Kesan Redoks Hidrogen Molekul Dan Keberkesanan Terapeutiknya dalam Rawatan Penyakit Neurodegeneratif Bahagian 1

Abstrak:

Tekanan oksidatif (OS) dan tekanan neuroinflamasi menjejaskan banyak gangguan neurologi. Walaupun kepentingan klinikal kerosakan oksidatif dalam gangguan neurologi, masih, tiada kaedah rawatan yang berkesan dan selamat untuk penyakit neuro tersedia. Dengan ini, molekul hidrogen (H2) baru-baru ini dilaporkan sebagai agen antioksida dan anti-radang untuk merawat beberapa penyakit berkaitan tekanan oksidatif.

Tekanan oksidatif adalah topik yang telah menarik banyak perhatian sejak beberapa tahun kebelakangan ini dan telah dikaji secara meluas dalam bidang biologi dan perubatan. Tekanan oksidatif merujuk kepada proses perubahan yang tidak normal dalam persekitaran dalaman dan luaran sel akibat kehadiran sejumlah besar radikal bebas atau peroksida. Dengan perubahan dalam gaya hidup manusia dan pencemaran alam sekitar yang semakin meningkat, kesan tekanan oksidatif semakin meningkat.

Nasib baik, bagaimanapun, penyelidikan menunjukkan bahawa tekanan oksidatif tidak sepenuhnya negatif. Tekanan oksidatif sederhana menggalakkan fungsi sel dan badan yang normal dan dikaitkan dengan daya ingatan yang lebih baik. Banyak kajian telah menunjukkan bahawa individu yang terdedah kepada tekanan oksidatif yang tinggi untuk jangka masa yang lama, seperti orang tua dan pesakit yang menghidap penyakit tertentu, sememangnya berisiko untuk penurunan daya ingatan. Walau bagaimanapun, bagi orang yang sihat, tekanan oksidatif sederhana bermanfaat untuk meningkatkan daya ingatan dan kebolehan pembelajaran.

Tekanan oksidatif boleh menjejaskan fungsi neuron dalam otak dalam pelbagai cara. Pertama, tekanan oksidatif menggalakkan hubungan antara neuron, menggalakkan penghantaran maklumat dan kebolehan kognitif. Kedua, tekanan oksidatif sederhana boleh meningkatkan bilangan sel stem saraf di dalam otak, dengan itu menggalakkan kegigihan ingatan dan pembelajaran. Di samping itu, tekanan oksidatif juga boleh meningkatkan tahap beberapa neurotransmitter dalam otak, seperti dopamin dan norepinephrine, yang berkait rapat dengan pembelajaran dan ingatan.

Secara ringkasnya, tekanan oksidatif sederhana bermanfaat kepada daya ingatan dan pembelajaran. Walaupun tekanan oksidatif boleh menyebabkan beberapa kesan negatif, kita harus memberi perhatian dan memahami kesan positif tekanan oksidatif sederhana. Dalam kehidupan, kita boleh mengawal tahap tekanan oksidatif dengan berkesan melalui gaya hidup, diet dan senaman yang lebih sihat, dengan itu melindungi dan meningkatkan daya ingatan dan kebolehan pembelajaran kita dengan lebih baik. Ia boleh dilihat bahawa kita perlu meningkatkan ingatan, dan Cistanche deserticola boleh meningkatkan ingatan dengan ketara, kerana Cistanche deserticola mempunyai kesan antioksidan, anti-radang dan anti-penuaan, yang boleh membantu mengurangkan pengoksidaan dan tindak balas keradangan dalam otak, dengan itu melindungi kesihatan sistem saraf. Selain itu, Cistanche deserticola juga boleh menggalakkan pertumbuhan dan pembaikan sel saraf, sekali gus meningkatkan ketersambungan dan fungsi rangkaian saraf. Kesan ini boleh membantu meningkatkan ingatan, pembelajaran, dan kelajuan pemikiran, dan mungkin juga menghalang perkembangan disfungsi kognitif dan penyakit neurodegeneratif.

