Schutzwirkung der Inhalation von Wasserstoffgas bei strahleninduzierter Dermatitis und Hautverletzungen bei Ratten

EINLEITUNG

Die Strahlentherapie ist eine weithin akzeptierte Behandlung für verschiedene Krebsarten. Akute schädigende Wirkungen der Strahlung auf die Haut, wie Erythem, Epilation, Abschuppung, Hyperpigmentierung und Erosion, zusammenfassend als Radiodermatitis bezeichnet, sind jedoch in Abhängigkeit von der Bestrahlungsdosis häufige Nebenwirkungen [  ,  ]. Darüber hinaus werden im Umfeld der Radiodermatitis häufig chronische strahleninduzierte Hautulzera beobachtet [ ]. Diese Geschwüre zeichnen sich durch eine schlechte Heilung und eine hohe Rückfallrate aus und sind im Allgemeinen hartnäckig. Diese Symptome sind nicht nur die limitierenden Faktoren während der Strahlentherapie, sondern stellen auch Bedenken für die öffentliche Gesundheit dar und erzwingen eine Unterbrechung oder Beendigung des Therapieverlaufs. Daher ist eine Behandlung erforderlich, um diese Nebenwirkungen zu reduzieren, ohne die Antitumorwirkungen zu reduzieren. Kürzlich wurde berichtet, dass der Konsum von wasserstoffreichem Wasser die biologische Reaktion auf strahleninduzierten oxidativen Stress reduziert, ohne die Antitumorwirkung zu beeinträchtigen [  ].

Röntgenstrahlung interagiert mit Wassermolekülen in biologischen Systemen und produziert verschiedene reaktive Sauerstoffspezies (ROS), die zusammen mit einer induzierten übermäßigen zellulären Apoptose Zell- und Gewebeschäden verursachen können [  ]. ROS wie O  und H 2 O 2 werden leicht durch antioxidative Abwehrenzyme entgiftet, während zytotoxische ROS wie das Hydroxylradikal (· oh ) von diesen Enzymen nicht entgiftet werden können. Während der Strahlentherapie werden die schädlichen Auswirkungen ionisierender Strahlung auf biologisches Gewebe wie die Haut meist durch zytotoxische ROS wie das Hydroxylradikal vermittelt, die eine übermäßige zelluläre Apoptose induzieren [  ,  ].

Gute Strahlenschutzwirkung zeigt das Sulfhydryl-Amifostin (WR-2721), das als einziges für den Menschen zugelassenes Strahlenschutzmittel zugelassen ist [  ]. Allerdings schränken viele Nebenwirkungen die klinische Anwendung ein, wie Bluthochdruck, Übelkeit und Erbrechen [  ]. Einige natürliche Antioxidantien wie Vitamine und Flavonoide haben weniger toxische Wirkungen, bieten aber auch einen geringeren Strahlenschutz [  ]. Ein ideales Strahlenschutzmittel wäre wirksam und hätte leichte Nebenwirkungen. Bisher steht kein Strahlenschutzmittel zur Verfügung, das diese Kriterien erfüllen kann.

Ohsawaet al .  ] haben gezeigt, dass molekularer Wasserstoff (H 2 ) zytotoxische ROS selektiv reduzieren kann. Darüber hinaus könnte die 2 -Therapie auch ein nützlicher Weg sein, um menschliche Hautfibroblasten vor oxidativen Schäden zu schützen [  ], da sich eine positive Wirkung auf übermäßige zelluläre Apoptose und akute Radiodermatitis gezeigt hat [  ]. Darüber hinaus wurde berichtet, dass die 2 -Inhalation in Tiermodellen zerebrale [  ], myokardiale [  ] und hepatische [  ] Strahlenschäden abschwächte Buchholzet al .  ] berichteten auch, dass H 2-Inhalation mildert oxidativen Stress bei transplantationsinduzierter Darmtransplantatverletzung. Somit kann H 2 ein neues Antioxidans mit signifikantem Potenzial zur Verwendung in sicheren und wirksamen medizinischen Anwendungen sein, ohne bekannte Nebenwirkungen zu verursachen.

