Sulfide mineral water as a donor of signal molecules of endogenous hydrogen sulfide



Cite item

Full Text

Abstract

Abstract

BACKGROUND: In recent decades, hydrogen sulfide (H2S) has been recognized as an important gas transmitter, playing a significant role both in normal physiological processes and in the development of various diseases. It has been experimentally confirmed that H2S is synthesized in animal tissues, exerting a variety of physiological effects on the cardiovascular, nervous and other body systems. The need to study the role of hydrogen sulfide has led to the search for special chemicals that facilitate laboratory studies of this gas. Compounds containing hydrogen sulfide, including sulfide mineral water used in balneology, are considered as donors of endogenous H2S.

AIM: To justify the role of sulfide mineral water as a donor of signaling molecules of endogenous hydrogen sulfide.

MATERIAL AND METHODS: The systematic review method was used to analyze publications from the last 20 years, presented in the electronic databases of the Russian Science Citation Index, PubMed, Google Scholar, and MEDLINE. 57 publications that were as close as possible to the topic of the study were identified using the keywords "gas transmitter", "endogenous hydrogen sulfide", and "hydrogen sulfide balneotherapy".

RESULTS: Hydrogen sulfide (H2S) belongs to the group of gasotransmitters — gaseous signaling molecules produced by the body of humans and animals. These molecules play an important role in regulating cellular activity and act as mediators of various processes. H2S has a multifaceted physiological effect on various body systems, including the brain, where it can affect the emotional state and behavior. Gaseous H2S, aqueous solutions of sodium hydrosulfide and sulfide, sulfide mineral water and carbonyl sulfide can serve as sources of endogenous hydrogen sulfide. The therapeutic effect of external use of hydrogen sulfide waters is due to the presence of hydrogen sulfide in free, semi-bound and bound states. H2S penetrates the blood through the skin, mucous membranes and respiratory tract. Sulfide baths, activating polymorphonuclear mononuclear cells, promote reparative regeneration and organize the structure of collagen fibers in scar tissue after burns. An imbalance of endogenous hydrogen sulfide, both its excess and deficiency, may be associated with the development of a number of neurodegenerative diseases, such as Parkinson's disease, Huntington's disease and Alzheimer's disease.

CONCLUSION: Sulfide waters are one of the most important groups of mineral waters with a specific composition. This mineral water is a donor of endogenous hydrogen sulfide signaling molecules, and the results of balneotherapy are proof of the effectiveness of balneotherapy.

Keywords: gas transmitter, endogenous hydrogen sulfide, hydrogen sulfide balneotherapy.

Full Text

Введение

Сероводород (H2S), или сульфид водорода, — это бесцветный, легко воспламеняющийся газ, являющийся серным аналогом воды. Благодаря слабым межмолекулярным связям он существует в газообразном состоянии [1]. Токсичные концентрации H2S могут накапливаться в канализационных системах, кожевенных чанах, выгребных ямах, серных рудниках и угольных шахтах. Кроме того, сероводород образуется в качестве побочного продукта в металлургической и целлюлозно-бумажной промышленности. В естественных условиях H2S выделяется при разложении органических веществ растительного и животного происхождения, а также в процессах гниения. Источниками сероводорода также являются бурение, добыча и переработка серосодержащего природного газа, нефтяные выбросы, вулканическая активность и месторождения серы [2, 3].

Неудивительно, что во многих публикациях, в том числе посвященных токсикологическим исследованиям, сероводород относят к категории экологических токсинов. История изучения H2S как ядовитого вещества для окружающей среды берет начало в 1700 году, с наблюдений итальянского врача Бернардино Рамаццини. В своей книге «De Morbis Artificum Diatriba» он описал раздражение глаз и воспаление, вызванные «канализационным газом» у работников, занимающихся очисткой сточных вод [4]. Долгое время сероводород считался исключительно ядовитым газом, способным привести к летальному исходу в результате острой ингаляционной интоксикации при вдыхании высоких концентраций [1, 3].

В последние десятилетия выявлена важная роль сероводорода в качестве газотрансмиттера (ГТ) в условиях нормы и патологии. Установлен синтез его в тканях экспериментальных животных, что проявляется целым рядом физиологических эффектов в сердечно-сосудистой, нервной и пищеварительной системах [5]. Потребность в экзогенном источнике H2S ставит перед исследователями уникальную задачу – поиска химических инструментов, которые могут облегчить изучение этого газа в лабораторных условиях. Соединения, которые разлагаются в ответ на определённый сигнал, высвобождая сульфид водорода, называются донорами сероводорода. Они включают в себя широкий спектр функциональных групп и систем доставки, некоторые из которых имитируют строго контролируемое эндогенное происхождение в ответ на определённые биологически значимые условия [6].

В то же время, сульфидная (сероводородная) бальнеотерапия давно и успешно применяется в санаторно-курортной практике. Лечебные свойства сульфидных минеральных вод признаны медицинским сообществом, а курорты, использующие их для общих и местных ванн, орошений, аппликаций и других процедур (Бакирово, Красноусольск, Горячий Ключ, Сочи, Пятигорск, Талги, Усть-Качка, Хилово, Ключи, Кемери и др.), пользуются заслуженной популярностью [7]. Терапевтический эффект сульфидных минеральных вод традиционно связывают с действием экзогенного сероводорода.

