Hidrogen sulfurat - gaz contravântuiri

Traducerea unui articol Rui Wang. Rui Wang - profesor de Biologie si Vice President pentru Cercetare de la Universitatea Leykhed, presedinte al Societatii fiziologice canadian, un expert de lider în domeniul metabolismului și funcțiilor fiziologice ale gazelor cu greutate moleculară scăzută, care joacă rolul de mediatori gazoși - inclusiv oxid de azot, monoxid de carbon și hidrogen sulfurat.

Oamenii de știință au demonstrat că toxice hidrogenul sulfurat gazos în cantități mari (H2S) este produs în cantități mici în organism și îndeplinește mai multe funcții importante pentru o viață normală.

Unele dintre ele sunt enumerate mai jos. Cu toate acestea, H2S poate avea de asemenea efecte patologice: de exemplu, în cantități excesive reduce producția de insulină, și există dovezi ale efectului antiinflamator.

Imaginați-vă că mergeți la recepție la spital cu strălucind lui cu curățenie, bine curățate cu o soluție de dezinfectare a pereților - și dintr-o dată înainte de a putea auzi un miros fetid caracteristic de ouă stricate!

Această situație pare incredibil, dar sursa de miros - hidrogen sulfurat (H2S) - poate deveni, în viitorul apropiat un accesoriu al oricărui departament de urgență.

evaporare mortală

Despre toxicitatea hidrogenului sulfurat (H2S) pentru o persoană cunoscută de secole. În prezent, acest gaz are loc mai întâi în lista de substanțe toxice în timpul extracției, pompare și rafinare a petrolului și gazelor. Începem să se simtă mirosul în aer la o concentrație egală cu 0,0047 ppm.

La o concentrație de 500 ppm hidrogen sulfurat provoacă tulburări respiratorii, iar concentrația de 800 ppm, timp de cinci minute, ceea ce duce la moarte. În același timp, destul de ciudat, hidrogenul sulfurat este esențială pentru viață.
Pentru a înțelege modul în care un gaz fetidă a devenit o componentă importantă a proceselor fiziologice, mental rapid înainte de a 250 de milioane de ani în trecut. Apoi, la sfârșitul perioadei de Permian, viața pe Pământ are loc în echilibru - o mare extincție așa-numita, a devenit una dintre cele mai mari dezastre din istoria planetei noastre.

În conformitate cu cele mai comune ipoteza, a devenit o cauza a emisiilor de dioxid de carbon în efuziunile masa roci vulcanice din Siberia, începe o reacție în lanț și schimbări de mediu care conduc la reducerea critica a nivelului de oxigen în apa oceanelor.
Astfel de schimbări în compoziția oceanului devin în detrimentul aerob (consumatoare de oxigen) specii marine, dar a contribuit la prosperitatea organismelor anaerobe, în special bacterii sulf verde.

Proliferarea rapidă a acestor bacterii a făcut ocean, a devenit improprie pentru cele mai noi specii aerobe ca permanent bacterii sulf în cantitate mare de hidrogen sulfurat produs. În cele din urmă, este evident că un gaz toxic a fost eliberat în atmosferă, distrugerea plantelor terestre și animale. Până la sfârșitul „marele extincția“ a ucis 95% din speciile marine și 70% - sol.
Posibil rol de hidrogen sulfurat în procesele fiziologice la om este moștenirea acelor vremuri antice. Surviving „mare de extincție“ ar putea doar specii capabile să supraviețuiască într-o atmosferă de hidrogen sulfurat, și, uneori, se poate consuma. Aparent, această capacitate într-o oarecare măsură, conservate în țara noastră.

parfum de încredere

Hidrogen sulfurat (H2S)- nu este singurul gaz toxic implicate în procesele fiziologice la om. În 1980-e. Am început să apară pe datele pe care organismul este produs în cantități mici de monoxid de azot NO. Curând a devenit clar că el joacă rolul unui mediator - o molecula de semnalizare, care afecteaza functia celulelor.