Eine positive Wirkung intraperitonealer Präinjektionen von Prostaglandin E1 wurde bei strahleninduzierten heilungsgestörten Hautverletzungen nachgewiesen [  ]. Allerdings kann die intraperitoneale Injektion einer hohen Dosis von Prostaglandin E1 bei strahleninduzierten heilungsgestörten Hautverletzungen Nebenwirkungen haben [  ]. Insbesondere eine hohe Dosis von Prostaglandin E1 kann durch Vasodilatation oder Thrombozytenaggregation schwere Blutdruckveränderungen oder Blutungen hervorrufen. Obwohl ein Vorteil der intraperitonealen Injektion von wasserstoffreicher Kochsalzlösung bei strahleninduzierter Dermatitis nachgewiesen wurde [ ] kann die Inhalation von wasserstoffhaltigem Gas (HCG) eine einfachere und sicherere Vorbehandlungstechnik zur Vorbeugung von Dermatitis sein als die intraperitoneale Injektion von wasserstoffreicher Kochsalzlösung. Nach unserem besten Wissen haben keine früheren Studien die Auswirkungen der Inhalation von HCG untersucht, um die Heilung von strahleninduzierten Hautverletzungen zu stimulieren, indem zytotoxische ROS reduziert und die strahleninduzierte Apoptose von Hautzellen verhindert wird. Der Zweck dieser Studie war es, die Auswirkungen der Inhalation von HCG auf die Linderung von Radiodermatitis und auf die Stimulierung der Heilung von Hautverletzungen zu bewerten.

MATERIALEN UND METHODEN

Ratten und Fütterungsbedingungen

Alle Tierversuche wurden nach dem vom Animal Experimentation Committee am National Defense Medical College (Tokorozawa, Saitama, Japan) genehmigten Protokoll durchgeführt. Die Umgebungstemperatur wurde während der Experimente bei 25 ± 2 °C gehalten. Männliche Sprague-Dawley-Ratten mit einem Gewicht von ~350 g (10 Wochen alt) wurden von Japan SLC (Hamamatsu, Shizuoka, Japan) bezogen und erhielten nach Belieben Zugang zu Nahrung und Wasser. Die Tiere wurden in einer mit Ether gefüllten Anästhesiebox leicht sediert. Nach der Sedierung wurde eine intraperitoneale Anästhesie mit einer 27-Gauge-Injektionsnadel durchgeführt. Das Anästhetikum war eine 5 mg/ml Lösung von Pentobarbital-Natrium (Somnopentyl ® , 64,8 mg/ml; Kyoritsu Seiyaku, Tokio, Japan) in physiologischer Kochsalzlösung, die mit einer Anfangsdosis von 50 mg/kg Körpergewicht injiziert wurde.

HCG-Behandlung von Ratten

Vor oder nach der Röntgenbestrahlung wurden Ratten mit HCG (Wasserstoff: 1,3 %, Sauerstoff: 20,8 %; Stickstoff: 77,9 %) (Saisan Inc., Saitama, Japan) behandelt, das in eine Acrylbox (250 × 250 × 300 mm; Shinano Manufacture Inc., Tokio, Japan) bei einer Durchflussmenge von 2 l/min. Der Wasserstoff in der Box wurde unter Verwendung eines Gasdetektors (TH-D4A; KOMYO RIKAGAKU KOGYO KK, Kanagawa, Japan) überwacht. Ratten vor der Inhalation wurden direkt vor der Röntgenbestrahlung 2 h mit HCG behandelt, und Ratten nach der Inhalation wurden direkt nach der Röntgenbestrahlung 2 h mit HCG behandelt.

Bestrahlungsgerät

Vor der Bestrahlung der Rückenhaut wurden die Haare mit elektrischen Haarschneidern rasiert. Der Abstand zwischen der Strahlungsquelle und der Ratte auf dem Drehtisch betrug 35 cm, und es wurde ein Röntgenbestrahlungsgerät MBR-1505R2 (Hitachi Medical Corporation, Tokio, Japan) verwendet. Die Strahlungsfaktoren betrugen 150 kV, 5 mA, mit einer zusätzlichen Filterung von 0,5 mm Al. Die Dosisrate betrug 1 Gy/min. Die Tiere wurden mit einer 3 mm dicken Bleiabschirmung mit 2 Löchern (Durchmesser: 2,3 cm) geschützt, um eine kontrollierte Bestrahlung von Zielstellen der Rückenhaut zu ermöglichen [  ].

