Konzentrationen von IL-4 (18,91 ± 10,66 pg / ml, P  <0,05), IL-13 (32,57 ± 4,43 pg / ml, P  <0,05), TNF-α (26,12 ± 5,59) pg / ml, P  <0,05) und CXCL15 (106,3 ± 40,75 pg / ml, P <0,05). Das Einatmen von Wasserstoffgas verringerte die Expression von IL-5 (8,97 ± 5,62 pg / ml) in BALF nicht signifikant. Es gab keine Auswirkung auf die IL-6-Expression in BALF im asthmatischen Mausmodell mit oder ohne Wasserstoffgasinhalation. Die Inhalation mit reinem Wasserstoffgas hatte keinen Einfluss auf den Gehalt an entzündlichen Zytokinen in BALF (Abb.  5 ).

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Die Konzentration entzündlicher Zytokine in der BALF bei Kontrolltieren (C, n  = 10), asthmatischen Mausmodellen (A, n  = 10), asthmatischen Mäusen mit Wasserstoffgasinhalation (AH, n  = 10) und Kontrolltieren mit Wasserstoffgasinhalation (H, n  = 10). P  <0,05, ** P  <0,01, *** P  <0,001 im Vergleich zur Kontrollgruppe, # P  <0,05 im Vergleich zur Asthmagruppe

Die Inhalation mit Wasserstoffgas verringerte die erhöhten Konzentrationen an entzündlichen Zytokinen im Serum eines asthmatischen Mausmodells

Es gab einen signifikanten Anstieg von IL-4 (12,06 ± 7,93 pg / ml, P  <0,001), IL-5 (7,64 ± 3,91 pg / ml, 0,01), IL-13 (47,77 ± 25,81 pg / ml, P  <0,01) ), TNF-α (28,80 ± 4,59 pg / ml, P  <0,05), IL-6 (63,56 ± 8,88 pg / ml, P  <0,05) und CXCL15 (11,58 ± 2,62 pg / ml, P  <0,05) in BALF von asthmatische Mausmodelle verglichen mit denen der Kontrollen (2,07 ± 1,81 pg / ml, 3,35 ± 1,21 pg / ml, 20,37 ± 11,43 pg / ml, 19,79 ± 5,39 pg / ml, 50,56 ± 9,69 pg / ml und 7,92 ± 3,38 pg / ml) , beziehungsweise). Das Einatmen von Wasserstoffgas führte zu einer signifikanten Verringerung der Konzentration von IL-4 (5,92 ± 3,53 pg / ml, P <0,05). Die Inhalation mit Wasserstoffgas hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Serumkonzentration von IL-5 (6,34 ± 2,62 pg / ml), IL-13 (50,97 ± 31,84 pg / ml), TNF-α (30,17 ± 6,16 pg / ml) und CXCL15 ( 11,82 ± 4,24 pg / ml) im asthmatischen Mausmodell mit oder ohne Wasserstoffgasinhalation. Die Inhalation mit reinem Wasserstoffgas hatte keinen Einfluss auf den Gehalt an entzündlichen Zytokinen im Serum (Abb.  6 ).

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Die Serumkonzentration von entzündlichen Zytokinen bei Kontrolltieren (C, n  = 10), asthmatischen Mausmodellen (A, n  = 10), asthmatischen Mäusen mit Wasserstoffgasinhalation (AH, n  = 10) und Kontrolltieren mit Wasserstoffgasinhalation (H , n  = 10). P  <0,05, ** P  <0,01, *** P  <0,001 im Vergleich zur Kontrollgruppe, # P  <0,05 im Vergleich zur Asthmagruppe

Die Inhalation mit Wasserstoffgas schwächte den in Lungenhomogenaten von asthmatischen Mausmodellen dargestellten oxidativen Stressindex ab

