Rheuma

Der Konsum von Wasser mit einer hohen Konzentration an molekularem Wasserstoff reduziert oxidativen Stress und Krankheitsaktivität bei Patienten mit rheumatoider Arthritis

Toru Ishibashi , ¹ Bunpei Sato , ² Mariko Rikitake , ¹ Tomoki Seo , ² Ryosuke Kurokawa , ² Yuichi Hara , ¹ Yuji Naritomi , ¹ Hiroshi Hara , ¹ und Tetsuhiko Nagao ³

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Methoden

Zwanzig Patienten mit rheumatoider Arthritis (RA) tranken 4 Wochen lang täglich 530 ml Wasser mit 4 bis 5 ppm molekularem Wasserstoff (Wasser mit hohem H2-Gehalt _{) .} Nach einer vierwöchigen Auswaschphase tranken die Patienten weitere vier Wochen lang das Wasser mit hohem H2 _{- Gehalt.} Am Ende jedes 4-Wochen-Zeitraums wurden die Konzentration von 8-Hydroxydesoxyguanin (8-OHdG) im Urin und die Krankheitsaktivität (DAS28, unter Verwendung der C-reaktiven Protein-Werte [CRP]) geschätzt.

Ergebnisse:

Das Trinken von Wasser mit hohem H2 _{- Gehalt scheint die H2} -Konzentration in vivo stärker zu erhöhen als die von mit H2 _{gesättigtem Wasser (1,6 ppm).} Das 8-OHdG im Urin wurde im Durchschnitt signifikant um 14,3 % (p < 0,01) reduziert. Auch DAS28 sank im gleichen Zeitraum von 3,83 auf 3,02 (p < 0,01). Nach der Auswaschphase sanken sowohl das 8-OHdG im Urin als auch der mittlere DAS28 im Vergleich zum Ende der Trinkphase. Während der zweiten Trinkperiode verringerte sich der mittlere DAS28 von 2,83 auf 2,26 (p < 0,01). 8-OHdG im Urin wurde nicht weiter reduziert, sondern blieb unter dem Ausgangswert. Alle 5 Patienten mit RA im Frühstadium (Dauer < 12 Monate), die keine Antikörper gegen zyklische citrullinierte Peptide (ACPAs) zeigten, erreichten eine Remission und 4 von ihnen waren am Ende der Studie beschwerdefrei.

Schlussfolgerung

Die Ergebnisse legen nahe, dass der Hydroxylradikalfänger H ₂ den oxidativen Stress bei Patienten mit dieser Erkrankung wirksam reduziert. Die Symptome der RA wurden durch Wasser mit hohem H2-Gehalt deutlich _verbessert .

Schlüsselwörter: Arthritis, Rheuma; Oxidativen Stress; Reaktive Sauerstoffspezies; Molekularer Wasserstoff; 8-Hydroxyguanin; Hydroxylradikal: DNA-Reparatur; Fehlerprotein

Einführung

Rheumatoide Arthritis (RA) ist eine chronisch entzündliche Erkrankung, von der etwa 1 % der Bevölkerung betroffen ist. Sie ist durch eine irreversible Gelenkerkrankung gekennzeichnet, die mit der Zerstörung von Knochen und Knorpel einhergeht. Darüber hinaus schädigt die mit RA einhergehende chronische Entzündung häufig die Haut, das Unterhautgewebe sowie die Lunge und das Herz-Kreislauf-System, einschließlich der Pleura und des Perikards, wodurch die Lebensqualität und die Überlebenszeit beeinträchtigt werden [1 ] . Obwohl die Ätiologie unbekannt ist, ist RA sicherlich mit Autoimmunerkrankungen verbunden und ihre Pathogenese wurde gut untersucht [ 2] .]. Autoreaktive T-Zellen, die das Synovialgewebe infiltrieren, fördern die Immunantwort und führen zu einer Überproduktion entzündungsfördernder Zytokine wie TNF-α und IL6. Daher basierte die frühe Therapie auf einer aggressiven biologischen Modifikation der Krankheit durch Kontrolle der synovialen T-Zellen und/oder Unterdrückung der an der Krankheit beteiligten Zytokinspiegel.