În timpul funcționării, premiul pentru Fiziologie si Medicina 1998 Premiul Nobel pentru, la sa demonstrat că monoxidul de azot este implicat în numeroase procese fiziologice, în special în reglarea răspunsurilor imune și în transmiterea semnalelor intre neuroni si determina vasodilatație. Ulterior, similare cu monoxid de carbon au fost detectate funcții (CO) - substanță periculoasă în mod fatal este incolor și inodor, cunoscut sub numele de monoxid de carbon.

Studiul rolului fiziologic al CO și NO

Studiu rolul fiziologic al CO și NO ma făcut să cred că organismul poate fi alți mediatori gazoși. Ca rezultat al reflecției constante pe această temă în vara anului 1998 am vizitat în cele din urmă ideea că un astfel de mediator poate fi H2S. Revenind ceva de-a face cu munca, m-am simțit acasă un miros neplăcut.

Sa dovedit că el a pornit de la cabinetul de sticlă, unde a ținut familiei noastre amintiri de familie, și anume strica ouă de Paști, pe care fiica mea cea mare a pictat ca temele de școală. La acel moment am avut o întrebare, iar dacă hidrogenul sulfurat este produs în ouă stricate sau nu pot fi produse în organe și țesuturi umane?
Deoarece CO mea de cercetare și NO tratate efectele acestor gaze asupra sistemului cardiovascular, am decis să efectueze un studiu similar a efectelor H2S. Alegerea dovedit a fi de succes.

Hidrogenul sulfurat este conținută în vasele de sânge

Primele experimente efectuate de echipa noastră, sa constatat că hidrogenul sulfurat este conținută în concentrații scăzute în vasele de sânge ale șobolanului. În măsura în care caracteristicile fiziologice ale rozătoare și oameni este foarte asemănătoare, a fost sigur să se presupună că gazul se formează și în vasele umane.

Aceasta constatare este încurajator, cu toate acestea, pentru a trage concluzii cu privire la rolul fiziologic al H2S simplu declarație a faptului prezenței sale în peretele vascular nu a fost suficient.
La etapa următoare a fost necesară pentru a investiga mecanismele de formare a hidrogenului sulfurat.

Enzima cistationin gama-liaza

Atenția noastră a fost atrasă asupra enzimei cistationin-gamma-liază, este implicată în formarea de H2S in bacterii. In studiile anterioare, sa demonstrat că acesta este conținut în ficat, unde joaca un rol in formarea anumitor aminoacizi care conțin sulf ( „blocuri“ care alcatuiesc proteine). În același timp, nu a existat nici o dovadă a prezenței cistationin-gamma-liazei în peretele vascular. Așa cum era de așteptat, am primit datele. Sa constatat că, în vasele prin acțiunea cistationin gamma-liază din aminoacidul L-cisteină hidrogen produs sulfurat, amoniacul și acidul piruvic.

Care este rolul jucat de gaz în vasele.

Astfel, sursa de H2S în peretele vascular a fost instalat. Acum era important să aflăm ce rol joacă acest joc în vasele de gaz. Știind că NO cauzează o relaxare a musculaturii vasculare, am sugerat că H2S poate face același lucru. Această ipoteză a fost corectă: imersare în soluție care conține hidrogen sulfurat, șobolani vase extinse.
Ca rezultat al tuturor acestor lucrări a dat impresia că H2S, precum și de NO, este implicat în reglarea tensiunii arteriale. În același timp, mecanismele moleculare de acțiune ale H2S au rămas nerezolvate. Primele date cu privire la astfel de mecanisme au fost obținute în celule izolate ale studiilor vasculare și a publicat în 2001

Aceste descoperiri au fost destul de neașteptat: în cazul NO determină relaxarea vasculară prin activarea enzima guanilatciclază mușchilor netezi, H2S produce același efect ca și un mod complet diferit.