Klik tahu suplemen untuk meningkatkan ingatan

Dalam ujian klinikal haiwan dan manusia, laluan untuk pentadbiran H2 dikategorikan terutamanya kepada tiga jenis: penyedutan gas H2, pelarutan air H2 dan suntikan garam terlarut H2-H2-Semakan ini meneroka beberapa kemajuan ketara dalam penyelidikan tentang penggunaan H2 dalam penyakit neurodegeneratif(ND), termasuk penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, gangguan neonatal otak dan lain-lain (iskemia retina dan kecederaan otak traumatik).

Walaupun kebanyakan masalah neurologi tidak dapat diubati pada masa ini, kajian ini telah menunjukkan potensi terapeutik untuk pencegahan, rawatan, dan pengurangan pemberian H2. Beberapa kemungkinan H2--pengaruh, termasuk molekul isyarat sel dan hormon, yang menghalang OS dan keradangan, juga akan ditangani. Walau bagaimanapun, lebih banyak kajian klinikal dan lain-lain yang berkaitan diperlukan untuk menilai molekul H2target langsung.

Kata kunci: hidrogen molekul; keradangan; perlindungan saraf; gangguan saraf; tekanan oksidatif; antioksidan.

1. Pengenalan

Penyakit neurodegeneratif (NDs) adalah kumpulan pelbagai gangguan penuaan yang secara amnya membawa kepada kematian secara beransur-ansur dan peningkatan dalam sel neuron, yang membawa kepada orang yang terjejas kepada gangguan fungsi motor dan ingatan [1].

Mekanisme tepat untuk patogenesis NDs sebahagian besarnya tidak ditentukan; Walau bagaimanapun, bukti yang muncul menunjukkan bahawa tekanan oksidatif(OS) memainkan fungsi penting dalam patogenesis pelbagai gangguan berkaitan otak, termasuk penyakit Alzheimer (AD), penyakit Parkinson (PD), iskemia serebrum, dan kecederaan otak yang lain [2–4].

Sel kita perlu mengekalkan tahap sederhana spesies reaktifoksigen (ROS) untuk menjalankan fungsi biologi normal. Walau bagaimanapun, pengeluaran ROS yang teruk bertanggungjawab untuk punca kerosakan oksidatif yang boleh membawa kepada apoptosis [5]. Pengeluaran ROS yang berlebihan ini nampaknya menjadi punca kemungkinan pengubahsuaian struktur dan fungsi biomolekul selular, termasuk protein, asid deoksiribonukleik (DNA), dan lipid, dan dengan itu akhirnya mengehadkan fungsi neuron dan kelangsungan hidup dan lazimnya diperhatikan dalam otak pesakit dengan keadaan neurodegeneratif. 3,4].

Sistem saraf pusat (CNS) menggunakan sejumlah besar oksigen untuk melakukan proses fisiologi, mengakibatkan penjanaan tahap radikal bebas yang banyak [5]. Sistem antioksidan endogen, seperti yang terdiri daripada superoxide dismutase (SOD), katalase (CAT), glutathioneperoxidase (GPx), dan glutation, memainkan peranan penting dalam menyelamatkan sel-sel otak daripada OS dan mengekalkan keseimbangan redoks yang betul dalam tisu otak, dengan merangsang mekanisme pertahanan antioksida untuk mengimbangi ROS.

Antioksidan enzimatik ini adalah antioksidan pemecah rantai yang boleh menghilangkan spesies radikal [6]. SOD yang mengandungi mangan mengurangkan anion radikal superoksida yang dihasilkan semasa rantai pengangkutan elektron dalam matriks mitokondria, manakala CAT dan/atau GPx memainkan peranan penting dalam penguraian hidrogen peroksida kepada air dan oksigen [6,7].

Pelbagai kajian telah melaporkan penurunan tahap aktiviti enzim antioksidan, seperti CAT dan SOD, dalam penyakit saraf termasuk PD [8,9]. Menariknya, satu kajian menunjukkan bahawa kemerosotan aktiviti SOD membawa kepada kemungkinanpatogenesis yang berkaitan dengan OS dalam PD dan AD [10]. Tambahan pula, penyelidikan telah menunjukkan bahawa penolakan aktiviti CAT mengakibatkan sitotoksisiti tinggi dan peningkatan ROS, mewakili peranan penting CAT dalam mengekalkan keseimbangan oksidatif [11].