Wirkung der Inhalation von HCG auf frühe strahleninduzierte Dermatitis und Wundheilungsstörungen

Eine frühe Radiodermatitis wurde 4 Wochen nach der Röntgenbestrahlung gemessen. Der Grad der frühen kutanen Toxizität wurde 3, 7, 14, 21 und 28 d nach Röntgenbestrahlung gemäß den Haut-Score-Kriterien bewertet [  ]. Drei Beobachter bewerteten die verblindeten Rattengruppen anhand der Hautbewertungskriterien (Tabelle(Tabelle 1)1) [  ].

Tabelle 1.

Die Kriterien für eine strahleninduzierte akute Dermatitis der dorsalen Haut der Ratte

Punktzahl Überwachung
0.0 Keine Änderung
0,5 Schwaches Erythem
1.0 Helles Erythem
1,5 <50% trockene Abschuppung
2.0 >50% trockene Abschuppung, leichtes Ödem
2.5 <50% feuchte Abschuppung, mäßiges Ödem
3.0 >50% feuchte Abschuppung, mäßiges Ödem
3.5 Erosion, starkes Ödem
4.0 Ulzeration

Hautreaktionen wurden makroskopisch von Grad 0 bis 4 in neun Schritten gemäß den klinischen Kriterien der Krebsbestrahlung bewertet. Der Beobachtungszeitraum betrug 4 Wochen nach der Bestrahlung.

Die mit 20 Gy durch die beiden Löcher (2,3 cm Durchmesser) bestrahlten Bereiche wurden markiert, dann wurden kutane Wunden mit voller Dicke mit einer 8-mm-Biopsie-Stanze hergestellt. Die Wunden der vier Gruppen (vor, nach und ohne HCG-Inhalation und Kontrolle (ohne Röntgenbestrahlung)) wurden an den Tagen 3, 5, 7, 10, 14 und 20 nach der Wundbildung bewertet. Jede Ratte wurde ohne Wundverband getrennt gehalten. An jedem Tag wurden mit einer Digitalkamera (DiMAGE X50; Konica Minolta, Tokio, Japan) und einem Lineal mehrere Bilder des bestrahlten Hautareals und der Wunde aufgenommen. Die Größe (mm 2) jeder Wunde wurde aus den digitalen Bildern unter Verwendung von Software für Messungen (Adobe Photoshop CS5, Adobe System Inc., San Jose, USA) gemessen. Die Wundheilungsrate wurde nach folgender Formel berechnet: Heilungsrate (%) = (ursprünglicher Wundbereich – nicht epithelisierter Bereich)/ursprünglicher Wundbereich × 100 [  ]. Heilung bezieht sich auf eine Kombination aus Wundverengung und Epithelisierung, ohne Krustenbildung und Granulation.

Immunhistochemie

Ausgeschnittene Hautgewebe wurden in 4% Paraformaldehydlösung bei 4°C für 12 h fixiert, in Paraffin eingebettet und 5, 24 und 72 h nach der Bestrahlung und 7 d nach der Bestrahlung in 3,5 μm breite Schnitte geschnitten. Schnitte wurden senkrecht zur anteroposterioren Achse und senkrecht zur Hautoberfläche gemacht. Jeder Schnitt wurde mit Hämatoxylin und Eosin gefärbt.