Sub efectul acestei substanțe crește permeabilitatea așa numitele canale de potasiu sensibile la ATP (KATP) - complexe de proteine ​​incorporate in membrana celulelor (în special, mușchiul neted vascular) și ioni de potasiu transmisive. Ca urmare, producția de potasiu din celulă crește, sarcina sa variază, rezultând altele permeabilitate mai scăzute - calciu - canale. Ca urmare, intrarea de calciu în celulă este redusă, iar acest lucru duce la relaxarea musculaturii netede și vasodilatație.
Este timpul să se mute de la celule izolate la animalele intacte. Introducerea soluției de hidrogen sulfurat la șobolani în experimentele noastre de reducere a tensiunii arteriale - aparent din cauza expansiunii arterelor si reducerea rezistentei fluxului sanguin. Astfel, corpul tot mai mare de dovezi a subliniat faptul că H2S este implicat în reglarea tensiunii arteriale, prin relaxarea vaselor sanguine cauzand. Cu toate acestea, era încă necesar să se demonstreze că efectele gazului atunci când sunt administrați exogen și în formularea în peretele vascular sunt identice.
Pentru a explora efectele naturale ale H2S, am luat o linie de soareci cu un inactivat ( „knock-out“) gena cistationin-gamma-liază. Astfel de animale H2S în vasele de sânge, desigur, nu se formează. In urmatorii cinci ani, am studiat soareci, in colaborare cu echipe conduse de Solomon Snyder de la Universitatea Johns Hopkins si Linyun La Universitatea din Saskatchewan (Canada). Eforturile noastre nu au fost în zadar.

În 2008, am publicat un articol detaliat în care a arătat, în special, faptul că navele noastre de vârstă rozătoare constrictia și a tensiunii arteriale (măsurată printr-o mâneci miniaturale, purtate pe coada), crește în mod semnificativ. Atunci când este administrat la șoareci în această presiune de hidrogen sulfurat a scăzut.
Datele muncii noastre a lăsat nici o îndoială în faptul că H2S joacă un rol esențial în reglarea circulației sângelui. În plus, li se permite să rezolve una dintre misterele perene ale fiziologiei. Faptul că pentru o lungă perioadă de timp după acordarea studiilor Premiului Nobel de NO a fost cunoscut faptul că acțiunea unuia numai a substanței nu poate fi explicată pe deplin prin extinderea vaselor de sânge.

Astfel, animalele cu gene inactivate responsabile pentru formarea de NO în celulele endoteliale (vasele de coajă interior), vasele periferice încă mai păstrează capacitatea de a se relaxa. Cu toate acestea, natura factorului vasodilatator a rămas un mister.
Conform datelor noastre, acest factor - H2S. In primele experimente, am găsit responsabil pentru formarea hidrogenului sulfurat enzimei cistationin-gamma-liazei în celulele musculare netede, dar mai târziu a fost găsit în celulele endoteliale ale șoarecilor, vaci și oameni - chiar și în cantități mai mari decât în ​​mușchii netezi. Rămâne neclar ceea ce este relația dintre NO și funcția vasodilatator H2S, deși unele date sugerează că nu determină o relaxare a vaselor mari, predominant un H2S - mic.

New superlekarstvo?

Detectarea hidrogenului sulfurat în vasele de sinteză și rolul său în reglarea tensiunii arteriale a atras atenția multor cercetători caută noi modalități de a proteja inima de daune ischemice (adică daunele cauzate de reducerea aportului de sânge, prin urmare, alimentarea cu oxigen).

Un exemplu tipic de astfel de daune - infarct miocardic, atunci când vasele de alimentare ale inimii devine blocată de un trombus, și vine livrat cu moartea acestor nave din zona inimii. În 2006, Gary Baxter, acum lucreaza la Universitatea din Cardiff (Țara Galilor), si co-autori a publicat un articol care a fost prezentat în primul rând de date cu privire la rolul benefic al H2S în leziuni ischemice la inima.