Поэтому целью настоящего обзора литературы является обоснование возможной роли сульфидной минеральной воды как донора сигнальных молекул эндогенного сероводорода.

Материал и методы

В данном исследовании был проведен систематический обзор научной литературы за последние 20 лет. Анализ публикаций осуществлялся с использованием электронных баз данных РИНЦ, PubMed, Google Scholar и MEDLINE. Поиск проводился по ключевым словам "gas transmitter" (газотрансмиттер), "endogenous hydrogen sulfide" (эндогенный сероводород) и "hydrogen sulfide balneotherapy" (сероводородная бальнеотерапия). Критериями включения в обзор являлись: соответствие дизайну научных исследований, формат систематического обзора, наличие подробных аннотаций с результатами исследований. В результате поиска было отобрано 57 наиболее релевантных теме исследования публикаций.

Результаты

Газотрансмиттеры (ГТ) — это эндогенные молекулы химических соединений, находящиеся в газообразном состоянии при нормальной температуре тела и атмосферном давлении. Они синтезируются и высвобождаются в биологических системах, выполняя функцию передачи сигнала. Для классификации вещества как газотрансмиттера необходимо выполнение нескольких условий: вещество должно быть газом; образовываться в организме эндогенно и/или с участием ферментов; вызывать определенные физиологические эффекты при экзогенном введении; иметь специфический механизм инактивации [8].

Открытие газообразных сигнальных молекул ознаменовало начало новой эры в биомедицинских исследованиях, подчеркнув важную роль этих молекул в физиологии млекопитающих [1]. В конце 1970-х годов, после открытия оксида азота (NO), соединения, способные свободно проникать через клеточные мембраны, были выделены в особую группу сигнальных молекул — газотрансмиттеров (газомедиаторов) [9, 10]. В начале 1990-х годов к этой группе добавился монооксид углерода (CO). Сероводород был признан третьим газотрансмиттером в конце 1990-х годов, когда была экспериментально подтверждена его способность синтезироваться в тканях головного мозга и регулировать клеточные функции у животных. Сформулированная в 2002 году концепция газотрансмиттеров стала отправной точкой для развития нового направления в изучении механизмов клеточной сигнализации [11]. В целях стимулирования биомедицинских исследований в области газотрансмиттеров и обмена научной информацией в 2011 году была создана «Европейская сеть по газотрансмиттерам» [1].

В клетках млекопитающих газотрансмиттеры выполняют сигнальные функции, инициируя физиологические и биохимические изменения, а также участвуя в регуляции и модуляции различных процессов в организме [12-15]. Оксид азота (NO), монооксид углерода (CO) и сероводород (H2S) долгое время считались токсичными для человека газами. Однако относительно недавно было обнаружено, что эти соединения синтезируются клетками организма и действуют как сигнальные молекулы, осуществляя аутокринную и паракринную регуляцию в различных органах человека и животных [16]. В настоящее время к газотрансмиттерам также относят диоксид серы (SO2), который играет важную роль в регуляции функций эндотелиальных клеток и защите их от повреждений [17, 18].

С начала XX века сероводород (H2S) был идентифицирован как продукт жизнедеятельности бактерий. В дальнейшем была установлена его роль в развитии заболеваний пародонта (связанных с бактериальной флорой полости рта), нарушении функций эпителиальных клеток кишечника (вследствие воздействия энтеральной бактериальной флоры), а также в формировании устойчивости бактерий к антибиотикам. Начиная с 1940-х годов, исследователи в различных областях биологии млекопитающих выявили, что H2S является продуктом эндогенных ферментативных реакций. Его функции, в частности, в сердечно-сосудистой и нервной системах, стали предметом интенсивного изучения в последние десятилетия [4].

Несмотря на то, что кишечная микрофлора продуцирует сероводород, он не попадает в кровоток, поскольку ферменты кишечного эпителия разрушают сульфиды. Этот механизм защищает клетки от воздействия высоких локальных концентраций H2S и предотвращает его проникновение в системный кровоток [13]. Сероводород синтезируется в тканях млекопитающих и оказывает разнообразное физиологическое воздействие на сердечно-сосудистую, нервную и пищеварительную системы [5]. По мнению R. Wang [14], признание сероводорода газотрансмиттером открывает новые перспективы в изучении процессов сульфирования белков и взаимодействия H2S с другими газотрансмиттерами. Эти исследования могут пролить свет на патогенез многих заболеваний, связанных с нарушениями метаболизма сероводорода.

Одним из ключевых механизмов действия сероводорода является модификация белков. H2S, будучи сильным восстановителем, способен разрывать дисульфидные связи. Другим механизмом действия является присоединение атома серы к тиоловой группе (сульфгидрирование). Такая химическая модификация белков приводит к изменению их конформации и, как следствие, функциональной активности. Изменение конформации обусловлено вращением вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей, что приводит к новому пространственному расположению атомов в молекуле. Кроме того, мишенями для H2S в клетке могут быть ионные каналы, мембранные и внутриклеточные ферменты, различные белки и другие молекулы [19].