Die Konzentrationen oder Aktivitäten von SOD, MDA, GSH, CAT, MPO und 8-OHdG im Lungengewebe wurden bestimmt, um die Wasserstoffgasinhalation zum Schutz vor oxidativen Schäden zu bewerten (  7 ). Die Spiegel von MDA (5,37 (3,85–6,59) nmol / mg) und MPO (1,51 (1,41–1,76) U / g) nahmen signifikant zu ( P  <0,05), und die Spiegel der SOD-Aktivität (16,98 (13,5–19,39) U / mg)), GSH (6,13 (3,83–8,70) μmol / g) und CAT (57,02 (38,3–69,30) E / mg  ) nahmen in den Lungengeweben der asthmatischen Mausgruppe im Vergleich zu diesen signifikant ab ( P <0,05) der Kontrollen (2,82 (2,62–3,05) nmol / mg, 0,66 (0,27–0,71) U / g, 29,53 (24,08–34,43) U / mg, 9,45 (7,76–12,54) μmol / g und 79,61 (68,74–95,39) U / mg). Eine signifikante Reduktion von MDA (1,82 (1,50–2,56) nmol / mg, P <0,05) und MPO-Spiegel (1,11 (0,89–1,31) U / g, P  <0,05) wurden beobachtet, und ein signifikanter Anstieg der SOD-Aktivitäten (20,92 (18,53–24,76) U / mg) wurde bei asthmatischen Mäusen mit Wasserstoff beobachtet Gasinhalationsgruppe ( P  <0,05). Die Gehalte an GSH, CAT und 8-OHdG änderten sich jedoch nach Einatmen von Wasserstoffgas nicht signifikant.

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Die Spiegel oder Aktivitäten von SOD, MDA, GSH, CAT, MPO und 8-OHdG von Lungengewebe bei Kontrolltieren (C, n  = 10), asthmatischen Mausmodellen (A, n  = 10) und asthmatischen Mäusen mit Wasserstoffgasinhalation (AH, n  = 10) und Kontrolltiere mit Wasserstoffgasinhalation (H, n  = 10). P  <0,05, ** P  <0,01, *** P  <0,001 im Vergleich zur Kontrollgruppe, # P  <0,05 im Vergleich zur Asthmagruppe

Diskussion

Aus der vorliegenden Studie schließen wir, dass das Einatmen von Wasserstoffgas in Mausmodellen vor Asthma schützt, indem es die Lungenfunktion verbessert, die Schleimproduktion verbessert und Entzündungs- und oxidative Stressmarker verringert.

Asthma ist eine chronisch entzündliche Atemwegserkrankung, deren Pathogenese nicht vollständig aufgeklärt ist. Die Theorie „Atemwegsverletzung durch freie Radikale und Oxidationsmittel / Antioxidationsmittel-Ungleichgewicht“ hat jedoch breite Aufmerksamkeit erregt. Oxidativer Stress spielt eine wichtige Rolle für das Auftreten und die Entwicklung von Asthma bronchiale, insbesondere in der akuten Exazerbationsperiode [  ,  ]. Es wurde berichtet, dass übermäßige Produktion von oxidativem Stress zu Atemwegsentzündungen, Abnahme der Lungenfunktion, Schleimüberproduktion, Gewebeverletzung und Umbau in Tiermodellen und Studien am Menschen führt [  ,  ]. Fatani stellte fest, dass die MDA bei Asthmatikern, insbesondere in den Exazerbationsperioden, anstieg [ ]. Das in dieser Studie verwendete Mausmodell zeigte einen Anstieg des Lungenwiderstands, verschiedene Arten der Infiltration von Entzündungszellen, die von Eosinophilen dominiert werden, und die Bildung von Schleimpfropfen. Alle diese Symptome ähneln denen des akuten Asthmaanfalls [  ]. Wir fanden auch eine Erhöhung des oxidativen Markers und eine Reduktion des antioxidativen Enzyms, was bestätigt, dass oxidativer Stress in diesem klassischen asthmatischen Mausmodell vorhanden ist.

Wasserstoff ist ein farbloses und geruchloses Gas, das aus dem einfachsten Molekül der Welt besteht. Molekularer Wasserstoff wirkt als Antioxidans und entzündungshemmendes Mittel [  ]. Die Wege der Verabreichung von Wasserstoffgas in Tiermodellen und in klinischen Studien am Menschen lassen sich grob in drei Typen einteilen: Inhalation von Wasserstoffgas, Trinken von in Wasser gelöstem Wasserstoff und Injektion von in Salzlösung gelöstem Wasserstoff [  ]. Kürzlich hat sich gezeigt, dass molekulares Wasserstoffgas ein wirksamer Weg ist, um die antioxidative Behandlung durchzuführen. Eine Reihe von Studien zeigte die schützende Wirkung von Wasserstoff auf verschiedene entzündungsbedingte Erkrankungen wie durch Sauerstoffvergiftung hervorgerufene Lungenschäden [  ], Lungenischämie-Reperfusionsschäden [  ] und COPD [  ]. ]. Unsere Studie zeigte zunächst, dass molekularer Wasserstoff die allergischen asthmatischen morphologischen Veränderungen durch Inhalation verbessern kann.