Bukti yang muncul menonjolkan dan menyokong peranan OS dalam patogenesis NDs [2-4]. Akibatnya, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penyelidik telah berminat untuk menilai peranan antioksidan dalam mencegah dan mengurangkan penyakit ini. Ia adalah fakta yang diterima dengan baik bahawa antioksidan semulajadi dan enzim antioksidan mempunyai peranan penting dalam pengurangan ROS selular [12].

Baru-baru ini, molekul hidrogen (H2) telah menarik perhatian besar dalam bidang perubatan sebagai gas tidak berfungsi yang selamat dan berkesan dan melemahkan OS dengan bertindak sebagai pemusnah radikal untuk radikal hidroksil (•OH) dan peroksinitrit(ONOO-) [13].

Pelbagai kajian telah menonjolkan kesan berfaedah H2 dalam mengurangkan patofisiologi pelbagai penyakit dengan mengurangkan OS [13,14]. Terdapat banyak laluan yang mudah dan berkesan untuk mentadbir H2, seperti penyedutan, pengambilan air kaya hidrogen (HRW), suntikan garam kaya hidrogen (HS), dan kemasukan langsung (mandi, titisan mata, dan lain-lain) [14,15]. ].

H2 telah dilaporkan sebagai gas terapeutik dalam model tikus kecederaan otak iskemia-reperfusi (IR) dan dilaporkan mempunyai kesan pencegahan terhadap kecederaan IR dalam saraf optik dalam model bahan putih otak [16]. Selain itu, kesan perlindungan H2 dalam air minuman melalui kesan antioksidan neuron dopaminergik dalam substantia nigra pars compacta (SNpc) telah dikaji dalam model haiwan [17].

Selanjutnya, menariknya, kajian lain menunjukkan bahawa meminum air terlarut (HW) H2-dan pendedahan H2 sekejap-sekejap menghalang neurotoksisiti PD [18]. Percubaan klinikal yang dilakukan oleh Nagatani dan rakan sekerja menunjukkan bahawa pentadbiran intravena HRW didapati selamat untuk pesakit yang mengalami infarksi serebrum akut, termasuk mereka yang dirawat dengan pengaktif plasminogen atssue [19].

Di samping itu, kajian menunjukkan bahawa penyedutan gas H2 menyembunyikan oklusi otak tengah yang disebabkan oleh kerosakan otak pada tikus meningkatkan skor kognitif, dan mengurangkan kecederaan otak pada pesakit dengan infarksi serebrum akut [20].

H2 didapati mempunyai kesan pemulihan dan ergogenik dalam kajian klinikal dan pra-klinikal yang berbeza mengenai kemerosotan kognitif ringan [21,22]. Kebanyakan kecederaan otak dalam sistem saraf kita bertindak balas kepada neuroinflammation, yang dibezakan oleh perubahan fenotip dalam mikroglia dan astrosit, dan pengeluaran berlebihan radikal bebas, sitokin dan neurotropin.

Bukti menunjukkan bahawa peraturan status redoks mikroglial memainkan peranan penting dalam memodulasi tindak balas neuroinflamasi [23]. Kajian telah menunjukkan bahawa penggunaan biasa HW mengurangkan keamatan hasil tingkah laku akut dan menggalakkan pemulihan daripada neuroinflammation [24]. H2 boleh mengurangkan pengaktifan sitokin proinflamasi, mikroglia, dan 8-hidroksi-2-deoxyguanosine (8-OHdG) untuk mengurangkan kerosakan oksidatif dan neuroinflammation dalam otak janin dalam model haiwan [24,25] .

Di samping itu, kajian menunjukkan bahawa HW mempunyai kesan perlindungan terhadap ensefalopati hipoksik-iskemia neonatal dengan mengurangkan tahap enolase khusus neuron serum, interleukin-6 (IL-6), dan faktor nekrosis tumor- (TNF- ) [26]. Oleh itu, artikel ulasan ini menyerlahkan penglibatan OS dalam ND dan kesan H2 dalam rawatan penyakit ini.

