Wasserstoff ist das häufigste chemische Element im Universum. Auf der Erde begegnet er uns vor allem in gebundener Form – beispielsweise als Bestandteil von Wasser (H₂O).
In der wissenschaftlichen Forschung erhält jedoch eine andere Form zunehmend Aufmerksamkeit: molekularer Wasserstoff, kurz H₂.
Das kleine Molekül besitzt besondere physikalische und chemische Eigenschaften. Diese machen es für unterschiedliche Forschungsbereiche interessant, darunter die Zellbiologie, die Redoxforschung und die Untersuchung biologischer Signalprozesse.
Doch was genau ist molekularer Wasserstoff? Wie gelangt er in den Organismus? Und was lässt sich aus den bisherigen wissenschaftlichen Untersuchungen tatsächlich ableiten?
Was ist molekularer Wasserstoff (H₂)?
Molekularer Wasserstoff besteht aus zwei miteinander verbundenen Wasserstoffatomen. Seine chemische Formel lautet H₂.
Unter normalen Bedingungen ist Wasserstoff ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas.
Mit einer sehr geringen Molekülmasse und einer einfachen chemischen Struktur gehört H₂ zu den kleinsten Molekülen überhaupt.
Wasserstoff kommt in unterschiedlichen chemischen Verbindungen vor. Besonders bekannt ist Wasser, dessen Moleküle aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom bestehen.
Dabei ist eine wichtige Unterscheidung zu beachten:
- H₂O: Wasser, in dem Wasserstoff chemisch an Sauerstoff gebunden ist.
- H₂: Molekularer Wasserstoff, der als eigenständiges Molekül beziehungsweise Gas vorliegt.
Diese beiden Stoffe besitzen unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften.
Warum ist H₂ für die Wissenschaft interessant?
Molekularer Wasserstoff ist ein vergleichsweise einfach aufgebautes Molekül. Dennoch sind seine möglichen Wechselwirkungen mit biologischen Systemen Gegenstand zahlreicher wissenschaftlicher Untersuchungen.
Ein wichtiger Aspekt ist seine geringe Molekülgröße.
H₂ kann sich durch biologische Membranen bewegen und sich nach der Aufnahme in unterschiedlichen Geweben verteilen.
Diese physikalischen Eigenschaften machen Wasserstoff für die Grundlagenforschung interessant.
Untersucht werden unter anderem mögliche Zusammenhänge mit:
- zellulären Redoxprozessen
- reaktiven Sauerstoffspezies
- biologischen Signalwegen
- mitochondrialen Funktionen
- physiologischen Reaktionen auf körperliche Belastung
Die wissenschaftliche Untersuchung solcher Zusammenhänge bedeutet jedoch nicht automatisch, dass daraus ein nachgewiesener gesundheitlicher Nutzen entsteht.
Insbesondere müssen Ergebnisse aus experimentellen Modellen von klinischen Erkenntnissen beim Menschen unterschieden werden.
Wie kann molekularer Wasserstoff in den Körper gelangen?
1. Über wasserstoffangereichertes Trinkwasser
Eine häufig untersuchte Möglichkeit ist Wasser, in dem zusätzlich molekularer Wasserstoff gelöst wurde.
Dieses wird als Wasserstoffwasser oder H₂-Wasser bezeichnet.
Beim Trinken gelangt das Wasser zunächst in den Verdauungstrakt. Der darin gelöste Wasserstoff kann teilweise aufgenommen werden und in den Blutkreislauf gelangen.
Wie viel H₂ tatsächlich verfügbar ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die gelöste Konzentration, die aufgenommene Menge und die Zeit zwischen Herstellung und Verzehr.
2. Über die Atemluft
In bestimmten wissenschaftlichen Untersuchungen wird molekularer Wasserstoff in kontrollierten Gaskonzentrationen inhaliert.
Dieser Anwendungsweg wird insbesondere in experimentellen und klinischen Forschungskontexten untersucht.
