Molekularer oder freier Wasserstoff gegen oxidativen Stress

Durchbruch in der medizinischen Wasserstoffforschung

Wasserstoff ist das masseärmste Element im Universum und nimmt daher den ersten Platz im Periodensystem ein. Es ist auch Bestandteil des Wasserelements H2O, einer der wichtigsten Verbindungen auf der Erde. Aus diesem Grund nimmt Wasserstoff in der Forschung seit langem eine Sonderstellung ein: Als Kraftstoff der Zukunft gilt beispielsweise Wasserstoffgas als besonders umweltfreundlich, da Wasserdampf als einziges Abfallprodukt bei der Energiegewinnung entsteht.

Eine Anwendung in der Medizin konnte jedoch lange Zeit nicht gefunden werden, da sich Wasserstoff im menschlichen Körper als völlig wirkungslos erwies. Darüber herrschte weitgehend Einigkeit, bis Forscher aus Japan 2007 eine interessante Entdeckung machten.

Antioxidative Wirkung von Wasserstoffgas

Eine Gruppe von Forschern unter der Leitung von Dr. Ohsawa führte eine Reihe von Experimenten an Ratten durch, mit denen sie zeigen konnten, dass Wasserstoff bestimmte Arten von Gewebeschäden reduzieren kann. Dabei handelt es sich um Schäden, die durch die wiederhergestellte Durchblutung eines unterversorgten Gewebeabschnitts entstehen. Wird ein Gewebe über längere Zeit schlecht oder gar nicht durchblutet (Ischämie), fehlt den Zellen der Sauerstoff, den sie für ihren Zellstoffwechsel benötigen.

Beim anaeroben (sauerstoffarmen) Stoffwechsel entstehen bestimmte Stoffwechselprodukte, die mit dem im Blut enthaltenen Sauerstoff reagieren, sobald der Blutfluss wiederhergestellt ist. Dabei entstehen eine Vielzahl reaktiver Sauerstoffradikale, die das umliegende Gewebe massiv schädigen können. Im Experiment konnten die Wasserstoffmoleküle nach der Gabe von Wasserstoffgas schnell und einfach in alle Gewebe eindringen und wie ein Antioxidans die Sauerstoffradikale neutralisieren. Die üblicherweise beobachteten schweren Gewebeschädigungen blieben bei den Versuchstieren weitgehend aus.

Seit der Veröffentlichung der Studie in „Nature Medicine“ im Jahr 2007 hat sich die Zahl der Veröffentlichungen zu diesem Thema vervielfacht: Mittlerweile gibt es über fünfhundert verschiedene Studien zur antioxidativen Wirkung von Wasserstoff und seiner Wirkung auf verschiedene Erkrankungen.

Die Ergebnisse der Studien, vor allem aus Korea und Japan, sind vielversprechend: Wasserstoff kann also als selektives Antioxidans therapeutisch und prophylaktisch eingesetzt werden. Anders als Vitamine greifen Wasserstoffmoleküle nicht in nützliche Körpervorgänge ein, denn auch Immunzellen nutzen freie Radikale zur Abwehr von Krankheitserregern. Genau aus diesem Grund wird eine langfristige, hochdosierte Gabe von Vitaminen in Form von Nahrungsergänzungsmitteln mit einem verschlechterten Immunsystem in Verbindung gebracht.

Um zu verstehen, wie molekularer Wasserstoff im Körper funktioniert, sind einige Vorkenntnisse der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Elements erforderlich.

Was ist molekularer (freier) Wasserstoff?

Das chemische Element Wasserstoff wird mit dem Symbol „H“ für Wasserstoff (lat.) abgekürzt. Im gesamten Universum ist Wasserstoff nicht nur das leichteste, sondern auch das am häufigsten vorkommende Element. Normalerweise besteht es aus einem positiv geladenen Proton und einem negativ geladenen Elektron, seltener findet man Wasserstoffatome mit einem oder zwei Neutronen. Weil sie nur ein Elektron haben, sind Wasserstoffatome besonders reaktiv, sodass Wasserstoff nur unter besonderen Umständen in seiner atomaren Form vorkommt. Üblicherweise verbinden sich zwei Wasserstoffatome zu einem H2-Molekül (molekularer Wasserstoff oder freier Wasserstoff) . Es entsteht ein farbloses, ungiftiges, geruch- und geschmackloses, nichtmetallisches Gas.

Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften fasziniert Wasserstoff die Menschen seit seiner Entdeckung. Beispielsweise verwendeten die ersten Zeppeline Wasserstoffgas in ihren Auftriebskörpern, weil es eine geringere Dichte als Luft hat. Die ersten modernen wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen wurden in den 1960er Jahren entwickelt. Energie wird durch die Reaktion von Wasserstoffgas mit Sauerstoff erzeugt. Da bei diesem Prozess nur Wasser als Abfallprodukt anfällt, gilt diese Brennstoffzelle zu Recht als Antrieb der Zukunft.

Medizinische Anwendung von Wasserstoff

In der medizinischen Forschung hingegen wurde Wasserstoff lange Zeit nicht berücksichtigt, da keine Wirkung auf den menschlichen Körper festgestellt werden konnte. Die ersten Tests mit positivem Ergebnis im Jahr 19752 blieben unbemerkt, umso größer war das Erstaunen – zumindest in Asien – nach der Veröffentlichung der Forschungsergebnisse im Jahr 2007. In Japan und Korea gilt die Studie als medizinischer Durchbruch.

Dementsprechend wird Wasserstoff im menschlichen Körper auf zweierlei Weise genutzt: als Energielieferant und als selektives Antioxidans. Beim Abbau von Kohlenhydraten und Fetten wird Wasserstoff freigesetzt. Dieses wird dann an bestimmte Moleküle gebunden und in den Kraftwerken der Zellen (Mitochondrien) gespeichert. Bei der Reaktion mit Sauerstoff entsteht Energie, die vom Energieträger ATP aufgenommen und transportiert wird.

Molekularer Wasserstoff (H2) hingegen wirkt als Radikalfänger (Antioxidans): Er neutralisiert schädliche reaktive Sauerstoff- und Stickstoffradikale (siehe unten), die unter anderem durch Zellatmung, Stress und pathologische Prozesse verursacht werden im Körper. Im Vergleich zu anderen Formen von Antioxidantien wie Vitaminen oder sekundären Pflanzenstoffen hat freier Wasserstoff einige entscheidende Vorteile:

Wasserstoffgas ist harmlos

Mehrere Studien konnten bereits überzeugend belegen, dass die Anwendung von Wasserstoff am Menschen unbedenklich ist.

Wasserstoffgas verteilt sich schnell.

Aufgrund seiner geringen Atommasse können Wasserstoffmoleküle problemlos alle Gewebestrukturen durchdringen und sich schnell im ganzen Körper ausbreiten. Auch die Blut-Hirn-Schranke stellt für sie kein Hindernis dar, sodass das empfindliche Hirngewebe geschützt werden kann.

Wasserstoffgas ist gleichzeitig wasser- und fettlöslich.

Diese Eigenschaften sorgen dafür, dass die Moleküle auch Zellen erreichen, die von einer Fettschicht bedeckt und mit Flüssigkeit gefüllt sind. Auf diese Weise können die Moleküle auch Fettschichten durchdringen und in flüssigkeitsgefüllte Zellen eindringen.

Theorie der freien Radikale

Die sogenannten Radikale sind Moleküle, denen durch chemische Reaktionen ein Elektron entzogen wurde. Da sie jetzt ein ungepaartes Elektron haben, sind Radikale extrem aggressiv. Sofern sie nicht über ein vollständiges Elektronenpaar verfügen, versuchen sie, das fehlende Elektron zu ersetzen, indem sie einem anderen Atom oder Molekül ein Elektron „entreißen“ . Dieser Oxidationsprozess ist sehr schädlich für Zell- und Gewebestrukturen. Besonders wenn große Mengen an Radikalen produziert werden, kann es zu Schäden an empfindlichen Strukturen wie der DNA kommen. Gleichzeitig werden freie Radikale aber auch von Immunzellen im Kampf gegen Krankheitserreger eingesetzt.

Radikale entstehen bei einer Vielzahl von chemischen Prozessen im Körper, darunter beispielsweise die Zellatmung. Um eine übermäßige Oxidation zu verhindern, kann der Körper gegensteuern: Mit Hilfe von eigenen Radikalfängern wie Glutathion werden Radikale neutralisiert und somit unschädlich gemacht. Auch Antioxidantien (Vitamine, sekundäre Pflanzenstoffe) gelangen über die Nahrung in den Körper und unterstützen diesen Prozess.