In a fost folosit inima izolat de șobolan, care nu este furnizat cu sânge și saramură saturată cu oxigen. model de prejudiciu ischemica a servit ca încetarea fluxului de soluție conform uneia dintre arterele coronare (vasele de sânge care alimentează inima). Sa constatat că adăugarea unei soluții de H2S timp de câteva minute pentru a se suprapune artera a redus dimensiunea zonei afectate.

Un an mai târziu, David Liferov Emory University a aratat ca soarecii modificate genetic a crescut producția de hidrogen sulfurat în inimă mai rezistentă la ischemie miocardică cauzate de suprapunerea arterei coronare și mai rezistente la deteriorare, de multe ori apar după restabilirea fluxului sanguin (așa-numitele leziuni de reperfuzie).
Acestea și alte date sugerează că H2S poate fi utilizat pentru prevenirea și tratamentul hipertensiunii arteriale, infarct miocardic și accident vascular cerebral. Mai mult, acțiunea vasodilatatoare a hidrogenului sulfurat pot fi utilizate și alte afecțiuni asociate cu tulburări ale funcției vasculare, cum ar fi disfuncția erectilă (ED). Este cunoscut faptul că baza unei erectie este dilatarea penisului și pentru a crește fluxul de sânge la acesta.

„Viagra“ efect este cauzat de faptul că aceasta crește durata de acțiune a NO pe extinderea vaselor de sânge. Există dovezi că un efect similar poate avea și H2S, deși rolul acestei substanțe în sistemul reproducător masculin al unui om încă să fie explorat (este cunoscut, de exemplu, că în țesuturile penisului produce CO, dar acest gaz nu contribuie la o erecție și ejaculare).
Hidrogenul sulfurat este produs nu numai în inima și vasele de sânge. Este produsă în sistemul nervos, nu numai sub acțiunea cistationin gamma-liaza și alte enzimă - cistationin-beta-sintetazei. Funcția H2S în sistemul nervos nu este clar. Potrivit unora, ea poate juca rolul de neuromodulatoare - o substanță care crește sau reduce excitabilitatea circuitelor neuronale. Poate, H2S este implicat în potențarea pe termen lung - procesul care facilitează interacțiunea dintre neuroni si joaca un rol in procesul de invatare si memorie.

Se arată că sub acțiunea nivelului hidrogenului sulfurat al glutation antioxidant crescut in celulele nervoase, protejeaza celulele de efectele factorilor perturbatori. În cele din urmă, H2S poate juca un rol în percepția durerii, oferind un răspuns la efectele adverse.
În plus, hidrogenul sulfurat poate afecta metabolismul, adică procese biochimice care asigură producerea și utilizarea energiei și sinteza substanțelor. Cele mai surprinzătoare experimente Brand Roth si colegii sai de la Universitatea din Washington, a fost demonstrat că șoarecii administrarea inhalatorie de doze mici de rezultate H2S într-un metabolism mai lent și, prin urmare, la progresia anumitor boli.

Ritmul cardiac la acești șoareci imediat după inhalarea de H2S a scăzut la jumătate, și au trecut într-o stare de animație suspendată: procesele metabolice, astfel încât a refuzat existența animalelor a fost suficient oxigen și inhalarea H2S fără efecte adverse. Impresia a fost că în timpul acestui metabolism hibernare de hidrogen sulfurat este menținută la un nivel minim pentru organele vitale de la până în prezent, până la restabilirea sursei de alimentare normale. 30 minute după încetarea inhalării ratei metabolice H2S a fost restaurat.
În cazul în care hidrogenul sulfurat de animație suspendată a fost dovedit eficientă și în condiții de siguranță la om, aceasta ar putea deveni o metodă puternică de urgență. Numirea H2S inhalatorii victimelor accidentelor auto, sau la pacienții cu infarct miocardic ar putea da timpul câștigător necesare pentru transportul la spital și de îngrijire specializată.

Cu ajutorul hidrogenului sulfurat poate fi menținut într-o stare de animație suspendată în nevoie de transplant până la un donator de organe - de fapt, a fost posibil să se prelungească viabilitatea organelor înseși.