Die durch DNA-Fragmentierung bewertete zelluläre Apoptose wurde unter Verwendung eines MEBSTAIN-Apoptose-TUNEL-Kit II (MBL Co. Ltd., Nagano, Japan) untersucht. Hautschnitte wurden entparaffiniert und Proteinase K (20 µg/ml) für 15 min bei Raumtemperatur ausgesetzt, um die Fragment-DNA 3'-OH-Enden zu demaskieren. Die Proben wurden mit destilliertem H 2 . gewaschenO und inkubiert in 0,3% Wasserstoffperoxid für 15 min, um die endogene Peroxidaseaktivität zu unterdrücken. Nach zwei Spülungen in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) wurden die Schnitte nacheinander in Äquilibrierungspuffer bei Raumtemperatur für 10 s inkubiert. Nach dem Abklopfen überschüssiger Flüssigkeit von den Proben wurde das Enzym terminales Desoxynukleotidyltransferase aufgetragen und die Proben wurden 1 h bei 37 °C inkubiert. Stopppuffer wurde bei Raumtemperatur 15 min lang auf die Proben aufgetragen, um die 3'-OH-Markierungsreaktion zu beenden, und Peroxidase-konjugiertes Streptavidin (Dako, Glostrup, Dänemark) wurde 30 min lang bei Raumtemperatur aufgetragen. Nach dem Waschen der Proben in PBS wurde 3-3'-Diaminobenzin-4HCl (DAB) (Dako, Glostrup, Dänemark) zugegeben und die Proben wurden 5 min gefärbt. Die Schnitte wurden mit Mayer's Hämatoxylin (Merck, Darmstadt,

Zur Färbung mit 8-OHdG wurden Hautschnitte entparaffiniert, mit destilliertem H 2 . gewaschenO und inkubiert in 0,3% Wasserstoffperoxid für 15 min, um die endogene Peroxidaseaktivität zu unterdrücken. Nach dem Waschen mit PBS wurde eine Blockierungslösung auf die Proben bei Raumtemperatur für 10 Minuten aufgetragen, um unspezifische Proteine zu adsorbieren. Die gewaschenen Proben wurden mit primärem Antikörper (anti-8-OHdG monoklonaler Maus-Antikörper, Japan Institute for the Control of Ageing, Shizuoka, Japan) 12 h bei 4°C behandelt. Die gewaschenen Proben wurden mit sekundärem Antikörper (anti-Maus-Peroxidase-konjugierter zweiter Antikörper, Nichirei Biosciences, Tokio, Japan) für 30 Minuten bei Raumtemperatur behandelt. Nach dem Waschen der Proben wurde DAB zugegeben und die Proben wurden 5 min gefärbt. Die Schnitte wurden mit Mayer's Hämatoxylin gegengefärbt, um die Gewebemorphologie zu untersuchen.

Die Gesamtzahl der epidermalen Keratinozytenzellen (EKCs) wurde in vier benachbarten Feldern unter Verwendung eines Lichtmikroskops (40 × Objektiv und 10 × Fotookular) gezählt. Jedes Feld repräsentierte eine Gesamtlänge von ∼ 300 µm pro Hautprobe. Die durchschnittliche Anzahl der gesamten EKCs und apoptotischen oder 8-OHdG-positiven EKCs in jeder Hautprobe, die aus den vier Gruppen entnommen wurde (vor, nach und ohne Inhalation von HCG und Kontrolle (keine Röntgenbestrahlung)) wurde anhand der Anteile bewertet berechnet nach folgender Formel: apoptotische (oder 8-OHdG-positiv) Zellzahl (%) = apoptotische (oder 8-OHdG-positive) EKC-Zahlen/Gesamt-EKC-Zahlen × 100.

Die Werte von 8-OHdG und Malondialdehyd (MDA) in Serum, das aus venösem Blut hergestellt wurde, wurden unter Verwendung eines 8-OHdG- und MDA-ELISA-Kits (Nikken Zairu Inc., Shizuoka, Japan) gemäß den Anweisungen des Herstellers gemessen.

statistische Analyse

Die Ergebnisse sind als Mittelwert ± SD angegeben. Vergleiche der mittleren Anzahl apoptotischer Zellen zwischen der Kontroll- und der Versuchsgruppe wurden durch den Student- t- Test bestimmt. Ansonsten wurde ein Kruskal-Wallis (KW)-Test für Vergleiche zwischen den Gruppen und Dunn-Test für Mehrfachvergleiche verwendet. Statistische Analysen wurden mit StatMate III für Windows (ATMS Co., Ltd, Tokio, Japan) durchgeführt. P -Werte von < 0,05 wurden als signifikant angesehen.