2. Ciri-ciri Hidrogen Molekul

H2 berfungsi sebagai antioksidan sederhana tetapi cekap [13,27]. Hidrogen ialah unsur yang paling banyak di dunia, menyumbang kira-kira 75% daripada jisim dunia. Hidrogen terdapat dalam air dan sebatian organik serta bukan organik. Gas H2 ialah gas diatomik yang tidak berwarna, tidak berbau, intensif bahan api. Terdapat kurang daripada 1 ppm gas hidrogen di atmosfera Bumi [28].

H2 tidak bertindak balas dengan kebanyakan sebatian, termasuk gas oksigen, pada suhu bilik. Gas H2 hanya mudah terbakar pada suhu melebihi 537 ◦C. H2 (4–75%,v/v) adalah mudah meletup kerana tindak balas rantai pengoksidaan yang cepat. H2 boleh dilarutkan dalam air di bawah tekanan atmosfera hingga 0.8 mM (1.6 ppm, w/v) [28]. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pelbagai kajian berkaitan H2 telah menarik perhatian penyelidik secara global, kerana perlindungan dan terapeutiknya. kesan [14,15]. Tambahan pula, hidrogen mempunyai kelebihan yang lebih ketara berbanding gas lain yang digunakan untuk tujuan perubatan, dari segi ketoksikannya; hidrogen kekal tidak toksik sehingga kepekatan tinggi dan bahkan digunakan dalam aplikasi menyelam [29,30].

Kajian mendapati bahawa kesan penyedutan hidrogen tidak ketara dan tidak menjejaskan tekanan darah atau parameter lain, seperti pH dan suhu. Oleh itu, sebagai perbandingan, hidrogen mempunyai kesan sampingan yang lebih sedikit daripada antioksidan lain, kerana ia hanya mengurangkan •OH [13,31].

3. Laluan Pentadbiran Hidrogen

H2 boleh ditadbir atau dibawa ke dalam badan melalui pelbagai laluan. Laluan ini boleh dibahagikan kepada tiga jenis: penyedutan gas H2, HW minum, dan suntikan HS. Penyedutan gas H2 adalah kaedah yang paling mudah dan paling biasa digunakan sejak laporan awal mengenai penggunaan H2 [13]. H2 yang disedut meresap ke dalam alveoli paru-paru dan diangkut ke seluruh badan.

Prosedur ini, bagaimanapun, boleh menjadi tidak selesa dan bahkan berbahaya, kerana gas H2 mudah meletup pada kepekatan melebihi 4% di udara [27]. Oleh itu, kepekatan gas campuran H2 biasanya dikekalkan antara 1% dan 4%. Menyedut gas H2 memperbaiki keadaan akut seperti kecederaan iskemia-reperfusi (IRI) dan beberapa kecederaan cantuman organ.HRW lebih selamat dan selesa daripada penyedutan gas H2.

Telah dilaporkan bahawa HW ad libitum menghalang arteriosklerosis di kalangan tikus dengan kalah mati apolipoprotein E, model untuk aterosklerosis yang berkembang secara spontan [32]. Penggunaan H2 menghalang gangguan yang disebabkan oleh tekanan dalam tugas pembelajaran yang bergantung kepada hippocampus semasa sekatan fizikal kronik pada tikus [33].

Baru-baru ini, penyedutan H2 dan pengambilan HW menunjukkan pelarasan yang berbeza kepada isyarat dan ekspresi gen pada tikus [34]. Walaupun prosesnya adalah invasif, keberkesanan neuroprotektif dalam otak berikutan suntikan intraperitoneal IRI HS adalah serupa dengan penyedutan gas H2 [35]. Dalam saluran gastrousus manusia, H2 dihasilkan oleh bakteria usus dan memainkan peranan penting dalam laluan metabolik.

Ia berfungsi sebagai antioksidan tersendiri dan mencegah gangguan kardiovaskular [15]. Salah satu kajian menunjukkan bahawa bakteria usus memainkan peranan dalam perkembangan gangguan neurologi. Dalam hal ini, pesakit yang mengalami pelbagai gangguan CNS didapati mempunyai peningkatan kebolehtelapan usus yang mencipta laluan kepada metabolit berbahaya dari usus ke darah yang sangat mempengaruhi CNS [36].