Se poate imagina utilizarea de H2S și în centrele de conflicte armate sau dezastre naturale: inhalarea acestui gaz ar putea întârzia urgența transfuzii de sânge înainte de livrare a unor cantități suficiente de acesta din urmă. Inhalarea de hidrogen sulfurat îmbunătățește semnificativ supraviețuirea la șobolani, cu o pierdere de 60% din sânge: șobolanii H2S tratați au supraviețuit în 75% din cazuri și de control - doar 25%.

optimism prudent

Nu ar trebui să fie luate în considerare, totuși, că hidrogenul sulfurat - un remediu perfect pentru toate bolile. Până în prezent, există dispute, de exemplu, că aceasta facilitează sau exacerbează inflamația. In laboratorul nostru si altii au aratat ca H2S joaca un rol important in dezvoltarea diabetului zaharat I - forme ale bolii, de multe ori apar in copilarie si duce la dependenta de injectii cu insulina pe tot parcursul vieții.

Sa constatat că H2S produse în așa numitele beta-celulele pancreasului care secreta insulina si animalele cu diabet zaharat I generarea de hidrogen sulfurat, în astfel de celule a crescut în mod dramatic. Aceasta are ca rezultat, în primul rând, pierderea extensivă a celulelor beta, și în al doilea rând pentru a suprima eliberarea de insulina celulelor beta ramase. Ca rezultat, secretia de insulina scade la un nivel insuficient pentru o descompunere normală a glucozei. Astfel, H2S poate fi unul dintre cei responsabili pentru nivelurile reduse de insulina in sange diabetului I.
Unele dintre efectele benefice ale H2S la șobolani și șoareci nu se reproduc la animale mai mari. De exemplu, cercetătorii francezi au demonstrat în 2007 că, atunci când este inhalat oi H2S, spre deosebire de rozătoare, nu se încadrează într-o stare de animație suspendată. Intr-un alt studiu, inhalarea de H2S la purcei nu conduce la o reducere și o creștere a ratei metabolice.
Chiar dacă puteți apela hibernare hidrosulfură la om, nu se cunoaște dacă aceasta va duce la disfunctii cerebrale. Adevărat, nu este dezvăluit, dar transfera aceste date către funcțiile mentale ale omului animale de laborator dificile astfel de încălcări. Este neclar dacă stocate aceste funcții superioare, cum ar fi memoria și gândire în termeni de hidrogen sulfurat suspendat animație când viața este călduță.

Totuși, posibilitățile terapeutice mari de hidrogen sulfurat provoca un interes sporit în farmacologie. Mai multe tipuri de firme sunt în curs de dezvoltare deja medicamente care produc acest gaz în organism. Astfel, firma italiană CTG Pharma a stabilit medicamente care combina proprietatile non-medicamente antiinflamatoare nesteroidiene (AINS) și media H2S.

In experimentele pe animale, se arată că astfel de medicamente pot fi eficiente în tratamentul bolilor inflamatorii ale sistemului nervos și ale tractului gastrointestinal, disfuncție erectilă, boli de inima si boli vasculare. O firmă Ikaria (New Jersey), unul dintre fondatorii săi - Mark Roth, inițiat recent un II studiu clinic de fază (studiu clinic eficacitate) a formei de injecție de H2S (sau, mai degrabă, Na2S) la pacienții cu boală cardiacă ischemică sau pregătirea pentru operații pe inimă sau plămâni .
Activitatea din ultimul deceniu au arătat că hidrogenul sulfurat, a cărui miros ne face o aversiune naturală, este extrem de important pentru funcționarea normală a inimii, și, probabil, de asemenea, creier si alte organe. Este posibil ca el are și alte efecte, care nu sunt încă cunoscute. Toate acestea deschide noi orizonturi în înțelegerea bazei moleculare a fiziologiei și a sănătății umane. Studierea efectelor H2S abia a început, dar deja există toate motivele să credem că într-o zi va permite să propună noi modalități de a face cu boli incurabile.