ERGEBNISSE

Wirkung der Inhalation von HCG bei Radiodermatitis

Bei Ratten ohne und nach Inhalation, die eine 20-Gy-Röntgenbestrahlungsdosis erhielten, wurde 7 Tage nach der Bestrahlung ein Erythem mit Epilation beobachtet, und 14 Tage nach der Bestrahlung wurden Schuppung und Ödeme beobachtet. Die umfangreichsten Hautschäden und Entzündungen durch Röntgenbestrahlung wurden 21 d nach der Bestrahlung beobachtet (Tabelle(Tabelle 11 und Abb. Abb.1).1). Im Gegensatz dazu erlitten Ratten vor der Inhalation im Vergleich zu Ratten ohne und nach der Inhalation signifikant weniger Schäden (Tabelle(Tabelle 11 und Abb. Abb.11).

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Die zeitliche Veränderung des Hautscores bei akuter Dermatitis nach 20-Gy-Bestrahlung. In jeder Gruppe ( n = 14) erreichten die Werte nach 3 Wochen ihren Höhepunkt und nahmen dann tendenziell ab. An den Tagen 7, 14 und 21 wurde in der Gruppe vor der Inhalation mit HCG im Vergleich zur Gruppe nach der Inhalation und der Gruppe ohne Inhalation eine signifikante Strahlenschutzwirkung beobachtet.

Auswirkungen der Inhalation von HCG auf die bestrahlungsinduzierte Wundheilung

Für die Nicht-Inhalation von HCG-Ratten zeigte der Vergleich der bestrahlten und nicht bestrahlten Gruppe eine signifikant verzögerte Wundheilung in der bestrahlten Gruppe. Über die Hälfte der Ratten in der bestrahlten Gruppe zeigte nach 2 Wochen eine unvollständige Heilung, wobei die vollständige Wundheilung 20 Tage dauerte. Signifikante Unterschiede in der Wundheilungsrate wurden auch in den verschiedenen HCG-Inhalationsgruppen nach 20-Gy-Bestrahlung beobachtet (Abb.(Abb.2A2A und B): die Gruppe vor der Inhalation zeigte signifikant bessere Heilungsraten von 3 d bis 20 d nach der Bestrahlung (3, 5, 7, 10, 14 und 20 Tage) ( P < 0,05) im Vergleich zur Nicht- und Post- -Inhalationsgruppe. Außerdem gab es zu allen Zeitpunkten keinen signifikanten Unterschied in den Heilungsraten zwischen der Post- und der Nicht-Inhalationsgruppe ( P > 0,05).

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Heilungsraten einer kutanen Vollhautwunde mit oder ohne 20-Gy-Bestrahlung. Die Bestrahlungsgruppen inhalierten HCG vor oder nach der Bestrahlung oder inhalierten HCG nicht. Die Kontrollgruppe erhielt weder eine Bestrahlung noch inhalierte sie HCG. Die Wundheilungsraten wurden in jeder Gruppe ( n = 14) an den Tagen 3, 5, 7, 10, 14 und 20 nach der Bestrahlung gemessen A ) Jede Wundgröße (mm 2 ) wurde durch das Bild jedes Tages gemessen. Maßstabsleisten = 5 mm. Die Wundheilungsrate (%) = (ursprünglicher Wundbereich – nicht epithelisierter Bereich)/ursprünglicher Wundbereich × 100. ( B) Signifikante Verbesserungen der Wundheilung wurden in der Präinhalationsgruppe im Vergleich zu den Post- und Nichtinhalationsgruppen beobachtet. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen nach und ohne Bestrahlung.

TUNEL- und 8-OHdG-Färbung bestrahlter Haut

Die TUNEL-Färbung zeigte eine große Anzahl von apoptotischen epidermalen Keratinozyten (EKCs) in der nicht- und postinhalativen HCG-Gruppe von 5 h bis 7 d nach der Bestrahlung. Der Anteil apoptotischer Zellen an den gesamten EKCs im epidermalen Gewebe der Nicht- und Postinhalationsgruppe war an Tag 1 signifikant höher als der Anteil in der Präinhalationsgruppe (Abb.(Abb. 33 und Abb. Abb.4),4), Tag 3 und Tag 7 (Daten nicht gezeigt).

