МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВОДОРОД В СПОРТИВНОЙ МЕДИЦИНЕ: НОВЫЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ
С.М.Остоич, Центр здоровья, тренинга и спортивной науки, Лаборатория физиологии тренинга, Белград, Сербия
За последние два десятилетия молекулярный водород возник и укрепился в качестве новейшего терапевтического средства, обладающего антиоксидантными, противовоспалительными и антиапоптотическими свойствами, что было продемонстрировано множеством модельных заболеваний животных и исследований на пациентах. Благотворные воздействия молекулярного водорода в клинических условиях особенно заметны на заболеваниях, спровоцированных стрессовыми ситуациями, таких как сахарный диабет 2 типа, инфаркт ствола головного мозга, ревматоидный артрит или нейродегенеративные заболевания. В значительном количестве более поздних исследований определено, что молекулярный водород влияет на передачу сигналов в клетках и действует как подщелачивающее средство. Эти новые выявленные механизмы воздействия обладают потенциалом еще большего расширения его применения в клинической медицине.
В частности, водородная терапия может оказаться специфическим и эффективным инновационным средством воздействия на оксидативный стресс, вызванный большими физическими нагрузками, и спортивные травмы, имея потенциал повышения эффективности тренировок. Нижеследующий обзор подведет итоги результатов последних исследований, связанных с клиническими аспектами использования молекулярного водорода, с упором на его применение в области спортивной медицины.
Достаточно давно известно, что молекулярный водород проявляет сильное химическое сродство к свободным окисляющим радикалам, таким как гидроксил-радикал. Озава и коллеги продемонстрировали, что Н2 может быть использован как эффективный антиоксидант в культивированных человеческих клетках. В связи со своей способностью быстро диффундировать через мембраны, он может внутри клеток добираться до цитотоксичных активных кислородных частиц (АКЧ) и реагировать с ними, защищая таким образом клетки от окислительного повреждения. Более того, водород способен выборочно нейтрализовать именно гидроксил-радикал – наиболее цитотоксичный из всех АКЧ, не затрагивая другие АКЧ (перекись водорода, оксид азота), важные для физиологии клеток и гомеостаза.
Это обстоятельство подчеркивает важность водорода как тонкого инструмента нейтрализации АКЧ, способного выбирать между вредоносными и полезными активными кислородными частицами. Проявляя свою антиоксидантную силу, молекулярный водород также способен продемонстрировать противовоспалительные, противоапоптозные и противоаллергические свойства. Еще одна биологическая роль эндогенного (внутреннего) молекулярного водорода в человеческом организме была недавно открыта. Определено, что Н2 по всем свидетельствам является четвертой сигнальной газовой молекулой в клетке по аналогии с NO, CO и h3S. Как участник передачи сигналов Н2 может регулировать экспрессию генов и фосфорилирование нескольких сигнальных белков, что не случайно ассоциируется с оксидативным стрессом. И, наконец, водород, растворенный в воде или вода, обогащенная водородом, может иметь эффект подщелачивания крови. Эти фундаментальные открытия, определившие водород как важный перспективный газ для медицинского использования. при том, что нам известно о его физиологии, биодоступности и терапевтическом потенциале, способствовали быстрому росту его применения в последнее десятилетие.
В нашем обзоре мы подведем итоги новых открытий в части, касающейся клинических аспектов использования Н2, с упором на область спортивной медицины и науки о физических нагрузках.
ОБЗОР МЕДИЦИНСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОРОДА
В 1994 г. Абрайни с коллегами сообщили о первом использовании водорода на людях для устранения некоторых симптомов гипербарического неврологического синдрома у глубоководных ныряльщиков. С тех пор проявления свойств водорода были широко изучены и задокументированы во множестве экспериментальных модельных заболеваний и реальных болезней пациентов. В тестах на пациентах выраженные эффекты наблюдались особенно в случаях заболеваний, вызванных оксидативным стрессом, включая церебральный инфаркт, карциному печени, хроническое воспаление у пациентов на гемодиализе, воспалительные и митохондриальные миопатии, метаболический синдром, сахарный диабет 2 типа, болезнь Паркинсона, ревматоидный артрит.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОДА В СПОРТИВНОЙ МЕДИЦИНЕ
Предложения по использованию молекулярного водорода в спортивной медицине основаны, прежде всего, на его антиоксидантных свойствах.
В связи с тем, что интенсивные физические нагрузки приводят к перепроизводству активных кислородных частиц и вызываемым свободными радикалами повреждениям тканей (мышечных – прим.перев.), применение такого мощного антиоксиданта как молекулярный водород может снизить оксидативный стресс и провоцируемые АКЧ нарушения (усталость и слабость, микроповреждения тканей, воспаление, тренировочные перегрузки). Кроме того, обогащенная водородом вода имеет высокий (нейтральный или слабощелочной) рН, что оказывает благотворный эффект в случае вызванного большими физическими нагрузками ацидоза, распространенного метаболического нарушения у активно тренирующихся спортсменов. Эти исследования подробно изучаются в данной работе. Плюс к этому, проводится терапевтическое испытание Н2 при спортивных травмах, уже дающее положительные результаты.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВОДОРОД И ОКСИДАТИВНЫЙ СТРЕСС, СВЯЗАННЫЙ С БОЛЬШИМИ ФИЗИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
АКЧ непрерывно производятся в нашем организме, поскольку мы вдыхаем кислород.
Известно, что эти активные молекулы играют двоякую роль – как вредоносные, и как благотворные виды. При нормальных физиологических условиях, АКЧ играют важную роль в передаче сигналов и гомеостазе. Однако, в то же время, вызванное большими физическими нагрузками перепроизводство АКЧ и ослабленные защитные антиоксидантные системы играют важную роль в возникновении сократительной дисфункции скелетных мышц, приводящей к слабости и усталости мускулов. В ходе проводящегося в настоящее время исследования мы продолжаем изучать механизмы, используемые оксидантами, чтобы воздействовать на сократительные свойства скелетных мышц. Одновременно изучаются воздействия, способные защитить мышцы от вызываемых оксидантами дисфункций. Благодаря своему минимальному молекулярному весу Н2 может исключительно быстро диффундировать в ткани и нейтрализовывать токсичные АКЧ, что делает его образцовым кандидатом на роль защитника атлетов, страдающих от вредоносного оксидативного стресса. Аоки с коллегами исследовали на 10 молодых футболистах воздействие Н2 на оксидативный стресс и усталость мышц, вызываемые предельными физическими нагрузками.
Медики провели плацебо контролируемое, двойное-слепое, перекрестное исследование на атлетах, подвергнутых субмаксимальной нагрузке на велотренажере (75% максимального потребления кислорода) и максимальной мышечной нагрузке (100- кратное максимальное, изокинетическое выпрямление ноги в коленном суставе). При этом проводились анализы крови. Атлеты выпивали за предшествующий 24-часовой период по 1500 мл воды, обогащенной водородом, либо обычной воды, т.е. плацебо. Исследователи измеряли 8 физиологических маркеров для оценки мышечной усталости, вызванной оксидативным стрессом вследствие предельной физической нагрузки. Обогащенная водородом вода значительно снижала уровень лактата в крови после нагрузок, примерно, на 1 ммоль/литр по сравнению с плацебо. Предельное усилие для группы плацебо значительно уменьшалось при максимальном изокинетическом выпрямлении коленного сустава, что предполагало мышечную слабость, в то время как предельное усилие в группе водородной воды на ранних стадиях не снижалось.
Авторы пришли к выводу, что употребление обогащенной водородом воды способно предотвращать негативные последствия высоких физических нагрузок. Вместе с тем точный механизм этого воздействия водорода пока не выявлен.
В нашей лаборатории было проведено похожее двойное-слепое, рандомизированное , перекрестное исследование с 18 атлетами. Его целью было выявить, сможет ли употребление в течение 7 дней по 1 литру в день обогащенной водородом воды улучшить антиоксидантный статус и результаты забегов испытуемых. Вода выпивалась за 30 мин. до испытания, во время него (каждые 15 мин.) и после каждой тренировки (до 45 мин. периода отдыха). Водородная вода продемонстрировала благотворный эффект на максимальный уровень воспринимаемой нагрузки и уровень лактата в крови при предельной (8,1 мили в час) скорости бега. Мы пришли к выводу, что обогащенная водородом вода снижает физический стресс при максимальных нагрузках, однако точный механизм этого воздействия пока не удалось выявить, поскольку анализы крови не выявили существенных изменений значимых показателей.
Необходимо проведение новых исследований с большим числом участников, при более длительном и в больших количествах приеме воды. Возможно, также, иное, не только антиоксидантное воздействие водорода.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВОДОРОД ПРИ СПОРТИВНЫХ ТРАВМАХ: НОВЕЙШАЯ КОНЦЕПЦИЯ
Интенсивное и эффективное лечение спортивных травм является решающим фактором, обеспечивающим быстрое восстановление после ранений и возвращение к тренировкам и состязаниям в современном спорте. Дополнительным осложняющим лечение фактором является серьезное повреждение клеток, вызываемое из-за гипоксии тканей и резкого роста образования АКЧ в месте повреждения мягких тканей. Это дополнительное негативное воздействие на ткани часто называется вторичной зоной повреждения в отличие от начального повреждения, вызванного фактическим механизмом ранения. Поскольку водородная терапия является полезной для лечения множества связанных с АКЧ повреждений и патологий, логично рассматривать Н2 в качестве составной части врачебной помощи при спортивных травмах.
В частности, молекулярный водород смягчает оксидативный стресс и уменьшает воспаление у пациентов с ревматоидным артритом и мышечными заболеваниями, а также понижает показатели (индексы) ишемических реперфузионных повреждений у пациентов с острым инфарктом ствола головного мозга. В настоящее время проводится одно активное зарегистрированное клиническое исследование использования Н2 в качестве терапии при спортивных травмах. Исследование включает в себя оценку водорода при оральном и местном применении в течение 2 недель как терапии при травмировании мягких тканей спортсменами. Только что началась вторая фаза клинического испытания с имеющимися предварительными результатами, подтверждающими гипотезу о том, что добавление водорода к традиционному протоколу лечения является эффективным при терапии травм мягких тканей у спортсменов. Этот подход, как мы полагаем, приведет к росту числа клинических исследований обогащенных водородом лекарственных форм в области спортивной медицины.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Молекулярный водород в качестве средства медицинского назначения начал привлекать растущее научное внимание после того, как Озава, Ота и другие сообщили в 2007 г.
о заметном избирательном антиоксидантном эффекте применения Н2 в статье в журнале Nature Medicine . С тех пор свойства водорода были широко изучены на модельных животных и человеческих заболеваниях. Проведенные исследования показали, что водород производит антиоксидантное, антиапоптозное, противовоспалительное и цитопротекторное воздействие, позитивно сказывающееся на состоянии клеток. Как минимум, в результате 12 клинических испытаний на пациентах были продемонстрированы многообещающие терапевтические эффекты молекулярного водорода, в том числе и в области спортивной медицины, определяющие водород как новейшее эргогеническое (повышающее работоспособность) и подщелачивающее средство. Водород, поступающий в организм в виде воды, им обогащенной, повышает мышечную выносливость, снижает усталость и снижает ацидоз, вызываемый предельными нагрузками у спортсменов, однако некоторые из его воздействий, возможно, связаны не с его антиоксидантными свойствами. Многообещающие результаты клинических испытаний по спортивным травмам утверждают использование Н2 в качестве противовоспалительного и лечебного средства.
Однако необходимо проведение дополнительных исследований для определения точного механизма воздействия водорода, нужна подготовка более практичных и применимых терапевтических протоколов, назрела нужда в узаконивании терапевтического потенциала молекулярного водорода в клиническом применении.
Применение пероксида водорода — Справочник химика 21
Этот опыт объясняет применение пероксида водорода для реставрации потемневщих картин, писаных масляными красками (свинцовыми белилами). [c.134]Применение пероксида водорода основано главным образом на его сильном окислительном действии. В медицине он используется как дезинфицирующее и кровоостанавливающее средство, в технике — для отбеливания тканей, соломы, перьев. Разлагая красящие вещества (пигменты), пероксид водорода не разрушает отбеливаемый материал. [c.285]
Применение пероксида водорода связано с его окислительной способностью и с безвредностью продукта его восстановления (Н2О).
Его используют для отбелки тканей и мехов, применяют в медицине (3% ])аствор — дезинфицирующее средство), в пищевой промышленности (при консервировании пищевых продуктов), в сельском хозяйстве для протравливания семян, а также в производстве ряда органических соединений, полимеров, пористых материалов. Как сильный окислитель пероксид водорода используется в ракетной технике. Сплавы молибдена растворяются в кислотах в концентрированной соляной или серной (1 3) при добавлении азотной «кислоты. Удобным способом растворения молибдена и его сплавов с вольфрамом является применение пероксида водорода или насыщенного раствора щавелевой кислоты в присутствии пероксида водорода растворение происходит при умеренном нагревании раствора. [c.168]
Применение. Пероксид водорода применяют в качестве отбеливателя тканей, древесины это действие обусловлено его окислительными свойствами, а преимущество состоит в том, что единственным побочным продуктом является вода.
Применение пероксида водорода в медицине. 3% раствор пероксида водорода применяют как дезинфицирующее средство. При соприкосновении с ферментом каталазой (из крови, гноя, тканей) действует атомарный кислород в момент выделения. Действие Н2О2 кратковременное. Ценность препарата заключается в том, что продукты его разложения безвредны для тканей. [c.187]
Применение. Пероксид водорода применяется для обработки и травления поверхностей металлов, для производства неорганических и органических пероксидов, для получения глицерина HgOH HOH HgOH из акролеина СН2=СН—СНО, для обеззараживания сточных вод, в медицине и косметике (в виде 3% -го раствора). Но основная масса пероксида водорода (в европейских странах до 90%) расходуется в процессах отбеливания естественных и искусственных волокон, ваты, меха, бумажной массы, для осветления мыл, синтеза веществ, входящих в состав стиральных порошков и синтетических моющих средств. В сельском хозяйстве HgOg используют для протравливания семян в пиш евой промышленности — для удаления из некоторых продуктов солей сернистой кислоты (десульфитация) окислением им 80 -ионов в 80 -ионы с последующим связыванием последних в малорастворимый aSOi.
В практике отбеливания тканей известно применение пероксида водорода. Этот отбеливатель может разрушать целлюлозные волокна. Для предотвращения разрушения волокон отбеливание рекомендуется проводить в нейтральной и слабощелочной среде. [c.224]
Пероксиды, кроме отбелки древесной массы, в настоящее время применяют также в ряде промышленных схем отбелки технических целлюлоз. Пероксиды используют главным образом на последних ступенях в сочетании с диоксидом хлора (например, схема X—Щ—Г—П—Д), что приводит к получению целлюлозы с высокой стабильной белизной. В последнее время традиционную стадию щелочения (Щ) стали иногда заменять ступенью обработки пероксидами в щелочной среде (П или П/Щ), объединяющей отбелку и щелочение. Это позволяет увеличить белизну без дополнительной ступени отбелки. Возрастающее применение пероксида водорода приводит к уменьшению расхода хлорсодержащих химикатов и загрязнения сточных вод.
ПРОИЗВОДСТВО и ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА [c.114]
Для редокс-титрования гипобромита используют пероксид водорода в качестве титранта и люцигенин в качестве индикатора [11], причем метод оказался лучшим среди редокс-методов с применением пероксида водорода [12]. Описан редокс-метод косвенного определения гипобромита с использованием ванадия(IV) и железа (II) [13].
В случае применения пероксида водорода массовую долю общей серы 5, %, рассчитывают по формуле [c.185]
Снижение количества отходов за счет усовершенствования существующей технологии. Основные направления для этого — повышение степени конверсии сырья, увеличение выхода целевых продуктов по отдельным стадиям и по всему производству в целом, применение реагентов, не дающих отходов (применение пероксида водорода в качестве окислителя) и т.
д. [c.17]
Водород, его получение, свойства и применение. Пероксид водорода [c.360]
Практическое применение пероксида водорода основано главным образом на его окисляющем действии, но в некоторых случаях по отношению к очень сильным окислителям пероксид водорода проявляет и восстановительные свойства. [c.377]
Применение пероксида водорода для водоподготовки и очистки сточных вод привлекает внимание тем, что этот окислитель, как и озон, не изменяет солевой состав обрабатываемой вода. С эконош-чвсяоё точки зревЕя использование его для очистки сточных вод наиболее эффективно там, где он является побочным продуктом какого-либо процесса. Так, при производстве ацетона окислением озоцропилового спирта пероксид водорода можно получить в качество побочного продукта [74]. [c.42]
Пероксид водорода и его производные находят самое щиро-кое применение в народном хозяйстве. Значительная часть пероксида водорода используется в легкой промышленности для отбеливания тканей, мехов, перьев.
Обобщены сведения по окислительным реакциям и деструкции природного полисахарида хитозана под действием различных реагентов. Представлены основные типы окислителей, используемых для деструкции и селективного окисления хитозана озон, пероксид водорода, кислородсодержащие соединения хлора. Применение пероксида водорода и озона позволяет получить олигомеры хитозана с помощью нетоксичных и легко удаляемых из сферы реакции реагентов. При взаимодействии хитозана с гипохлоритом и хлоритом натрия протекают несколько процессов разрыв гликозидной связи, окисление первичной спиртовой группы при С(6) атоме углерода, образование ковалентной связи между атомом углерода карбоксильной группы и атомом азота аминогруппы.
Третичные амины гладко окисляются до оксидов аминов при применении пероксида водорода или пероксикарбоновых кислот [c.384]
В заключение следует сказать, что большинство разработок по применению пероксида водорода для очистот сточных вод носит исследовательский характер. Однако накопленный опыт по обезвреживанию ряда соединений В сточных водах позволяет надеяться на про-шшленное использование этого метода. [c.47]
Ванадий (V) можно определять спектрофотометрически, с применением пероксида водорода, оксина, ксиленолового оранжевого. ПАР, 3,3 -диметилнафтидина, ПАН или в виде фосфовольфра-мованадиевой гетерополикислоты. С точки зрения как чувствительности, так и избирательности, метод с применением ПАР имеет определенные преимущества.