Neben den gegenwärtigen immunogenen Zielen sind reaktive Sauerstoffspezies (ROS) von erheblichem Interesse. ROS entsteht spontan als Nebenprodukt während des Elektronentransfers bei der oxidativen Phosphorylierung [ 3 , 4 ]. Sie werden auch aktiv von der NADPH-Oxidase produziert, die eine wichtige Rolle im Immunsystem spielt [ 5 , 6 ]. Zu den ROS gehören Superoxide, Peroxide, Hydroxylradikale und reaktive Stickstoffspezies. Sie oxidieren durch die ungepaarten freien Radikale verschiedene zelluläre und extrazelluläre Komponenten, darunter Nukleotide, DNA, Proteine, Polysaccharide und Lipide. Die zahlreichen Produkte, die offenbar durch ROS erzeugt werden, wurden in klinischen Proben identifiziert, darunter peripheres Blut und Gelenkflüssigkeit von Patienten mit RA [ 7] .- 9 ]. Unter ihnen ist 8-Hydroxyguanin (8-OHdG) wichtig, das durch Oxidation von Guaninbasen in der DNA und auch in den Nukleotidpools entsteht [ 10 - 12 ]. 8-OHdG ist ein Standard-Biomarker für oxidativen Stress. Zahlreiche Studien haben berichtet, dass sich 8-OHdG bei Krankheiten anreichert, die mit oxidativem Stress zusammenhängen, wie z. B. Krebs, Diabetes mellitus, Alzheimer-Krankheit, Bluthochdruck, chronische Nierenerkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, metabolisches Syndrom und Autoimmunerkrankungen [ 13–18 ] . Bei RA wurde über erhöhte 8-OHdG-Spiegel berichtet [ 16 ].

Hydroxylradikale sind aufgrund der schädlichen Auswirkungen ihrer schnellen und wahllosen Reaktivität die giftigsten ROS. Es wurde gezeigt, dass molekularer Wasserstoff (H ₂ ) das Hydroxylradikal in kultivierten Zellen und lebenden Organismen eliminiert [ 19 , 20 ]. H ₂ hat keinen Einfluss auf die anderen ROS, einschließlich Superoxid, Peroxid und Stickoxid; Diese ROS spielen eine wichtige Rolle im Abwehrsystem oder bei der Signalübertragung [ 19 ]. Beim Menschen wurde die Sicherheit von H ₂ getestet, insbesondere im Bereich des Tieftauchens; _{Im Gegensatz zu allgemeinen Arzneimitteln, die normalerweise einige schädliche Wirkungen haben, wurde selbst bei hohen H 2} -Konzentrationen keine Zytotoxizität festgestellt [ 21, 22 ]. H ₂ ist ein im menschlichen Körper vorhandenes Edelgas und wird nicht als Arzneimittel eingestuft, es hat sich jedoch gezeigt, dass es therapeutisches Potenzial für akute oder chronische entzündliche Erkrankungen im Zusammenhang mit ROS hat [20 , 23 ] . In Wasser gelöstes H ₂ wurde bereits in der klinischen Behandlung von Diabetes mellitus Typ II [ 24 ] und dem metabolischen Syndrom [ 25 ] eingesetzt.

Derzeit gibt es keine Hinweise darauf, dass H ₂ Patienten mit RA Vorteile bringt. Wir können davon ausgehen, dass H ₂ die konventionelle Therapie ergänzt oder ersetzt, indem es den oxidativen Stress bei RA reduziert, insbesondere wenn bestehende Medikamente nicht ausreichend wirksam sind oder aufgrund schädlicher Nebenwirkungen oder aus finanziellen Gründen abgesetzt werden. H ₂ kann auch für Patienten mit RA im Frühstadium nützlich sein, bei denen die Antikörper gegen zyklische citrullinierte Peptide (ACPAs) unter den Standardwerten liegen. ACPAs sind bei etwa zwei Dritteln der Patienten mit RA positiv und gehen mit einer schnellen Gelenkzerstörung und einer schlechten Prognose einher [ 26 , 27] .]. Hochrisikopatienten werden gezielt frühzeitig mit einer aggressiven immunsuppressiven Therapie behandelt. Wir gingen daher davon aus, dass die Einführung von H ₂ bei ACPA-negativen Patienten mit kürzlich aufgetretener RA dazu beitragen könnte, eine vorübergehende oder nicht aggressive RA auszuschließen.