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TUNEL- und 8-OHdG-Färbung von Hautschnitten 24 h nach 20-Gy-Bestrahlung. Apoptotische Zellen wurden durch TUNEL-Färbung ( A , B ) bewertet und der Hyperoxidationszustand der Nukleinsäuren wurde durch 8-OHdG-Färbung bewertet ( C , D ). Die Anzahl der Epidermiszellen wurde in vier benachbarten Feldern jedes Hautabschnitts unter Verwendung eines Lichtmikroskops (×40 Objektiv und ×10 Photookular; Maßstabsbalken = 50 µm) gezählt. Die Anzahl der apoptotischen Zellen (schwarzer Pfeil) und 8-OHdG-positiver Zellen (roter Pfeil) war in der Präinhalationsgruppe (B, D) im Vergleich zur Nichtinhalationsgruppe (A, C) signifikant verringert.

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TUNEL-Färbung von Hautschnitten 24 h nach 20-Gy-Bestrahlung wurde durchgeführt, um den Anteil apoptotischer Zellen zu messen. TUNEL zeigt DNA-Fragmentierung an. Eine signifikante Abnahme der Anzahl apoptotischer Zellen wurde in der Präinhalationsgruppe im Vergleich zu den Post- und Nichtinhalationsgruppen beobachtet. Die Anzahl der beobachteten apoptotischen Zellen in der Gruppe vor der Inhalation war gleich der in der Kontrollgruppe (ohne Bestrahlung).

In ähnlicher Weise zeigte die 8-OHdG-Färbung eine große Anzahl gefärbter EKCs in den epidermalen Geweben der HCG-Gruppe ohne und nach der Inhalation von 5 h bis 7 d nach der Bestrahlung. Wir erwarten, dass die Verringerung der Anzahl von 8-OHdG-gefärbten Zellen mit dem direkten Abfangen von Hydroxylradikalen durch vor der Bestrahlung inhaliertes Wasserstoffgas zusammenhängt. Der Anteil gefärbter Zellen pro Gesamt-EKC im Epidermisgewebe der Nicht-Inhalationsgruppe war an Tag 1 signifikant höher als der Anteil in der Vorinhalationsgruppe (Abb.(Abb. 33 und Abb. Abb.5),5), Tag 3 und Tag 7 (Daten nicht gezeigt).

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Eine immunhistochemische 8-OHdG-Färbung von Hautschnitten 24 h nach der 20-Gy-Bestrahlung wurde durchgeführt, um den Anteil an 8-OHdG-positiven Zellen zu messen. 8-OHdG zeigt den Hyperoxidationszustand der Nukleinsäuren an, wodurch die antioxidative Wirkung bewertet werden kann. Eine signifikante Abnahme der Anzahl 8-OHdG-positiver Zellen wurde in der Präinhalationsgruppe im Vergleich zu den Post- und Nichtinhalationsgruppen beobachtet. Die Abnahme der Anzahl 8-OHdG-positiver Zellen, die in der Gruppe vor der Inhalation beobachtet wurde, war gleich der der Kontrollgruppe (ohne Bestrahlung).

Veränderungen der Serumkonzentrationen von MDA und 8-OHdG

Die Konzentration von Serum-MDA und 8-OHdG in der Prä-, Post- und Nicht-Inhalationsgruppe wurde 5 Stunden nach der Bestrahlung gemessen, als der maximale Anstieg von Serum-MDA und 8-OHdG beobachtet wurde. Die Serum-MDA-Konzentrationen betrugen 188 ± 47, 184 ± 49, 162 ± 42 und 142 ± 59 (nM) in der Nicht-, Post- und Präinhalations-HCG-Gruppe bzw. in der Kontrollgruppe (ohne Bestrahlung). Die Serumkonzentration von 8-OHdG betrug 8,1 ± 1,4, 7,7 ± 2,1, 7,2 ± 1,9 und 7,0 ± 1,6 (ng/ml) in den Nicht-, Post- und Präinhalations-HCG-Gruppen und in der Kontrollgruppe (ohne Bestrahlung) ), bzw. Obwohl die Serumkonzentration von MDA und 8-OHdG in den nicht- und postinhalativen HCG-Gruppen im Vergleich zur präinhalativen Gruppe leicht erhöht war, waren diese statistisch nicht signifikant.