Для производства глицерина этим методом применяется пероксид водорода, получаемый любым из известных способов электрохимическим, антрахинонным и окислением изопропанола.
Так как при применении пероксида водорода не образуются агрессивные среды, специальные материалы для изготовления аппаратуры не требуются. [c.410]
В целях обезвреживания карбаматов в воде нами исследована возможность применения пероксида водорода, фотохимического разложения пестицидов под действием ультрафиолетовых лучей и комбинации этих методов. Объектами изучения явились севин, эптам и ТМТД. Полученные результаты показали, что пероксид водорода — мало эффективный реагент для обезвреживания карбаматов в водной среде. Под действием УФ-облучения полное разложение достигается только в случае ТМТД при исходной концентрации последнего 15 мг/дм и времени экспозиции 1 ч. Сочетание указанных методов обработки обеспечивает [c.53]
Возможность применения пероксида водорода для очистки сточных вод, содержащих нитрофенолы, рассмотрена в работе [74]. Скорость реакции взаимодействия нитрофенолов с пероксидом водорода определялась значением pH, отношением концентрации пероксида и фенола, температурой и концентрацией солей железа, используемых в качестве катализатора.
При исходной концентрации фенола 100 мг/дм оптимальные условия проведения процесса обеспечиваются при pH 3-4, соотношении [Н2О2] [Фенол] = 3- 6 и [Фенол] [Соли Fe] = 5-M0. Данные об эффективности очистки воды от фенола и его производных пероксидом водорода приведены в табл. 18. [c.61]
Растворы предназначенные для пропитки носителя, помимо соединений серебра, могут содержать различные органические соединения, которые в процессе термической обработки вьшол-няют роль восстановителя ионов серебра до металлического серебра. При приготовлении катализатора соль серебра может наноситься на носитель одновременно с 1,2-диэтаноламином, щт этом в раствор дополнительно вводят гексаметилентетра-амин. В [Пат. США 4342667, 1982] в качестве восстановителя рекомендуется использовать соединения, не содержащие азот, например спирт, полиоп или кетоспирт. В процессе приготовления катализатора может быть применен пероксид водорода в щелочной среде [А. с. СССР 498027, 1976]. 
42]
Механизм функционирования каталитических циклов окисления и самоочищения можно использовать при разработке способов деструкции токсичных, труднодеградируемых соединений. По сравнению с классическими способами биологической очистки с использованием гетеротрофных микроорганизмов, способы, основанные на использовании окислительных свойств пероксидов и ионов переходных металлов, могут быть более эффективными и более экологически чистыми, поскольку образуется меньше вторичных отходов. В частности, пероксид водорода можно использовать при разработке систем биологической очистки и биоремедиации природных сред, загрязненных фенолами, хлорароматическими соединениями. В почвенных средах пероксид водорода можно применять также в качестве источника кислорода. В загрязненных водах поверхностных водоемов его можно использовать для восстановления водоемов и для борьбы с сине-зелеными водорослями. Недостаток применения пероксида водорода — относительно высокая стоимость. [c.
298]
Практическое применение водорода. Атомарный водород
Перекись водорода—гораздо более сильный окислитель, чем кислород. Это объясняется легкостью разложения перекиси водорода на воду и кислород и тем, что первоначально образующиеся при этом разложении отдельные атомы кислорода — атомарный кислород — действуют энергичнее молекулярного кислорода. На окислительной способности перекиси водорода основано практическое применение этого соединения. Перекись водорода разрушает молекулы красящих веществ, убивает микроорганизмы. Ввиду этих свойств, она применяется для отбеливания тканей, перьев, волос, а также в медицине в виде 3% раствора, для промывания ран и полоскания. [c.72]Например, адсорбционный метод исследования разведенных адсорбционных катализаторов, примененный впервые Боресковым и Карнауховым [38], показал, что в разведенных слоях каждый атом платины способен присоединять один или несколько больше атомов водорода.
Это свидетельствует о сильной атомизации платины, но не дает еще доказательства ее чисто атомарного состояния, поскольку достаточно маленькие кристаллы также обладают поверхностью и практически целиком доступной для адсорбции атомов водорода (если пренебречь различием энергии адсорбционной связи для отдельных атомов и атомов, сгруппированных в кристаллы). [c.24]Г). ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ВОДОРОДА. АТОМАРНЫЙ ВОДОРОД [c.86]
Атомарный водород нашел практическое применение в сварке металлов. В горелке для сварки (рис. 90) струя водорода проходит через электрическую дугу, образованную между двумя вольфрамовыми стержнями. В ней молекулы водорода частично распада отся на атомы, которые на поверхности внесенного в пламя металла вновь соединяются в молекулы. Температура пламени атомарного водорода превышает 4000° так как свариваемое место находится все время в атмосфере водорода, окисления металла при сварке пламенем атомарного водорода не происходит и сварной шов получается прочным даже у неопытного сварщика.
[c.275]
Водород в атомарном состоянии значительно более активен, чем молекулярный. Это его свойство имеет большое практическое значение. Так, атомарный водород является сильным восстановителем. Он взаимодействует с многими металлоидами и металлами, образуя соответствующие гидриды. Есть основания предполагать, что и в некоторых других процессах реагирует не молекулярный, а атомарный водород. К таким процессам можно отнести, например, каталитическое гидрирование ненасыщенных углеводородов и ряд других каталитических процессов с применением водорода ). [c.20]
Далее (в Приложениях I—IV) будут более подробно описаны методы практического применения ингибиторов в кис лых средах. При выборе ингибитора важно знать, насколько эффективно он замедляет растворение металла и как влияет на диффузию водорода в металл, обусловливающую водородную хрупкость металла (стр. 110). Многие ингибиторы травления затрудняют диффузию атомарного водорода в металл.
[c.79]
Данные обеих таблиц с полной очевидностью указывают на сомнительность практической ценности метода восстановления естественно постаревших анионитов при помощи атомарного водорода. Попытки применения других восстановителей (сульфита натрия, гипосульфита, гидросульфита) также не дают желаемых результатов. Таким образом, радикальным решением вопроса о продлении срока службы легкоокисляющихся анионитов является их предохранение от воздействия окислителей (в частности, растворенного кислорода) путем предварительного обескислороживания фильтруемых растворов, а не устранение продуктов окисления каким-либо способом. [c.79]
Водород у ворот – Газета Коммерсантъ № 184 (6905) от 08.10.2020
Сомнения по поводу будущего традиционной углеводородной энергетики, усиленные спадом спроса на сырье из-за коронавируса, подтолкнули крупнейших потребителей российских энергоресурсов, таких как ЕС и Китай, ускорить планы по декарбонизации.
В центре внимания оказался водород — его использование минимизирует выбросы СО2 и в то же время вписывается в текущий бизнес крупнейших нефтегазовых компаний. РФ пока в основном лишь наблюдает за зарождающимся рынком. “Ъ” выяснил ситуацию и перспективы водородного бизнеса у трех потенциальной ключевых российских игроков — НОВАТЭКа, «Газпрома» и «Росатома».
Кризис углеводородных рынков во время пандемии привел к определенному перелому сознания в нефтегазовой отрасли. Старейшие участники рынка, пионеры добычи нефти BP и Shell в разгар эпидемии коронавируса объявили о намерении стать углеродно нейтральными компаниями к 2050 году (т. е. свести чистые выбросы углерода к нулю). Total собирается достичь этого к тому же сроку для своих европейских подразделений.
Помимо развития зеленой генерации, наиболее очевидным способом диверсификации бизнеса для нефтегазовых компаний становится производство водорода — сжигание этого газа не образует выбросов СО2, а сам он во многих случаях может стать прямой альтернативой углеводородному топливу.
Крупнейшим мировым рынком водорода собирается стать ЕС, который в июле опубликовал соответствующую стратегию с объемом инвестиций в €180–470 млрд к 2050 году в сегмент возобновляемого (т. н. зеленого) водорода.
Российским экспортерам не углеводородного сырья тоже поневоле придется участвовать в общем движении, поскольку ЕС намерен ввести углеродный налог на импортные товары — возможно, уже с 2022 года. Использование водорода на химических или металлургических производствах, а также в производстве электроэнергии позволит снизить выбросы и, вероятно, уменьшить размер налога. Минэнерго даже разработало дорожную карту развития водородной энергетики до 2024 года. В ней мало конкретных мероприятий, но становятся понятны ключевые действующие лица — «Росатом», «Газпром» и НОВАТЭК.
Сейчас рынка водорода как такового не существует, поскольку он производится, как правило, непосредственно на местах потребления (в основном на объектах газохимии, металлургии и нефтепереработки), транспортировка минимизирована.
Общий выпуск водорода в России составляет около 5 млн тонн при мировом потреблении в 72 млн тонн.
Однако, отмечает партнер Vygon Consulting Алексей Жихарев, в случае ужесточения углеродного регулирования импортерами российской продукции выпуск водорода в РФ может удвоиться. Согласно недавно принятой энергостратегии до 2035 года, РФ планирует экспортировать к 2024 году 0,2 млн тонн водорода, а к 2035 году — 2 млн тонн.
Цвет имеет значение
Сейчас подавляющая доля водорода в мире производится методом парового риформинга метана (SMR). В новой водородной стратегии ЕС такой водород назван «серым», поскольку при его производстве выбрасывается СО2. Он противопоставляется «зеленому» водороду, который производится из воды методом электролиза с помощью энергии из возобновляемых источников. Также существует «голубой» водород — производимый из метана, но с обязательным улавливанием и хранением СО2 (см. схему). Перспективна и технология пиролиза метана, позволяющая получать водород и чистый углерод (сажу), который не попадает в атмосферу,— но она на стадии лабораторных испытаний.
Водородная стратегия ЕС призывает европейские страны установить минимум 6 ГВт электролизеров, производящих до 1 млн тонн возобновляемого «зеленого» водорода, уже к 2024 году. Сейчас установленная мощность электролизеров в Европе — около 1 ГВт, а запланированные проекты — еще 1,5–2,3 ГВт. Это значит, что ЕС придется как минимум утроить усилия по созданию мощностей в течение четырех лет. Долгосрочная цель стратегии — не менее 40 ГВт электролизеров к 2030 году, производящих до 10 млн тонн «зеленого» водорода. По данным ЕК, к 2030 году для этого может потребоваться от €24–42 млрд вложений.
По мнению ЕК, промышленность ЕС должна построить более мощные электролизеры — до 100 МВт к 2024 году (самые крупные сейчас, мощностью до 10 МВт, ставят на НПЗ Shell Rheinland в Германии). Их предполагается устанавливать рядом с существующими центрами спроса на нефтеперерабатывающих, металлургических заводах и химических комплексах, в идеале с питанием от находящейся рядом ВИЭ-генерации.
Выпуск «голубого» водорода сейчас гораздо дешевле, чем «зеленого».
В конце августа S&P Global Platts оценило приведенные затраты на производство «серого» водорода (включая CAPEX и плату за выбросы СО2) в €1,24 за 1 кг, «голубого» — в €1,31 за 1 кг, а «зеленого» (электролиз PEM, включая CAPEX) — в €3,43 за 1 кг. По прогнозу Aurora Energy Research, затраты на «голубой» и «зеленый» водород сблизятся только к 2045 году.
С газа на газ
Среди российских компаний наиболее готовым к выходу на рынок водорода выглядит НОВАТЭК, поскольку покупатели здесь во многом те же, что и у СПГ. По данным “Ъ”, компания уже ведет, в частности, переговоры о поставках водорода с испанской Repsol.
Официально интерес НОВАТЭКа к водороду 8 сентября на конференции Gastech подтвердил CFO компании Марк Джетвей. «Мы исследуем перспективы производства водорода из метана с технической и экономической точки зрения»,— пояснил он, добавив, что речь идет как о водороде для нужд самой компании, так и о поставках потребителям. Топ-менеджер уточнил, что ресурсная база НОВАТЭКа позволяет реализовывать проекты по выпуску и сжиженного природного газа (СПГ), и водорода, но важна их экономическая и техническая жизнеспособность.
Как рассказывают источники “Ъ”, НОВАТЭК хочет выпускать и экспортировать как «голубой», так и «зеленый» водород. Для этого планируется масштабное строительство ветропарков во всех регионах присутствия компании — на Ямале, Гыдане, а также, возможно, в Мурманской области и на Камчатке. Пилотная водородная установка появится на действующем проекте «Ямал СПГ», откуда водород можно поставлять на экспорт в Европу и Азию, уточняют два собеседника “Ъ”. А потенциально самое выгодное положение для транспортировки водорода в Европу — у среднетоннажного СПГ-завода НОВАТЭКа на Балтике.
Глава ИАЦ «Новая энергетика» Владимир Сидорович отмечает, что ветер на Ямале и Гыдане достаточно сильный, но «уже есть большой опыт эксплуатации подобного оборудования на Аляске и в Норвегии, поэтому работа установок не должна стать большой проблемой».
Еще один формат использования водорода для НОВАТЭКа — смешивание с природным газом в качестве топлива для газовых турбин, чтобы снижать выбросы СО2, говорит один из собеседников “Ъ”.
На «Ямале СПГ» и перспективном заводе НОВАТЭКа «Арктик СПГ 2» используются газовые машины американской Baker Hughes — фреймов 7EA и LM9000. Обе позволяют подмешивать до 50% водорода, поэтому существенной модернизации не потребуют, поясняет источник “Ъ” среди машиностроителей. В НОВАТЭКе вопрос не комментируют.
Вместе с тем вопрос о способах морской транспортировки водорода из-за его летучести и легковоспламеняемости остается открытым. Сейчас на рынке преобладают три подхода: перевозка чистого водорода в сжиженном виде, а также в химически связанном в форме аммиака или триметилциклогексана. В конце сентября Саудовская Аравия отправила первый в мире груз с 40 тоннами «голубого» аммиака в Японию для выработки электроэнергии.
Вторичный энергоноситель
«Газпром» также неоднократно заявлял, что рассматривает водород как направление диверсификации бизнеса и повышения эффективности использования газа. В частности, компания особо подчеркивала перспективы пиролиза метана — эта технология не дает выбросов СО2 и не требует строительства хранилищ для него, а получаемый побочно чистый углерод, возможно, даже найдет собственное коммерческое применение.
В «Газпроме» отмечают, что, несмотря на рост потребления водорода в мире, глобального рынка этого продукта пока нет. На предприятиях монополии ежегодно производится около 350 тыс. тонн водорода — в основном для выпуска аммиака, метанола и моторных топлив. Вместе с тем в компании считают важным «сформировать собственные технологические компетенции в области водородной энергетики, позволяющие занять необходимые позиции на формирующемся рынке».
Причем позиции эти могут быть не только в производстве, но и в транспортировке. Еще в октябре 2019 года глава ассоциации Eurogas Джеймс Уотсон сообщил, что строящийся газопровод «Северный поток-2» в будущем может транспортировать не только природный газ, но и водород — до 80% от объема. Впрочем, в «Газпроме» полагают, что целесообразнее производить водород или метано-водородное топливо из природного газа рядом с крупными потребителями, например, сталелитейными заводами и электростанциями, сохраняя трубопроводы для поставок чистого природного газа.
По словам источников “Ъ”, «Газпром», как и НОВАТЭК, параллельно изучает возможность снижения выбросов за счет добавления водорода в топливо для газовых турбин. Однако парк турбин «Газпрома» состоит в основном из российских установок, не адаптированных к работе с водородом. Теоретически, только машины «Ладога» на 16 и 32 МВт «РЭП Холдинга», локализованные по лицензии Baker Hughes, способны в какой-то степени принимать топливо, смешанное с водородом, но не более чем на 10–15%, полагают собеседники “Ъ”. К тому же «Газпрому» по сути запрещено массово закупать иностранное оборудование.
В «Газпроме» подтвердили “Ъ”, что исследуют варианты использования метано-водородных смесей в качестве топлива для собственных производственных объектов для снижения углеродного следа. В компании оценивают снижение выбросов в таком случае в 8% и даже более в сочетании с другими решениями, например, использованием энергии тепла отходящих газов газоперекачивающих агрегатов. При этом в «Газпроме» никак не прокомментировали данные источников “Ъ” о том, что компания рассматривает возможность обратной закачки CO2 в пласт для компенсации выбросов.
В целом же в монополии подчеркнули, что водород — вторичный энергоноситель и требует дополнительной энергии для своего производства, тогда как в большинстве случаев «далеко не исчерпан потенциал природного газа, который уже сейчас содействует низкоуглеродному развитию экономики».
Ядерные перспективы
Из крупных игроков, не имеющих отношения к добыче углеводородов и формально не затрагиваемых экологическими ограничениями, всерьез водородом интересуется в России только госкорпорация «Росатом», которая уже несколько лет декларирует готовность к диверсификации бизнеса. «В глобальной перспективе», подтвердили “Ъ” в «Росатоме», госкорпорация хотела бы производить водород из углеводородов с помощью атомной энерготехнологической станции с применением высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (ВТГР). Речь идет о технологии пиролиза метана.
Основная технология «Росатома» — реакторы ВВЭР на тепловых нейтронах — не совсем подходят для таких целей из-за относительно невысоких температур рабочих тел первого и второго контуров.
Запуск всей цепочки подготовки инфраструктуры для производства водорода из углеводородов (системы хранения, распределения), по оценке компании, займет около четырех лет.
Но поскольку процесс вывода реакторов типа ВТГР на рынок довольно долог, на первой стадии «Росатом» готов заниматься электролизным производством водорода на базе Кольской АЭС (1,76 ГВт) в Мурманской области. Отчасти это поможет компании решить проблемы исторически сложившегося энергопрофицита в регионе (АЭС может дополнительно вырабатывать более 3,5 млрд кВт•ч в год).
В ближайшие два-три года «Росатом» намерен задействовать около 1,5 МВт мощности АЭС для электролизного производства, в пределах пяти-семи лет — порядка 4 МВт, а к 2030 году — 500 МВт. По оценке госкорпорации, 1 МВт электрической мощности позволяет выпускать порядка 200 кубометров водорода в час (около 158 тонн в год). Этого объема водорода будет достаточно, чтобы реализовать, например, пилотные региональные программы по снабжению городского транспорта крупных мегаполисов, утверждают в «Росатоме».