In der vorliegenden Studie haben wir die Wirkung von Trinkwasser mit einer hohen Wasserstoffkonzentration (Wasser mit hohem H2-Gehalt ₎ als antioxidative Ergänzung gegen das Hydroxylradikal bei Patienten mit RA getestet.

Methoden

Patienten

Es wurden 22 Patienten eingeschlossen, die die Kriterien des American College of Rheumatology für RA von 1987 und 2010 erfüllten. Alle Patienten gaben ihr Einverständnis zur Teilnahme an der Studie und diese Studie wurde von der Ethikkommission des Haradoi-Krankenhauses genehmigt. Zwei der Patienten verließen die Studie im ersten Zeitraum. Ein Patient trank das Wasser im Winter nicht mehr täglich und der andere weigerte sich, alle vier Wochen eine Blutprobe abzugeben. Die verbleibenden 20 Patienten beendeten die Studie und die Daten sind in der Tabelle zusammengefasst  1.

Fünf Patienten mit RA im Frühstadium (Krankheitsdauer < 12 Monate), die in unserem Krankenhaus diagnostiziert wurden, wurden in die Studie einbezogen; vier von ihnen hatten vor der Studie keine Medikamente erhalten. Patienten mit einer Krankheitsdauer > 12 Monate wurden krankheitsmodifizierende Antirheumatika (DMARDs) und/oder biologische Arzneimittel verabreicht. Zwölf Patienten wurden mit Methotrexat (MTX), zwei mit Abatacept (500 mg/4 Wochen) und ein Patient mit beiden Medikamenten behandelt. Eine Patientin erhielt keine DMARDs, da sie über mehr als zwei Jahre hinweg nur an einem Gelenk eine Schwellung und gelegentlich auch an einem anderen Gelenk eine Schwellung aufwies. Zwei Patienten hatten die Therapie mit MTX oder biologischen Arzneimitteln wegen schädlicher Nebenwirkungen abgebrochen. Keiner der 20 Patienten war mit Steroidhormonen behandelt worden. Neben MTX und Abatacept

Das klinische Ansprechen wurde anhand von Veränderungen im Krankheitsaktivitätswert in 28 Gelenken anhand der C-reaktiven Proteinwerte (DAS28) gemessen. Die Remission (DAS28 < 2,3) und die Abnahme des DAS28 wurden gemäß den Antwortkriterien der European League against Rheumatism (EULAR) als gut, mäßig oder als Nicht-Ansprechen bewertet. Der DAS28 wurde zu Studienbeginn, nach 4 Wochen Trinken von Wasser mit hohem H2-Gehalt _, 8 Wochen nach der Auswaschphase und 12 Wochen nach weiteren 4 Wochen Trinken des Wassers bewertet.

Studiendesign

Die Studie begann im August 2011, dauerte 12 Wochen und beinhaltete eine Auswaschphase. Die Patienten tranken 4 Wochen lang täglich Wasser mit einer hohen Wasserstoffkonzentration (4 bis 5 ppm H ₂ -Wasser), gefolgt von einer Auswaschphase von 4 Wochen. Anschließend tranken sie das Wasser mit hohem H2 _-Gehalt erneut für weitere 4 Wochen. Während der 4-wöchigen Trinkperiode tranken sie täglich 530 ml des Wassers innerhalb einer Stunde. Die Patienten selbst lösten das H ₂ täglich kurz vor dem Trinken in 530 ml Wasser auf. Sie wurden gebeten, es so schnell wie möglich zu trinken, spätestens jedoch eine Stunde nach dem Öffnen der Flasche. Während der Auswaschphase tranken die Patienten kein Wasser ohne H ₂ .