Eine solche Anwendung ist nicht mit dem alltäglichen Trinken von H₂-Wasser gleichzusetzen.
3. Weitere experimentelle Verfahren
Darüber hinaus existieren wissenschaftliche Untersuchungen zu anderen Formen der H₂-Verabreichung.
Die unterschiedlichen Methoden unterscheiden sich hinsichtlich Aufnahme, Verteilung und verfügbarer Wasserstoffmenge.
Ergebnisse einer bestimmten Anwendung lassen sich daher nicht ohne Weiteres auf andere Formen übertragen.
Was passiert mit H₂ im Organismus?
Nach der Aufnahme kann sich molekularer Wasserstoff aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften im Körper verteilen.
Anders als viele größere Moleküle kann H₂ biologische Membranen relativ leicht passieren.
Ein Teil des aufgenommenen Wasserstoffs wird anschließend wieder über die Atmung abgegeben.
Wie sich H₂ im Körper verteilt und wie lange es in unterschiedlichen Geweben nachweisbar bleibt, hängt unter anderem von der Aufnahmemethode und der verwendeten Menge ab.
In der Forschung werden diese Prozesse unter dem Begriff Pharmakokinetik untersucht.
Die Tatsache, dass ein Molekül aufgenommen wird und Gewebe erreichen kann, ist allerdings noch kein Beleg für eine bestimmte biologische oder gesundheitliche Wirkung.
Molekularer Wasserstoff und oxidativer Stress
Ein wichtiger Ausgangspunkt der modernen H₂-Forschung war eine im Jahr 2007 veröffentlichte experimentelle Studie.
Die Forschungsgruppe um Ohsawa untersuchte molekularen Wasserstoff im Zusammenhang mit bestimmten hochreaktiven Sauerstoffverbindungen.
Unter den untersuchten experimentellen Bedingungen beobachteten die Wissenschaftler Effekte, die auf eine mögliche Wechselwirkung zwischen H₂ und oxidativen Prozessen hinwiesen.
Diese Arbeit führte zu weiterem wissenschaftlichem Interesse.
Was bedeutet oxidativer Stress?
Oxidativer Stress beschreibt einen Zustand, in dem oxidative Prozesse die körpereigenen Regulations- und Schutzmechanismen übersteigen.
Reaktive Sauerstoffspezies entstehen dabei nicht ausschließlich durch äußere Belastungen. Sie sind auch natürliche Bestandteile des menschlichen Stoffwechsels.
Darüber hinaus erfüllen sie wichtige Aufgaben bei der zellulären Signalübertragung.
Das biologische Ziel besteht deshalb nicht darin, sämtliche reaktiven Moleküle zu beseitigen.
Vielmehr ist das Zusammenspiel zwischen oxidativen und antioxidativen Prozessen entscheidend.
Welche Rolle könnte H₂ dabei spielen?
Wissenschaftliche Arbeiten beschäftigen sich mit der Frage, ob und unter welchen Bedingungen molekularer Wasserstoff bestimmte Redoxprozesse beeinflussen kann.
Dabei werden sowohl direkte chemische Wechselwirkungen als auch indirekte Veränderungen biologischer Signalwege diskutiert.
Die genauen Mechanismen sind weiterhin Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen.
Aus den bisherigen experimentellen Beobachtungen lässt sich nicht ableiten, dass das Trinken von Wasserstoffwasser oxidativen Stress beim Menschen zuverlässig reduziert oder bestimmte Erkrankungen verhindert.
H₂ und die Mitochondrien
Mitochondrien sind Zellorganellen, die an der Bereitstellung von Energie beteiligt sind.
Sie produzieren einen großen Teil des Adenosintriphosphats (ATP), das Zellen für zahlreiche Funktionen benötigen.
Während der mitochondrialen Energiegewinnung entstehen auch reaktive Sauerstoffspezies.
Diese sind Bestandteil normaler Stoffwechsel- und Signalprozesse.
In experimentellen Studien wird untersucht, ob molekularer Wasserstoff mit mitochondrialen Regulationsmechanismen in Verbindung steht.