Госкорпорация готова сама развивать водородные технологии, но допускает участие партнеров или инвесторов, а также привлечение госсредств в рамках атомной нацпрограммы. В 2019 году «Росатом» уже подписал соглашение с властями Сахалина, ОАО РЖД и «Трансмашхолдингом» о сотрудничестве по проекту запуска водородного поезда на острове.
Вице-президент по маркетингу и развитию бизнеса «Русатом Оверсиз» Антон Москвин 29 сентября говорил, что проект находится на завершающей стадии ТЭО: «Есть понимание технической концепции, но существует открытый вопрос экономической перспективы». На Сахалине, по словам топ-менеджера, запланирован и экспортный водородный проект, но детали не раскрываются. В 2021 году в «Росатоме» рассчитывают завершить ТЭО проекта с японской Kawasaki по проекту поставок водорода из России в Японию.
Свободные энергомощности есть и у «РусГидро», но у нее конкретных планов по производству водорода нет. В то же время в компании готовы «участвовать в государственной водородной повестке», в том числе в пилотных проектах по производству, транспортировке и хранению водорода.
Нулевой спрос
В целом компании, которые сейчас инвестируют в водород, движимы не столько коммерческой выгодой, сколько задачей сохранения своего бизнеса в стратегической (на горизонте 20–30 лет) перспективе, считает старший аналитик по электроэнергетике Центра энергетики МШУ «Сколково» Юрий Мельников. По его мнению, уход от углеводородов в их привычном виде становится неизбежным — это определяется намерением ЕС и Китая стать углеродно нейтральными к середине века.
Но в России спрос на водород сейчас нулевой, поскольку страна не ставит целей по сокращению выбросов парниковых газов, добавляет господин Мельников. Ситуация, полагает он, может поменяться в первую очередь из-за того, что российским экспортерам (в нефтегазовой отрасли, металлургии, химии) неизбежно придется снижать углеродный след.
Алексей Жихарев добавляет, что сейчас проекты водородной энергетики экономически нецелесообразны из-за высокой стоимости топлива по сравнению с традиционным. Например, энергозатраты на производство стали с использованием водорода будут в пять раз выше, чем на природном газе.
Но уже в среднесрочной перспективе, по его оценке, водород будет более конкурентоспособен — как из-за ужесточения регулирования, так и в результате масштабирования технологий.
Татьяна Дятел
Перекис водорода медицинская 37%
ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА МЕДИЦИНСКАЯ 30-40%
Общие сведения
1.Средство «Водорода перекись медицинская» представляет собой прозрачную бесцветную жидкость с содержанием перекиси водорода (ПВ) 30-40% в качестве действующего вещества.
Срок годности средства в невскрытой упаковке изготовителя при хранении в темном прохладном месте составляет 6 месяцев; срок годности рабочих растворов — 1 сутки.
2. Средство «Водорода перекись медицинская» обладает бактерицидной, туберкулоцидной, вирулицидной, фунгицидной и спороцидной активностью.
Антимикробные свойства средства сохраняются в присутствии моющих средств, добавляемых с целью придания рабочим растворам «Водорода перекиси медицинской» моющих свойств.
Средство оказывает корродирующее действие на металлы.
3.Средство «Водорода перекись медицинская» при непосредственном контакте вызывает выраженное раздражение кожи и глаз с необратимым повреждением роговицы, при ингаляционном воздействии паров в насыщающей концентрации стабилизированное средство мало опасно, по параметру острой токсичности относится к 3 классу умеренно опасных веществ при введении в желудок по ГОСТ 12.1.007-76. Растворы в концентрации до 3% (по ПВ) не оказывают местно-раздражающего действия на кожу, выше 3% (по ПВ) вызывают раздражение кожи и глаз. При ингаляционном воздействии в виде аэрозоля и паров средство вызывает раздражение слизистых оболочек органов дыхания и глаз (2 класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76).
Применение средства «Водорода перекись медицинская» для дезинфекции
1. Растворы средства применяют при инфекциях бактериальной (включая туберкулез и особоопасные инфекции: сибирская язва, чума, сап, мелиоидоз, холера, туляремия), вирусной этиологии и дерматофитиях в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ), в том числе клинических, микробиологических и др.
лабораториях
2. Средство «Водорода перекись медицинская» предназначено:
— для дезинфекции поверхностей в помещениях (пол, стены, двери и др.),
— для обеззараживания изделий из различных материалов (коррозионностойкие металлы, резины, пластмасса, стекло),
— для дезинфекции жесткой мебели, поверхностей аппаратов, медицинских приборов, оборудования с лакокрасочным, гальваническим или полимерным покрытием,
— для обеззараживания санитарно-технического оборудования,
— для обеззараживания белья, посуды столовой и лабораторной, игрушек, предметов ухода за больными из стекла, пластмасс, резин,
— для дезинфекции уборочного материала
— для дезинфекции санитарного транспорта;
— для дезинфекции кувезов для недоношенных детей;
— для дезинфекции изделий медицинского назначения (включая коррозионностойкие хирургические, стоматологические инструменты, стоматологические оттиски из силиконовых материалов, силиконовые) в ЛПУ;
— для стерилизации изделий медицинского назначения (включая корозионностойкие хирургические, стоматологические инструменты, жесткие и гибкие эндоскопы) в ЛПУ;
— для предстерилизационной очистки (при применении в сочетании с моющими средствами ручным и механизированным (в том числе с применением ультразвука) способами указанных выше изделий, а также инструментов к гибким эндоскопам в ЛПУ.
3. Режимы дезинфекции объектов растворами средства «Водорода перекись медицинская» при различных инфекциях составляют:
— Концентрация рабочего раствора (по ПВ) — 3-6%
— Время обеззараживания — 30-180 мин
— Начальная температура раствора — 50°С
4. Дезинфекцию объектов проводят способами протирания, орошения, погружения и замачивания
5. Поверхности в помещениях (пол, стены и др.), жесткую мебель, поверхности аппаратов и приборов, санитарно-техническое оборудование (ванны, раковины и др.) протирают ветошью, смоченной в растворе средства или орошают из гидропульта, автомакса, распылителя типа «Квазар». Норма расхода раствора средства при протирании — 200 мл/м2 поверхности, при использовании раствора с моющим средством — 100 мл/м2 , при орошении — 300 мл/м2 (гидропульт, автомакс), — 150 мл/м2 (распылитель типа «Квазар»). По окончании дезинфекции санитарно-техническое оборудование промывают водой, помещение проветривают.
6. Белье замачивают в растворе средства из расчета 4 л/кг сухого белья (при туберкулезе, дерматофитиях, сибирской язве — 5 л/кг), по окончании дезинфекции его стирают и прополаскивают.
7. Уборочный материал замачивают в растворе средства, по окончании дезинфекции прополаскивают и высушивают.
8. Посуду столовую, освобожденную от остатков пищи, и лабораторную полностью погружают в раствор средства. Норма расхода рабочего раствора составляет 2 л на 1 комплект посуды. По окончании дезинфекции посуду промывают под проточной водой с помощью щетки, ерша или губки в течение 1 минуты, при использовании рабочего раствора с моющим средства — в течение 5 мин. Емкости, в которых обеззараживают посуду, должны быть закрыты крышками.
9. Предметы ухода за больными, игрушки протирают ветошью, смоченной дезинфицирующим раствором, или погружают в раствор средства на время дезинфекционной выдержки. Крупные игрушки можно обрабатывать способом орошения. По окончании дезинфекции предметы ухода за больными и игрушки промывают водой.
10. При проведении дезинфекции изделий медицинского назначения их полностью погружают в рабочий раствор средства. Имеющиеся в изделиях каналы и полости заполняют с помощью вспомогательных средств (пипетки, шприцы) раствором, избегая образования воздушных пробок; разъемные изделия погружают в раствор в разобранном виде. Изделия, имеющие замковые части, погружают раскрытыми, предварительно сделав ими в растворе несколько рабочих движений для лучшего проникновения раствора в труднодоступные участки изделий в области замковой части. Толщина слоя раствора средства над изделиями должна быть не менее 1 см.
11. После дезинфекции изделия тщательно прополаскивают проточной водой: в течение 1 мин при использовании раствора без добавления моющего средства и 5 мин — при использовании раствора с моющим средством.
12. Рабочие растворы средства для дезинфекции используют однократно.
Приготовление рабочих растворов
1. Рабочие растворы готовят в эмалированной (без повреждения эмали), стеклянной или полиэтиленовой посуде путем добавления средства в водопроводную воду в соответствии с расчетами, приведенными в таблице 1.
2. При приготовлении рабочих растворов средства «Водорода перекись медицинская» соблюдают следующий порядок: в питьевую воду (не менее, чем в 500 мл) добавляют необходимое количество средства «Водорода перекись медицинская» и доводят питьевой водой до 1 л.
В зависимости от необходимой температуры рабочего раствора используют питьевую воду либо комнатной температуры (не менее 18°С), либо нагретую до 55°С.
При приготовлении растворов средства в сочетании с моющим средством в питьевую воду сначала добавляют моющее средство, тщательно перемешивают до растворения последнего, затем добавляют «Водорода перекись медицинскую» и доводят до 1 л питьевой водой.
При приготовлении рабочих растворов для предстерилизационной очистки, содержащих 0,14% ингибитора коррозии (олеат натрия), последний в количестве 1,4 г растворяют вместе с моющим средством (Лотос или Лотос-автомат).
Меры предосторожности
При работе со средством «Водорода перекись медицинская» необходимо избегать попадания концентрата на кожу и в глаза.
1. При приготовлении рабочих растворов необходимо использовать защитные очки и перчатки из поливинилхлорида или неопрена.
2. При использовании растворов с концентрацией более 3% (по ПВ) обработку способами протирания и орошения проводить с защитой органов дыхания (универсальными респираторами типа РПГ-67 или РУ-60М с патроном марки В), глаз (герметичными очками), кожи рук (перчатками из поливинилхлорида или неопрена).
3. При обработке изделий медицинского назначения, белья, посуды емкости с растворами должны быть закрыты.
4. Под влиянием прямого солнечного света и тепла происходит распадсредства с выделением кислорода. Для хранения должна быть использована специальная тара с выпускающим клапаном. Следует избегать опрокидывания тары и ее резкого наклона. Средство следует хранить в темном прохладном месте, недоступном детям, отдельно от лекарственных препаратов.
Меры первой помощи при случайном отравлении
1. При несоблюдении мер предосторожности и при попадании концентрата средства в глаза и на кожу возможно проявление местно-раздражающего действия. Кожа белеет, ощущается боль, потом появляется покраснение, волдыри.При попадании средства на кожу необходимо немедленно промыть это место проточной водой в течение 10 минут. При необходимости обратиться к врачу.
2. При попадании в глаза концентрат средства вызывает сильную боль, обильное слезотечение, ожоги слизистой оболочки и повреждение роговицы.
Имеется риск потери зрения. Необходимо немедленно промыть их проточной водой в течение 10-15 минут (веки удерживать раскрытыми) и сразу обратиться к окулисту!
3. При попадании средства через рот появляется жгучая боль, ожоги слизистой оболочки рта. Необходимо немедленно промыть рот водой, затем принять 10-15 измельченных таблеток активированного угля, запивая несколькими стаканами воды. Рвоту не вызывать! При необходимости обратиться к врачу.
4. При раздражении органов дыхания (першение в горле, носу, кашель, затрудненное дыхание, удушье) пострадавшего удаляют из рабочего помещения на свежий воздух или в хорошо проветриваемое помещение. Рот и носоглотку прополаскивают водой. Дают теплое питье (молоко, боржоми). При необходимости обратиться к врачу.
Применение перекиси водорода в медицине и косметологии
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ «КУПИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ТЕХНИКУМ»
«Применение перекиси водорода в медицине и косметологии на основе ее свойств»
Выполнили: студентки 134 группы
специальности 34.
02.01 Сестринское дело
Кузема Анастасия
Быховая Александра
Руководитель: Веде Ирина Викторовна
Купино 2016 год
Содержание
1)Химический состав перекиси водорода.
2)Применение перекиси водорода в медицине.
3)Применение перекиси водорода в косметологии.
Перекись водорода прозрачная, немного вязкая, бесцветная (в больших объемах — чуть синеватая ) жидкость без вкуса и запаха. Ее называют также пергидролью, гидроперитом, гипероном, лаперолом, пероксидом водорода. В1,5 раза тяжелее воды и смешивается с ней в любых соотношениях. Молекулярный вес ее 34,02. Точка замерзания -0,5 °C, а кипит она при 67 °C. Химическая формула Н 2 О 2 .
Перекись водорода
Применение перекиси водорода в медицинских целях
Обработка мелких повреждений в качестве антисептика :
Самый привычный способ использования перероксида водорода – обработка ран, ссадин, мелких царапин, ногтевых пластин и валиков после маникюра и педикюра в целях дезинфекции.
3% раствор уничтожает микробы и бактерии, попавшие в ранку, санирует околораневые ткани и ускоряет заживление поврежденных участков.
Обработка гнойных ран всех видов перед введением в полость основного антисептика
Благодаря образованию большого количества пены при контакте с пероксидазой (фермент) происходит естественное размягчение:
- патологических образований;
- некротизированных участков,
- кровяных сгустков;
- гнойных скоплений, которые впоследствии с легкостью удаляются при помощи введения в рану основного (лечебного) антисептического раствора.
Полоскание ротовой полости и горла
Воспаление горла, проблемы с деснами, стоматит, язвы на слизистой лечат при помощи полосканий следующим раствором:
на 100 мл чистой воды используют 15-20 мл перекиси 3%.
Полоскания позволяют избавиться от галитоза (неприятный запах ротовой полости), благодаря угнетению патогенной микрофлоры и растворению остатков пищи, а также предупреждении формирование налета, впоследствии превращающегося в камни на зубах.
Очищение ушных раковин от скопившейся в слуховых проходах серы
Со шприцем
С этой целью в каждое ухо капают по 2-3 капли 3% перекиси, выжидают 3 минуты, вводят по 1-2 капли оливкового или облепихового масла, держат 1 минуту и проводят очищение от размягченной серы при помощи ватной палочки.
Ватные тампоны, пропитанные раствором перекиси водорода, вводят в уши при различных болезнях инфекционного и неинфекционного характера (применять только после консультации с отолагингологом).
Прием перекиси вовнутрь
Одна из методик альтернативной медицины предусматривает внутренний прием перекиси водорода для восстановления здоровья без лекарств. Ключевую роль в лечении играет выделяемый при распаде атомарный кислород. При поступлении в организм дополнительного кислорода нормализуются протекающие функции, и восстанавливается работоспособность всех органов и систем.
Дерматологические заболевания
Существует практика лечения экземы и псориаза посредством обработки пораженных кожных участков 3% пероксидом водорода дважды в сутки.
Вскрытые гнойники или прыщи также протирают перекисью. Мощные антисептические качества позволяют с помощью перекиси лечить грибок ногтей и кожи на ногах, руках и прочих местах, а также избавляться от бородавок.
Обработку 3% раствором проводят 2 раза в сутки на протяжении 1-2 недель. Некоторые пациенты отмечают замедление роста родимых пятен при регулярном смазывании составом.
Применение перекиси водорода в косметологии ( осветляют волосы и отбеливают зубы) В настоящее время в продаже имеется огромный выбор более щадящих красок для волос, однако применение перекиси в парикмахерском деле до сих пор не потеряло актуальности. Помните, что состав частично разрушает структуру стержней локонов, поэтому не забывайте активно использовать питательные ухаживающие средства за волосами, чтобы смягчить действие пергидроля. Небезопасно и воздействие перекиси на зубную эмаль. Проникая в глубокие слои зубного покрытия, пероксид может оставлять повреждения и разрушать эмаль.
Не стоит отбеливать зубы при тонкой эмали и проблемах с деснами. В продаже имеется достаточное количество современных и безопасных средств. Тем же, кто желает осветлить зубы и избавиться от налета и желтизны, по-старинке, дешево и эффективно, специалисты рекомендуют не более трех недель ежедневно протирать их ваткой, смоченной в 3% перекиси водорода, далее чистить с обычной пастой/порошком, после чего полоскать рот самым тщательным образом не менее минуты. Более безопасный метод отбеливания, но не такой действенный – полоскание раствором перекиси после каждой чистки зубов (20-22 капли на четверть стакана питьевой воды, полоскать не менее двух минут, смывать обычной водой обязательно).
Примеры осветления
Спасибо за внимание!!!
Перекись водорода
СПЕЦПРЕДЛОЖЕНИЯ
Принимаем заявки на поставку Гипохлорита натрия марки А по ГОСТ 11086-76 в автоцистернах по 23 тонны.
Перекись водорода (пергидроль) — прозрачная бесцветная жидкость с «металлическим » вкусом, неограниченно растворима в воде, спирте и эфире.
Область применения:
1. в текстильной промышленности для отбелки тканей
2. в целлюлозно-бумажной промышленности для отбелки древесной и бумажной массы
3. в химической промышленности для синтеза химических веществ
4. в пищевой промышленности для дезинфекции технологических поверхностей оборудования и упаковки
5. в металлургии для обработки металлических поверхностей, очистки, травлении и полировки металлов и сплавов
6. в электронной промышленности в производстве печатных плат и полупроводниковых чипов
7. в медицине в качестве дезинфицирующего средства
8. для обработки воды плавательных бассейнов, а также очистки и обеззараживания промышленных сточных вод
Качественные показатели
на перекись водорода медицинскую и техническую представлены в таблице:
НАИМЕНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ | МЕДИЦИНСКАЯ по ГОСТ 177-88 |
ТЕХНИЧЕСКАЯ по ГОСТ 177-88, ТУ 2123-002-14356367-2004 |
1. Внешний вид | бесцветная прозрачная жидкость | бесцветная прозрачная жидкость |
2. Массовая доля перекиси водорода,% | 30-40 | 35-40 |
3. Массовая концентрация серной кислоты, г/дм3, не более | 0,3 | 0,35 |
4. Массовая концентрация нелетучего остатка, г/дм3, не более | 0,6 | 0,7 |
| 5. Содержание мышьяка | выдерживает испытания по п.3.6 | выдерживает испытания по п.3.6 ГОСТа 177-88 |
Перекись водорода хранят в складских помещениях, обеспечивающих защиту от воздействия солнечных лучей при температуре не выше 30 0С.