Die durch Th2-orientierte Zytokine vermittelte chronische Atemwegsentzündung war das wichtigste Merkmal bei allergischem Asthma. Die Verletzung durch oxidativen Stress beinhaltet die Einleitung und das Fortschreiten von Entzündungskaskaden, die folglich die Spiegel von entzündlichen Zytokinen erhöhen. Die Hemmung der Entzündung könnte einen Vorteil für den Schutz von Asthma bieten. In unserer Studie stellten wir fest, dass das Einatmen von Wasserstoffgas den Grad der pathologischen Entzündung und den Schleimgehalt im Lungengewebe signifikant verringerte. Währenddessen verringerte die Wasserstoffgasinhalation den Spiegel der typischen Zytokine IL-4 und IL-13 vom Th2-Typ in BALF und / oder im Serum; Diese Zytokine sind die beiden Hauptmediatoren, die für die Rekrutierung von Eosinophilen, die Abnahme der Atemwegsfunktion und die Schleimhypersekretion verantwortlich sind. Die Hemmung dieser Zytokine könnte verwendet werden, um teilweise die gleichzeitige Abnahme des Atemwegswiderstands und die pathophysiologische Ansammlung entzündlicher Zellen in Lungengewebe und BALF zu erklären. Chemokine wurden auch mit asthmatischer Pathogenese in Verbindung gebracht. Die Erhöhung des TNF-α war mit einem erhöhten Atemwegswiderstand, der Rekrutierung von Neutrophilen, Eosinophilen und Monozyten und sogar mit einer Umgestaltung der Atemwege verbunden. Es wurde festgestellt, dass Maus-CXCL15, ein von IL-8 beim Menschen dargestelltes Chemokin, Neutrophile in entzündliche Bereiche rekrutiert. Das Einatmen von Wasserstoffgas könnte auch eine hemmende Wirkung auf TNF-α und CXCL15 haben, was darauf hindeutet, dass diese Methode potenzielle Auswirkungen auf die Infiltration von Neutrophilen haben wird. Die Erhöhung des TNF-α war mit einem erhöhten Atemwegswiderstand, der Rekrutierung von Neutrophilen, Eosinophilen und Monozyten und sogar mit einer Umgestaltung der Atemwege verbunden. Es wurde festgestellt, dass Maus-CXCL15, ein von IL-8 beim Menschen dargestelltes Chemokin, Neutrophile in entzündliche Bereiche rekrutiert. Das Einatmen von Wasserstoffgas könnte auch eine hemmende Wirkung auf TNF-α und CXCL15 haben, was darauf hindeutet, dass diese Methode potenzielle Auswirkungen auf die Infiltration von Neutrophilen haben wird. Die Erhöhung des TNF-α war mit einem erhöhten Atemwegswiderstand, der Rekrutierung von Neutrophilen, Eosinophilen und Monozyten und sogar mit einer Umgestaltung der Atemwege verbunden. Es wurde festgestellt, dass Maus-CXCL15, ein von IL-8 beim Menschen dargestelltes Chemokin, Neutrophile in entzündliche Bereiche rekrutiert. Das Einatmen von Wasserstoffgas könnte auch eine hemmende Wirkung auf TNF-α und CXCL15 haben, was darauf hindeutet, dass diese Methode potenzielle Auswirkungen auf die Infiltration von Neutrophilen haben wird.