Vorbereitung des Wassers mit H2

Wasserstoffgas wurde in einem Acrylharzrohr in einer PET-Flasche erzeugt, um ein kohlensäurehaltiges Getränk mit 530 ml Wasser bereitzustellen. Die Menge von 530 ml füllt die gesamte PET-Flasche ohne Platz für Luft, wodurch die höchste Konzentration an H ₂ vorhanden ist. Das Material zur Erzeugung von molekularem Wasserstoff wurde durch Mischen von 75 Gewichtsprozent metallischen Aluminiumkörnern und 25 Gewichtsprozent Calciumhydroxid hergestellt; 0,5 g des Materials wurden in einem Vliesstoff eingeschlossen und heißversiegelt. Nach dem Einsetzen in ein Acrylharzröhrchen und der Zugabe von 0,5 ml Wasser wurde eine Kappe mit Rückschlagventil fest verschlossen. Dadurch sollte verhindert werden, dass Trinkwasser in das Rohr eindringt, während das Gas durch das Rohr dringen kann. Bei Raumtemperatur beginnt das Material innerhalb von etwa 5 Minuten eine Reaktion im nassen Stoff. Die Reaktion ist wie folgt:

2Al + Ca(OH) ₂ + 2 H ₂ O  → Ca(AlO ₂ ) ₂ + 3 H ₂

(1)

Das erzeugte H ₂ -Gas wird durch das am Acrylharzrohr angebrachte Rückschlagventil in das Wasser in der PET-Flasche abgegeben. Während der Verfahren kommt die chemische Verbindung sowie das Reaktionswasser daher nicht mit dem Trinkwasser in Kontakt. Während der Reaktion senkt das Wasserstoffgas die Wasseroberfläche in der stehenden Flasche, die durch den zunehmenden Druck in ihr nach und nach aushärtet. Nachdem die Reaktion beendet ist, wird das Wasserstoffgas durch etwa 30 s langes Schütteln der Flasche durch Dekantieren gelöst. Die Konzentration von Wasserstoffgas im Wasser wurde gemäß einer zuvor beschriebenen Methode gemessen [ 28 ] und mit dem Gerät Modell DHD1-1 (DKK-TOA Corporation, Tokio, Japan) überprüft. Der H ₂Gesättigtes (ca. 1,6 ppm) Wasser wurde mithilfe der AQUELA BLUE-Instrumentenelektrolyse (MiZ Company und ecomo International Co., Ltd) hergestellt [ 29 ]. Das in der Atemluft von drei unabhängigen Freiwilligen ausgeatmete H ₂ wurde mit BAS200 (Mitleben R&D Associates) gemessen.

Messungen von 8-Hydroxydesoxyguanin (8-OHdG) im Urin und Serum-ACPA

Zur Identifizierung signifikanter Unterschiede wurde eine einfaktorielle Varianzanalyse mit wiederholten Messungen (ANOVA) verwendet. Bei der ANOVA mit wiederholten Messungen wurde die Sphärizitätsannahme immer verletzt. Um diesen Verstoß zu berücksichtigen, wurden die Freiheitsgrade mithilfe der Greenhouse-Geisser-Korrektur angepasst. Als Post-hoc-Test wurde der Mehrfachvergleich von Bonferroni verwendet. Alle Datenanalysen wurden mit SPSS Statistics 20 durchgeführt.

Ergebnisse

Wie in der Abbildung gezeigt  1a, die H ₂ -Konzentration im Trinkwasser überstieg 5 ppm (5,40 ± 0,12 mg/L) und blieb eine Stunde nach dem Öffnen des Verschlusses über 4 ppm (4,22 ± 0,15 mg/L). Demnach lag die Wasserstoffmenge in der Flasche zwischen 2,1 mg und 2,7 mg. Wie in der Abbildung gezeigt  1b: Die Konzentration des ausgeatmeten H ₂ in der Atemluft vor dem Trinken des mit H ₂ gesättigten Wassers und des Wassers mit hohem H ₂ -Gehalt betrug 15,7 ± 2,5 ppm bzw. 14,0 ± 4,0 ppm. Diese Konzentrationen in der Grundlinie liegen nahe an den zuvor gemeldeten Daten [ 31 ]. In 5 Minuten betrug die Spitzenkonzentration 102,7 ± 34,0 ppm bzw. 278,3 ± 37,5 ppm. Der Wert nahm innerhalb von 60 Minuten allmählich ab und erreichte nahezu den Ausgangswert von 14,0 ± 1,0 ppm bzw. 15,3 ± 2,1 ppm. Das Trinken von Wasser mit hohem H2 _- Gehalt erhöht die H2-Konzentration _in vivo stärker als das herkömmliche, mit H2gesättigte Wasser