Перекись водорода (пергидроль) всегда в наличии на складе в Саратове: медицинская и техническая в канистрах по 11,4 кг (10 л) и 24 кг (20 л).
Очистка воды плавательных бассейнов
Перекись водорода (пергидроль) 38% равномерно заливают непосредственно в воду наполненного бассейна по периметру его чаши из расчета не менее 0,7 кг (700 мл) на одну тонну (1 м3) воды. После взаимодействия с водой выделяется большое количество кислорода, который создает условия не пригодные для развития микроорганизмов, вода очищается от органики, приобретает прозрачность и приятный голубой цвет. Важно помнить, что запрещается использовать воду ранее, чем через сутки после добавления в неё перекиси водорода. Химический состав воды после дезинфекции полностью безвреден для человека. После обработки вода поддерживает чистоту в течении 1-2 месяцев. Дополнительно для чистоты бассейна потребуется только удалять падающий мусор с помощью сачка и по возможности производить фильтрацию воды с помощью кварцевого песка. Обработку пергидролем следует повторять по мере загрязнения/помутнения воды из расчета описанного выше.
Данный метод довольно простой и позволяет эффективно очищать частные бассейны без использования хлора. Перекись водорода относиться к виду наиболее действенных и недорогих средств для очистки воды. Забудьте о постоянной замене воды — используйте пергидроль! Перекись водорода — лучшая химия для бассейнов!!!
По вопросам приобретения перекиси водорода в Саратове необходимо связаться по телефонам (8452) 33-85-11, 33-85-17, 25-24-51.
Медицинское применение водорода при гематологических заболеваниях
Сообщается, что газообразный водород имеет медицинскую эффективность с 1880-х годов. Тем не менее, исследователи-медики не обращали особого внимания на газообразный водород до 20 века. Недавние исследования, как фундаментальные, так и клинические, доказали, что водород является важным физиологическим регуляторным фактором с антиоксидантным, противовоспалительным и антиапоптотическим действием. За последние два десятилетия было опубликовано более 1000 статей по этой теме, включая ишемическое реперфузионное повреждение органа, лучевое поражение, диабет, атеросклероз, гипертензию или рак.
Ранее мы выдвинули гипотезу и доказали терапевтические эффекты газообразного водорода при реакции «трансплантат против хозяина» после трансплантации стволовых клеток. В текущей рукописи мы представляем клинические достижения газообразного водорода при гематологических заболеваниях.
1. Введение
Водородный газ — это простейшая молекула в природе, которая образована двумя атомами водорода. Раньше считалось, что газообразный водород химически неактивен и не может легко реагировать с другими веществами при комнатной температуре, что легко заставило ученых-медиков подумать, что это может быть своего рода физически инертный газ.За последние два столетия было опубликовано всего три статьи, которые продемонстрировали, что газообразный водород является своего рода лечебным газом.
Первая статья была опубликована в 1888 году Пилчером [1]. Они использовали газообразный водород, чтобы локализовать висцеральные повреждения путем инсуффляции желудочно-кишечного канала, избегая необоснованных операций.
Однако авторы использовали физический характер газообразного водорода, не выяснив его биомедицинские свойства. Первая статья о биомедицинских возможностях газообразного водорода была опубликована в 1975 году Dole et al.[2]. В своей статье они заставляют мышей с плоскоклеточной карциномой кожи дышать смесью (2,5% O 2 и 97,5% H 2 ) при общем давлении 8,28 атмосферы в течение 2 недель. Поразительно, но объем плоскоклеточного рака кожи значительно уменьшился без каких-либо пагубных последствий. Они объяснили, что механизм этого явления может заключаться в том, что H 2 впервые стал катализатором распада свободных радикалов. В основополагающей статье они впервые выдвинули гипотезу о том, что водород может действовать, улавливая радикал ОН ⋅ , что также продемонстрировали Бакстон и др.до 1988 г. в бесклеточных системах [3]. В 2001 году Гариб и др. далее сообщили об антиоксидантном эффекте газообразного водорода in vivo [4]. Они сообщили, что вдыхание 0,7 МПа H 2 оказывает терапевтическое действие на хроническое воспаление печени, связанное с шистосомозом, и полагают, что противовоспалительное действие водорода может быть связано с его способностью улавливать гидроксильные радикалы.
Однако эти статьи не привлекали особого внимания до 2007 года, когда Осава и др. продемонстрировали избирательную антиоксидантную способность и терапевтическое действие газообразного водорода на ишемию головного мозга [5].Эта статья оказала большое влияние на водородную медицину. После этого количество статей по водородной биологии резко увеличилось. С 2007 года газообразный водород использовался при 300 видах заболеваний. Большинство из них связаны с окислительным стрессом или воспалительными заболеваниями, включая ишемию-реперфузию тканей / органов, лучевые повреждения и токсичность химиотерапии [6]. Несмотря на множество неточностей, избирательная способность улавливать свободные радикалы по-прежнему является широко принятым механизмом. Кроме того, его антиапоптотические и противовоспалительные эффекты также привлекли внимание научных исследователей в последние годы.Здесь мы сосредоточимся на обзоре основных научных и клинических достижений водорода при гематологических заболеваниях.
2. Болезнь трансплантата против хозяина (GVHD)
Болезнь трансплантата против хозяина (GVHD) — одно из основных осложнений трансплантации гемопоэтических стволовых клеток (HSCT), которое традиционно разделялось на острую и хроническую GVHD на основе время появления симптомов РТПХ [7]. Однако это разделение неточно, поскольку некоторые острые проявления РТПХ возникают через 100 дней после трансплантации, а у некоторых пациентов могут проявляться классические признаки хронической РТПХ до 100 дней [7].Поэтому критерии Центра международного реестра трансплантатов костного мозга (IBMTR) обновили классификацию РТПХ [8–10]. В текущем механизме острой GVHD есть три стадии, в которых высвобождаемые воспалительные цитокины играют решающую роль. Цитокины, такие как фактор некроза опухоли (TNF) — α , интерлейкин- (IL-) 1 и IL-6, могут напрямую атаковать различные ткани хозяина, что приводит к клиническим проявлениям острой GVHD. Вредные свободные радикалы также могут вырабатываться активированными клетками, которые могут повреждать клетки и ткани [11].
Доказано, что водород обладает антиоксидантным и противовоспалительным действием [6]. Поэтому мы предположили, что водород может оказывать терапевтическое действие на острую РТПХ [12]. Затем мы проверили и подтвердили эту гипотезу на модели мышей с острой GVHD [13]. В нашем исследовании клинические синдромы острой GVHD были значительно улучшены с помощью водорода. Восстановлению лейкоцитов также способствовала обработка водородом. Цитокины, такие как TNF-, α и IL-2, которые играют решающую роль в развитии острой GVHD, также регулируются водородом.После нашего исследования Юань и др. также доказал терапевтический эффект водорода при острой РТПХ и получил аналогичные результаты в экспериментах [14].
Как и другой тип РТПХ, хроническая РТПХ стала ведущей причиной смерти, не связанной с трансплантацией, в последние годы из-за растущей заболеваемости [15, 16]. Точный механизм хронической РТПХ до сих пор неясен. Дисбаланс воспалительных факторов и формирование фиброза были широко признаны в качестве основного механизма хронической РТПХ [17].
Мы предположили, что из-за противовоспалительного и антифиброзного действия водорода он может оказывать терапевтическое действие на хроническую РТПХ.В нашем исследовании выживаемость мышей с хронической GVHD была увеличена, а поражения кожи уменьшены с помощью водорода [18]. Кроме того, мы также опубликовали отчет о пациенте с тяжелой хронической болезнью «трансплантат против хозяина», успешно вылеченной питьем богатой водородом воды, что делает водород перспективным методом лечения РТПХ [19]. У 54-летнего китайца с миелодиспластическими синдромами через 3 года после алло-ТГСК развилась хроническая РТПХ, резистентная к преднизону и такролимусу. После питья воды, богатой водородом, через три месяца прием преднизона и такролимуса снизился, и симптомы исчезли.Кроме того, мы провели клиническое испытание для дальнейшего изучения эффективности и безопасности водорода при хронической РТПХ (номер ClinicalTrials.gov, NCT02918188).
3. Кровоизлияние
Частота кровотечений в нашей повседневной жизни высока.
Сильное кровотечение — основная причина смерти при травмах и несчастных случаях. Смертельное кровотечение также является ведущей причиной смерти в результате военных травм [20, 21]. Во время неконтролируемого кровотечения всегда наиболее важны гемостаз и реинфузия путем переливания крови.Тем не менее, во многих сценариях, таких как тяжелая травма и вдали от больниц, полностью остановить кровотечение невозможно, что влияет на стабильность гемодинамики. Свободные радикалы и воспалительные цитокины, образующиеся в процессе гипоперфузии, ишемии органов и гипоксии, могут усугубить поражение органов. Поэтому несколько исследователей изучали защитную роль водорода при кровотечении. Kohama et al. доказали потенциальные терапевтические эффекты вдыхания 1,3% водорода при остром повреждении легких, вызванном геморрагическим шоком [22].Они сообщили о модулирующей роли водорода в информационных РНК для IL-1 β и TNF- α и о снижении активации NF- κ B. Было высказано предположение, что водород может оказывать свое терапевтическое действие с помощью NF- κ.
B-опосредованных путей. Du et al. также сообщили, что водород может уменьшить повреждение легких, вызванное неконтролируемым геморрагическим шоком у крыс, благодаря своим противовоспалительным и антиоксидантным способностям [23]. Та же группа продемонстрировала такую же защитную роль водорода при повреждении кишечника крыс при неконтролируемом геморрагическом шоке [24].В моделях кровоизлияния в мозг крыс Zhan et al. и Hong et al. также показали, что водород может улучшить травму головного мозга, вызванную субарахноидальным кровоизлиянием [25, 26]. В другой статье Matsuoka et al. Они обнаружили, что вдыхание газообразного водорода может не только предотвратить повреждение жизненно важных органов, вызванное необратимым геморрагическим шоком, но также стабилизировать гемодинамику, увеличивая выживаемость при постгеморрагическом шоке [27]. Выживаемость в группе, получавшей водород, была значительно выше, чем в контрольной группе через 6 часов после реанимации (80% vs.30%). Артериальное давление стабилизировалось, а метаболический ацидоз хорошо вылечился в группе, получавшей водород, через 2 часа после реанимации.
Таким образом, было продемонстрировано, что водород имеет потенциальные терапевтические эффекты при кровоизлиянии в различные органы. Но его механизм все еще не совсем ясен, в основном он основан на его противовоспалительных и антиоксидантных способностях. Может ли водород напрямую активировать сигнальные пути, все еще нуждается в оценке с помощью строгих экспериментальных данных.
4. Апластическая анемия
Апластическая анемия — это заболевание, сопровождающееся недостаточностью костного мозга и имеющее высокую летальность [28].Большинство пациентов умирают от тяжелой инфекции и кровотечения. Тем не менее радиация, патогенные микроорганизмы и химические агенты связаны с этиопатогенезом апластической анемии [29, 30]. Даже если, большинство случаев классифицируются как идиопатические [29]. Аутоиммунный ответ, вызванный активированными Т-клетками и гиперсекрецией воспалительных цитокинов, таких как IFN- γ и TNF- α , занимает доминирующее положение в развитии апластической анемии [28]. Аутоиммунный ответ приводит к разрушению гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников [30].Было доказано, что аномалии уровней TNF-, α и IL-6 играют важную роль в патогенезе апластической анемии [31–33]. Окислительное повреждение также связано с развитием апластической анемии [34, 35]. Эти исследования заставляют нас предположить, что водород может быть эффективным при апластической анемии [36]. Zhao et al. проверили эту гипотезу и оценили эффективность водорода при апластической анемии на модели мышей [37]. Они показали, что водород может улучшить массу тела, количество клеток периферической крови и микросреду костного мозга за счет снижения уровней TNF-α , IFN-γ и IL-6.Интересно, что соотношение CD4 / CD8 постепенно увеличивалось до нормального. Это указывает на то, что водород может быть терапевтическим агентом при апластической анемии, регулируя баланс воспаления.
5. Агрегация тромбоцитов
Тромбоциты — один из наиболее важных факторов тромбообразования.
Иногда тромб является защитным при ранении взрослых организмов. Но в некоторых случаях это может вызвать тяжелые тромботические заболевания, включая инфаркт мозга или тромбоэмболию легочной артерии. Считается, что агрегация тромбоцитов тесно связана с ⋅ OH [38].Takeuchi et al. предположили, что водород может ингибировать индуцированную коллагеном агрегацию тромбоцитов за счет снижения reduction OH [39]. Они обнаружили, что богатый водородом физиологический раствор может подавлять вызванную коллагеном агрегацию тромбоцитов в образцах крови здоровых добровольцев. Эффективность водорода была также продемонстрирована той же группой на мышиной модели болезни [39]. Недавно Wang et al. сообщили, что водород может ингибировать активацию тромбоцитов и предотвращать образование тромбоза [40]. В своем исследовании они обнаружили, что насыщенная водородом вода (концентрация 0.6 мМ) ингибировал АДФ-индуцированную агрегацию тромбоцитов в диапазоне доз от 10 мкл мкл до 50 мкл мкл и индуцированную коллагеном агрегацию тромбоцитов крыс в диапазоне доз от 20 мкл мкл до 50 мкл мкл.
Сухой вес тромба был меньше в группе, получавшей водород, чем в контрольной группе в моделях артериального тромбоза, индуцированного FeCl 3 . Время окклюзии также увеличивалось водородом. Механизм основан на антиоксидантных свойствах через последующий путь NO / cGMP / PKG / ERK.Эти исследования показали, что водород можно использовать в сценариях, когда тромбоциты аномально активированы, как в случае тромботических заболеваний.
6. Лимфома
Важным внешним фактором в патогенезе лимфом является ионизирующее излучение (ИР), которое может инициировать и способствовать прогрессированию опухоли [41–43]. Свободные радикалы, особенно ⋅ OH, играют решающую роль как в лучевых повреждениях, так и в патофизиологии опухолей. Zhao et al. показали, что радиационно-индуцированная лимфома тимуса у мышей BALB / c может быть восстановлена водородом [44].Они обнаружили, что водород может снизить частоту радиационно-индуцированной лимфомы тимуса и значительно замедлить развитие лимфомы после облучения разделенной дозой.
Таким образом, это исследование выясняет, может ли водород также оказывать терапевтическое действие на злокачественные гемопоэтические заболевания, аналогично первому докладу о его влиянии на плоскоклеточный рак кожи в 1970-х годах [2]. В текущей рукописи мы выдвинули гипотезу о том, что этот механизм может быть радиозащитным при оценке эффектов водорода по его антиоксидантной способности.Однако, может ли водород непосредственно подавлять лимфому, как сообщается в рукописи 1975 г., все еще не ясно и требует дальнейшего изучения [2]. Если водород может оказывать терапевтическое воздействие непосредственно на лимфому, он может оказывать влияние и на другие виды рака.
7. Заключение
По мере лучшего понимания механизма гематологических заболеваний и разработки целевых терапевтических препаратов, было разработано все большее количество новых терапевтических средств. Однако остается еще много нерешенных проблем, которые требуют дополнительных исследований.Газообразный водород может быть передовым терапевтическим средством, но лишь несколько исследователей сосредоточились на этом направлении.
Хотя он был продемонстрирован при многих заболеваниях в фундаментальных исследованиях и клинических исследованиях, он был применен только к нескольким гематологическим заболеваниям (Рисунок 1). Остается еще много неизведанных областей гематологических исследований. Многие гематологические нарушения связаны с окислительным повреждением и воспалением, например, гемолитические заболевания, тромбоцитопения и злокачественные кроветворения; Пока не ясно, может ли водород оказывать терапевтическое действие на эти заболевания.
Есть некоторые преимущества водорода при гематологических заболеваниях. Во-первых, у водорода мало побочных эффектов. Смесь водорода и гелия давно используется в дайвинге, что показало ее безопасность [45]. Во-вторых, молекулы водорода очень маленькие и обладают сильной проникающей способностью, которая может быстро проникать через биопленку и достигать высокой концентрации внутри клетки для терапевтического воздействия [5]. В-третьих, цена на водород очень низкая и его легко достать, а некоторые лекарства от гематологических заболеваний очень дороги.
Однако водород взрывоопасен, и его концентрация в воде нестабильна, что является недостатком. Гематологические заболевания всегда проходят быстро, но терапевтический эффект водорода низкой концентрации всегда мягкий, а высокая концентрация водорода взрывоопасна. Это все проблемы, которые нам необходимо решить.
Есть еще некоторые загадки водородных эффектов. Например, газообразный водород может вырабатываться в кишечнике грызунов и человека. В кишечнике человека может быть произведено максимум 12 литров водорода [46, 47].Количество водорода, производимого кишечными бактериями, намного больше, чем количество водорода, потребляемого водой или газом, но экзогенно вводимый водород демонстрирует заметный эффект. Концентрация водорода достигала максимума в течение 15 минут после перорального приема водородной воды, а затем возвращалась к исходному уровню через 30 минут [48]. Неизвестно, может ли экзогенный водород оказывать свое действие в качестве сигнальной молекулы или может ли вода, богатая водородом для перорального применения, оказывать влияние на регуляцию микроэкологии кишечника.
Другие механизмы действия водорода все еще нуждаются в дальнейших исследованиях, при этом H 2 является новым медицинским газом, который может иметь большой потенциал. H 2 как новый медицинский газ не привлек особого внимания гематологов. Мы надеемся, что этот древний лечебный газ принесет пользу большему количеству пациентов с гематологическими заболеваниями.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Вклад авторов
Лижэнь Цянь и Чжэнчэн У внесли равный вклад в эту статью.
