Vodikov sulfid - oporni plin

Prevod članka Rui Wang. Rui Wang - profesor biologije in podpredsednik za raziskave na Univerzi Leykhed, predsednik kanadske fiziološke društva, vodilni strokovnjak na področju metabolizma in fizioloških funkcij nizko plinov molekulsko maso, ki igrajo vlogo plinastih mediatorjev - vključno dušikovega oksida, ogljikovega monoksida in vodikovega sulfida.

Znanstveniki so pokazali, da je strupena vodikov sulfid plina v velikih količinah (H2S), proizveden v majhnih količinah v telesu ter opravlja številne pomembne funkcije za normalno življenje.

Nekateri od njih so navedeni spodaj. Vendar pa lahko H2S tudi patoloških učinkov: na primer, v prevelikih količinah zmanjšuje proizvodnjo insulina, in obstajajo dokazi protivnetnim učinkom.

Predstavljajte si, da greste na recepciji v bolnišnici s svojo sije s čistočo, temeljito očistiti z raztopino razkužila sten - in nenadoma, preden lahko slišite značilen Smrdljiv vonj po gnilih jajcih!

To stanje se zdi neverjetno, vendar je vir vonj - vodikov sulfid (H2S) - lahko v bližnji prihodnosti postali stalnica vsake oddelek za nujno.

smrtonosna izparevanje

O toksičnost vodikovega sulfida (H2S) za osebo znano že stoletja. Trenutno je ta plin prvič poteka na seznamu strupenih snovi v pridobivanje, črpanje in rafiniranja nafte in plina. Smo začutili vonj v zraku pri koncentraciji, ki je enaka 0.0047 ppm.

Pri koncentraciji 500 ppm vodikovega sulfida povzroča bolezni dihal in koncentracijo 800 ppm za pet minut, kar vodi v smrt. Ob istem času, Nenavadno je vodikov sulfid je bistvenega pomena za življenje.
Da bi razumeli, kako ima Smrdljiv plin postal pomemben sestavni del fizioloških procesov, duševno hitro naprej do 250 milijonov let v preteklost. Potem, na koncu permske obdobja, je življenje na Zemlji potekalo v bilanci - tako imenovani veliki izumrtje, je postal eden od največjih katastrof v zgodovini našega planeta.

V skladu s najpogostejši hipotezo, je postala vzrok emisij ogljikovega dioksida v masnih izlivi vulkanske kamnine v Sibiriji, začetek verižne reakcije in spremembe v okolju, ki vodijo do kritične zmanjšanje vsebnosti kisika v vodi oceanov.
Takšne spremembe v sestavi ocean postanejo škodljiva za aerobno (porabljajo kisik) morskih vrst, vendar prispevali k blaginji anaerobnih organizmov, zlasti zelene bakterije žvepla.

Hitro širjenje teh bakterij je na ocean stalno neprimerni za najnovejše aerobne vrste so žveplove bakterije v veliki količini proizvedenega vodikovega sulfida. Konec koncev, je očitno, da je bil strupen plin sprosti v zrak, uničuje kopenske rastline in živali. Do konca leta "veliko izumrtje" ubili 95% morskih vrst in 70% - tla.
Verjetno vodikov sulfid vloga pri fizioloških procesov v človeku je zapuščina tistih starih časih. Preživeli "veliko izumrtje" lahko edina vrsta, ki lahko preživijo v vodikovega sulfida atmosfero, in včasih se lahko porabijo. Očitno je to možnost do neke mere ohranila v naši državi.

zaupljivi vonj

Vodikov sulfid (H2S)- ni edina strupenega plina sodeluje pri fizioloških procesov pri ljudeh. V 1980-ih. Začeli smo, da se pojavijo na podatkih, da se telo proizvaja v majhnih količinah dušikovega monoksida NO. Kmalu je postalo jasno, da igra vlogo mediatorja - signalno molekulo, ki vpliva na delovanje celic.

Pri delovanju, oddaja v fiziologiji in medicini 1998 Nobelovo nagrado za na se je izkazalo, da je dušikov monoksid vpleten v številne fiziološke procese, zlasti na regulacijo imunskih odzivov in prenos signalov med nevroni, in povzroči tudi vazodilatacijo. Nato so bile podobne funkcije ogljikovega monoksida Zaznali (CO) - smrtno nevarno je brez barve in vonja, splošno znana kot ogljikov monoksid.