Эндогенный сероводород продуцируется тремя ферментами: цистатионин-β-синтазой (CBS), цистатионин-γ-лиазой (CSE) и 3-меркаптопируватсульфотрансферазой (3MST). Предполагается, что в центральной нервной системе H2S образуется преимущественно в астроцитах нейроглии при участии CBS, а в нейронах — при участии 3MST. Считается, что сероводород играет важную роль в когнитивных процессах, формировании памяти, регуляции сердечно-легочной деятельности и нейропротекции. Есть основания полагать, что в периферической нервной системе H2S участвует в вегетативной регуляции сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем, а также в процессах обезболивания и воспаления [20].

Наряду с увеличением числа публикаций, посвященных биологической роли H2S, активно ведутся поиски доноров сероводорода, которые могли бы использоваться в качестве исследовательских инструментов и потенциальных лекарственных средств. Это привело к разработке различных стратегий высвобождения данного газотрансмиттера. Во многих исследованиях на модельных системах применяют прямую ингаляцию газообразного сероводорода или водные растворы гидросульфида натрия (NaSH) и сульфида натрия (Na2S). Однако такие подходы не воспроизводят процессы эндогенного образования H2S. Это явное несоответствие подчеркивает необходимость разработки более эффективных доноров сероводорода [21].

C.M. Levinn и соавторы [21] впервые предложили использовать соединения, высвобождающие карбонилсульфид (COS), в качестве нового класса доноров эндогенного сероводорода. Этот подход, вдохновленный широко применяемой стратегией пролекарств на основе карбаматов, основан на использовании самоиммолирующихся тиокарбаматов для контролируемого высвобождения COS. В свою очередь, COS быстро превращается в H2S под действием широко распространенного фермента карбоангидразы (CA).

Низкие эндогенные концентрации сероводорода затрудняют точное определение его биологических функций. Поэтому для изучения физиологической роли H2S используют методы экзогенной доставки этого газа в клетки и ткани экспериментальных животных. Необходимость в экзогенных источниках H2S ставит перед исследователями задачу разработки специальных химических инструментов, облегчающих изучение сероводорода в лабораторных условиях. Доноры сероводорода — это соединения, способные высвобождать H2S в ответ на определенный стимул. Они характеризуются разнообразием функциональных групп и систем доставки. Некоторые доноры имитируют строго регулируемые процессы эндогенного образования H2S в ответ на специфические биологические сигналы [6].

Сульфидные (сероводородные) минеральные воды могут служить одним из источников экзогенного сероводорода. Эти воды издавна привлекали внимание людей своим специфическим "запахом тухлых яиц" и приписываемыми сере и ее соединениям лечебными свойствами [22]. Сульфидные минеральные воды представляют собой природные воды с различной минерализацией и ионным составом, содержащие более 10 мг/л общего сероводорода. В зависимости от концентрации H2S выделяют слабосероводородные воды (10-50 мг/л), воды средней концентрации (50-100 мг/л), крепкие (100-250 мг/л) и очень крепкие (более 250 мг/л) воды [23].

Сульфидная бальнеотерапия применяется в санаторно-курортной практике уже более 150 лет. В России одним из наиболее известных источников сульфидных минеральных вод является "Мацеста". Сероводородная минеральная вода служит основным лечебным фактором на бальнеологическом курорте Сочи, дата основания которого — 15 сентября 1902 года. В этот день у естественного источника "серных вод" была пробурена первая скважина и построена бальнеолечебница [24].

Многолетний опыт изучения сульфидных минеральных вод привел к необходимости систематизации накопленных данных. Эту задачу выполнил В.М. Куканов, опубликовав в 1968 году монографию «Процессы формирования сероводородных вод типа Мацеста» [25]. Многолетнее использование данных минеральных вод в санаторно-курортном лечении позволило определить оптимальные параметры проведения процедур: периодичность, кратность, продолжительность, сезонность, совместимость с другими методами лечения, а также оптимальную концентрацию сероводорода в ваннах. В связи с востребованностью сероводородной бальнеотерапии в настоящее время актуальными остаются изучение результатов ее применения, разработка новых лечебных комплексов на основе сульфидных минеральных вод и профилактика возможных осложнений. В практике сероводородной бальнеотерапии встречаются случаи непереносимости сульфидных ванн, связанные как с бальнеологической реакцией, так и с токсическим действием сероводорода [23].

Большинство исследователей рассматривают реакцию организма на бальнеопроцедуру как физиологически закономерный процесс адаптации к изменению условий окружающей среды и воздействию комплекса химических, термических и механических факторов минеральных вод. Эта сложная приспособительная реакция, проявляющаяся рядом физиологических, биохимических, биофизических, иммунологических и других изменений, имеет оздоровительную направленность и лежит в основе терапевтического действия бальнеологических процедур, не требуя медикаментозной коррекции [26].

Терапевтический эффект наружного применения сульфидных вод обусловлен, прежде всего, наличием в них свободного сероводорода, обладающего высокой химической активностью и оказывающего значительное влияние на метаболизм. Сероводород проникает в организм из воды через кожу, слизистые оболочки и дыхательные пути. Время циркуляции H2S в крови очень короткое, так как он быстро окисляется в печени и выводится из организма в виде сульфатов [22].