Благодарности
Эта работа была поддержана китайско-румынским межправительственным проектом научно-технического сотрудничества Министерства науки и технологий Китая (грант № 43-14), грантом Национального фонда естественных наук Китая ( Грант № 81800180), а также в рамках открытого проекта Национальной ключевой лаборатории медицинской иммунологии (NKMI2019K12). Эта работа также была поддержана Национальной спонсорской программой молодых элитных ученых Китайской ассоциации науки и технологий (грант No.
17-JCJQ-QT-032). CT и SP поддерживаются тремя текущими грантами правительства Румынии и двумя исследовательскими грантами, присужденными Университету Юлиу Хатиегану: Фонд институционального развития 2018 (CNFIS-FDI-2019) и совместный грант двустороннего сотрудничества Румыния и Китай 2018-2019 (PN-III-P3-3.1-PM-RO-CN-2018-0083) и Национальным исследовательским грантом, присужденным для исследовательских проектов Frontiers Research Projects 2018-2022 (PN-III-P4-ID-PCCF-2016-0112), Университет Бабеш-Бойяи в сотрудничестве с Институтом онкологии Иона Чирикута Клуж-Напока.
Молекулярный водород как профилактический и лечебный медицинский газ: начало, развитие и потенциал водородной медицины
Abstract
Молекулярный водород (H 2 ) считается инертной и нефункциональной молекулой в нашем организме. Мы изменили эту концепцию, продемонстрировав, что H 2 реагирует с сильными окислителями, такими как гидроксильный радикал, в клетках, и предложили его потенциал для профилактического и терапевтического применения.
H 2 имеет ряд преимуществ, проявляющих обширное действие: H 2 быстро диффундирует в ткани и клетки, и он достаточно мягкий, чтобы не нарушать метаболические окислительно-восстановительные реакции и не влиять на передачу сигналов активными формами кислорода; следовательно, побочных эффектов H 2 быть не должно или быть незначительными.Есть несколько методов проглатывания или употребления H 2 ; вдыхание газа H 2 , питье H 2 -растворенная вода (H 2 -вода), введение H 2 -растворенного солевого раствора (H 2 -солевой раствор), принятие ванны H 2 или закапывать H 2 -солевой раствор в глаза. Многочисленные публикации о его биологических и медицинских преимуществах показали, что H 2 снижает окислительный стресс не только за счет прямых реакций с сильными оксидантами, но также косвенно, регулируя различные экспрессии генов.Более того, регулируя экспрессию генов, H 2 действует как противовоспалительное и антиапоптотическое средство и стимулирует энергетический обмен.
В дополнение к растущим свидетельствам, полученным в ходе экспериментов на модельных животных, были проведены или изучаются обширные клинические исследования. Поскольку большинство лекарств специфически воздействуют на свои цели, H 2 , по-видимому, отличается от обычных фармацевтических препаратов. Благодаря своей высокой эффективности и отсутствию побочных эффектов, H 2 имеет многообещающий потенциал для клинического использования против многих заболеваний.
Ключевые слова
Противовоспалительное
Антиоксидант
Клиническое обследование
Нет побочных эффектов
Окислительный стресс
Реактивные формы кислорода
Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)
Просмотреть аннотациюInc. Copyright © 2014 Elsevier Inc. статьи
Цитирующие статьи
Последние достижения в области водородной медицины: потенциал молекулярного водорода для профилактических и терапевтических применений
Название: Последние достижения в области водородной медицины: потенциал молекулярного водорода для профилактических и терапевтических применений
ОБЪЕМ: 17 ВЫДАЧА: 22
Автор (ы): Шигео Охта
Место работы: 1-396, Косуги-мати, Накахара-ку, город Кавасаки, преф.
211-8533 Япония.
Ключевые слова: Противовоспалительное средство, антиоксидант, водородная медицина, медицинский газ, митохондрии, окислительный стресс, ишемия-реперфузия, ROS, сепсис, артериосклероз
Резюме: Устойчивый оксидативный стресс — одна из основных причин большинства заболеваний, связанных с образом жизни, рака и процессов старения. Острый окислительный стресс напрямую вызывает серьезные повреждения тканей. Несмотря на клиническое значение окислительного повреждения, терапевтический успех антиоксидантов ограничен.Мы предположили, что молекулярный водород (h3) имеет потенциал в качестве «нового» антиоксиданта в профилактических и терапевтических целях [Ohsawa et al., Nat Med. 2007 год: 13; 688-94]. h3 имеет ряд преимуществ в качестве потенциального антиоксиданта: h3 быстро диффундирует в ткани и клетки, и он достаточно мягкий, чтобы не нарушать метаболические окислительно-восстановительные реакции и не влиять на активные формы кислорода (ROS), которые участвуют в передаче сигналов в клетках.
небольшие побочные эффекты от употребления h3. Существует несколько методов проглатывания или потребления h3, включая вдыхание газообразного водорода, питье растворенной в h3 воды (водородной воды), принятие водородной ванны, введение физиологического раствора, растворенного в h3 (водородный солевой раствор), капания водородного солевого раствора в глаза и увеличения производство кишечного h3 бактериями.С момента публикации первой статьи h3 в Nature Medicine в 2007 году биологические эффекты h3 были подтверждены публикацией более 38 заболеваний, физиологических состояний и клинических испытаний в ведущих биологических / медицинских журналах, а несколько групп начали клинические исследования. . Более того, h3 проявляет не только эффекты против окислительного стресса, но также различные противовоспалительные и противоаллергические эффекты. h3 регулирует экспрессию различных генов и фосфорилирование белков, хотя молекулярные механизмы, лежащие в основе заметных эффектов очень малых количеств h3, остаются неуловимыми.
Положительные эффекты водородно-водной ванны у пациентов с псориазом и парапсориазом на бляшках
Нестле Ф. О., Каплан Д. Х. и Баркер Дж. Псориаз. N Engl J Med. 361 , 496–509 (2009).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Сегал В. Н., Шривастава Г. и Аггарвал А. К. Парапсориаз: сложная проблема. Skinmed 6 , 280–286 (2007).
Артикул PubMed Google ученый
Lowes, M. A., Bowcock, A. M. & Krueger, J. G. Патогенез и терапия псориаза. Nature 445 , 866–873 (2007).
ADS Статья PubMed CAS Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 4.Мансури Ю. и Гольденберг Г. Новые системные методы лечения псориаза. Кутис 95 , 155–160 (2015).
PubMed Google ученый
Джонсон-Хуанг, Л. М., Лоуз, М. А. и Крюгер, Дж. Г. Собираем воедино загадку псориаза: обновленная информация о разработке таргетных методов лечения. Dis. Модель. Мех. 5 , 423–433 (2012).
Артикул PubMed CAS PubMed Central Google ученый
Айдоган, К. и др. . Эффективность фототерапии низкими дозами ультрафиолетового излучения a-1 при парапсориазе / грибовидном микозе на ранних стадиях. Photochem. Photobiol. 90 , 873–877 (2014).
PubMed CAS Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 7.Кристоферс, Э. Псориаз — эпидемиология и клинический спектр. Clin. Exp. Дерматол. 26 , 314–320 (2001).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Рапп, С. Р., Фельдман, С. Р., Экзум, М. Л., Флейшер, А. Б. и Ребуссен, Д. М. Псориаз вызывает такую же инвалидность, как и другие серьезные медицинские заболевания. J. Am. Акад. Дерматол. 41 , 401–407 (1999).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Weiss, S.C. et al. . Количественная оценка вредного воздействия псориаза на качество жизни, связанное со здоровьем. J. Am. Акад. Дерматол. 47 , 512–518 (2002).
Артикул PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 10.Haeffner, A.C., Smoller, B.R., Zepter, K. & Wood, G.S. Дифференциация и клональность пораженных лимфоцитов при парапсориазе малых бляшек. Arch. Дерматол. 131 , 321–324 (1995).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Кикучи, А. и др. . Парапсориаз на бляшках: его потенциал развития в злокачественную лимфому. J. Am. Акад. Дерматол. 29 , 419–422 (1993).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Акерман, А. Б. Если парапсориаз с мелкими бляшками (пальцами) является кожной Т-клеточной лимфомой, даже «абортивной», то это должен быть грибовидный микоз! Arch. Дерматол. 132 , 562–566 (1996).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Раскин, С.А. Парапсориаз мелких бляшек и грибовидный микоз. Arch. Дерматол. 132 , 1388 (1996).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Вайнберг, Дж. М. и Тутрон, У. Д. Биологическая терапия псориаза: терапия, нацеленная на Т-клетки, эфализумаб и алефасепт. Cutis. 71 , 41–45 (2003).
PubMed Google ученый
Кадам, Д. П., Сурьякар, А. Н., Анкуш, Р. Д., Кадам, К. Ю. и Дешпанде, К. Х. Роль окислительного стресса на различных стадиях псориаза.
Indian J. Clin. Biochem. 25 , 388–392 (2010).
Артикул PubMed CAS PubMed Central Google ученый
Итихара, М., Собуэ, С., Ито, М., Хираяма, М. и Оно, К. Благоприятные биологические эффекты и механизмы, лежащие в основе молекулярного водорода — всесторонний обзор 321 оригинальной статьи. Med. Газ. Res. 5 , 12 (2015).
Артикул PubMed CAS PubMed Central Google ученый
Ohsawa, I. et al. . Водород действует как терапевтический антиоксидант, избирательно уменьшая цитотоксические радикалы кислорода. Nat. Med. 13 , 688–694 (2007).
Артикул PubMed CAS Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 18.Охта, С. Молекулярный водород как новый антиоксидант: обзор преимуществ водорода для медицинских приложений. Methods Enzymol. 555 , 289–317 (2015).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Охта, С.Недавний прогресс в водородной медицине: потенциал молекулярного водорода для профилактических и терапевтических применений. Curr. Pharm. Des. 17 , 2241–2252 (2011).
Артикул PubMed CAS PubMed Central Google ученый
Хуанг, С., Кавамура, Т., Тойода, Ю. и Накао, А. Последние достижения в исследованиях водорода как лечебного медицинского газа. Free Radic. Res. 44 , 971–982 (2010).
Артикул PubMed CAS Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 21.Ishibashi, T. et al. . Улучшение связанного с псориазом артрита и кожных поражений путем лечения молекулярным водородом: отчет о трех случаях. Мол. Med. Отчет 12 , 2757–2764 (2015).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Бримхолл, А.K., King, L.N., Licciardone, J.C., Jacobe, H. & Menter, A. Безопасность и эффективность алефасепта, эфализумаба, этанерцепта и инфликсимаба при лечении псориаза бляшек от умеренной до тяжелой степени: метаанализ рандомизированных контролируемых исследований. руб. J. Dermatol. 159 , 274–285 (2008).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Dubertret, L. et al. . Клинический опыт, полученный в исследовании эфализумаба (Раптива) (CLEAR) у пациентов с псориазом бляшек средней и тяжелой степени тяжести: результаты международного рандомизированного плацебо-контролируемого исследования III фазы. руб. J. Dermatol. 155 , 170–181 (2006).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Эллис, К. Н., Крюгер, Г. Дж. И группа, А. С. С. Лечение хронического псориаза бляшек путем избирательного воздействия на эффекторные Т-лимфоциты памяти. N. Engl. J. Med. 345 , 248–255 (2001).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Schmitt, J. et al. . Эффективность и безопасность системных методов лечения псориаза средней и тяжелой степени тяжести: метаанализ рандомизированных контролируемых исследований.
руб. J. Dermatol. 170 , 274–303 (2014).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Fallah, A. S., Neumann, H., Hop, W. C. & Thio, H. B. Фумараты против метотрексата при умеренном и тяжелом хроническом бляшечном псориазе: многоцентровое проспективное рандомизированное контролируемое клиническое исследование. руб. J. Dermatol. 164 , 855–861 (2011).
Артикул CAS Google ученый
Миз, П. Дж. и др. . Этанерцепт в лечении псориатического артрита и псориаза: рандомизированное исследование. Ланцет. 356 , 385–390 (2000).
Артикул PubMed CAS Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 28.Айдоган, К., Карадоган, С. К., Тунали, С., Адим, С. Б. и Озчелик, Т. Узкополосная УФ-В-фототерапия при парапсориазе мелких бляшек. J. Eur. Акад. Дерматол. Венереол. 20 , 573–577 (2006).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Эль-Мофти, М. и др. . Узкополосный УФ-В (311 нм), псорален УФ-В (311 нм) и ПУВА-терапия в лечении грибовидного микоза на ранней стадии: сравнительное исследование справа и слева. Фотодерматол. Фотоиммунол. Фотосъемка. 21 , 281–286 (2005).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Ники, Э. Перекисное окисление липидов: физиологические уровни и двойные биологические эффекты. Free Radic.
Биол. Med. 47 , 469–484 (2009).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Исибаши, Т.Молекулярный водород: новая антиоксидантная и противовоспалительная терапия ревматоидного артрита и связанных с ним заболеваний. Curr. Pharm. Des. 19 , 6375–6381 (2013).
Артикул PubMed CAS PubMed Central Google ученый
Ники, Э. Биомаркеры перекисного окисления липидов в клиническом материале. Biochim. Биофиз. Acta. 1840 , 809–817 (2014).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Бриганти, С. и Пикардо, М. Антиоксидантная активность, перекисное окисление липидов и кожные заболевания. Какие новости. J. Eur. Акад. Дерматол. Венереол. 17 , 663–669 (2003).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Yu, X. J. et al. . Экспрессия и локализация активированной митоген-активированной протеинкиназы в пораженной псориазе коже. Exp. Мол. Патол. 83 , 413–418 (2007).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Kawamura, T. et al. . Газообразный водород снижает гипероксическое повреждение легких через путь Nrf2 in vivo . г. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 304 , L646–656 (2013).
Артикул PubMed CAS PubMed Central Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 36.Чжай, X. и др. . Лактулоза улучшает церебральную ишемию-реперфузию у крыс, индуцируя водород путем активации экспрессии Nrf2. Free Radic. Биол. Med. 65 , 731–741 (2013).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Itoh, T. et al. . Молекулярный водород подавляет опосредованную FcepsilonRI передачу сигнала и предотвращает дегрануляцию тучных клеток. Biochem.Биофиз. Res. Commun. 389 , 651–656 (2009).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Itoh, T. et al. . Молекулярный водород ингибирует индуцированное липополисахаридом / интерфероном γ производство оксида азота за счет модуляции передачи сигнала в макрофагах.
Biochem. Биофиз. Res. Commun. 411 , 143–149 (2011).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Арбисер, Дж. Л. Эфиры фумарата как ингибиторы ангиогенеза: ключ к действию при псориазе? J. Invest. Дерматол. 131 , 1189–1191 (2011).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Лю Х., Колавитти Р., Ровира И. И. и Финкель Т. Редокс-зависимая регуляция транскрипции. Circ. Res. 97 , 967–974 (2005).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Белл, Э. Л., Климова, Т. А., Эйзенбарт, Дж.
, Шумакер, П. Т. и Чандель, Н. С. Митохондриальные реактивные формы кислорода запускают зависимое от гипоксии фактор-зависимое продление репликативной продолжительности жизни во время гипоксии. Мол. Cell Biol. 27 , 5737–5745 (2007).
Артикул PubMed CAS PubMed Central Google ученый
Оно, К., Ито, М. и Итихара, М. Молекулярный водород как новый терапевтический медицинский газ для нейродегенеративных и других заболеваний. Оксид. Med. Cell Longev. 35 , 31–52 (2012).
Google ученый
Ishibashi, T. et al. . Терапевтическая эффективность введенного молекулярного водорода в физиологическом растворе при ревматоидном артрите: рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое пилотное исследование.
Int. Иммунофармакол. 21 , 468–473 (2014).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Bacchetti, T. et al. . Окислительный стресс и псориаз: эффект лечения ингибитором фактора некроза опухоли α. руб. J. Dermatol. 168 , 984–989 (2013).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Yu, J. J. et al. . Составной глицирризин плюс традиционная терапия обыкновенного псориаза: систематический обзор и метаанализ рандомизированных контролируемых исследований. Curr. Med. Res. Мнение. 33 , 279–387 (2017).
Артикул PubMed CAS Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 46.van-de-Kerkhof, P.C. Площадь и индекс тяжести псориаза и альтернативные подходы к оценке степени тяжести: сохраняющиеся области путаницы. руб. J. Dermatol. 137 , 661–662 (1997).
Артикул PubMed CAS Google ученый
Carlin, C. S., Feldman, S. R., Krueger, J. G., Menter, A. & Krueger, G. G. 50% -ное снижение площади псориаза и индекса тяжести (PASI 50) является клинически значимой конечной точкой в оценке псориаза. J. Am. Акад. Дерматол. 50 , 859–866 (2004).
Артикул PubMed Google ученый
Szepietowski, J.C., Reich, A. & Wiśnicka, B. Зуд у пациентов, страдающих псориазом. Acta. Дерматовенерол. Хорват.
10 , 221–226 (2002).
PubMed Google ученый
Холдейн, Дж. Б. Оценка и значение логарифма отношения частот. Ann. Гм. Genet. 20 , 309–311 (1956).
Артикул PubMed МАТЕМАТИКА CAS Google ученый
Применение водорода в промышленности — WHA International, Inc.WHA International, Inc.
Водород быстро становится глобальным претендентом на альтернативную энергию, но на эти применения фактически приходится менее 10% мирового потребления водорода. [I] По мере роста водородной экономики мир переосмысливает то, как водород производится, передается и используется.
В этой статье мы рассмотрим как исторических лидеров мирового потребления водорода, так и новых претендентов на водородные технологии и инновации.
Около 55% водорода в мире идет на производство аммиака; 25% используется при переработке и около 10% используется для производства метанола.
На другие приложения приходится только около 10%.
Историческое промышленное применение.
На протяжении десятилетий водород использовался в основном в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Конечные приложения включают:
- Сельскохозяйственная / химическая промышленность:
Водород — это основное сырье, необходимое для производства аммиака (NH 3 ), также известного как азан, который является важной частью удобрений, используемых в сельскохозяйственной промышленности по всему миру. Аммиак также можно использовать в качестве доступного экологически чистого хладагента (R-717). - Нефтеперерабатывающая промышленность:
Водород обычно используется в гидрокрекинге для создания нефтепродуктов, включая бензин и дизельное топливо. Он также используется для удаления примесей, таких как сера, и для создания метанола (CH 3 OH).