DISKUSSION

Es wurde bereits gezeigt, dass Wasserstoffgas selektiv zytotoxische ROS wie das Hydroxylradikal reduziert [  ,  ]. Das Hydroxylradikal ist das reaktivste ROS, das in Zellen erzeugt wird. Hydroxylradikale können leicht mit zellulären Molekülen, einschließlich DNA, Proteinen und Lipiden, reagieren, um eine starke zytotoxische Wirkung auszuüben [  ,  ]. Da die meisten durch ionisierende Strahlung induzierten Schäden durch Hydroxylradikale verursacht werden, spekulierten wir, dass die Strahlenschutzwirkung von Wasserstoffgas aus seiner ROS-Fängerwirkung resultieren könnte. Andererseits ist die zelluläre Apoptose für viele physiologische Prozesse von entscheidender Bedeutung, einschließlich der Embryogenese, der Reifung und Reaktion von Immunzellen, der Gewebehomöostase und der zellulären Reaktion auf Verletzungen [ ]. In pathologischen Zuständen kann eine übermäßige Apoptose zu einer Organ- und Gewebeschädigung beitragen. Somit könnte die selektive Erhaltung der Zellmodulation während apoptotischer Prozesse die Behandlung vieler Krankheiten beeinflussen. Frühere Studien haben gezeigt, dass Apoptose eine wichtige Rolle bei strahleninduzierten Verletzungen an epidermalen Keratinozyten (EKCs) [  ,  ], Thymuslymphozyten  ,  ], Hepatozyten [  ] und Knochenmarkszellen [  ] spielt. Die vorherige Studie zeigte, dass die Röntgenbestrahlung in vivo die Apoptose von EKCs in der Haut von Ratten induzierte und die Proliferation dieser Zellen in vitro hemmte ]. Die vorliegende Studie zeigte, dass die Vorinhalation von wasserstoffhaltigem Gas (HCG) die Radiodermatitis lindert (Abb.(Abb.1)1) und stimuliert die Heilung von strahleninduzierten Hautverletzungen (Abb. (Abb.2)2) durch Verringerung der zytotoxischen ROS und Verhinderung der strahleninduzierten Apoptose von EKCs.

Die durch Röntgenstrahlung induzierte Radiodermatitis umfasst Erythem, Epilation, Depigmentierung und Erosion. Unsere Ergebnisse (Abb.(Abb.1)1) zeigte, dass die Präinhalation von HCG die akute Radiodermatitis im Vergleich zur Post- und Nicht-Inhalation von HCG signifikant linderte. Wenn in den bestrahlten Bereichen hautdicke Wunden gebildet wurden, um den Verlauf der Wundheilung zu untersuchen, wurde die Heilung aufgrund von durch die Bestrahlung induzierten Hautverletzungen signifikant verzögert. Die Präinhalation von HCG führte zu signifikant kürzeren Verzögerungen der Wundheilung im Vergleich zur Post- und Nicht-Inhalation von HCG (Abb.(Abb.2).2). Diese Ergebnisse legen nahe, dass die HCG-Inhalation vor der Röntgenbestrahlung wirksam ist, um Strahlenschäden an der Haut zu lindern und die Wundheilung zu fördern.