Сероводород способствует увеличению содержания сульфгидрильных и дисульфидных групп, активирует глутатион и ферментные системы, повышает энергетический потенциал клеток и тканей, стимулирует регенерацию, нормализует процессы возбуждения и торможения в центральной нервной системе. Влияние сульфидных вод на обменные процессы и активность сульфгидрильных групп, входящих в состав многих ферментов, обусловлено непосредственным участием сероводорода и его соединений в биохимических реакциях. Терапевтический эффект сульфидных вод связывают с проникновением H2S и продуктов его метаболизма в микроциркуляторное русло и их воздействием на эндотелий капилляров [27-29].

Теоретической основой для применения сульфидной бальнеотерапии послужили работы профессоров В.И. Сухарева и З.Н. Гржебина, которые в 1940-х годах возглавляли кожную клинику Сочинского бальнеологического института. Они изучали влияние сероводородной минеральной воды на патологические процессы в коже. Оба ученых отмечали стимулирующее воздействие мацестинской сероводородной минеральной воды на функциональное состояние соединительной ткани [30].

Установлено, что изменения внутриклеточного метаболизма зависят от концентрации сероводорода. Это является одной из основных причин снижения терапевтического эффекта при высоких концентрациях H2S. Низкие и средние концентрации сероводорода (25-150 мг/л) способствуют увеличению потребления кислорода митохондриями, тогда как высокие концентрации (300-400 мг/л) приводят к разобщению процессов тканевого дыхания и фосфорилирования [16]. Низкие концентрации H2S обладают цитопротекторным действием, в то время как высокие концентрации проявляют цитотоксичность. В наномолярных концентрациях сероводород действует как цитопротектор в митохондриях, поддерживая энергетический метаболизм, служа субстратом для дыхательной цепи, предотвращая апоптоз и стимулируя митохондриальный биогенез [31]. При более высоких концентрациях H2S подавляет дыхательную цепь, связываясь с цитохромоксидазой и ингибируя ее активность [32].

Известно, что воздействие сероводородной минеральной воды на кожу пациентов стимулирует образование провоспалительных цитокинов. В местах непосредственного контакта минеральной воды с кожей наблюдается расширение кровеносных сосудов и их переполнение кровью. Особенно заметной реакцией, привлекающей внимание, как исследователей, так и пациентов, является выраженное покраснение кожи во время сероводородной бальнеотерапии. Гиперемия кожи носит фазный характер и включает стадии активной гиперемии, последующей ишемии и восстановления нормальной окраски. Развитие и интенсивность гиперемии зависят от концентрации сероводорода в воде и особенностей микроциркуляции у пациента [29].

Токсические осложнения сероводородной бальнеотерапии, в том числе возникающие при самолечении без медицинского контроля [23], по своим проявлениям схожи с синдромом системной воспалительной реакции (SIRS). Этот синдром, обычно вызванный дисбалансом про- и противовоспалительных реакций организма, индуцированных эндо- и экзотоксинами микроорганизмов, цитокинами и медиаторами при сепсисе, может быть также обусловлен неинфекционными факторами [33], включая такой мощный восстановитель, как сероводород (H2S).

Сульфидные минеральные воды считаются одним из наиболее эффективных бальнеологических факторов, применяемых для реабилитации пациентов после термических ожогов. Санаторно-курортное лечение, включающее сульфидную бальнеотерапию в сочетании с лечебной физкультурой и другими курортными факторами, способствует осветлению пораженных участков кожи, уменьшению ощущения стянутости и напряжения рубцов, повышению их эластичности, увеличению объема движений в суставах и восстановлению тактильной чувствительности [30].

Активируя полиморфно-ядерные мононуклеары, сероводород стимулирует репаративную регенерацию и упорядочивает структуру коллагеновых волокон в рубцовой ткани, повышая ее растяжимость и эластичность. Это связано со способностью H2S модифицировать белки путем разрыва дисульфидных связей. Предположительно, такая химическая модификация белков, в частности коллагена, включая сульфгидрирование (присоединение атома серы к тиоловой группе), приводит к изменению конформации белковых молекул и их функциональной активности [19].

Несмотря на обилие публикаций, посвященных сероводороду, наше понимание его роли в нормальных и патологических процессах остается неполным [16]. Тонкая регуляция синтеза и метаболизма эндогенного H2S критически важна для поддержания оптимальной функции клеток, поскольку как избыточное образование, так и дефицит сероводорода могут способствовать развитию заболеваний. Нарушения регуляции пути обратного транссульфирования, в результате которого образуется H2S, наблюдаются при некоторых нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона и болезнь Альцгеймера. В связи с этим, применение доноров сероводорода или стимуляция обратного транссульфирования показали свою эффективность в лечении этих нейродегенеративных состояний [34].

Болезнь Альцгеймера — распространенное нейродегенеративное заболевание, характеризующееся прогрессирующим снижением когнитивных функций, изменением личности и различными нейропсихиатрическими симптомами. Патогенез болезни Альцгеймера связан с апоптозом и повреждением нейронов, вызванными отложением бета-амилоида и окислительным стрессом [35-38]. Уровень сероводорода (H2S) в головном мозге пациентов с болезнью Альцгеймера ниже, чем у здоровых людей того же возраста [39]. В экспериментальной модели сосудистой деменции у крыс наблюдалось снижение уровня H2S в плазме крови. Внутривенное введение NaHS (донора H2S) обеспечивало нейропротекцию и улучшало показатели обучения и памяти в поведенческих тестах [40]. Другое исследование показало, что применение сероводородной минеральной воды замедляло прогрессирование болезни Альцгеймера [41]. Благоприятное влияние сероводорода на когнитивные функции, пространственное восприятие и память, а также его нейропротекторные эффекты, продемонстрированные как в экспериментах на крысах [35, 38], так и в клинических исследованиях [42], дают основания рассчитывать на успех в борьбе с болезнью Альцгеймера.