Другие общепромышленные применения водорода.
Водород также давно используется в нескольких других отраслях промышленности. К ним относятся:
- Продукты питания:
Водород используется для превращения ненасыщенных жиров в насыщенные масла и жиры, включая гидрогенизированные растительные масла, такие как маргарин и сливочные спреды. - Металлообработка:
Водород используется во многих областях, включая легирование металлов и выплавку железа. - Сварка:
Сварка атомарным водородом (AHW) — это тип дуговой сварки, в которой используется водородная среда. - Плоское стекло Производство:
Смесь водорода и азота используется для предотвращения окисления и, следовательно, дефектов во время производства. - Производство электроники :
В качестве эффективного восстановителя и травителя водород используется для создания полупроводников, светодиодов, дисплеев, фотоэлектрических сегментов и другой электроники.
- Медицина:
Водород используется для создания перекиси водорода (H 2 O 2 ). В последнее время газообразный водород также изучается как лечебный газ для ряда различных заболеваний.
Электромобили с личными водородными топливными элементами (HFCEV), подобные этому, представляют собой быстрорастущую новую отрасль потребления водорода.
Применение в водородной энергетике.
Новые коммерческие применения водорода, такие как топливные элементы, открывают всевозможные новые возможности в транспортной и других отраслях, связанных с энергетикой.В некоторых приложениях водород используется в качестве альтернативного горючего топлива. Заметные области роста включают:
- Исследование космоса:
Жидкое водородное топливо (LH 2 ) играет важную роль в освоении космоса со времен программы НАСА «Аполлон», когда оно было впервые использовано на второй ступени ракет «Сатурн». Сегодня его использование расширяется и включает государственные и коммерческие организации, такие как United Launch Alliance, Boeing и Blue Origin. - Aviation:
В нескольких экспериментальных программах использовались водородные топливные элементы в таких проектах, как беспилотный самолет длительного действия Pathfinder и Helios.Недавно Airbus представил концепцию летательных аппаратов ZEROe, работающих на водороде, которые используют жидкий водород для питания модифицированных газотурбинных двигателей. - Global Logistics:
Десятки компаний с большими складскими и торговыми площадями обращаются к водородным топливным элементам для питания грузовиков, вилочных погрузчиков и т. Д. Такие компании, как Nikola Motors, Hyundai, Toyota, Kenworth Truck Co и UPS, очень заинтересованы в создании грузовиков, фургонов и полуфабрикатов с водородным двигателем. - Общественный транспорт:
Водородные топливные элементы также рассматриваются для других приложений общественного транспорта, включая поезда и автобусы. Несколько крупных городов, включая Чикаго, Ванкувер, Лондон и Пекин, экспериментировали с автобусами, работающими на водороде. Поезда с водородным двигателем уже появились в Германии, и в ближайшие пять лет ожидается, что другие модели поступят в Великобританию , Франция, Италия, Япония, Южная Корея и США. - Личный транспорт:
Девять основных производителей автомобилей разрабатывают автомобили на водородных топливных элементах (FCV), предназначенные для личного пользования. - Power Generation:
Водород уже используется для охлаждения генераторов электростанций, но он также является многообещающим средством стабилизации электросети.Электроэнергия может быть превращена в водород посредством электролиза, затем сохранена и использована для конечного использования, например, для транспортировки. - Резервное производство энергии:
На местном уровне стационарные топливные элементы используются как часть систем бесперебойного питания (ИБП), где критически важно непрерывное время безотказной работы. И больницы, и центры обработки данных все чаще обращаются к водороду для удовлетворения своих потребностей в источниках бесперебойного питания.
Сегодня его использование расширяется и включает государственные и коммерческие организации, такие как United Launch Alliance, Boeing и Blue Origin.
Несколько крупных городов, включая Чикаго, Ванкувер, Лондон и Пекин, экспериментировали с автобусами, работающими на водороде. Поезда с водородным двигателем уже появились в Германии, и в ближайшие пять лет ожидается, что другие модели поступят в Великобританию , Франция, Италия, Япония, Южная Корея и США.
И больницы, и центры обработки данных все чаще обращаются к водороду для удовлетворения своих потребностей в источниках бесперебойного питания.В 2007 году ВАЗ расследовала катастрофический взрыв водорода на электростанции Маскингам-Ривер.Из-за вышедшего из строя разрывного диска на емкости для хранения большое количество водорода улетучилось и собралось под крышей, прежде чем оно воспламенилось, в результате чего один погиб и 10 получили ранения.
WHA Промышленные связи с водородом.
WHA имеет долгую историю водородной безопасности, и во многих конечных областях применения также используется уникальный опыт WHA с кислородом в качестве окислителя.
Многие из инженеров-основателей WHA начали свою карьеру в НАСА, которое первыми начало применять водородное топливо и топливные элементы.Главный химик ВАЗ доктор Гарольд Бисон фактически работал в команде, которая разработала Стандарт НАСА для водорода и водородных систем, который позже был адаптирован в Руководстве AIAA по безопасности водородных и водородных систем.
WHA Инженер-механик и судебно-медицинский эксперт д-р Дэни Мерфи также имеет богатый опыт работы в Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) и Горной школе Колорадо, где она участвовала в исследованиях топливных элементов, электролизеров и водородной инфраструктуры, включая станцию подачи документов. дизайн и безопасность.
Более 30 лет WHA расследует инциденты, связанные с водородом, и использует извлеченные уроки для создания новых ресурсов и услуг, которые помогают промышленности защищаться от водородных пожаров и взрывов.
WHA помогает защитить промышленность от водорода.
По мере роста водородной промышленности растут и риски. Во многих новых применениях водорода используются условия, ранее редко встречающиеся в крупных коммерческих масштабах. В транспортных системах топливных элементов, например, часто хранится водород при давлении 70 МПа (10 000+ фунтов на кв. Дюйм) или выше.Другие области применения жидкого водорода работают при экстремальных криогенных температурах.
WHA предлагает анализ опасностей, индивидуальные испытания и другие специализированные услуги по безопасности, чтобы помочь отрасли понять и защитить себя от водородных пожаров и взрывов.
Где бы ни использовался водород, особенно важно, чтобы персонал прошел надлежащую подготовку по работе с опасными материалами. Фактически, OSHA требует этого. WHA помогает клиентам удовлетворить это требование и превзойти его, обеспечивая несколько уровней обучения водородной безопасности — от базовых знаний об опасностях до усовершенствованного проектирования систем и анализа рисков, и все это проводят инструкторы уровня экспертов WHA.
Вне зависимости от отрасли или конечного применения WHA International готова удовлетворить ваши потребности в водородной безопасности.
[i] https://hydrogeneurope.eu/hydrogen-applications
Конститутивная ингаляция водорода предотвращает ремоделирование сосудов за счет снижения окислительного стресса
Abstract
Считается, что молекулярный водород оказывает ингибирующее действие на окислительный стресс, тем самым замедляя возникновение и прогрессирование различных заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания; однако в нескольких отчетах оценивается профилактический эффект постоянного вдыхания газообразного водорода на ремоделирование сосудов.
Здесь мы исследовали влияние конститутивного вдыхания газообразного водорода на формирование сосудистой неоинтимы с использованием мышиной модели повреждения сосудов, вызванного манжетой. После ингаляции сжатого газообразного водорода (O2 21%, N2 77,7%, водорода 1,3%) или только сжатого воздуха (O 2 21%, N 2 79%) мышами C57BL / 6 в течение 2 недель с 8 недель В возрасте возраста в закрытой камере воспалительное повреждение манжеты было вызвано размещением полиэтиленовой манжеты вокруг бедренной артерии под анестезией, и введение газообразного водорода продолжалось до отбора пробы из бедренной артерии.Образование неоинтимы, сопровождающееся увеличением пролиферации клеток, было значительно ослаблено в группе водорода по сравнению с контрольной группой. Подавление НАДФН-оксидазы NOX1 в ответ на повреждение манжеты было показано в группе, получавшей водород, но уровни экспрессии субъединиц НАДФН-оксидазы, p40phox и p47phox, существенно не различались между водородной и контрольной группами.
Хотя увеличение производства супероксид-анионов существенно не отличалось между водородной и контрольной группами, повреждение ДНК было уменьшено в результате восстановления активных форм кислорода, таких как гидроксильный радикал (OH) и пероксинитрит (ONOO —) в водороде. группа.Эти результаты демонстрируют, что постоянное вдыхание газообразного водорода ослабляет ремоделирование сосудов частично за счет снижения окислительного стресса, предполагая, что постоянное вдыхание газообразного водорода в безопасной концентрации в жилой среде может быть эффективной стратегией для предотвращения сосудистых заболеваний, таких как атеросклероз.
Образец цитирования: Kiyoi T, Liu S, Takemasa E, Nakaoka H, Hato N, Mogi M (2020) Ингаляция конститутивного водорода предотвращает ремоделирование сосудов за счет снижения окислительного стресса.PLoS ONE 15 (4): e0227582. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227582
Редактор: Майкл Бадер, Макс Дельбрук Centrum fur Molekulare Medizin Berlin Buch, ГЕРМАНИЯ
Поступила: 26 августа 2019 г .
; Одобрена: 20 декабря 2019 г .; Опубликовано: 17 апреля 2020 г.
Авторские права: © 2020 Kiyoi et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.
Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в рукописи и ее файлах с вспомогательной информацией.
Финансирование: Это исследование было поддержано грантами JSPS KAKENHI с номерами 18K08389 (S.L.) и 25462220 (M.M.), а также исследовательскими грантами Panasonic Corporation (https://www.panasonic.com/jp/home.html). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, решении опубликовать или подготовке рукописи.
Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что конкурирующих интересов не существует.
Сокращения: CVD, сердечно-сосудистые заболевания; DHE, дигидроэтидий; ERK, киназа, регулируемая внеклеточными сигналами; HPF, гидроксифенилфлуоресцеин; JNK, c-Jun Nh3-терминальная киназа; МАПК, митоген-активированная протеинкиназа; НАДФН, никотинамидадениндинуклеотидфосфат; NOX1, НАДФН-оксидаза 1; PCNA, ядерный антиген пролиферирующих клеток; РОС, активные формы кислорода; VSMC, гладкомышечные клетки сосудов
Введение
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), включая ишемическую болезнь сердца, остаются ведущей причиной потери здоровья и смерти во всем мире [1].Было высказано предположение, что связанные с образом жизни заболевания, такие как гипертония, диабет и ожирение, участвуют в возникновении ССЗ, а прогрессирование заболевания сопровождается повреждением сосудов из-за хронического / стойкого окислительного стресса, зависимого от активных форм кислорода (АФК) [2, 3].
Окислительный стресс относится к повышенным уровням внутриклеточных АФК, которые вызывают повреждение липидов, белков и ДНК [4]. Следовательно, снижение окислительного стресса путем подавления АФК может быть подходом к предотвращению возникновения сердечно-сосудистых заболеваний.Действительно, сообщалось, что блокаторы рецепторов ангиотензина II ослабляют атеросклероз в результате подавления АФК путем ингибирования активности никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН) оксидазы [5].
Сообщается, что молекулярный водород ослабляет окислительный стресс, действуя как поглотитель радикалов для гидроксильных радикалов (OH) и пероксинитрита (ONOO-) in vitro [6]. С тех пор было доказано, что молекулярный водород оказывает благотворное влияние на патофизиологию различных заболеваний за счет снижения окислительного стресса [7–10].Существует несколько удобных и эффективных систем доставки, таких как ингаляция, пероральный прием богатой водородом воды, инъекция богатого водородом физиологического раствора и прямое введение (ванна, глазные капли и т. Д.) Для введения молекулярного водорода in vivo [11]. Было высказано предположение, что молекулярный водород предотвращает ремоделирование сосудов на животных моделях, таких как ишемия и реперфузионное (I / R) повреждение, трансплантация вен, баллонное повреждение сонной артерии и церебральный вазоспазм субарахноидального кровоизлияния за счет снижения окислительного стресса [12–15].
В предыдущих отчетах было обнаружено, что вдыхание 2% газообразного водорода в течение 2-часового ишемического состояния перед реперфузией было эффективным для снижения смертности и функционального результата в модели повреждения I / R крысы [12]. Однако мало что известно о благотворном влиянии постоянного вдыхания газообразного водорода на профилактику сердечно-сосудистых заболеваний в повседневной жизни. В последнее время газообразный водород, который можно легко получить из воды путем электролиза, не только привлек внимание как источник энергии, но и, как ожидается, будет способствовать здоровому образу жизни.
Поэтому мы исследовали влияние конститутивного введения газообразного водорода в низкой концентрации на ремоделирование сосудов с использованием модели сосудистого повреждения, вызванного манжетой. В этом исследовании мы сосредоточились на влиянии вдыхания газообразного водорода на сердечно-сосудистые заболевания как на изменение образа жизни. ССЗ вызывается заболеванием, связанным с образом жизни, с хроническим / стойким оксидативным стрессом; то есть постоянное вдыхание молекулярного водорода в реальной жизни способствует снижению хронического / стойкого оксидативного стресса и может предотвратить сердечно-сосудистые заболевания.
Материалы и методы
Животные и лечение
мышей C57BL / 6 были приобретены у CLEA Japan, Inc. (Токио, Япония). Во всех экспериментах использовали мышей-самцов в возрасте 8 недель (средний вес 23 г). Восемь животных содержали в закрытых камерах размером 350 мм x 150 мм x 150 мм, как показано на фиг. , рис. 1, . Мышей случайным образом распределяли по водородной или контрольной группе.
Сжатый газообразный водород (O 2 21%, N 2 77,7%, водород 1,3%) или сжатый воздух (O 2 21%, N 2 79%) непрерывно протекал при 0.4 л / мин. Влажность (до 70%) и температура (около 25 ° C) в закрытой камере контролировались и поддерживались с помощью осушителей и дезодорантов. Подстилку животных меняли каждые два дня. В комнатах поддерживалась постоянная температура 25 ° C с автоматически регулируемым циклом свет-темнота 12:12 с включением света в 7:00 утра.Пища и вода предоставлялись ad libitum.
После вдыхания 1,3% газообразного водорода в течение 2 недель с 8-недельного возраста воспалительное повреждение манжеты было вызвано путем наложения полиэтиленовой манжеты вокруг бедренной артерии под анестезией, как описано ранее [16–18].Всем мышам была проведена операция наложения манжеты в течение часа после введения 0,1 мл / 10 г комбинированного анестетика (0,3 мг / кг медетомидина, 4,0 мг / кг мидазолама, 5,0 мг / кг буторфанола) в физиологическом растворе путем внутрибрюшинной инъекции.
Для отбора пробы из бедренной артерии в каждом эксперименте выполняли кровопускание путем транскардиальной перфузии с PBS для эвтаназии под анестезией, как описано выше. Все эксперименты на животных проводились с 9:00 до 18:00. в нашей лаборатории.
Протоколы экспериментов соответствовали руководящим принципам Комитета по уходу за животными Университета Эхиме и одобрены Университетским комитетом по исследованиям животных.
Морфометрический анализ
При морфометрическом анализе бедренные артерии, на которые наложили манжету в течение 14 дней при вдыхании 1,3% газообразного водорода, были взяты после перфузии 4% параформальдегидом (PFA) и промыты в течение 24 часов 4% PFA при 4 ° C. . Серийные залитые парафином срезы размером 4 мкм окрашивали Elastica van Gieson (EVG) для наблюдения за образованием неоинтимы. Срезы наблюдали под световым микроскопом BZ9000 (Keyence, Осака, Япония), а площадь неоинтимы измеряли с помощью программного обеспечения ImageJ.
Иммуногистохимическое окрашивание
Образцы, залитые парафином для морфометрического анализа, также использовали для иммуногистохимического исследования.
Срезы обрабатывали 3% H 2 O 2 в течение 10 минут для блокирования эндогенной пероксидазы, и извлечение антигена выполняли путем тепловой обработки цитратным буферным раствором (pH 6,0). Срезы инкубировали в течение ночи при 4 ° C с первичным антителом, антителом к ядерному антигену пролиферирующих клеток (PCNA) (Abcam, Ltd., Ньюкасл-апон-Тайн, Великобритания).Связывание антител визуализировали с 3,3′-диаминобензидином (DAB) с использованием набора для окрашивания мышей, Histofine (Nichirei Bioscience, Токио, Япония). Результаты окрашивания оценивали путем подсчета количества PCNA-положительных клеток в неоинтиме.
Лазерная микродиссекция
Бедренные артерии, которым наложили манжету в течение 7 дней при ингаляции 1,3% газообразного водорода, были взяты, и были приготовлены нефиксированные замороженные срезы на предметных стеклах, покрытых фольгой (Leica Microsystems, Wetzlar, Германия).Срезы фиксировали этанолом, содержащим 5% уксусную кислоту, и окрашивали толуидиновым синим.
Неоинтиму и ткани артериальной среды собирали из тканей бедренной артерии методом лазерной микродиссекции с использованием LMD7000 (Leica Microsystems, Wetzlar, Германия). Каждый образец собирали в пробирку на 0,2 мл.
ОТ-ПЦР
Использовались образцы, полученные с помощью лазерной микродиссекции, или объединенные образцы 8–10 артерий для группы без наложения манжеты и 4–6 артерий для группы через 7 дней после наложения манжеты.Тотальную РНК экстрагировали из бедренных артерий с использованием Sepasol RNA I Super G (Nacalai Tesque, Киото, Япония). Экспрессию мРНК количественно оценивали с помощью SYBR Premix Ex Taq с использованием системы Thermal Cycler Dice Realtime (Takara Bio, Shiga, Japan). Последовательности праймеров ПЦР приведены в таблице S1 .
Измерение активных форм кислорода (ROS)
Были взяты бедренные артерии, на которые наложили манжету в течение 7 дней при ингаляции 1,3% газообразного водорода, и были приготовлены серийные нефиксированные замороженные срезы размером 6 мкм.
