Биохимия курильщика |
||
МЕНЮ Искусственный интеллект Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту ТЕМЫ Новости ИИ Искусственный интеллект Разработка ИИГолосовой помощник Городские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Слежка за людьми Угроза ИИ ИИ теория Внедрение ИИКомпьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Big data Работа разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика
Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Техническое зрение Чат-боты Авторизация |
2020-10-28 10:00 По мнению Всемирной организации здравоохранения, курение до сих пор является одной из основных угроз здоровью людей, а никотиновая зависимость считается очень тяжелой. На пачках сигарет «кричат» об опасности устрашающие иллюстрации возможных последствий курения. Однако что на самом деле происходит на молекулярном уровне в организме после вдоха сигаретного дыма? О том, что содержится в сигаретах и табачном дыме помимо никотина, а также о способах вычислить курильщика, рассказывает N + 1. Игра в анаграммы – никотин, котинин… Во время курения частицы дыма доставляют никотин в легкие, где он быстро абсорбируется, то есть всасывается в кровь, и поступает в малый круг кровообращения. Далее никотин попадает в большой круг кровообращения и так оказывается в мозге, где связывается с никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами, которые обычно связывают медиатор ацетилхолин. Стимуляция этих рецепторов приводит к высвобождению нейромедиатора – дофамина. Дофамин является неотъемлемой частью «системы поощрения» нашего мозга и выделяется в больших количествах во время приятных событий – даже во время употребления вкусной еды. В итоге человек вновь и вновь испытывает желание повторять действие, которое в прошлом привело к выбросу дофамина. И, таким образом, связывание никотина с рецепторами дофаминергических нейронов (выделяющих дофамин) – важный этап на пути формирования зависимости от курения, более подробно описанного ранее в другой статье в рамках проекта «Когда рассеется дым». Большая часть никотина, попавшего в организм курильщика, метаболизируется в печени до котинина, структурно очень похожего на никотин. Несмотря на сходство с никотином, котинин обладает рядом особенностей, позволяющих использовать его в качестве биомаркера воздействия курения – вещества, концентрация которого в человеческом биоматериале может указать, курит человек или нет. Важной характеристикой биомаркера является период его полувыведения – время, за которое вещество потеряет примерно половину своего фармакологического действия. Никотин имеет относительно короткий период полувыведения (около 10-11 часов), в то время как котинин характеризуется более продолжительными значениями (около 17-20 часов) и может обнаруживаться еще в течение нескольких дней после поступления никотина в организм. Уровень содержания никотина и его метаболита, котинина, может быть оценен в крови, моче, слюне, а также в волосах и ногтях. Исследование мочи – один из наиболее удобных способов по причине того, что это неинвазивный анализ, но измерения никотина и котинина в волосах и слюне могут обеспечить более точное определение курильщика (в том числе пассивного). Несмотря на свою относительную точность анализы на никотин и котинин все-таки основываются лишь на одном компоненте сигарет, а их результаты могут сильно варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей человека. Кроме этого, подобные биомаркеры не дают представления о биохимических изменениях внутри организма в ответ на поступление сигаретного дыма. 11 друзей никотина Более точно определить статус курильщика может помочь анализ транскриптома – совокупности молекул мРНК (рибонуклеиновой кислоты), образующихся в результате транскрипции генов. Важно, чтобы такие маркеры были высокоспецифичными и чувствительными вне зависимости от индивидуальных особенностей человека, различий между лабораториями, в которых проводятся исследования, и методов выделения нуклеиновых кислот. Ученые исследовательского центра Philip Morris International с помощью анализа больших массивов данных определили 11 маркеров, основанных на уровне экспрессии генов: LRRN3, SASH1, PALLD, RGL1, TNFRSF17, CDKN1C, IGJ, RRM2, ID3, SERPING1, FUCA1. Оказалось, что с помощью них можно с высокой точностью не только определить, курит ли человек, но и даже отличить никогда не курившего человека от бывшего курильщика. До проведения исследований с участием добровольцев большая часть опытов осуществляется на лабораторных животных, так как испытания с участием людей связаны с более жестким регулированием этических и правовых аспектов исследования. Кроме того, лабораторные модельные организмы отличаются сравнительно быстрыми циклом жизни и развитием патологий, благодаря чему с ними удобнее работать. Исследование проводили на лабораторных мышах, часть которых подвергалась воздействию сигаретного дыма в течение семи месяцев, часть имитировала отказ от курения (после двух месяцев воздействия сигаретным дымом мыши вновь дышали фильтрованным воздухом), а остальные мыши были ЗОЖниками – их оградили от табачного дыма. Оказалось, что шесть из 11 генов универсальны и для человека, и для мышей, и с их помощью можно было сформировать достаточно точный профиль экспрессии генов курильщика. Токсичные товарищи Определение профиля курильщика на основе экспрессии его генов пока что не является повсеместно