Diskusssion

Viele Studien haben gezeigt, dass ROS eine bemerkenswerte Rolle bei der Pathogenese der RA spielen und daher zu therapeutischen Zielen bei dieser Erkrankung geworden sind. Von der ROS-Scavenger-Superoxiddismutase (SOD) wurde eine klinische Wirksamkeit erwartet, und zunächst wurde Rinder-SOD in die Gelenke von Patienten mit RA injiziert [ 32 ]. In Bezug auf das exogene SOD-Protein wurden die Ergebnisse klinischer Studien jedoch nicht reproduziert. SOD-Simulatoren, die in Tiermodellen für Arthritis nachweislich erhebliche entzündungshemmende Wirkungen haben, werden noch untersucht [ 33 , 34 ]. Edaravon, das für die Behandlung von akutem ischämischem Schlaganfall zugelassen ist, ist ein weiterer ROS-Fänger [ 35]. Ein klinischer Bericht beschreibt die Behandlung eines Patienten mit RA und ischämischem Schlaganfall mit Edaravon und wirft die Möglichkeit weiterer klinischer Studien auf [ 36 ], aber die Ergebnisse belegen nicht, ob ROS-Scavenger die Krankheitsaktivität bei Patienten mit RA wirksam reduzieren. Es fehlen auch direkte Beweise dafür, ob ROS die Autoimmunreaktion auslösen oder chronische Entzündungen bei RA reduzieren.

Molekularer Wasserstoff zeichnet sich aufgrund seiner Selektivität für das Hydroxylradikal und seiner Permeabilität als Antioxidans aus [ 19 ]. Seine physikalischen Eigenschaften ermöglichen es ihm, durch die Zellmembranen zu diffundieren und den Körper schnell zu verlassen. Aufgrund dieser Eigenschaften von H ₂ erwarteten wir eine Verringerung der ROS bei RA-Patienten mit einer besseren Wirksamkeit. In unserer Studie hatten Patienten, die Wasser mit hohem H2-Gehalt tranken, _eine deutliche Verringerung der Krankheitsaktivität und einen signifikanten Rückgang des 8-OHdG im Urin.

Es wurde gezeigt, dass molekularer Wasserstoff Entzündungen lindert, indem er TNF-α herunterreguliert [ 20 , 37 ]. Es ist bekannt, dass ROS einschließlich Hydroxylradikale als sekundäre Botenstoffe für die Produktion von TNF-α fungieren [ 38 , 39 ]. Es besteht die Möglichkeit, dass die entzündungshemmenden Eigenschaften von H ₂ auf der Hemmung des TNF-α-Signalwegs beruhen. Es wurde berichtet, dass wasserstoffreiche Kochsalzlösung die Bildung von Neointima verhinderte, indem sie die NF-kB- und TNF-α-Kaskade unterdrückte, die an den redoxempfindlichen Mechanismen im Immunsystem beteiligt ist [40] .]. Die hier vorgestellte Verringerung von 8-OHdG und der Krankheitsaktivität bei RA-Patienten könnte das Ergebnis einer Herunterregulierung des TNF-α-Signalwegs durch das Abfangen von Hydroxylradikalen sein, die vor der Entzündungskaskade auftreten.

Es ist zu beachten, dass der Einfluss von H ₂ auf die Krankheitsaktivitäten und den oxidativen Stress auch während der Auswaschphase anhielt. Diese anhaltende entzündungshemmende Wirkung von H ₂ wird sowohl bei ACPA-negativen als auch bei ACPA-positiven Patienten beobachtet, die mit immunsuppressiven Medikamenten behandelt wurden. Der Marker für oxidativen Stress, 8-Hydroxyguanin, ist stark mutagen, da es sowohl mit Adenin als auch mit Cytosin paart. Diese Eigenschaften führen zu einer teilweisen phänotypischen Unterdrückung während der Transkription sowie zu Transversionsmutationen während der DNA-Replikation [ 41 ]. Es ist daher wahrscheinlich, dass die durch die veränderte genetische Information entstehenden Fehlerproteine ​​als Fremdmoleküle identifiziert werden und als Neo-Epitope eine Rolle spielen [ 42, 43 ]. Sie würden dann das Immunsystem weiter aktivieren. Die anhaltenden Wirkungen von H ₂ während der Auswaschphase könnten die Abnahme eines solchen Neo-Epitops widerspiegeln. Andererseits gab es während der Auswaschphase keinen signifikanten Rückgang von DAS28. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass die Pathogenese der RA am Ende der ersten Trinkperiode nicht vollständig verschwunden ist. Für weitere Studien ist es notwendig, den Übergang entzündungsfördernder Zytokine, einschließlich TNF-α, sowohl während der Trinkphase als auch während der Auswaschphase zu untersuchen.