Болезнь Паркинсона — это хроническое прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, характеризующееся дегенерацией дофаминергических нейронов в черной субстанции среднего мозга и образованием телец Леви в цитоплазме выживших нейронов [43, 44]. Результаты экспериментальных исследований на животных показали, что ингаляция или инъекции доноров H2S предотвращали развитие нарушений, характерных для болезни Паркинсона [45-48].

Черепно-мозговая травма (ЧМТ) является одной из ведущих причин смерти в мире. Нарушения памяти и когнитивные дисфункции — два распространенных последствия ЧМТ. Быстрое и чрезмерное образование свободных радикалов кислорода также связано с вторичным повреждением нейронов [49, 50]. S.A. Karimi и соавторы [49] продемонстрировали нейропротекторный эффект внутрибрюшинного введения NaHS при нарушениях памяти, вызванных ЧМТ у крыс. M. Zhang и соавторы [51] выявили нейромодулирующее действие сероводорода: инъекции гидросульфида натрия уменьшали объем поражения головного мозга. Нейропротекторный эффект NaHS был также показан при других патологических состояниях [52-55]. Эти результаты подтверждаются данными об изменении уровней CBS и сероводорода в различных отделах головного мозга в экспериментальных моделях ЧМТ [51].

Болезнь Хантингтона — наследственное нейродегенеративное заболевание, характеризующееся нейротоксичностью, поведенческими расстройствами, нарушением координации движений и окислительным стрессом. B.D. Paul и соавторы [34, 56] показали, что в экспериментальных моделях болезни Хантингтона наблюдается снижение уровня цистатионин-γ-лиазы (CSE) в тканях млекопитающих. Дефицит этого фермента, участвующего в биосинтезе цистеина, приводит к снижению продукции эндогенного сероводорода, дегенерации нейронов и прогрессированию заболевания.

Недавние исследования показали, что у пациентов с синдромом Дауна уровень фермента цистатионин-β-синтазы (CBS) выше, чем у здоровых людей. Предполагается, что избыточная экспрессия CBS является причиной когнитивных нарушений у детей с этой хромосомной патологией и может способствовать развитию болезни Альцгеймера в зрелом возрасте. Кроме того, избыточная продукция H2S также ассоциирована с этилмалоновой энцефалопатией [57].

Заключение

Сульфидные (сероводородные) минеральные воды представляют собой важную группу вод со специфическим химическим составом, широко и эффективно применяемых в бальнеологии. Они характеризуются наличием сероводорода, который может присутствовать в свободном (молекулярном), полусвязанном (гидросульфид-ион) и связанном (сульфид-ион) состояниях. Признание сероводорода газотрансмиттером открывает новые возможности для фармакологических исследований и разработки препаратов, регулирующих метаболизм и концентрацию H2S в тканях и органах при различных заболеваниях.

Опубликованные данные свидетельствуют о важной роли эндогенного сероводорода в физиологии и патологии человека и животных. Несмотря на продолжающиеся дискуссии относительно сигнальных путей, полезных и вредных эффектов газотрансмиттеров, их участие в межклеточной коммуникации является общепризнанным фактом. Изучение этих молекул, особенно их роли в центральной нервной системе, находится на начальном этапе. Дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на изучении комбинированного действия газотрансмиттеров и выяснении сигнальных путей, связанных с их антагонистическими эффектами. Это позволит разработать новые терапевтические подходы к лечению различных неврологических заболеваний.

Анализ литературы показывает, что сульфидная минеральная вода служит источником сигнальных молекул эндогенного сероводорода, а эффективность бальнеотерапии подтверждает ее терапевтическую ценность. Концепция газотрансмиттеров может потребовать пересмотра показаний и противопоказаний к сульфидной бальнеотерапии, а также корректировки параметров бальнеологических процедур, таких как периодичность, кратность, продолжительность, оптимальная концентрация сероводорода в ваннах, орошениях и аппликациях. Учитывая, что газотрансмиттеры являются регуляторами и медиаторами клеточной активности и могут влиять на функционирование всего организма, включая головной мозг, эмоциональное состояние и поведение, можно ожидать расширения спектра применения бальнеотерапии и включения новых нозологических форм в перечень показаний к данному методу лечения.

В связи с высокой востребованностью сероводородной бальнеотерапии в настоящее время актуальными задачами остаются изучение результатов ее применения, разработка новых лечебных комплексов на основе сульфидных минеральных вод и профилактика возможных осложнений. Эти исследования могут стать отправной точкой для развития приоритетного направления в бальнеологии — изучения механизмов клеточной сигнализации в рамках фундаментальных и прикладных научных исследований.