Preučevanje fiziološke vloge CO in NO

Študija fiziološko vlogo CO in NO mi verjela, da lahko organ, drugi plinasti mediatorji. Kot posledica nenehnega razmišljanja o tej temi v poletnih mesecih leta 1998 sem končno obiskala idejo, da je lahko tak posrednik H2S. Vračanje nekaj opraviti z delom, sem se počutil doma neprijeten vonj.

Izkazalo se je, da je izhajala iz vitrino, kjer je ohranil svoje družinske dediščine, in sicer pokvari velikonočnih jajc, ki je moja najstarejša hčerka naslikal kot šolsko domačo nalogo. Takrat sem imel vprašanje, če je vodikov sulfid proizvaja v gnilih jajcih, ali pa ga ni mogoče proizvesti s človeškimi organi in tkivi?
Ker moje raziskave CO in NO obravnava učinkov teh plinov na srčno-žilni sistem, sem se odločil, da izvede podobno študijo o učinkih H2S. Izbira izkazala za uspešno.

Vodikov sulfid je vsebovan v krvnih žilah

Prvi poskusi izvajajo naša skupina, je bilo ugotovljeno, da je vodikov sulfid vsebovana v nizkih koncentracijah v žilah podganah. V kolikor je na fiziološke značilnosti glodalcev in ljudi zelo podobni, da je varno predpostaviti, da se plin oblikuje in človeških plovila.

Ta ugotovitev je spodbudno pa je, da sklepe o fiziološke vloge H2S preprosto izjavo dejstva njegove prisotnosti v žilni steni ni bilo dovolj.
V naslednji stopnji je bilo treba raziskati mehanizme nastajanja vodikovega sulfida.

Encim cistationin gama-liaze

Naša pozornost je bila na encim cistationin-gama-liaze, ki sodeluje pri tvorbi H2S v bakterijah. V predhodnih študijah je bilo dokazano, da je vsebovan v jetrih, kjer igra vlogo pri nastanku nekaterih vsebujejo žveplo aminokislin ( "gradniškimi", ki sestavljajo proteine). Hkrati, ni bilo dokazov o prisotnosti cistationin-gama-liaze v žilni steni. Kot je bilo pričakovati, smo prejeli podatke. Ugotovljeno je bilo, da v posodah z učinkovanjem cistationin gama-liaze od aminokislina L-cistein proizvaja vodikov sulfid, amoniak, in piruvične kisline.

Kakšna je vloga, ki jo plina igral v žilah.

Tako je nameščen vir H2S v žilni steni. Zdaj je pomembno, da bi ugotovili, kakšno vlogo je ta igra v plinskih posodah. Vedoč, da NO povzroči sprostitev žilno mišico, smo predlagali, da se lahko H2S storijo enako. Ta hipoteza je pravilna: potopitev v raztopino, ki vsebuje vodikov sulfid, razširjen podgane plovila.
Kot posledica vsega tega dela, ki ga je dal vtis, da H2S, kot tudi ne, da sodeluje pri urejanju krvnega tlaka. Hkrati molekularnih mehanizmov delovanja H2S ostal nerešen. Prvi podatki o teh mehanizmih Dobimo v posameznih celicah žilnih študij in objavljene leta 2001

Te ugotovitve so bile precej nepričakovano: če NE povzroči žilno sprostitev z aktivacijo encima gvanilatciklazo na gladkih mišic je H2S povzroči enak učinek kot popolnoma drugačen način.

Pod vplivom te snovi povečuje prepustnost ti ATP senzitivnih kalijevih kanalov (KATP) - proteinski kompleksi vgrajeni v membrano celic (zlasti vaskularne gladke mišice) in prenosljivih kalijevih ionov. Kot rezultat, izhod kalija iz povečanja celic, njen naboj spreminja, kar ima za posledico nižje prepustnosti druge - Kalcij - kanalov. Posledično je vnos kalcija v celici zmanjša, in to vodi v sprostitev gladkih mišic in vazodilatacije.
Čas je, da se premaknete iz izoliranih celic intaktnih živalih. Uvedba raztopine vodikovega sulfida podganam povzročilo naših eksperimentih znižanje krvnega tlaka - očitno zaradi širjenja arterij in zmanjšuje upor pretoka krvi. Tako je vse več dokazov, je opozoril na dejstvo, da je H2S sodeluje pri uravnavanju krvnega tlaka, ki ga povzroča krvne žile sprostijo. Vendar pa je bilo še vedno potrebno dokazati, da so učinki plina, ko dajemo eksogeno in v formulaciji v žilni steni identična.
Za raziskovanje naravne učinke H2S, smo linijo miši z inaktiviranim ( "izločilno") gena cistationin-gama-liaze. Take živali H2S v krvnih žilah, seveda, ni nastala. V naslednjih petih letih, smo proučevali miši v povezavi s skupinami, ki jih Solomon Snyder iz Johns Hopkins University in Linyun privedli Na Univerzi v Saskatchewan (Kanada). Naša prizadevanja niso bila zaman.

