Влияние ингаляций водорода на сердечно-сосудистые и интерстициальные компоненты легочной гипертензии в экспериментах на крысах

Известно, что водород проявляет избирательные антиоксидантные свойства, связывая высокореактивные гидроксильные радикалы. Патогенез монокроталиновой (МКТ) модели легочной гипертензии (ЛГ) на животных связан с окислительным стрессом и проявляет все симптомы ЛГ и интерстициальной болезни легких (ИБЛ), ассоциированной с гипертензией.

Целью исследования явилось изучение влияния ингаляций 4%-го водорода на симптомы ЛГ и ИБЛ в экспериментах на крысах.

Материалы и методы. Для моделирования МКТиндуцированной ЛГ (МКТ-ЛГ) в 1-й день эксперимента животным 2 групп однократно подкожно вводился МКТ, крысам контрольной группы – только растворитель для МКТ. Затем животные, получавшие МКТ, были распределены на 2 подгруппы: крысы 1-й подгруппы дышали комнатным воздухом, 2-й подгруппы – смесью комнатного воздуха и 4%-го водорода. Ингаляции были постоянными в течение 21 дня. На 21-й день под уретановым наркозом измерялись гемодинамические параметры, после эвтаназии у животных взвешивались сердце и его составляющие, легкие; ткань легкого сохранялась для морфологического исследования.

Результаты. Влияния ингаляций на основные сердечно-сосудистые симптомы ЛГ не выявлено, однако показано положительное влияние на состояние соединительной ткани легких, страдающей при ЛГ. Реакция тучных клеток (ТК) уменьшена как количественно, так и функционально. Наблюдалось снижение экспрессии триптазы ТК с преобладанием форм без признаков дегрануляции. Секреция TGF-β была также значительно уменьшена и визуализировалась иммунопозитивными клетками в альвеолярных ячеистых структурах и стенках сосудов.

Заключение. Ингаляции 4%-го водорода способствуют снижению воспаления и фиброзирования легочной ткани при развитии МКТ-ЛГ.

1. Poch D., Mandel J. Pulmonary hypertension. Ann. Intern. Med. 2021; 174 (4): ITC49–64. DOI: 10.7326/AITC202104200.

2. Simonneau G., Gatzoulis M., Adatia I. et al. Updated clinical classification of pulmonary hypertension. J. Am. Coll. Cardiol. 2013; 62 (25, Suppl.): D34–41. DOI: 10.1016/j.jacc.2013.10.029.

3. Waxman A., Elia D., Adir Y. et al. Recent advances in the management of pulmonary hypertension with interstitial lung disease. Eur. Respir. Rev. 2022; 31 (165): 210220. DOI: 10.1183/16000617.0220-2021.

4. Nogueira-Ferreira R., Vitorino R., Ferreira R., Henriques-Coelho T. Exploring the monocrotaline animal model for the study of pulmonary arterial hypertension: a network approach. Pulm. Pharmacol. Ther. 2015; 35: 8–16. DOI: 10.1016/j.pupt.2015.09.007.

5. Cui Y., Robertsonb J., Maharaj S. et al. Oxidative stress contributes to the induction and persistence of TGF-β1 induced pulmonary fibrosis. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2011; 43 (8): 1122–1133. DOI: 10.1016/j.biocel.2011.04.005.

6. Ohsawa I., Ishikawa M., Takahashi K. et al. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nat. Med. 2007; 13 (6): 688–694. DOI: 10.1038/nm1577.

7. Iida A., Nosaka N., Yumoto T. et al. The clinical application of hydrogen as a medical treatment. Acta Med. Okayama. 2016; 70 (5): 331–337. DOI: 10.18926/amo/54590.

8. Liu C., Zhang K., Chen G. Hydrogen therapy: from mechanism to cerebral diseases. Med. Gas Res. 2016; 6 (1): 48–54. DOI: 10.4103/2045-9912.179346.

9. Ohta S. Molecular hydrogen as a preventive and therapeutic medical gas: initiation, development and potential of hydrogen medicine. Pharmacol. Ther. 2014; 144 (1): 1–11. DOI: 10.1016/j.pharmthera.2014.04.006.

10. Ge L., Yang M., Yang N. et al. Molecular hydrogen: a preventive and therapeutic medical gas for various diseases. Oncotarget. 2017; 8 (60): 102653–102673. DOI: 10.18632/oncotarget.21130.

11. Huang L. Molecular hydrogen: a therapeutic antioxidant and beyond. Med. Gas. Res. 2016; 6 (4): 219–222. DOI: 10.4103/2045-9912.196904.

12. Шогенова Л.В., Туе Т.Ч., Крюкова Н.О. и др. Ингаляционный водород в реабилитационной программе медицинских работников, перенесших COVID-19. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2021; 20 (6): 2986. DOI: 10.15829/1728-8800-2021-2986.