×

About the authors

Leonid Ходасевич

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Sochi State University"

Author for correspondence.
Email: nic_kir@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4676-0972
SPIN-code: 3748-9802

Doctor of Medical Sciences, Professor, Deputy. branch manager for science

Russian Federation, 354000 Sochi, Plastunskaya 94

References

  1. Panthi S, Manandhar S, Gautam K. Hydrogen sulfide, nitric oxide, and neurodegenerative disorders. Transl Neurodegener. 2018;7:3. doi: 10.1186/s40035-018-0108-x
  2. Tarasov VN, Chelnokova NV, Tarasova VA. Possible risk factors for workers during drilling, extraction and processing of natural gas with high hydrogen sulfide content. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2007;10:130-133. (In Russ.).
  3. Shefa U, Kim MS, Jeong NY, Jung J. Antioxidant and Cell-Signaling Functions of Hydrogen Sulfide in the Central Nervous System. Oxid Med Cell Longev. 2018;2018:1873962. doi: 10.1155/2018/1873962
  4. Szabo C. A timeline of hydrogen sulfide (H2S) research: From environmental toxin to biological mediator. Biochem Pharmacol. 2018;149:5-19. doi: 10.1016/j.bcp.2017.09.010
  5. Łowicka E, Bełtowski J. Hydrogen sulfide (H2S) - the third gas of interest for pharmacologists. Pharmacol Rep. 2007;59(1):4-24.
  6. Powell CR, Dillon KM, Matson JB. A review of hydrogen sulfide (H2S) donors: Chemistry and potential therapeutic applications. Biochem Pharmacol. 2018;149:110-123. doi: 10.1016/j.bcp.2017.11.014
  7. Olefirenko VT. Water-heat therapy. Moscow: Medicine, 1970; 208. (In Russ.).
  8. Muravyov AV. The role of gas mediators (CO, NO and H2 S) in the regulation of blood circulation: analysis of the participation of blood cell microrheology. Regionarnoe krovoobrashchenie i mikrotsirkulyatsiya. 2021;20(1):91–99. (In Russ.). doi: 10.24884/1682-6655-2021-20-1-91-99
  9. Urazaev AKh, Zefirov AL. Physiological role of a nitric oxide. Uspekhi fiziologicheskikh nauk. 1999;30(1):63-72. (In Russ.).
  10. Ignarro LJ, Byrns RE, Buga GM, Wood KS. Endothelium-derived relaxing factor from pulmonary artery and vein possesses pharmacologic and chemical properties identical to those of nitric oxide radical. Circ Res. 1987;61(6):866-879. doi: 10.1161/01.res.61.6.866
  11. Wang R. Physiological implications of hydrogen sulfide: a whiff exploration that blossomed. Physiol Rev. 2012;(92):791-896. doi: 10.1152/physrev.00017. 2011
  12. Gadalla MM, Snyder SH. Hydrogen sulfide as a gasotransmitter. J Neurochem. 2010;113(1):14-26. doi: 10.1111/j.1471-4159.2010.06580.x
  13. Wang R. Signal Transduction and the Gasotransmitters. NO, CO and H2S in Biology and Medicine. Totowa, 2004. 378 pp.
  14. Wang R. Two's company, three's a crowd: can H2S be the third endogenous gaseous transmitter? FASEB J. 2002;16(13):1792-1798. doi: 10.1096/fj.02-0211hyp .
  15. Gusakova SV, Smagliy LV, Birulina YuG, Kovalev IV, Nosarev AV, Petrova IV, Reutov VP. Molecular mechanisms of action of gasotransmitters NO, CO and H2S in smooth muscle cells and the effect of NO-generating compounds (nitrates and nitrites) on average life expectancy. Uspekhi fiziologicheskikh nauk. 2017;48(1):24–52. (In Russ.).
  16. Sitdikova GF, Yakovlev AV, Zefirov AL. Gas mediators: from toxic effects to regulation of cellular functions and use in the clinic. Byull. sibir. med. 2014;13(6):185-200. (In Russ.). doi: 10.20538/1682-0363-2014-6-185-200
  17. Huang YQ, Jin HF, Zhang H, Tang CS, Du JB. Interaction among Hydrogen Sulfide and Other Gasotransmitters in Mammalian Physiology and Pathophysiology. In: Zhu YC. (eds) Advances in Hydrogen Sulfide Biology. Advances in Experimental Medicine and Biology. 2021:1315. Springer, Singapore. doi: 10.1007/978-981-16-0991-6_9
  18. Zhang D, Wang X, Tian X, Zhang L, Yang G, Tao Y, Liang C, Li K, Yu X, Tang X, Tang C, Zhou J, Kong W, Du J, Huang Y, Jin H. The Increased Endogenous Sulfur Dioxide Acts as a Compensatory Mechanism for the Downregulated Endogenous Hydrogen Sulfide Pathway in the Endothelial Cell Inflammation. Front Immunol. 2018;9:882. doi: 10.3389/fimmu
  19. Hermann A, Sitdikova GF, Weiger T. Gase als zellulare Signalstoffe. Biol. Unserer Zeit. 2010;40:185–193. doi: 10.1002/biuz.201010422