Satu kajian menunjukkan bahawa pemberian oral HW membawa kepada kesan perlindungan dalam model tikus dan tikus PD [17]. Penemuan ini menunjukkan potensi penggunaan HRW untuk pertahanan terhadap ND, serta kemungkinan menggunakan HRW untuk merawat gangguan otak akut, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Laluan faktor nuklear erythroid 2-faktor 2 (Nrf2) memainkan peranan penting. peranan melindungi sel terhadap tekanan yang berbeza dan disfungsinya dikaitkan dengan penurunan toleransi terhadap OS [37]. Nrf2 adalah mekanisme pertahanan penting otak terhadap toksin dalam kedua-dua, sel glial dan neuron [38,39].

Laluan Nrf2 menyasarkan pelbagai gen contohnya heme oxygenase-1 (HO-1), glutathione S-transferase, SOD, CAT, NAD(P)Hdehydrogenase(quinone)1 dan lain-lain, dengan itu, melindungi neuron daripada CNS againstOS [40,41]. Nrf2 dan pelbagai enzim antioksidan juga boleh meningkatkan ekspresi mediator anti-radang, fasa I dan II enzim metabolisme dadah, dan laluan mitokondria [42,43].

Kajian penyelidikan terkini menunjukkan bahawa Nrf2 memainkan tindakan defensif terhadap neurotoksin seperti 6-hidroksidopamin dan 1-metil-4-fenil-1, 2, 3,6-tetrahydropyridine ( MPTP), dalam kedua-duanya, in vitro dan in vivo model PD [44,45]. Dalam hal ini, pentadbiran lisan HRW telah menunjukkan kesan neuroprotektif terhadap kecederaan otak traumatik (TBI) dengan mengaktifkan laluan isyarat Nrf2.

Tambahan pula, penemuan serupa telah dilaporkan dalam pelbagai ND seperti PD, AD, IR, dan strok hemoragik, dan kesannya dikaitkan dengan sifat antioksidan HRW [46-48].

4. H2 Bertindak sebagai Agen Antioksidan

Hz sangat reaktif, penyahtanaman protein, dan menggalakkan pecahan DNA. Ia secara selektif boleh mengurangkan OH dan ONOO-, menyebabkan tindak balas yang meluas dengan protein, lipid, dan asid nukleik [49]. Berdasarkan model haiwan dan pemerhatian klinikal, kumpulan bukti terkumpul telah menunjukkan bahawa H boleh digunakan dengan cekap untuk melindungi daripada penyakit yang berkaitan dengan kerosakan oksidatif [50].

Ia mengurangkan jumlah sitotoksik ROS (®OH), yang berjaya mempertahankan sel [50]. Kajian lain menunjukkan kesan perlindungan yang sama terhadap lRl dalam organ, seperti hati, jantung, dan usus [51]. Dalam model strok akut tikus1% hingga 4% H, penyedutan mengurangkan dimensi infarksi [52]. H, penyedutan menghalang kerosakan oksidatif kritikal dalam 1% hingga 3% daripada kes [53].

Pengambilan HRW melemahkan pembelajaran dan kemerosotan ingatan pada tikus dengan mengurangkan kerosakan oksidatif. Respirasi gas tahap rendah (l, 3 v/100 v) dilaporkan mengurangkan OS, dislipidemia akibat hipoksia yang luar biasa, hipertrofi kardiomiosit, dan fibrosis perivaskular dalam ventrikel kiri dalam tikus C57BL/6] [54Selain itu, pengambilan HRW mencetuskan Nrf2/ laluan perlindungan antioksidan dan ekspresi gen antioksidan untuk mempercepatkan pengurangan kerosakan mukosa mulut pada tikus [55].

Begitu juga, penemuan kajian lain menunjukkan bahawa HRW mempunyai kesan yang baik terhadap luka kulit akut pada tikus yang disebabkan oleh radiasi [56]. Beberapa laluan pengganti sedang dikaji sebagai komponen utama ciri penyederhanaan tenaga Hz, termasuk (1) regulasi ghrelin berkaitan reseptor ghrelin (GHS-R1); (2) motivasi berkaitan ghrelin pengangkut glukosa 1; (3) rangsangan bukan ghrelin berkaitan pengangkut glukosa 4; dan (4) bukan ghrelin dikaitkan dengan peningkatan faktor pertumbuhan fibroblast 21 (FGF21), pengawal selia perbelanjaan tenaga [57,58].