13. Nicolson G., de Mattos G., Settineri R. et al. Clinical effects of hydrogen administration: from animal and human diseases to exercise medicine. Int. J. Clin. Med. 2016; 7 (1): 32–76. DOI: 10.4236/ijcm.2016.71005.

14. Liu L., Shi Q., Liu X. et al. Attenuation of myocardial fibrosis using molecular hydrogen by inhibiting the TGF-β signaling pathway in spontaneous hypertensive rats. Am. J. Hypertension. 2022; 35 (2): 156–163. DOI: 10.1093/ajh/hpab159.

15. Nakayama M., Itami N., Suzuki H. et al. Novel haemodialysis (HD) treatment employing molecular hydrogen (H2)-enriched dialysis solution improves prognosis of chronic dialysis patients: a prospective observational study. Sci. Rep. 2018; 8 (1): 254. DOI: 10.1038/s41598-017-18537-x.

16. Kishimoto Y., Kato T., Ito M. et al. Hydrogen ameliorates pulmonary hypertension in rats by anti-inflammatory and antioxidant effects. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2015; 150 (3): 645–654. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2015.05.052.

17. Wang Y., Jing L., Zhao X.M. et al. Protective effects of hydrogen-rich saline on monocrotaline-induced pulmonary hypertension in a rat model. Respir. Res. 2011; 12 (1): 26. DOI: 10.1186/1465-9921-12-26.

18. He B., Zhang Y., Kang B. et al. Protection of oral hydrogen water as an antioxidant on pulmonary hypertension. Mol. Biol. Rep. 2013; 40 (9): 5513–5521. DOI: 10.1007/s11033-013-2653-9.

19. Sano M., Ichihara G., Katsumata Y. et al. Pharmacokinetics of a single inhalation of hydrogen gas in pigs. PLoS One. 2020; 15 (6): e0234626. DOI: 10.1371/journal.pone.0234626.

20. Ichihara G., Katsumata Y., Moriyama H. et al. Pharmacokinetics of hydrogen after ingesting a hydrogen-rich solution: a study in pigs. Heliyon. 2021; 7 (11): e08359. DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e08359.

21. Wijsenbeek M., Suzuki A., Maher T. Interstitial lung diseases. Lancet. 2022; 400 (10354): 769–786. DOI: 10.1016/S0140-6736(22)01052-2.

22. Kuropatkina T., Pavlova O., Gulyaev M. et al. Sex-dependent protective effect of combined application of solubilized ubiquinol and Selenium on monocrotaline-induced pulmonary hypertension in Wistar rats. Antioxidants (Basel). 2022; 11 (3): 1–16. DOI: 10.3390/antiox11030549.

23. Otoupalova E., Smith S., Cheng G., Thannickal V.J. Oxidative stress in pulmonary fibrosis. Compr. Physiol. 2020; 10 (2): 509–547. DOI: 10.1002/cphy.c190017.

24. Ohta S. Recent progress toward hydrogen medicine: potential of molecular hydrogen for preventive and therapeutic application. Curr. Pharm. Des. 2011; 17 (22): 2241–2252. DOI: 10.2174/138161211797052664.

25. Komi D., Mortaz E., Amani S. et al. The role of mast cells in IgE-Independent lung diseases. Clin. Rev. Allergy Immunol. 2020; 58 (3): 377–387. DOI: 10.1007/s12016-020-08779-5.

26. Atiakshin D., Kostin A., Volodkin A. et al. Mast cells as a potential target of molecular hydrogen in regulating the local tissue microenvironment. Pharmaceuticals (Basel). 2023; 16 (6): 817. DOI: 10.3390/ph16060817.

27. Shi J., Duncan B., Kuang X. Hydrogen treatment: a novel option in liver diseases. Clin. Med. (Lond.). 2021; 21 (2): e223–227. DOI: 10.7861/clinmed.2020-0370.

28. Farha S., Sharp J., Asosingh K. et al. Mast cell number, phenotype, and function in human pulmonary arterial hypertension. Pulm. Circ. 2012; 2 (2): 220–228. DOI: 10.4103/2045-8932.97609.

29. Tsang Y., Panjabi S., Funtanilla V. et al. Economic burden of illness among patients with pulmonary arterial hypertension (PAH) associated with connective tissue disorders (CTD). Pulm. Circ. 2023; 13 (2): e12218. DOI: 10.1002/pul2.12218.

30. Liu H., Liang X., Wang D. et al. Combination therapy with nitric oxide and molecular hydrogen in a murine model of acute lung injury. Shock. 2015; 43 (5): 504–511. DOI: 10.1097/shk.0000000000000316.