Die strahlenprotektiven, antiapoptotischen und antioxidativen Mechanismen, durch die die Präinhalation von HCG seine Wirkung entfaltet, müssen noch in vitro und in vivo untersucht werden. Diese In-vivo- Studie zeigte, dass die Präinhalation von HCG die Schwere der durch Röntgenstrahlung induzierten oxidativen Schädigung und die Apoptosereaktionen in röntgenbestrahlten Hautbereichen signifikant reduzierte, wie durch die Konzentrationen von 8-OH-dG und TUNEL-Färbung nachgewiesen wurde (Abb .(Abb. 335). Daher wird angenommen, dass die hemmende Wirkung für die Apoptose von EKCs durch die Inaktivierung der durch Röntgenstrahlung erzeugten zytotoxischen ROS verursacht werden kann, was die Zellapoptose und Hautschäden lindern könnte. Auf der anderen Seite gab es keine signifikanten Unterschiede in den MDA- und 8-OH-dG-Spiegeln im Blut 5 h nach der Röntgenbestrahlung zwischen den prä-, post- und nicht-inhalativen HCG-Gruppen (Abb.(Abb.6).6). Basierend auf unserer vorliegenden Studie können nur lokale strahleninduzierte Hautschäden durch die Gabe von HCG vor der Bestrahlung gelindert werden.

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Die Konzentration des Serumoxidationsstressmarkers wurde 5 h nach 20-Gy-Bestrahlung gemessen. In jeder Gruppe ( n = 8) gab es keinen signifikanten Mangel an Serum-MDA( A ) und 8-OHdG( B ), obwohl eine leichte Abnahme von Serum-MDA und 8-OHdG in der Gruppe vor der Inhalation im Vergleich zu den Post- und Nicht-Inhalationsgruppen.

Leichte Fälle von Hautschäden durch Bestrahlung können mit Salben geheilt werden, schwere Fälle können mit konservativer Therapie nicht geheilt werden. In diesen Fällen kann ein chirurgischer Eingriff erforderlich sein. Wenn zum Beispiel bei der Durchführung einer Hauttransplantation das Transplantatbett bestrahlt wird, wird die Bildung von Granulationen und Blutgefäßen typischerweise verringert, und die Überlebensrate der Hauttransplantation nimmt ebenfalls ab. Darüber hinaus kann ein durch Strahlung geschädigter Hautlappen zu einer schlechten Überlebensrate des Lappens führen, dh wenn die Umgebung einer Läsion bestrahlt wird, sind die Behandlungsmethoden aufgrund der Strahlenwirkung weniger effektiv. Daher ist ein einfaches Verfahren erforderlich, das solche Schäden so weit wie möglich reduzieren kann. Die Inhalation von HCG entspricht vielen Anforderungen an ein ideales Strahlenschutzmittel, wie Wirksamkeit, breites Spektrum, ].

Zusammenfassend konnten wir hier zeigen, dass die Vorinhalation von HCG (1,3% Wasserstoff + 20,8% Sauerstoff + 77,9% Stickstoff) für 2 Stunden vor der Röntgenbestrahlung keine bekannten toxischen Nebenwirkungen hervorbrachte und die Schwere der Dermatitis effektiv reduzierte und die Haut beschleunigte Gewebewiederherstellung. Somit kann die Inhalation von HCG eine einfachere und sicherere Vorbehandlung sein, um der Dermatitis vorzubeugen. Die Präinhalation von HCG kann eine neue klinische Therapie bei der Behandlung von Radiodermatitis und oxidativen Schäden durch Strahlenbehandlung darstellen.

FINANZIERUNG

Diese Arbeit wurde vom National Defense Medical College finanziert. Die Finanzierung der Open-Access-Veröffentlichungsgebühren für diesen Artikel wurde vom National Defense Medical College, Japan, bereitgestellt.

Danksagung

Wir erkennen die Expertise und den Rat von Associate Professor Koichi Fukuda an und danken auch den Mitarbeitern des Institute of Laboratory Animals, Graduate School of Medicine, National Defense Medical College, Japan, für ihre fachkundige Betreuung der Tiere.

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                                                Anzeigen:

Die Studien sind entnommen  aus :

www.molecularhydrogenfoundation.org, Molecular Hydrogen Foundation, USA, Tyler Le Baron

 

http://www.eimht.eu/ European Institut for Molecular Hydrogen Therapy

  

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ US National Library of MedicineNational Institutes of Health

 

http://www.molecularhydrogenstudies.com und öffentlichen wissenschaftlichen Medien, medical gas Research,Plus.org, science direkt u.a.  Wir danken der molecular Hydrogen foundation für die freundliche Genehmigung, Artikel und wissenschaftliche Grundlagen veröffentlichen zu dürfen, als auch anderen Instituten .