Die bisherigen Untersuchungen liefern unterschiedliche Beobachtungen, aus denen sich jedoch keine allgemein gesicherten Aussagen über eine Verbesserung der mitochondrialen Funktion durch H₂-Wasser beim Menschen ableiten lassen.
Was sagt die Studienlage zu molekularem Wasserstoff?
Die wissenschaftliche Literatur zu molekularem Wasserstoff umfasst unterschiedliche Untersuchungsarten.
Dazu gehören Laborstudien mit Zellkulturen, Tiermodelle sowie klinische Studien mit menschlichen Teilnehmern.
Die Aussagekraft dieser Untersuchungen unterscheidet sich erheblich.
Laborstudien
In Zellversuchen lassen sich bestimmte biologische Vorgänge unter kontrollierten Bedingungen beobachten.
Solche Untersuchungen sind wichtig, um mögliche Mechanismen besser zu verstehen.
Allerdings bilden Zellkulturen die komplexen Vorgänge eines vollständigen menschlichen Organismus nur eingeschränkt ab.
Tierstudien
Tiermodelle ermöglichen die Untersuchung biologischer Prozesse in einem lebenden Organismus.
Die Ergebnisse können Hinweise für weitere Forschungsfragen liefern.
Sie sind jedoch nicht automatisch auf den Menschen übertragbar.
Humanstudien
Auch am Menschen wurden bereits Untersuchungen mit molekularem Wasserstoff durchgeführt.
Dabei wurden unterschiedliche Endpunkte betrachtet, beispielsweise bestimmte Laborparameter oder Reaktionen auf körperliche Belastung.
Viele Studien weisen jedoch Einschränkungen auf, etwa kleine Teilnehmerzahlen, kurze Beobachtungszeiträume oder unterschiedliche Untersuchungsmethoden.
Für belastbare Aussagen sind größere, gut kontrollierte und unabhängig reproduzierte Studien erforderlich.
Der aktuelle Forschungsstand rechtfertigt daher keine pauschalen Aussagen über eine gesicherte gesundheitsfördernde, vorbeugende oder therapeutische Wirkung von Wasserstoffwasser.
Was unterscheidet Wasserstoffwasser von normalem Trinkwasser?
Gewöhnliches Trinkwasser besteht überwiegend aus H₂O-Molekülen und enthält je nach Herkunft verschiedene gelöste Mineralstoffe und andere Bestandteile.
Wasserstoffwasser enthält zusätzlich molekularen Wasserstoff (H₂), der physikalisch im Wasser gelöst ist.
Dieser zusätzliche Wasserstoff verändert nicht die chemische Grundstruktur der Wassermoleküle.
Auch die geschmacklichen Eigenschaften können weitgehend unverändert bleiben.
Wie wird die H₂-Konzentration angegeben?
Die Konzentration von gelöstem Wasserstoff wird häufig in Milligramm pro Liter (mg/L) oder parts per million (ppm) angegeben.
Bei verdünnten wässrigen Lösungen entspricht 1 ppm näherungsweise 1 mg/L.
Die tatsächlich vorhandene Konzentration hängt von verschiedenen Bedingungen ab. Dazu gehören:
- das Herstellungsverfahren
- die Temperatur
- der Druck
- das verwendete Behältermaterial
- die Lagerbedingungen
- die Zeit nach dem Öffnen
Da H₂ ein flüchtiges Gas ist, kann seine Konzentration im Wasser mit der Zeit abnehmen.
Eine höhere H₂-Konzentration ist allerdings nicht automatisch mit einem höheren gesundheitlichen Nutzen gleichzusetzen.
Warum ist die H₂-Forschung noch nicht abgeschlossen?
Die Forschung zu molekularem Wasserstoff hat sich in den vergangenen Jahren weiterentwickelt.
Dennoch bestehen zahlreiche offene Fragen.
Dazu gehört beispielsweise, welche biologischen Mechanismen unter welchen Bedingungen relevant sind und wie sich unterschiedliche Aufnahmeformen miteinander vergleichen lassen.