распространенным анализом, однако исследования в этой области ведутся, и, возможно, в относительно скором времени подобный тест будет доступен для всех желающих. Но и оценкой уровня никотина и котинина исследования, связанные с изучением влияния курения на организм, не ограничиваются – измеряются и некоторые другие компоненты сигаретного дыма наряду с изучением ряда биохимических показателей организма. В первую очередь, вместе с табачным дымом курильщик вдыхает угарный газ. Для человека угарный газ токсичен – из-за него же чаще всего люди получают серьезное отравление или даже погибают во время пожаров. В норме гемоглобин связывается с кислородом и углекислым газом и, перенося их в крови по всему организму, обеспечивает таким образом процесс дыхания. В присутствии высоких концентраций угарного газа комплекс между гемоглобином и кислородом (оксигемоглобин) не может образоваться, так как связь между угарным газом и гемоглобином необратима, а их комплекс, карбоксигемоглобин, значительно прочнее. В итоге нарушается транспортировка кислорода и клеточное дыхание. У курильщиков уровень карбоксигемоглобина повышен. Уже при десятипроцентном уровне содержания карбоксигемоглобина в крови человек может испытывать сильные головные боли и тошноту. Никотин – основной алкалоид табака, однако помимо него в табаке присутствуют некоторые другие алкалоиды. Наиболее распространенные из них – норникотин, анатабин и анабазин. Считается, что большинство таких алкалоидов образуется либо в ходе деятельности бактерий, либо в процессе обработки табака. Эти соединения ответственны за образование специфичных для табака N-нитрозаминов – химически стабильных соединений, оказывающих канцерогенное и мутагенное действие. Наиболее распространенные в табаке N-нитрозамины – 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанон (NNK), N'-нитрозонорникотин (NNN), N'-нитрозоанатабин (NAT), N'-нитрозоанабазин (NAB), 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанол (NNAL) и некоторые другие. Нитрозамины могут встречаться в некоторых косметических средствах и даже продуктах питания, однако их содержание в сигаретах и табачном дыме значительно выше. Являясь канцерогенами, в организме человека нитрозамины могут способствовать развитию онкологических заболеваний. Помимо N-нитрозаминов канцерогенным и мутагенным действием обладают также полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – органические соединения, состоящие из двух и более ароматических колец из атомов углерода. ПАУ образуются в результате неполного сгорания многих природных органических веществ, таких как нефть, древесина или табак, и встречаются во всей окружающей среде. В табачном дыме обнаруживается несколько сотен различных ПАУ. Данные соединения в воздухе находятся, как правило, в составе сложных смесей. С учетом этого для оценки степени загрязнения воздуха или организма ПАУ чаще всего в качестве единичного индикатора используется бензо[a]пирен. Этот ПАУ наиболее хорошо изучен и является одним из самых сильных канцерогенов среди остальных соединений его ряда. Негативные последствия курения часто рассматривают не только в контексте потенциальной угрозы развития онкологических заболеваний, но и в случае развития сердечно-сосудистых заболеваний. Часто это связано с нарушением липидного обмена в организме. Развитие атеросклероза может значительно усиливаться при аномальных профилях липидов и липопротеинов в плазме крови. Холестерин участвует в множестве процессов – это и предшественник для синтеза некоторых гормонов, и компонент клеточных мембран, и из него же образуются желчные кислоты, благодаря которым осуществляется расщепление и всасывание жиров в кишечнике. Однако при переизбытке холестерина в крови, он может откладываться в стенках артерий, что приводит к образованию бляшек, препятствующих нормальному кровотоку. В норме такого не происходит благодаря липопротеинам. Сам по себе холестерин нерастворим в воде, поэтому для транспорта по организму он связывается со специальными белками – аполипопротеинами. Такой комплекс между холестерином и аполипопротеином и есть липопротеин. В зависимости от пропорций входящих в комплекс компонентов различают несколько видов липопротеинов – липопротеины высокой плотности (ЛПВП), низкой плотности (ЛПНП) и очень низкой плотности (ЛПОНП). Именно благодаря ЛПВП обеспечивается переработка и выведение лишних жиров из организма. При низких концентрациях ЛПВП переизбыток холестерина не успевает вовремя выводиться из организма и может накапливаться в виде бляшек, которые мы упоминали ранее. ЛПНП же, напротив, являются основными переносчиками холестерина в организме и их высокие концентрации могут способствовать развитию атеросклероза. Исследования, направленные на изучение влияния курения на развитие сердечно-сосудистых заболеваний, часто проводятся на ApoE -/- линии мышей. Такие мыши не способны экспрессировать ген ApoE, продуктом которого является аполипопротеин E – гликопротеин, необходимый для транспорта и метаболизма липидов. ApoE -/- мыши имеют врожденную гиперхолестеринемию (повышенное содержание холестерина в крови) и, как следствие, особо склонны к развитию атеросклероза. Продолжительное воздействие сигаретного дыма на ApoE -/- мышей привело к увеличению содержания большинства липидов в крови и развитию атеросклеротических бляшек. Также взаимодействие с сигаретным дымом вызвало воспалительный ответ в клетках легких