Es gibt jedoch verschiedene Umstände, wie eine einseitige Ernährung, Störungen in der Nährstoffaufnahme oder ein erhöhter Nährstoffbedarf durch Stress oder Krankheit, die dazu führen, dass mehr freie Radikale produziert werden, als der Körper neutralisieren kann. Dies führt zu einem Zustand, der als oxidativer Stress bekannt ist. Dies kann zu massiven oxidativen Schäden an Membranen, DNA, Proteinen und anderen Zellbestandteilen führen. Solche Schäden treten bei vielen chronischen Krankheiten auf. Es wird auch angenommen, dass oxidativer Stress einer der wichtigsten Faktoren im Alterungsprozess ist.

Die langfristige Einnahme von hochdosierten Vitaminpräparaten bietet keinen zuverlässigen Schutz, wie moderne Studien gezeigt haben. Vitamine wirken sehr unspezifisch und greifen auch in nützliche immunologische Prozesse im Körper ein. Die Folge sind höhere Krankheitsraten und eine allgemeine Verschlechterung des Gesundheitszustands.

Molekularer Wasserstoff wirkt gezielt

Radikale entstehen bei ganz natürlichen Vorgängen im Körper sowie durch krankhafte Prozesse. Damit sie keinen Schaden anrichten, brauchen wir genügend Radikalfänger in Form von Antioxidantien. Manchmal werden jedoch so große Mengen an freien Radikalen produziert, dass die körpereigenen Antioxidantien nicht ausreichen. Auch eine hochdosierte Einnahme von Vitaminen über Nahrungsergänzungsmittel kann nachteilig sein, da diese nicht zwischen schädlichen und nützlichen Radikalen unterscheiden können.

Molekularer Wasserstoff hingegen wirkt selektiv. Es hat von Natur aus nur ein Elektron und verbindet sich daher „gerne“ mit bestimmten Sauerstoffradikalen (Hydroxylradikalen, OH⦁). Wenn ein Wasserstoffgasmolekül (H2) und zwei Hydroxylradikale (OH⦁) reagieren, entstehen zwei Wassermoleküle. Es fallen keine Reststoffe an, die weiterverarbeitet werden müssen. Das Hydroxyl-Radikal ist das schädlichste freie Radikal im menschlichen Körper und kann leicht durch Wasserstoff in eine nützliche Substanz umgewandelt werden.

Auch Stickstoffradikale (Peroxynitrit-Anionen, ONOO-) können durch das Wasserstoffgas unschädlich gemacht werden. Besonders wichtig ist, dass sich Wasserstoff leicht und schnell im Körper verteilt und somit schnell und gezielt wirken kann. Bisherige Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass sich molekularer Wasserstoff positiv auf Krankheiten wie Arteriosklerose, Typ-2-Diabetes, Allergien, Alzheimer und Parkinson auswirkt, indem er freie Radikale effektiv neutralisiert.

Einfache und sichere Anwendung

Im Gegensatz zu seiner komplexen Funktionsweise im Körper könnte die Anwendung von molekularem Wasserstoff nicht einfacher sein. Zum einen kann Luft mit Wasserstoffgas angereichert und dem Patienten zur Inhalation verabreicht werden. Aufgrund seiner Wasserlöslichkeit kann es aber auch in Wasser angereichert und getrunken werden. Alternativ können Sie auch in wasserstoffreichem Wasser baden. Nicht zuletzt sind auch Injektionen mit einer sterilen Kochsalzlösung möglich. Insbesondere mit Wasserstoff angereichertes Trinkwasser stellt eine einfache und besonders sichere Art der Anwendung dar.

Nur auf die Qualität des Wassers muss besonders geachtet werden, damit es nicht zu unerwünschten Reaktionen kommt. Idealerweise sollte es speziell mit Osmosewasser aufbereitet werden. Einfaches Leitungswasser hingegen ist als Trägerlösung für das Wasserstoffgas nicht geeignet, da es stellenweise hohe Nitratkonzentrationen aufweist. In Verbindung mit Wasserstoff wird Nitrat zu Nitrit reduziert, das im Verdauungstrakt mit Proteinen aus der Nahrung reagieren und sich zu krebserregenden Nitrosaminen verbinden kann.

Fazit

Molekularer Wasserstoff hat großes Potenzial für die Medizin der Zukunft gezeigt. Da viele chronische Erkrankungen mit oxidativem Stress einhergehen, bietet die Behandlung mit Wasserstoffgas eine Möglichkeit, den Krankheitsverlauf positiv zu beeinflussen. Es ist zu hoffen, dass sich das Interesse an diesem Forschungsgebiet auch auf Europa ausbreitet, da noch zahlreiche Studien durchgeführt werden müssen. Fest steht jedoch bereits jetzt, dass molekularer Wasserstoff eine einfache, sichere und kostengünstige Behandlungsmethode ist.