Auch die Frage, welche Ergebnisse aus experimentellen Untersuchungen beim Menschen reproduzierbar sind, ist noch nicht abschließend beantwortet.
Wissenschaftliche Erkenntnisse entwickeln sich durch neue Studien, methodische Verbesserungen und die unabhängige Überprüfung bereits veröffentlichter Ergebnisse.
Eine sachliche Bewertung sollte deshalb sowohl interessante Beobachtungen als auch bestehende Unsicherheiten berücksichtigen.
Fazit: Ein kleines Molekül mit vielen offenen Forschungsfragen
Molekularer Wasserstoff (H₂) ist ein einfach aufgebautes Molekül mit besonderen physikalischen Eigenschaften.
Seine geringe Größe, die Fähigkeit zur Diffusion durch biologische Membranen und seine möglichen Wechselwirkungen mit zellulären Prozessen machen ihn zu einem interessanten Forschungsgegenstand.
Seit der Veröffentlichung früher experimenteller Arbeiten wurden zahlreiche weitere Untersuchungen durchgeführt.
Diese liefern Ansatzpunkte für neue wissenschaftliche Fragestellungen, erlauben jedoch noch keine allgemeinen Aussagen über einen gesicherten gesundheitlichen Nutzen von H₂-Wasser.
H₂ AWAKE möchte Wissen über molekularen Wasserstoff verständlich vermitteln und wissenschaftliche Entwicklungen transparent einordnen – ohne unbelegte Wirkversprechen.
Häufig gestellte Fragen
Was bedeutet H₂?
H₂ ist die chemische Formel für molekularen Wasserstoff. Ein H₂-Molekül besteht aus zwei miteinander verbundenen Wasserstoffatomen.
Ist H₂ dasselbe wie H₂O?
Nein. H₂ ist molekularer Wasserstoff. H₂O ist die chemische Formel von Wasser, in dem Wasserstoffatome an ein Sauerstoffatom gebunden sind.
Kann der Körper molekularen Wasserstoff aufnehmen?
Ja. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass molekularer Wasserstoff unter bestimmten Bedingungen aufgenommen und im Organismus verteilt werden kann. Daraus folgt jedoch nicht automatisch eine gesundheitliche Wirkung.
Was ist Wasserstoffwasser?
Wasserstoffwasser ist Trinkwasser, das zusätzlich gelösten molekularen Wasserstoff (H₂) enthält.
Ist die Wirkung von H₂-Wasser wissenschaftlich bewiesen?
Es gibt experimentelle und klinische Untersuchungen zu molekularem Wasserstoff. Für viele diskutierte gesundheitliche Anwendungen fehlen jedoch ausreichend belastbare klinische Nachweise. Eine allgemeine gesundheitsfördernde oder therapeutische Wirkung von H₂-Wasser ist nicht gesichert.
Ist eine höhere H₂-Konzentration automatisch besser?
Nein. Die Konzentration beschreibt zunächst nur die Menge des gelösten Wasserstoffs. Ob unterschiedliche Konzentrationen zu unterschiedlichen biologischen Ergebnissen führen, muss für die jeweiligen Fragestellungen wissenschaftlich untersucht werden.
Wissenschaftliche Quellen
- Ohsawa, I. et al. (2007). Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nature Medicine, 13, 688–694. DOI
- Ohta, S. (2012). Molecular hydrogen is a novel antioxidant to efficiently reduce oxidative stress with potential for the improvement of mitochondrial diseases. Biochimica et Biophysica Acta, 1820(5), 586–594. DOI
- Ichihara, M. et al. (2015). Beneficial biological effects and the underlying mechanisms of molecular hydrogen – comprehensive review of 321 original articles. Medical Gas Research, 5, 12. DOI
- LeBaron, T. W. et al. (2019). A new approach for the prevention and treatment of cardiovascular disorders. Molecular hydrogen significantly reduces the effects of oxidative stress. Molecules, 24(11), 2076. DOI