Для обнаружения супероксид-анионов (O 2 — ⋅) добавляли 10 мкмоль / л флуорогенного дигидроэтидия (DHE) (Abcam, Ltd., Ньюкасл-апон-Тайн, Великобритания), и срезы инкубировали в течение 30 мин при 37 °. С. Метод был описан ранее [16, 17]. Для обнаружения гидроксильных радикалов (OH) и пероксинитрита (ONOO — ) добавляли 10 мкмоль / л гидроксифенилфлуоресцеина (HPF) (GORYO Chemical, Inc., Саппоро, Япония) и срезы инкубировали в течение 30 мин при 37 °. С. Метод окрашивания HPF был описан ранее [19].Результаты были получены с использованием флуоресцентного микроскопа BZ9000 (Keyence, Осака, Япония). Интенсивность флуоресценции в неоинтиме и артериальной среде анализировали и количественно оценивали с помощью программного обеспечения ImageJ.
Анализ повреждений ДНК
Замороженные образцы для измерения ROS были использованы для анализа повреждений ДНК путем обнаружения 8-нитрогуанина и 8-гидрокси-2’-дезоксигуанозина (8-OHdG). Были приготовлены серийные нефиксированные замороженные срезы размером 6 мкм.
Некоторые срезы фиксировали этанолом в течение 5 мин.Срезы инкубировали в течение ночи при 4 ° C с кроличьими поликлональными первичными антителами против 8-нитрогуанозина (Dojindo Molecular Technologies, Inc., Кумамото, Япония) или кроличьими первичными антителами против 8-OHdG (Bioss Antibodies Inc., Woburn, MA. ), а затем вторичное антитело против кролика (Thermo Fisher Scientific KK, Waltham, MA). Связывание антител визуализировали с помощью Alexa 594 с использованием флуоресцентного микроскопа BZ9000. Интенсивность флуоресценции в неоинтиме и артериальной среде анализировали и количественно оценивали с помощью программного обеспечения ImageJ.
Статистический анализ
Все значения выражены как среднее ± стандартное отклонение. в цифрах. Данные были оценены ANOVA. Если был обнаружен статистически значимый эффект, проводился апостериорный анализ для выявления разницы между группами. Статистически значимыми считались значения P <0,05.
Результаты
Ингибирующее действие ингаляции водорода на образование неоинтимы
Мы исследовали влияние газообразного водорода на формирование неоинтимы через 14 дней после наложения полиэтиленовой манжеты вокруг бедренной артерии.
Образование неоинтимы наблюдалось в водородной и воздушной группах. Отношение площади неоинтимы к площади сосудистой среды в водородной группе (Hyd) было значительно уменьшено в 0,55 раза по сравнению с таковым в контрольной воздушной группе (Con) (, рис. 2, ).
Рис. 2. Влияние ингаляции газообразного водорода на формирование неоинтимы в поврежденной бедренной артерии после наложения манжеты.
После вдыхания газообразного водорода в течение 2 недель с 8-недельного возраста у мышей C57BL / 6 повреждение манжеты было вызвано наложением полиэтиленовой манжеты вокруг бедренной артерии.Показаны репрезентативные фотографии и количественный анализ неоинтимальной области в поперечных срезах бедренной артерии с эластическим окрашиванием по Ван-Гизону (EVG). Исходное увеличение × 200 (масштабная линейка: 100 мкм) и × 600 (масштабная линейка: 30 мкм). В количественном анализе данные представляют собой отношение площади образования неоинтимы к площади сосудистой среды, а значения представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего (n = 16 для контрольной группы (Con), n = 24 для водородной группы (Hyd)).
* p <0,05 по сравнению с Con.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227582.g002
Ингибирующее действие ингаляции водорода на пролиферацию клеток
Мы наблюдали, что газообразный водород уменьшает неоинтимальную область со снижением индекса маркировки PCNA в интиме. PCNA-положительные клетки в неоинтиме наблюдались как в водородной, так и в воздушной группах. Индекс мечения PCNA в неоинтиме у Hyd был снижен в 0,69 раза по сравнению с таковым у Con (, рис. 3, ). Кроме того, большинство клеток, которые пролиферировали в интиме после наложения манжеты, были положительными по α-SMA ( S1, рис. ).
Рис. 3. Влияние ингаляции газообразного водорода на пролиферацию клеток в поврежденной бедренной артерии после наложения манжеты.
Показаны репрезентативные фотографии и количественный анализ поврежденной бедренной артерии в поперечных срезах после иммуногистохимического окрашивания (на PCNA). Исходное увеличение × 200 (масштабная линейка: 100 мкм) и × 600 (масштабная линейка: 30 мкм).
При количественном анализе данные представляют количество PCNA-положительных клеток в неоинтиме и сосудистой среде, а значения представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего (n = 16 для каждой группы).* p <0,05 по сравнению с Con.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227582.g003
Ингибирующее действие ингаляции водорода на экспрессию субъединиц НАДФН-оксидазы
Мы оценили влияние газообразного водорода на уровни мРНК NOX1 (тип НАДФН-оксидазы) и субъединиц NOX1 (p40phox, p47phox) в неоинтиме и артериальной среде бедренной артерии через 7 дней после наложения манжеты. Уровень экспрессии NOX1 был значительно снижен в Hyd, но уровни экспрессии p40phox и p47phox существенно не различались между Con и Hyd.Уровень экспрессии NOX1 в Hyd был в 0,23 раза выше, чем в Con (, рис. 4, ).
Рис. 4. Влияние ингаляции газообразного водорода на субъединицы НАДФН-оксидазы и НАДФН-оксидазы.
Экспрессия NOX1 (a), p40phox (b) и p47phox (c), определенная с помощью количественной ОТ-ПЦР в реальном времени в бедренной артерии через 7 дней после наложения манжеты.
Образцы тканей были получены из артерий с манжетами через 7 дней после операции. Значения являются средними ± SEM (n = 5 для каждой группы). Против; контрольная группа Hyd; водородная группа.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227582.g004
Ингибирующее действие ингаляции водорода на продукцию АФК
Мы исследовали влияние газообразного водорода на выработку АФК, таких как супероксид-анион, гидроксильные радикалы и пероксинитрит, в неоинтиме и артериальной среде бедренной артерии через 7 дней после наложения манжеты. Продукция супероксид-аниона оценивалась окрашиванием DHE, а продукция гидроксильных радикалов и пероксинитрита оценивалась окрашиванием HPF.Не было значительной разницы в продукции супероксид-аниона между Con и Hyd (фиг. 5A ). С другой стороны, гидроксильные радикалы и пероксинитрит были заметно ослаблены в 0,84 раза в Hyd по сравнению с таковыми в Con ( Fig. 5B ).
Рис. 5. Влияние ингаляции газообразного водорода на производство АФК.
Образцы тканей были получены из артерий с манжетами через 7 дней после операции. (A) Репрезентативные фотографии поперечных срезов поврежденной бедренной артерии после окрашивания DHE и интенсивности флуоресценции в интиме и среде.(B) Репрезентативные фотографии поперечных срезов поврежденной бедренной артерии после окрашивания HPF и интенсивности флуоресценции в интиме и среде. Исходные фотографии были получены как 8-битные изображения (исходное увеличение × 200; масштабная линейка: 100 мкм), и данные представляют собой относительные единицы флуоресценции (RFU). Значения представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего (n = от 18 до 21 для каждой группы). ** p <0,01 по сравнению с воздушной группой (Con). Hyd; водородная группа.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227582.g005
Ингибирующее действие ингаляции водорода на повреждение ДНК ROS
Мы исследовали влияние газообразного водорода на индуцированное ROS повреждение ДНК в неоинтиме и артериальной среде поврежденной артерии через 7 дней после наложения манжеты.
Нитрогуанозин является маркером повреждения ДНК пероксинитритом (ONOO –) и перекисью водорода, а 8-OHdG также является репрезентативным маркером повреждения ДНК гидроксильными радикалами (OH). Повреждение ДНК АФК определяли иммуноцитохимическим окрашиванием. Индекс флуоресцентного мечения 8-нитрогуанозина был значительно снижен в 0,93 раза в Hyd по сравнению с Con (, фиг. 6A, ). Индекс флуоресцентного мечения 8-OHdG также был значительно снижен в 0,84 раза у Hyd по сравнению с Con ( Fig. 6B ).
Рис. 6. Влияние газообразного водорода на повреждение ДНК АФК.
Образцы тканей были получены из артерий с манжетами через 7 дней после операции. (A) Репрезентативные фотографии поперечных срезов поврежденной бедренной артерии после иммуногистохимического окрашивания антителом против нитрогуанидина и интенсивности флуоресценции в интиме и среде. Исходные фотографии были получены как 8-битные изображения (исходное увеличение × 200; масштабная линейка: 100 мкм), и данные представляют собой относительные единицы флуоресценции (RFU).
Значения являются средними ± SEM (n = 21 для воздушной группы (Con), n = 21 для водородной группы (Hyd)).* p <0,05 по сравнению с Con.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227582.g006
Discussion
Эти результаты продемонстрировали, что постоянное вдыхание газообразного водорода в низкой концентрации ослабляет ремоделирование сосудов за счет снижения окислительного стресса и пролиферативной передачи сигналов. Предыдущие сообщения о влиянии ингаляции газообразного водорода на сердечно-сосудистые заболевания были сосредоточены на клиническом применении с использованием модели повреждения I / R крысы [12, 20]. С другой стороны, это исследование влияния ингаляции газообразного водорода на сердечно-сосудистые заболевания было сосредоточено на изменении образа жизни.В настоящем исследовании, учитывая повседневную жизнь людей, профилактический эффект постоянного введения газообразного водорода на ремоделирование сосудов был изучен на модели повреждения манжеты у мышей.
В этой модели сосудистого повреждения известно, что супероксид, возникающий в результате повышенной активности НАДФН-оксидазы, способствует пролиферации VSMC и образованию неоинтимы [21]. Субъединицы НАДФН-оксидазы (p40phox и p47phox), как известно, способствуют ремоделированию сосудов, включая атеросклероз, в качестве мощных позитивных регуляторов [22, 23].Zhang et al. показали, что внутрибрюшинная инъекция богатой водородом среды вызывает снижение экспрессии НАДФН-оксидазы у крыс с моделью гипертрофии сердца, индуцированной изопротеренолом (ISO) [24]. Qin et al. сообщили, что инъекция богатого водородом физиологического раствора снижает содержание супероксида и предотвращает пролиферацию и миграцию VSMC на модели баллонного повреждения сонной артерии крысы [13]. Эти отчеты предполагают, что молекулярный водород может предотвратить сердечно-сосудистые заболевания путем подавления активности НАДФН и выработки супероксида. Однако молекулярный водород не действует как поглотитель радикалов для других АФК, таких как супероксид, перекись водорода и т. Д.in vitro [6]. Это неясный момент относительно механизма действия молекулярного водорода на биологическую активность. В настоящих результатах вдыхание газообразного водорода подавляло экспрессию НАДФН-оксидазы, NOX1, но не влияло на уровни экспрессии субъединиц НАДФН-оксидазы, таких как p40phox и p47phox, в бедренной артерии через 7 дней после наложения манжеты. Кроме того, не было значительных различий в производстве супероксида между водородной и контрольной группами. Эти результаты предполагают, что наша система введения водорода может иметь небольшое влияние на продукцию супероксида за счет активности НАДФН-оксидазы, поскольку не было значительного изменения уровней экспрессии субъединиц НАДФН-оксидазы.С другой стороны, наши результаты согласуются с тем фактом, что молекулярный водород не действует напрямую как поглотитель радикалов против супероксида [6].
Генерация супероксида является первым шагом на пути образования различных АФК, таких как перекись водорода, гидроксильные радикалы (⋅OH) и пероксинитрит (ONOO — ) [21,22].
На окислительный стресс при сердечно-сосудистых заболеваниях влияет не только супероксид, но и ⋅OH и ONOO –, которые обладают высокой окислительной активностью [3, 25]. Молекулярный водород снижает окислительный стресс, действуя как поглотитель радикалов для ⋅OH и ONOO — in vitro [6].Кроме того, в некоторых сообщениях предполагается, что молекулярный водород оказывает ингибирующее действие на заболевание, опосредованное окислительным стрессом, за счет снижения уровней OH и ONOO – in vivo [26, 27]. Игараши и др. сообщили, что водород предотвращает повреждение эндотелия роговицы при операции по факоэмульсификации катаракты за счет снижения OH [27]. Zhang et al. сообщили, что употребление воды, богатой водородом, заметно ингибирует образование ONOO — на основании обнаружения 3-нитротирозина в брюшных артериях выше и рядом с местом коарктации на модели коарктации брюшной аорты крысы [26].С другой стороны, также указывалось, что для снижения уровня OH необходимо достаточное количество водорода [8]. В нашем эксперименте наблюдалась заметная разница в ослаблении уровня OH или, альтернативно, уровня ONOO — в бедренной артерии через 7 дней после наложения манжеты между водородной и контрольной группами. Таким образом, результаты показали, что наша система введения водорода может способствовать частичному облегчению ROS-зависимого окислительного стресса.
АФК, и последующие пути восстановления в настоящее время все чаще рассматриваются как фактор риска прогрессирования сердечно-сосудистых заболеваний, включая атеросклероз [28].В частности, на повреждение ДНК, вызванное АФК, сильно влияют andOH и ONOO – из-за сильного окисления. Хорошо известно, что 8-гидроксидезоксигуанозин (8-OHdG) является репрезентативным маркером повреждения ДНК, вызванного АФК [29, 30], а 8-нитрогуанозин также считается маркером повреждения ДНК АФК, например ONOO — . [31, 32]. В нашем эксперименте уровни обнаружения 8-OHdG и 8-нитрогуанозина были снижены в бедренной артерии через 7 дней после наложения манжеты в группе, получавшей водород.Эти результаты предполагают, что наша система введения водорода позволяет уменьшить повреждение ДНК за счет подавления уровней ⋅OH и ONOO —.
В событиях ремоделирования сосудов АФК активируют пролиферацию и миграцию VSMC через путь передачи сигнала митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK), включая регулируемую внеклеточными сигналами киназу (ERK), p38 MAPK и c-Jun Nh3-терминальную киназу (JNK) [ 33]. Кроме того, передача сигналов MAPK участвует в производстве воспалительных цитокинов, а события ремоделирования сосудов ускоряются воспалением [34, 35].Также было установлено, что сигналы MAPK и воспаление усиливаются при размещении манжеты в нашей модели сосудистого повреждения [18]. Некоторые сообщения указывают на то, что молекулярный водород также регулирует путь передачи сигнала MAPK и воспаление [9, 36]. Cardinal et al. сообщили, что употребление воды, богатой водородом, оказывает ингибирующее действие на фосфорилирование ERK, p38 и JNK в модели хронической аллотрансплантатной нефропатии [36]; однако иммунохимическое окрашивание фосфорилированным антителом ERK не показало каких-либо различий в каждой группе в этом исследовании ( S2, рис. ).Независимо от путей введения молекулярный водород оказывает противовоспалительное действие за счет ингибирования продукции воспалительных цитокинов, связанных с ремоделированием сосудов, таких как TNF-α и IL-1β [9]. Однако в наших экспериментах не было значительной разницы в ингибирующем действии водорода на уровень экспрессии F4 / 80 с использованием иммуногистохимического окрашивания ( S3, фиг. ). Следовательно, трудно сделать вывод, что влияние нашей системы введения водорода на ремоделирование сосудов опосредовано воздействием воспалительных цитокинов.Для выяснения подробного механизма необходимы дальнейшие исследования.
С другой стороны, в этом исследовании были подняты некоторые вопросы. Ингаляция как средство введения в повседневной жизни, скорее всего, будет иметь возможность конститутивного введения по сравнению с питьем или инъекцией и т. Д. Хотя наше исследование показало, что конститутивное введение газообразного водорода в низкой концентрации частично ослабляет ремоделирование сосудов за счет снижения окислительного стресса, остается неизвестным, эффективно ли периодическое введение этой системой введения водорода для предотвращения ремоделирования сосудов.Действительно, в повседневной жизни трудно постоянно вдыхать газообразный водород, потому что пациенты не находятся постоянно дома. Более того, также необходимо исследовать, есть ли ингибирующий эффект системы введения водорода на модели заболевания, связанного с образом жизни (например, KKAy в качестве модели мышей с диабетом), поскольку риск сердечно-сосудистых заболеваний увеличивается за счет комбинации заболеваний, связанных с образом жизни. Таким образом, необходимы дальнейшие исследования.
В заключение, наши результаты подтверждают мнение о том, что длительное вдыхание газообразного водорода в безопасной концентрации имеет положительный эффект на ремоделирование сосудов, по крайней мере, из-за его ингибирующего воздействия на ROS, такие как OH и ONOO —, повреждение ДНК и распространение клеток.Недавно было безопасно использовано устройство для производства водорода, и было высказано предположение, что ингаляция водорода непроизвольно приносит пользу в повседневной жизни. С другой стороны, употребление воды, богатой водородом, имеет временный эффект, и пациенту необходимо намереваться пить воду, богатую водородом. Поэтому мы считаем, что ингаляция — более эффективный и естественный способ введения водорода. Мы можем ожидать, что вдыхание газообразного водорода в жилой среде может быть полезно для ослабления сосудистых заболеваний, таких как атеросклероз.
Дополнительная информация
S1 Рис. Гладкомышечные клетки (α-SMA-положительные клетки) в неоинтиме.
Репрезентативные фотографии поперечных срезов манжеты (-) и манжеты (+) бедренной артерии после иммуногистохимического окрашивания (для α-SMA). Образцы манжеты (+) из бедренной артерии брали через 14 дней после наложения манжеты. Срезы окрашивали первичным антителом, антителом к антигену α-SMA (SIGMA, Миссури, США). Методы были описаны так же, как и выше, в разделе «Иммуногистохимическое окрашивание» (PCNA).Исходное увеличение × 200 (шкала: 30 мкм).