HRW telah menunjukkan sifat neuroprotektif dalam model PD yang disebabkan oleh MTTP murine [45,59,60]. Lin dan rakan sekerja melaporkan bahawa HRW mengurangkan OS pada pesakit dengan hepatitis B kronik dan sindrom metabolik [61]. Kajian telah menunjukkan bahawa H2 mungkin mendapat manfaat dengan mengaktifkan laluan isyarat Nrf2, dengan itu meningkatkan aktiviti antioksidan dan mengurangkan OS, apoptosis, dan keradangan [46,62]. ].

H2 meningkatkan aktiviti antioksidan enzim dalam radiasi dan TBI melalui upregulation Nrf2 [63]. Mekanisme anti-radang asas H2 juga boleh digunakan oleh makrofaj melalui laluan isyarat Nrf2 [64]. Nrf2 ialah faktor transkripsi yang menggabungkan unsur tindak balas antioksidan untuk mengawal ekspresi antioksidan, melindungi tubuh daripada kecederaan dan keradangan terhadap kerosakan oksidatif [65].

5. Kesan Anti-Radang H2 dalam Model Penyakit Neurodegeneratif Berbeza

Banyak kajian telah melaporkan tindakan anti-radang H2 [63,64,66]. Penyebaran terapeutik, kebolehtembusan yang tinggi, dan ketiadaan kesan sampingan yang jelas adalah beberapa kelebihannya. H2 menghilangkan radikal ROS dan sangat berkesan dalam mengurangkan keradangan banyak tisu dan organ, termasuk jantung, otak, dan paru-paru, dan diiktiraf sebagai pelindung terhadap kerosakan oksidatif [67,68].

HRW telah dikaji secara meluas untuk keupayaannya untuk menghalang tindak balas keradangan dan mengurangkan apoptosis neuron [18,69]. Microglia berkemungkinan menyebabkan keradangan saraf di dalam otak. Mikroglia dan ROS yang diaktifkan menghasilkan sitokin pro-radang. Salah satu kajian menunjukkan bahawa H2 mempunyai kesan yang menjanjikan untuk pencegahan dan keradangan yang berkaitan dengan kecederaan otak perinatal secara in vitro dan in vivomodels [70].

Tambahan pula, kajian yang sama melaporkan bahawa HW menghalang pengeluaran lipopolysaccharide(LPS) yang disebabkan oleh ROS oleh mikroglia dan mengurangkan neurotoksisiti mikroglial yang disebabkan oleh LPS [70]. Beberapa kajian telah menunjukkan bahawa HS boleh mengurangkan jangkitan usus seperti kerosakan IR usus, kolitis ulseratif, dan keradangan kolon [71,72].

Selain itu, HRW telah menunjukkan kesan pencegahan terhadap pembentukan ion superoksida dalam tikus kalah mati SMP30/GNL vitamin C semasa keadaan hipoksia-reksigenasi [73]. Selain itu, salah satu kajian melaporkan bahawa penambahan H2 kepada penyelesaian hemodialisis mempunyai tindakan antiradang dan antihipertensi terhadap pesakit hemodialisis, mencadangkan ia adalah pilihan terapeutik untuk pesakit uremia [74]. Dalam kajian lain, peranan pengurangan otot inatlet telah dipertingkatkan dengan menggunakan H2 dalam kes latihan fizikal intensif [21].

Domoki dan rakan sekerja melaporkan bahawa 2.1% pengudaraan udara yang ditambah dengan hidrogen mengekalkan kereaktifan serebrovaskular dengan ketara kepada hiperkapnia dan mengurangkan kerosakan neuron yang disebabkan oleh pengudaraan semula asfiksia dalam model babi yang baru lahir asfiksia perinatal [75]. Selain itu, HRW menghalang tekanan endoplasma dan mengawal HO{ Ekspresi {5}} [64].HRW juga memperbaiki gangguan kognitif pada tikus dengan penuaan yang dipercepatkan [53].

For more information:1950477648nn@gmail.com