мышей, характеризующийся более высокими уровнями экспрессии маркеров активации альвеолярных макрофагов – CD54 (ICAM1), CD86 и CD11b. При прекращении воздействия сигаретного дыма воспалительный ответ ослаблялся, а прогрессия атеросклероза снижалась. Помимо широкого спектра различных органических соединений, в табачном дыме также присутствует множество тяжелых металлов. В сигаретах температура горения табака может достигать значений порядка 900 градусов Цельсия. При таких высоких температурах многие металлы и их соединения в виде аэрозоля вместе с табачным дымом способны попадать в организм. Катионы таких металлов, как ртуть, свинец и кадмий, способны ковалентно связываться с тиольной группой цистеина – аминокислоты, которая входит в состав активных центров многих ферментов. Такая связь с ферментом с большой вероятностью препятствует нормальному осуществлению его биологических функций, что, как правило, приводит к серьезным нарушениям обмена веществ. Про альтернативу Важно отметить, что содержание вышеописанных веществ сильно зависит от природы дыма. Например, в рамках подготовки к Олимпийским и Паралимпийским играм 2020 года в Токио (в итоге перенесенных из-за коронавируса) проводилось исследование различий между дымом обычных сигарет и аэрозолем электрической системы нагревания табака (ЭСНТ). Было проанализировано содержание основных характерных для табака N-нитрозаминов – NNN, NAT, NAB и NNK в аэрозоле ЭСНТ. Оказалось, что и в табачной секции стика, используемого в ЭСНТ, и в аэрозоле нитрозаминов значительно меньше, чем в обычных сигаретах. В аэрозоле ЭСНТ содержалась лишь одна пятая часть нитрозаминов по сравнению с дымом классических сигарет. В предыдущем разделе мы упоминали, что температура горения табака в обычной сигарете может достигать 900 градусов Цельсия. В ЭСНТ механизм нагревания предусматривает температуры не выше 350 градусов Цельсия. Было показано, что благодаря этому содержание угарного газа в составе аэрозоля от ЭСНТ оказалось снижено в 100 раз по сравнению с дымом от обычной сигареты. Многочисленные исследования, в том числе проведенные лабораториями Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (FDA), подтверждают снижение концентраций в аэрозоле ЭСНТ многих вредных и потенциально вредных компонентов дыма помимо угарного газа, например, акролеина, формальдегида, бензопирена и еще несколько десятков веществ. Среднее снижение концентраций по этому перечню веществ составило более 90 процентов по сравнению с дымом от обычной сигареты. Несмотря на то, что токсичных для человека соединений в аэрозоле ЭСНТ значительно меньше, системы нагревания табака не являются безвредными и не исключают риски. Участники рандомизированных исследований по всему миру отмечают, что не чувствуют особой разницы между использованием ЭСНТ и обычных сигарет в плане получения удовольствия от процесса и его «ритуальности». Это объясняется тем, что в обоих случаях в организм человека, как правило, поступают сопоставимые количества никотина. И его фармакокинетический профиль (то есть, пиковая концентрация и скорость ее достижения) сопоставим с тем, который получается в результате курения традиционной сигареты. Однако немаловажно и то, что помимо субъективных ощущений, ряд биохимических показателей у курильщиков значительно улучшались при переходе на использование системы нагревания табака. В ходе рандомизированных исследований оценивались такие показатели, как уровень лейкоцитов в крови (индикатор воспалительных процессов), объем форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1), уровни карбоксигемоглобина, ЛПВП и канцерогенных N-нитрозаминов, степень окислительного стресса. При переходе с сигарет на ЭСНТ наблюдались статистически значимые снижения уровней карбоксигемоглобина и лейкоцитов в крови, повышение уровня ЛПВП, снижение всех табачных N-нитрозаминов, снижение окислительного стресса, а также были получены более высокие значения ОФВ1 по сравнению с курящими обычные сигареты. Сигаретный дым приводит к ускорению адгезии лейкоцитов к эндотелию – клеткам, выстилающим внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. Адгезия и трансмиграция лейкоцитов через сосудистый эндотелий – важный этап в развитии некоторых сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе атеросклероза, упомянутого ранее. Аэрозоль ЭСНТ не вызывает таких сильных изменений адгезивных свойств эндотелия по сравнению с сигаретным дымом. Таким образом, переход от обычных сигарет на ЭСНТ потенциально может снизить риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. По предварительным данным, исследования, которое проводилось с участием 18 совершеннолетних добровольцев, не имеющих ранее опыта использования электрических систем нагревания табака, их применение, вероятно, может даже помочь снизить абстинентный синдром у курильщиков («синдром отмены»). В некоторых странах регуляторы внимательно изучают возможности снижения вреда от табакокурения за счет использования альтернативных бездымных продуктов. Например, в начале июля Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (FDA) выдало разрешение на продажу электрической системы нагревания табака производства компании Philip Morris International как табачному продукту с модифицированным риском, при этом сообщалось, что выдача такого разрешения соответствует целям улучшения общественного здоровья.
Кьяра Макиевская Источник: nplus1.ru Комментарии: |
|