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227582.s003
(TIF)
S2 Рис. Влияние ингаляции газообразного водорода на экспрессию фосфорилированной ERK в поврежденной бедренной артерии после наложения манжеты.
Репрезентативные фотографии и количественный анализ поперечных срезов поврежденной бедренной артерии после иммуногистохимического окрашивания (для фосфорилированного ERK). Срезы окрашивали первичным антителом, антителом к фосфорилированному антигену ERK (Cell Signaling Technology, Миссури, США).Методы были описаны так же, как и выше, в разделе «Иммуногистохимическое окрашивание» (PCNA). Исходное увеличение × 200 (шкала: 30 мкм). Исходное увеличение × 600 (шкала: 20 мкм). При количественном анализе данные представляют собой соотношение фосфорилированных-ERK-положительных областей в неоинтиме и сосудистой среде, а значения представляют собой среднее значение ± SEM (n = 16 для воздушной группы (Con), n = 15 для водородной группы (Hyd)). P = 0,48 по сравнению с Con.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227582.s004
(TIF)
S3 Фиг.Влияние ингаляции газообразного водорода на экспрессию F4 / 80 в поврежденной бедренной артерии после наложения манжеты.
Репрезентативные фотографии и количественный анализ поперечных срезов поврежденной бедренной артерии после иммуногистохимического окрашивания (для F4 / 80). Срезы окрашивали первичным антителом, антителом к антигену F4 / 80 (BMA Biomedicals, Augst, Швейцария). Методы были описаны так же, как и выше, в разделе «Иммуногистохимическое окрашивание» (PCNA). Исходное увеличение × 600 (шкала: 20 мкм).При количественном анализе данные представляют собой соотношение F4 / 80-положительной площади в неоинтиме, а значения представляют собой среднее ± SEM (n = 16 для воздушной группы (Con), n = 15 для водородной группы (Hyd)). P = 0,98 по сравнению с Con.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227582.s005
(TIF)
Благодарности
Это исследование было технически поддержано Отделом аналитической биомедицины и Отделом исследований лабораторных животных Центра поддержки перспективных исследований (ADRES) Университета Эхимэ.
Список литературы
- 1. Рот Г.А., Джонсон С., Абаджобир А., Абдаллах Ф., Абера С.Ф., Абью Г. и др. Глобальное, региональное и национальное бремя сердечно-сосудистых заболеваний по 10 причинам, 1990–2015 гг. J Am Coll Cardiol. 2017; 70 (1): 1–25. pmid: 28527533
- 2. Мадаманчи Н.Р., Вендров А., Рунге М.С. Окислительный стресс и сосудистые заболевания. Артериосклер Thromb Vasc Biol. 2005. 25 (1): 29–38. pmid: 15539615
- 3. Морис Д., Спарталис М., Спарталис Э., Карачалиу Г.С., Караоланис Г.И., Цуруфлис Г. и др.Роль активных форм кислорода в патофизиологии сердечно-сосудистых заболеваний и клиническое значение окислительно-восстановительного потенциала миокарда. Ann Transl Med. 2017; 5 (16): 326. pmid: 28861423
- 4. Шибер М, Чандель НС. АФК действуют при передаче сигналов редокс и окислительном стрессе. Curr Biol. 2014; 24 (10): R453–62. pmid: 24845678
- 5. Цуда М., Иваи М., Ли Дж. М., Ли Х.С., Мин Л.Дж., Иде А. и др. Подавляющее действие блокатора рецепторов AT1, олмесартана и эстрогена на атеросклероз через антиоксидантный стресс.Гипертония. 2005. 45 (4): 545–51. pmid: 15723967
- 6. Осава И., Исикава М., Такахаши К., Ватанабэ М., Нисимаки К., Ямагата К. и др. Водород действует как терапевтический антиоксидант, избирательно уменьшая цитотоксические радикалы кислорода. Nat Med. 2007. 13 (6): 688–94. pmid: 17486089
- 7. Охта С. Недавние успехи в водородной медицине: потенциал молекулярного водорода для профилактических и терапевтических применений. Curr Pharm Des. 2011. 17 (22): 2241–52. pmid: 21736547
- 8.Охта С. Молекулярный водород — это новый антиоксидант, эффективно снижающий окислительный стресс с потенциалом для лечения митохондриальных заболеваний. Biochim Biophys Acta. 2012; 1820 (5): 586–94. pmid: 21621588
- 9. Охта С. Молекулярный водород как профилактический и лечебный медицинский газ: начало, развитие и потенциал водородной медицины. Pharmacol Ther. 2014; 144 (1): 1–11. pmid: 24769081
- 10. Охта С. Молекулярный водород как новый антиоксидант: обзор преимуществ водорода для медицинских приложений.Методы Энзимол. 2015; 555: 289–317. pmid: 25747486
- 11. Гэ Л., Ян М., Ян Н. Н., Инь XX, Сун РГ. Молекулярный водород: лечебный газ для профилактики и лечения различных заболеваний. Oncotarget. 2017; 8 (60): 102653–73. pmid: 29254278
- 12. Хаясида К., Сано М., Осава И., Синмура К., Тамаки К., Кимура К. и др. Вдыхание газообразного водорода уменьшает размер инфаркта на крысиной модели ишемического реперфузионного повреждения миокарда. Biochem Biophys Res Commun. 2008. 373 (1): 30–5.pmid: 18541148
- 13. Qin ZX, Yu P, Qian DH, Song MB, Tan H, Yu Y и др. Богатый водородом физиологический раствор предотвращает образование неоинтимы после баллонного повреждения сонной артерии, подавляя ROS и путь TNF-alpha / NF-kappaB. Атеросклероз. 2012. 220 (2): 343–50. pmid: 22153150
- 14. Сан К., Кавамура Т., Масутани К., Пенг Х, Штольц Д. Б., Прибис Дж. П. и др. Пероральный прием воды, богатой водородом, подавляет гиперплазию интимы в трансплантатах артериальных вен у крыс. Cardiovasc Res. 2012; 94 (1): 144–53.pmid: 22287575
- 15. Hong Y, Guo S, Chen S, Sun C, Zhang J, Sun X. Благоприятное влияние богатого водородом физиологического раствора на церебральный вазоспазм после экспериментального субарахноидального кровоизлияния у крыс. J Neurosci Res. 2012; 90 (8): 1670–80. pmid: 22589232
- 16. Накаока Х., Моги М, Судзуки Дж., Кан-Но Х, Мин Л.Дж., Иванами Дж. И др. Фактор регуляции интерферона 1 ослабляет ремоделирование сосудов; роль рецептора ангиотензина II типа 2. J Am Soc Hypertens. 2016; 10 (10): 811–8. pmid: 27597242
- 17.Чисака Т., Моги М., Накаока Х., Кан-Но Х., Цукуда К., Ван XL и др. Ограничение роста плода, вызванное низкобелковой диетой, приводит к усиленной пролиферативной реакции на сосудистое повреждение в послеродовом периоде жизни. Am J Hypertens. 2016; 29 (1): 54–62. pmid: 26002925
- 18. Охниши А., Асаяма Р., Моги М., Накаока Х., Кан-Но Х., Цукуда К. и др. Употребление сока цитрусовых ингибирует ремоделирование сосудов на мышиной модели с повреждением сосудов, вызванным манжетой. PLoS One. 2015; 10 (2): e0117616. pmid: 25692290
- 19.Кояма Ю., Таура К., Хатано Е., Танабе К., Ямамото Г., Накамура К. и др. Влияние перорального приема водородной воды на фиброгенез печени у мышей. Hepatol Res. 2014; 44 (6): 663–77. pmid: 23682614
- 20. Хаясида К., Сано М., Камимура Н., Йокота Т., Судзуки М., Маекава Ю. и др. Газ H (2) улучшает функциональный исход после остановки сердца до степени, сравнимой с терапевтической гипотермией в модели на крысах. J Am Heart Assoc. 2012; 1 (5): e003459. pmid: 23316300
- 21. Финкель Т., Холбрук, штат Нью-Джерси.Окислители, окислительный стресс и биология старения. Природа. 2000. 408 (6809): 239–47. pmid: 11089981
- 22. Cai H. Регуляция функции эндотелия перекисью водорода: происхождение, механизмы и последствия. Cardiovasc Res. 2005. 68 (1): 26–36. pmid: 16009356
- 23. Курибаяси Ф., Нунои Х., Вакамацу К., Цунаваки С., Сато К., Ито Т. и др. Адаптерный белок p40 (phox) как положительный регулятор супероксид-продуцирующей фагоцитарной оксидазы. EMBO J. 2002; 21 (23): 6312–20.pmid: 12456638
- 24. Чжан Ю., Сюй Дж., Лонг З., Ван Ц., Ван Л., Сан П. и др. Водород (h3) ингибирует индуцированную изопротеренолом сердечную гипертрофию через антиоксидантные пути. Front Pharmacol. 2016; 7: 392. pmid: 27833552
- 25. Липински Б. Гидроксильный радикал и его поглотители в здоровье и болезнях. Oxid Med Cell Longev. 2011; 2011: 809696. pmid: 21
- 7
- 26. Zhang YX, Xu JT, You XC, Wang C, Zhou KW, Li P и др. Ингибирующее действие водорода на пролиферацию и миграцию гладкомышечных клеток сосудов посредством подавления митоген / активированной протеинкиназы и сигнальных путей эзрин-радиксин-моэзин.Chin J Physiol. 2016; 59 (1): 46–55. pmid: 26875562
- 27. Игараси Т., Осава И., Кобаяси М., Судзуки Х., Икетани М., Такахаши Х. Водород предотвращает повреждение эндотелия роговицы при операции по факоэмульсификации катаракты. Научный доклад 2016; 6: 31190. pmid: 27498755
- 28. Махмуди М., Мерсер Дж., Беннетт М. Повреждение и восстановление ДНК при атеросклерозе. Cardiovasc Res. 2006. 71 (2): 259–68. pmid: 16580654
- 29. Мартине В., Кнаапен М.В., Де Мейер Г.Р., Герман А.Г., Коккс М.М.Повышенные уровни окислительного повреждения ДНК и ферментов репарации ДНК в атеросклеротических бляшках человека. Тираж. 2002. 106 (8): 927–32. pmid: 12186795
- 30. Касаи Х. Анализ формы окислительного повреждения ДНК, 8-гидрокси-2′-дезоксигуанозина, как маркера клеточного окислительного стресса во время канцерогенеза. Mutat Res. 1997. 387 (3): 147–63. pmid: 9439711
- 31. Сава Т., Заки М.Х., Окамото Т., Акута Т., Токутоми Ю., Ким-Мицуяма С. и др. S-гуанилирование белка по биологическому сигналу 8-нитрогуанозин 3 ‘, 5’-циклический монофосфат.Nat Chem Biol. 2007. 3 (11): 727–35. pmid: 171
- 32. Ахмед К.А., Сава Т., Акаике Т. Белковое цистеин-S-гуанилирование и передача электрофильного сигнала эндогенными нитронуклеотидами. Аминокислоты. 2011. 41 (1): 123–30. pmid: 20213439
- 33. Bruder-Nascimento T, Chinnasamy P, Riascos-Bernal DF, Cau SB, Callera GE, Touyz RM и др. Ангиотензин II вызывает экспрессию / активацию Fat1 и миграцию гладкомышечных клеток сосудов посредством Nox1-зависимой генерации активных форм кислорода.J Mol Cell Cardiol. 2014; 66: 18–26. pmid: 24445059
- 34. Джонсон Г.Л., Лападат Р. Митоген-активируемые протеинкиназные пути, опосредованные протеинкиназами ERK, JNK и p38. Наука. 2002. 298 (5600): 1911–2. pmid: 12471242
- 35. Олтманнс У., Исса Р., Суккар МБ, Джон М., Чанг К.Ф. Роль N-концевой киназы c-jun в индуцированном высвобождении GM-CSF, RANTES и IL-8 из гладкомышечных клеток дыхательных путей человека. Br J Pharmacol. 2003. 139 (6): 1228–34. pmid: 12871843
- 36.Кардинал Дж. С., Чжан Дж., Ван И, Сугимото Р., Цунг А., МакКарри К. Р. и др. Пероральная водородная вода предотвращает хроническую нефропатию аллотрансплантата у крыс. Kidney Int. 2010. 77 (2): 101–9. pmid: 19
3
Первый элемент периодической таблицы. В нормальных условиях это бесцветный, без запаха и безвкусный газ, образованный двухатомными молекулами, H 2 . Атом водорода, обозначенный символом H, образован ядром с одной единицей положительного заряда и одним электроном.Его атомный номер 1, а атомный вес 1,00797 г / моль. Это одно из основных соединений воды и всего органического вещества, широко распространенное не только на Земле, но и во всей Вселенной. Существует три изотопа водорода: протий с массой 1, который содержится более чем в 99,985% природного элемента; дейтерий с массой 2, содержащийся в природе приблизительно в количестве 0,015%, и тритий с массой 3, который присутствует в природе в небольших количествах, но может быть искусственно получен в результате различных ядерных реакций. Использование: Наиболее важным применением водорода является синтез аммиака.Использование водорода быстро расширяется при очистке топлива, например при расщеплении водородом (гидрокрекинг), и при удалении серы. Огромные количества водорода расходуются на каталитическое гидрирование ненасыщенных растительных масел с получением твердого жира. Гидрирование используется в производстве органических химических продуктов. Огромные количества водорода используются в качестве ракетного топлива в сочетании с кислородом или фтором, а также в качестве ракетного двигателя, работающего на ядерной энергии. Свойства: Обычный водород имеет молекулярную массу 2,01594 г. Как газ, он имеет плотность 0,071 г / л при 0ºC и 1 атм. Его относительная плотность по сравнению с воздухом равна 0.0695. Водород — самое огнеопасное из всех известных веществ. Водород немного лучше растворяется в органических растворителях, чем в воде. Многие металлы поглощают водород. Поглощение водорода сталью может привести к тому, что сталь станет хрупкой, что приведет к сбоям в оборудовании для химических процессов. При нормальной температуре водород — не очень реактивное вещество, если только он не был каким-то образом активирован; например, подходящим катализатором. При высоких температурах он очень реактивен. Хотя в основном это двухатомный водород, молекулярный водород диссоциирует на свободные атомы при высоких температурах.Атомарный водород — мощный восстановитель даже при температуре окружающей среды. Он реагирует с оксидами и хлоридами многих металлов, таких как серебро, медь, свинец, висмут и ртуть, с образованием свободных металлов. Он восстанавливает некоторые соли до их металлического состояния, такие как нитраты, нитриты и цианид натрия и калия. Он реагирует с рядом элементов, металлов и неметаллов, с образованием гидридов, таких как NAH, KH, H 2 S и PH 3 . Атомарный водород производит перекись водорода H 2 O 2 с кислородом. Атомарный водород реагирует с органическими соединениями с образованием сложной смеси продуктов; с этиленом, C 2 H 4 , например, продуктами являются этан, C 2 H 6 , и бутан, C 4 H 10 . Тепло, выделяющееся при рекомбинации атомов водорода с образованием молекул водорода, используется для получения высоких температур при сварке атомарным водородом. Водород реагирует с кислородом с образованием воды, и эта реакция является чрезвычайно медленной при температуре окружающей среды; но если он ускоряется катализатором, например платиной, или электрической искрой, он создается с взрывной силой. Последствия воздействия водорода: Пожар: Чрезвычайно легко воспламеняется. Многие реакции могут вызвать пожар или взрыв. Взрыв: Смеси газа и воздуха взрывоопасны. Пути воздействия: Вещество может всасываться в организм при вдыхании. Вдыхание: высокие концентрации этого газа могут вызвать дефицит кислорода в окружающей среде. Люди, дышащие такой атмосферой, могут испытывать такие симптомы, как головные боли, звон в ушах, головокружение, сонливость, потеря сознания, тошнота, рвота и угнетение всех органов чувств.Кожа пострадавшего может иметь синий цвет. При некоторых обстоятельствах может наступить смерть. Не ожидается, что водород вызывает мутагенность, эмбриотоксичность, тератогенность или репродуктивную токсичность. Существовавшие ранее респираторные заболевания могут усугубляться чрезмерным воздействием водорода. Риск при вдыхании: При потере герметичности опасная концентрация этого газа в воздухе будет достигнута очень быстро. Физическая опасность: Газ хорошо смешивается с воздухом, легко образуются взрывоопасные смеси.Газ легче воздуха. C Химическая опасность: Нагревание может вызвать сильное возгорание или взрыв. Реагирует бурно с воздухом, кислородом, галогенами и сильными окислителями с опасностью пожара и взрыва. Металлические катализаторы, такие как платина и никель, значительно усиливают эти реакции. Высокие концентрации в воздухе вызывают недостаток кислорода с риском потери сознания или смерти. Перед входом в зону проверьте содержание кислорода. Предупреждение об отсутствии запаха при наличии токсичных концентраций.Измерьте концентрацию водорода с помощью подходящего газового детектора (обычный детектор легковоспламеняющихся газов не подходит для этой цели). Первая помощь: Пожар: Перекройте подачу; если это невозможно и нет риска для окружающей среды, дайте огню погаснуть; в остальных случаях тушить струей воды, порошком, двуокисью углерода. Взрыв: В случае пожара: охладить баллон, обрызгав водой. Боевой огонь из укрытых позиций. Вдыхание: свежий воздух, покой. Может потребоваться искусственное дыхание.Обратитесь за медицинской помощью. Кожа: Обратитесь за медицинской помощью. Водород в окружающей среде: Водород составляет 0,15% земной коры, он является основным компонентом воды. В атмосфере присутствует 0,5 ppm водорода H 2 и различные пропорции в виде водяного пара. Водород также является основным компонентом биомассы, составляя 14% по весу. Экологическая устойчивость: водород естественным образом встречается в атмосфере. Газ будет быстро рассеиваться в хорошо вентилируемых помещениях. Воздействие на растения или животных: Любое воздействие на животных может быть связано с недостатком кислорода в окружающей среде. Не ожидается никакого вредного воздействия на жизнь растений, за исключением заморозков в присутствии быстро расширяющихся газов. Влияние на водную жизнь: В настоящее время нет данных о влиянии водорода на водную жизнь. |