Die Prognose der RA hat sich in diesem Jahrzehnt verbessert, und es wurde ein sogenannter Paradigmenwechsel durch die frühzeitige aggressive Therapie zur biologischen Modifizierung der Krankheit erreicht [ 44 , 45 ]. Eine Remission ist nicht schwer zu erreichen; Es ist jedoch schwierig, die Rolle von Medikamenten bei der Remission zu bestimmen [ 2]. Es ist schwierig zu bestimmen, in welchem ​​Stadium Patienten die Medikation absetzen können, ohne dass die Entzündung erneut auftritt, und häufig ist eine anhaltende Medikation erforderlich. Die meisten dieser Probleme werden auf die intensiven immunsuppressiven Verfahren zurückgeführt, und die beteiligten Epitope sind noch unbekannt. Patienten mit rheumatoider Arthritis werden entsprechend ihrer Prognose in Gruppen mit fortschreitender rheumatoider Arthritis eingeteilt, die eine frühe aggressive krankheitsmodifizierende biologische Therapie erfordern, und in solche mit vorübergehender rheumatoider Arthritis, die eine spontane Remission zeigen kann. Im Frühstadium ist es schwierig, eine vorübergehende von einer progressiven RA zu unterscheiden [ 46 ].

Obwohl ACPAs für die Diagnose von RA nützlich waren, sind sie bei früher RA weniger empfindlich (48 %) [ 26 ]. In der vorliegenden Studie erreichten die 5 Patienten mit früh einsetzender und ACPA-negativer RA nach dem Trinken von Wasser mit hohem H2-Gehalt alle eine _Remission ; möglicherweise hatten einige von ihnen eine vorübergehende RA.

Insgesamt erreichten 47,4 % der Patienten (9/19) eine Remission, mit Ausnahme eines Patienten, der sich bei der Basisuntersuchung in Remission befand. Obwohl die hier vorgestellte Wirksamkeit von H ₂ nicht schlechter ist als die in kürzlich veröffentlichten Studien zu Tocilizumab [ 47 ], Adalimumab plus MTX [ 48 ] oder MTX-Monotherapie [ 49 ] , ist die Studie hier nicht kontrolliert, in kleinerem Maßstab und auch , der Hintergrund des Patienten und der Zeitraum der Medikation variierten. Die Wirksamkeit von Wasser mit hohem H2 _- Gehalt bei RA-Patienten sollte in einer weiteren placebokontrollierten Studie sorgfältig abgeschätzt werden. Das hohe H ₂Mit einem neuartigen Hochdruckverfahren wurde Wasser in einer Flasche hergestellt. Da molekularer Wasserstoff ein sehr kleines Molekül ist und mit der Zeit auch durch die Wand von PET-Flaschen leicht verloren geht, mussten die Patienten ihn täglich selbst herstellen. Außerdem ist H ₂ ein Inertgas ohne Geschmack und Geruch. Es war schwierig, Placebo-Kontrollen mit einem anderen Inertgas und einem ähnlichen Präparat einzurichten. Es ist jedoch wichtig, Placebo-Kontrollen in zukünftige Studien einzubeziehen.

Wir schlagen vor, dass Wasser mit hohem H2 _-Gehalt als Ergänzung zur konventionellen RA-Therapie nützlich sein kann, indem es oxidativen Stress reduziert, insbesondere im Frühstadium und bei ACPA-negativer RA, um Diagnose- und Behandlungsentscheidungen zu unterstützen. Weitere Studien sind erforderlich, um diese Theorie zu bestätigen. Allerdings ist Wasser mit hohem H2 _- Gehalt frei verfügbar, und seine Vorteile konnten auch spontan durch die Beobachtung der Krankheitsraten bei Menschen nachgewiesen werden, die es regelmäßig trinken.

Die ganze Studie  mit Zeichnung und Tabellen können Sie hier downloaden