  20. Rong W, Kimura H, Grundy D. The neurophysiology of hydrogen sulfide. Inflamm Allergy Drug Targets. 2011;10(2):109-17. doi: 10.2174/187152811794776295
  21. Levinn CM, Cerda MM, Pluth MD. Development and Application of Carbonyl Sulfide-Based Donors for H2S Delivery. Acc Chem Res. 2019;52(9):2723-2731. doi: 10.1021/acs.accounts.9b00315
  22. Manshina NV. Spa treatment for all. For health at the resort. Moscow: Veche, 2007; 592. (In Russ.).
  23. Khodasevich LS. Toxic complications of hydrogen sulfide balneotherapy in spa practice. Voprosy kurortologii, fiztoterapii i lechebnoi fizicheskoi kul'tury. 2015;92(5):61-66. (In Russ.). doi: 10.17116/kurort2015561-66
  24. Pastushenko YuN. Mineral waters of the federal resort of Sochi. Sochi: OOO Balneological resort "Matsesta" (holding) of Sochi, 2006; 218. (In Russ.).
  25. Khodasevich LS, Utekhina VP, Ryzhkov NT. On the 100th anniversary of the birth of Vasily Mikhailovich Kukanov (1904-1978). Voprosy kurortologii, fiztoterapii i lechebnoi fizicheskoi kul'tury. 2004;6:49-50. (In Russ.).
  26. Luzgina NG, Shkurupiy VA, Potapova OV, Devizorova OV. Pathogenetic features of balneological reaction in patients with atopic dermatitis during restorative treatment with natural highly mineralized water. Rossiiskii allergologicheskii zhurnal. 2009;6:18-25. (In Russ.).
  27. Tsopikov AS, Kuznetsov VM. Use of Matsesta irrigations in the complex treatment of patients with post-burn keloid scars (information and methodological letter). Sochi, 1986; 13. (In Russ.).
  28. Ibadova GD. Medical rehabilitation of patients with osteoarthrosis at the resort of Sochi. Sochi: RIO SGUTiKD, 2005; 226. (In Russ.).
  29. Kurtaev OSh, Grechkina ZF, Khodasevich .S. The influence of hydrogen sulfide balneotherapy on microcirculation in arterial hypertension. Voprosy kurortologii, fiztoterapii i lechebnoi fizicheskoi kul'tury. 2004;4:4-7. (In Russ.).
  30. Khodasevich LS, Mironov VI, Rassokha IA, Popov GK, Sharapova SA. Hydrogen sulfide balneotherapy in complex spa treatment of post-burn scars in children. Voprosy kurortologii, fiztoterapii i lechebnoi fizicheskoi kul'tury. 2024;101(3):33–41. doi: 10.17116/kurort202410103133
  31. Murphy B, Bhattacharya R, Mukherjee P. Hydrogen sulfide signaling in mitochondria and disease. FASEB J. 2]019;33:13098-13125. doi: 10.1096/fj.201901304R
  32. Nicholls P, Marshall DC, Cooper CE, Wilson MT. Sulfide inhibition of and metabolism by cytochrome c oxidase, Biochem Soc Trans. 2013;41(5):1312-6. doi: 10.1042/BST20130070
  33. Bobrovnitsky IP, Khodasevich LS, Ibadova GD, Kurtaev OSh. Mechanism of action of hydrogen sulfide balneotherapy in light of concepts of systemic inflammatory response syndrome. Voprosy kurortologii, fiztoterapii i lechebnoi fizicheskoi kul'tury. 2005;3:47-52. (In Russ.).
  34. Paul BD, Snyder SH. Gasotransmitter hydrogen sulfide signaling in neuronal health and disease. Biochem Pharmacol. 2018;149:101-109. doi:1016/j.bcp.2017.11.019
  35. Gong QH, Wang Q, Pan LL, Liu XH, Huang H, Zhu YZ. Hydrogen sulfide attnuates lipopolysaccharide-induced cognitive impairment: a pro-inflammatory pathway in rats. Pharmacol Biochem Behav. 2010;96(1):52-8. doi: 10.1016/j.pbb.2010.04.006
  36. Tang XQ, Yang CT, Chen J, Yin WL, Tian SW, Hu B, Feng JQ, Li YJ. Effect of hydrogen sulphide on beta-amyloid-induced damage in PC12 cells. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2008;35(2):180-6. doi: 10.1111/j.1440-1681.2007.04799.x
  37. Fan H, Guo Y, Liang X, Yuan Y, Qi X, Wang M, Ma J, Zhou H. Hydrogen sulfide protects against amyloid beta-peptide induced neuronal injury via attenuating inflammatory responses in a rat model. J Biomed Res. 2013;27(4):296-304. doi: 10.7555/JBR.27.20120100
  38. Xuan A, Long D, Li J, Ji W, Zhang M, Hong L, Liu J. Hydrogen sulfide attenuates spatial memory impairment and hippocampal neuroinflammation in β-amyloid rat model of Alzheimer's disease. J Neuroinflammation. 2012 Aug 17;9:202. doi: 10.1186/1742-2094-9-202
  39. Eto K, Asada T, Arima K, Makifuchi T, Kimura H. Brain hydrogen sulfide is severely decreased in Alzheimer's disease. Biochem Biophys Res Commun. 2002;293(5):1485-1488. doi: 10.1016/S0006-291X(02)00422-9
