Einleitung: Die Rolle des molekularen Wasserstoffs
In der biomedizinischen Forschung rückt molekularer Wasserstoff als vielversprechende Zusatzstrategie in den Vordergrund, besonders im Kontext von COVID-19 und dessen Langzeitfolgen, bekannt als Long-COVID. Die therapeutischen Eigenschaften von Wasserstoffgas, einschließlich seiner entzündungshemmenden und antioxidativen Wirkung, bieten neue Perspektiven in der Behandlung verschiedener Krankheiten, darunter Tumore, Sepsis und Organverletzungen. Speziell bei COVID-19 könnte Wasserstoff die schweren Lungensymptome lindern, indem er entzündliche Zellen und Faktoren hemmt.
Wissenschaftliche Erkenntnisse
Studien belegen die Wirksamkeit von Wasserstoff bei der Verringerung von Entzündungen und oxidativem Stress. In einer multizentrischen, offenen klinischen Studie führte die Inhalation von Wasserstoff/Sauerstoff-Mischgas zu einer signifikanten Verbesserung der Krankheitsschwere und Atemnot bei COVID-19-Patienten (Guan WJ, Wei CH, Chen AL, J Thorac Dis, 2020). Diese Ergebnisse unterstreichen das therapeutische Potenzial von Wasserstoff in der akuten Behandlungsphase von COVID-19.
Studie 1: Neutrophile
Neutrophile spielen als frühe Verteidigungslinie der angeborenen Immunität eine entscheidende Rolle im Schutz gegen bakterielle und Pilzinfektionen, indem sie Eindringlinge durch Phagozytose und die Bildung extrazellulärer Fallen eliminieren.
Bei Patienten mit COVID-19 führt eine verstärkte Ansammlung von Neutrophilen in den Lungenkapillaren und Alveolen zu einer Lungenschädigung, die mit der Krankheitsentwicklung einhergeht. Diese Anhäufung von Neutrophilen trägt zu einer verstärkten entzündlichen Reaktion im Lungengewebe bei und ist oft mit einer ungünstigen Prognose verbunden.
Forschungsergebnisse zeigen, dass die Anwendung von molekularem Wasserstoffgas die Anzahl der Neutrophilen im Lungengewebe reduzieren kann, was die entzündlichen Lungenschäden bei Erkrankungen mindert. Die Inhalation von Wasserstoff führt zu einer signifikanten Verbesserung der durch entzündliche Zellinfiltration verursachten strukturellen Schäden in den Lungen, indem sie die Präsenz von Neutrophilen im Lungeninterstitium und in den Alveolen verringert, was letztlich die Überlebensraten verbessert. Dies unterstreicht die potenzielle Schutzwirkung von Wasserstoffgas bei der Reduzierung von oxidativem Stress und der Freisetzung des Hochmobilitätsgruppenprotein B1 (HMGB1), wie in der Studie von Xie K, Yu Y, Pei Y über die Wirkung auf polymikrobielle Sepsis bei Mäusen dargestellt.
Studie 2: Makrophagen
Makrophagen spielen eine zentrale Rolle bei Entzündungsreaktionen, indem sie geschädigte Zellen und Pathogene phagozytieren und durch die Freisetzung von Chemokinen, Leukotrienen und Prostaglandinen weitere Entzündungszellen anziehen.
Bei COVID-19-Patienten ist eine verstärkte Aktivierung von Makrophagen zu beobachten, die zu einem erhöhten proinflammatorischen Milieu führt. Die Reduzierung der überaktiven Makrophagenreaktion könnte daher eine effektive Methode sein, um entzündliche Schäden zu verringern. Forschungsergebnisse zeigen, dass die Zugabe von Wasserstoff zu Umgebungen mit hoher Makrophagendichte den Gehalt an entzündungsfördernden Faktoren wie TNF-alpha senkt, während gleichzeitig entzündungshemmende Faktoren wie IL-10 zunehmen. Diese Ergebnisse untermauern die entzündungshemmende Kapazität von molekularem Wasserstoff, insbesondere die Rolle von Hämoxygenase-1 bei der Vermittlung dieser Wirkung in LPS-stimulierten RAW 264.7-Makrophagen, wie von Chen HG, Xie KL, Han HZ festgestellt.
Studie 3: Zytokine
Zytokine sind essentiell für die Steuerung entzündlicher Prozesse, da sie durch Bindung an spezifische Rezeptoren ihrer Zielzellen wirken. Die vorliegenden Daten zu COVID-19 zeigen überzeugend, dass ein massiver Anstieg der Zytokine, bekannt als „Zytokinsturm“, zentral für die Krankheitsentwicklung ist.
In zahlreichen klinischen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass Wasserstoff die Konzentration von TNF-alpha, einem Schlüsselentzündungsfaktor, reduziert. Dadurch wird die Intensität des Zytokinsturms und somit die Entzündungsreaktion im Körper abgeschwächt. Eine bedeutende Studie von Guan WJ, Wei CH, Chen AL hat gezeigt, dass die Inhalation eines Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches die Symptome und die Atembeschwerden von COVID-19-Patienten signifikant verbessern kann.
Reaktive Sauerstoffspezies und oxidativer Stress
Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) umfassen Moleküle wie Wasserstoffperoxid, die durch die unvollständige Reduktion von Sauerstoff entstehen. Diese Moleküle können molekulare Schäden verursachen, ein Zustand, der als oxidativer Stress bekannt ist.
Ein Übermaß an ROS hat das Potenzial, DNA und Proteine direkt oder indirekt zu schädigen und kann Genmutationen hervorrufen, die häufig mit der Entwicklung verschiedener Krankheiten assoziiert werden. Aufgrund ihrer zytotoxischen Eigenschaften spielen ROS eine Schlüsselrolle bei der Schädigung von Zellen.