Das Ungleichgewicht zwischen übermäßiger Produktion von oxidativem Stress und antioxidativer Kapazität führte zu oxidativ bedingten Verletzungen. MDA ist ein wichtiger Indikator für Lipidperoxidation und oxidative Bedingungen. In dem Modell der allergischen asthmatischen Maus zeigte ein erhöhter MDA eine teilweise Abnahme nach Inhalation von Wasserstoffgas. Yu et al. stellten fest, dass wasserstoffreiche Kochsalzlösung die MDA- und SOD-Werte im Serum in einem Tiermodell mit allergischer Rhinitis [  ] verbesserte, das mit der Unterdrückung von Eotaxin in Zusammenhang steht, und bestätigte weiterhin, dass molekularer Wasserstoff schützende Wirkungen auf allergische Erkrankungen hat. MPO, ein Hämoprotein, das während der Aktivierung von Neutrophilen ausgeschieden wird [  ], soll die Produktion von MDA stimulieren und an der Entzündung der neutrophilen Atemwege bei Asthma beteiligt sein [ ]. Die gleichzeitige Abnahme von MDA und MPO kann auf die Wechselwirkung zwischen diesen beiden Substanzen hindeuten.

Studien hatten die unterdrückte Aktivität der wichtigsten antioxidativen Enzyme, einschließlich Katalase, Superoxiddismutase und Glutathionperoxidase, bei Patienten mit Asthma bronchiale gezeigt [  ,  ]. Ahmad et al. zeigten auch, dass die antioxidativen Enzyme (SOD und CAT) bei asthmatischen Patienten in niedrigeren Konzentrationen gefunden werden [  ]. In Tiermodellen stützte die verminderte Aktivität von SOD und CAT in der Lunge von Tieren, denen OVA injiziert und inhaliert wurde, die Hypothese, dass Asthma mit der Verringerung der antioxidativen Kapazität zusammenhängt [ ]. Diese Studie ergab, dass Wasserstoffgas die Abnahme der SOD in der Lunge asthmatischer Mäuse umkehren kann. Wasserstoffgas hatte jedoch keinen Einfluss auf die anderen antioxidativen Enzyme wie CAT, GSH und 8-Hydroxy-2'-desoxyguanosin (8-OHdG), was darauf hindeutet, dass das Einatmen von Wasserstoffgas den oxidativen Stress mit Einschränkungen schützte.

In dieser Studie haben wir auch festgestellt, dass das Einatmen von reinem Wasserstoffgas keinen signifikanten Einfluss auf die Lungenfunktion, Entzündungsmediatoren und die oxidative Produktion hat, was darauf hindeutet, dass das Einatmen eine sichere Methode für die Anwendung ist. Inhalation ist eine bequeme Methode für die klinische Anwendung, ohne anormalen Geruch und ohne nennenswerte Nebenwirkungen.

Es gibt einige Einschränkungen unserer Studie. Wir haben die genaue Untergrenze des Raumvolumens für die sichere Verwendung der Mischgasinhalation nicht festgelegt. Der molekulare Mechanismus, der dem Schutz zugrunde liegt, muss weiter untersucht werden.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir gezeigt, dass das Einatmen von Wasserstoffgas bei einem asthmatischen Mausmodell eine Rolle bei der Abschwächung von Atemwegsentzündungen und der Verbesserung der Lungenfunktion spielen kann. Dieser Schutz kann mit der Korrektur des oxidativen / antioxidativen Ungleichgewichts und der Unterdrückung von Entzündungsmediatoren verbunden sein. Das Ergebnis bestätigte die biologischen Wirkungen von Wasserstoff und schlug eine neue und vielversprechende Methode zur Behandlung dieser häufigen chronischen Atemwegserkrankung vor. Weitere klinische Studien sind erforderlich, um die klinische Sicherheit und die Schutzwirkung von Wasserstoffgas am Krankenbett zu belegen.

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Die Studien sind entnommen  aus :

www.molecularhydrogenfoundation.org, Molecular Hydrogen Foundation, USA, Tyler Le Baron

 

http://www.eimht.eu/ European Institut for Molecular Hydrogen Therapy

  

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ US National Library of MedicineNational Institutes of Health

 

http://www.molecularhydrogenstudies.com und öffentlichen wissenschaftlichen Medien, medical gas Research,Plus.org, science direkt u.a.  Wir danken der molecular Hydrogen foundation für die freundliche Genehmigung, Artikel und wissenschaftliche Grundlagen veröffentlichen zu dürfen, als auch anderen Instituten .