  40. Zhang LM, Jiang CX, Liu DW. Hydrogen sulfide attenuates neuronal injury induced by vascular dementia via inhibiting apoptosis in rats. Neurochem Res. 2009;34(11):1984-1992. doi: 10.1007/s11064-009-0006-9
  41. Giuliani D, Ottani A, Zaffe D, Galantucci M, Strinati F, Lodi R, Guarini S. Hydrogen sulfide slows down progression of experimental Alzheimer's disease by targeting multiple pathophysiological mechanisms. Neurobiol Learn Mem. 2013;104:82-91. doi: 10.1016/j.nlm.2013.05.006
  42. Kapiotis S, Laggner H. Hydrogen sulfide scavenges the cytotoxic lipid oxidation product 4-HNE. Neurotox Res. 2010;17(3):249-56. doi: 10.1007/s12640-009-9099-9
  43. Zhang JY, Ding YP, Wang Z, Kong Y, Gao R, Chen G. Hydrogen sulfide therapy in brain diseases: from bench to bedside. Med Gas Res. 2017;7(2):113-119. doi: 10.4103/2045-9912.208517
  44. Kida K, Ichinose F. Hydrogen Sulfide and Neuroinflammation. Handb Exp Pharmacol. 2015;230:181-9. doi: 10.1007/978-3-319-18144-8_9
  45. Kida K, Yamada M, Tokuda K, Marutani E, Kakinohana M, Kaneki M, Ichinose F. Inhaled hydrogen sulfide prevents neurodegeneration and movement disorder in a mouse model of Parkinson's disease. Antioxid Redox Signal. 2011;15(2):343-52. doi: 10.1089/ars.2010.3671
  46. Hu LF, Lu M, Tiong CX, Dawe GS, Hu G, Bian JS. Neuroprotective effects of hydrogen sulfide on Parkinson's disease rat models. Aging Cell. 2010;9(2):135-146. doi: 10.1111/j.1474-9726.2009.00543.x
  47. Xie L, Hu LF, Teo XQ, Tiong CX, Tazzari V, Sparatore A, Del Soldato P, Dawe GS, Bian JS. Therapeutic effect of hydrogen sulfide-releasing L-Dopa derivative ACS84 on 6-OHDA-induced Parkinson's disease rat model. PLoS One. 2013;8(4):e60200. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0060200 .
  48. Cao X, Cao L, Ding L, Bian JS. A New Hope for a Devastating Disease: Hydrogen Sulfide in Parkinson's Disease. Mol Neurobiol. 2018;55(5):3789-3799. doi: 10.1007/s12035-017-0617-0
  49. Karimi SA, Hosseinmardi N, Janahmadi M, Sayyah M, Hajisoltani R. The protective effect of hydrogen sulfide (H2S) on traumatic brain injury (TBI) induced memory deficits in rats. Brain Res Bull. 2017;134:177-182. doi: 10.1016/j.brainresbull.2017.07.014
  50. Borgens RB, Liu-Snyder P. Understanding secondary injury. Q Rev Biol. 2012;87(2):89-127. doi: 10.1086/665457
  51. Zhang M, Shan H, Wang T, Liu W, Wang Y, Wang L, Zhang L, Chang P, Dong W, Chen X, Tao L. Dynamic change of hydrogen sulfide after traumatic brain injury and its effect in mice. Neurochem Res. 2013;38(4):714-725. doi: 10.1007/s11064-013-0969-4
  52. Dai HB, Xu MM, Lv J, Ji XJ, Zhu SH, Ma RM, Miao XL, Duan ML. Mild Hypothermia Combined with Hydrogen Sulfide Treatment During Resuscitation Reduces Hippocampal Neuron Apoptosis Via NR2A, NR2B, and PI3K-Akt Signaling in a Rat Model of Cerebral Ischemia-Reperfusion Injury. Mol Neurobiol. 2016;53(7):4865-4873. doi: 10.1007/s12035-015-9391-z
  53. Li T, Liu H, Xue H, Zhang J, Han X, Yan S, Bo S, Liu S, Yuan L, Deng L, Li G, Wang Z. Neuroprotective Effects of Hydrogen Sulfide Against Early Brain Injury and Secondary Cognitive Deficits Following Subarachnoid Hemorrhage. Brain Pathol. 2017;27(1):51-63. doi: 10.1111/bpa.12361
  54. Yonezawa D, Sekiguchi F, Miyamoto M, Taniguchi E, Honjo M, Masuko T, Nishikawa H, Kawabata A. A protective role of hydrogen sulfide against oxidative stress in rat gastric mucosal epithelium. Toxicology. 2007 Nov 20;241(1-2):11-8. https://10.1016/j.tox.2007.07.020
  55. Chu QJ, He L, Zhang W, Liu CL, Ai YQ, Zhang Q. Hydrogen sulfide attenuates surgical trauma-induced inflammatory response and cognitive deficits in mice. J Surg Res. 2013;183(1):330-336. doi: 10.1016/j.jss.2012.12.003
  56. Paul BD, Sbodio JI, Xu R, Vandiver MS, Cha JY, Snowman AM, Snyder SH. Cystathionine γ-lyase deficiency mediates neurodegeneration in Huntington's disease. Nature. 2014;509(7498):96-100. doi: 10.1038/nature13136
  57. Kimura H, Shibuya N, Kimura Y. Hydrogen sulfide is a signaling molecule and a cytoprotectant. Antioxid Redox Signal. 2012;17(1):45-57. doi: 10.1089/ars.2011.4345

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 78166 от 20.03.2020.