V letu 2008 smo objavili podroben članek, v katerem se je pokazala predvsem, da je naša glodalcev starost plovila Obkladek in krvni tlak (merjen z miniaturni rokavi, ki se nosijo na repu), bistveno poveča. Pri dajanju mišim v tem vodikov sulfid tlak zmanjšal.
Podatki našega dela brez dvoma v tem, da igra H2S ključno vlogo pri uravnavanju krvnega obtoka. Poleg tega so dovoljeni za reševanje eden od trajnih skrivnosti fiziologije. Dejstvo, da je za dolgo časa po oddaji študij Nobelove nagrade za NO je bilo znano, da je tožba enega samo snovi, ni mogoče v celoti pojasniti s širitvijo krvnih žil.

Tako živali z inaktiviranimi genov, ki so odgovorni za tvorbo NO v endotelijskih celicah (plovila notranja lupina), perifernih žilah še vedno ohrani sposobnost, da se sprostijo. Vendar pa narava faktorja vazodilatator ostala skrivnost.
Po naših podatkih je to faktor - H2S. V prvih poskusih smo ugotovili, da je odgovoren za nastanek vodikovega sulfida encima cistationin-gama-liaza v gladkih mišičnih celic, kasneje pa je bilo ugotovljeno v endotelijskih celicah miši, krav in ljudi - tudi v večjih količinah, kot na gladkih mišic. Še vedno ni jasno, kaj je odnos med NO in H2S funkcijo krvnih žil, čeprav nekateri podatki kažejo, da NE povzroča sprostitev pretežno velikih plovil, ki H2S - majhen.

Nova superlekarstvo?

Dokaz vodikovega sulfida v sintezi plovila in njegovo vlogo pri uravnavanju krvnega tlaka je pritegnila pozornost številnih raziskovalcev iščejo nove načine za zaščito srca zaradi ishemičnih poškodb (npr škode zaradi zmanjšanja prekrvavitve, s tem, oskrbe s kisikom povzročajo).

Tipičen primer take škode - miokardnega infarkta, ko postane posode Mrežni srca blokira tromb, in prihaja priložen smrt teh plovil na območju srca. Leta 2006 je Gary Baxter, zdaj delajo na Univerze v Cardiffu (Wales), in soavtorji objavila članek, ki je bil prvič predstavljen podatke o dejanskem vlogo H2S v ishemične poškodbe srca.

V uporabimo izolirano podgana srce, niso pridobljene s krvjo, in slanico, nasičeno s kisikom. Ishemična vzorec Poškodba služil kot prekinitev dotoka raztopine po enem izmed koronarnih arterij (žil srca). Ugotovljeno je bilo, da dodajanje raztopine H2S za nekaj minut, da prekriva arterije zmanjša velikost poškodovanega območja.

Leto kasneje, David Liferov Emory Univerza pokazale, da gensko spremenjene miši povečano nastajanje vodikovega sulfida v srcu bolj odporen proti miokardni ishemiji s koronarno prekrivanje arterij povzročajo, in bolj odporne na poškodbe, pogosto nastanejo po ponovni vzpostavitvi krvnega pretoka (tako imenovani reperfuzijska poškodba).
Ti in drugi podatki kažejo, da se H2S lahko uporablja za preprečevanje in zdravljenje hipertenzije, srčnega infarkta in možganske kapi. Nadalje lahko vazodilatacijo delovanje vodikov sulfid, katerih uporaba in drugih stanj, povezanih z motnjami vaskularnimi funkcije, kot so erektilne disfunkcije (ED). Znano je, da je osnova erekcijo dilatacija penisa in poveča dotok krvi k njej.

"Viagra" učinek je posledica dejstva, da se poveča trajanje delovanja NO na širjenje krvnih žil. Dokazano je, da lahko podoben učinek tudi H2S, čeprav vloga te snovi v moškega reproduktivnega sistema človeka še treba raziskati (to je znano, na primer, da v tkivih penisa proizvaja CO, toda ta plin ne prispeva k erekcijo in ejakulacijo).
Vodikov sulfid se proizvaja le v srca in krvnih žil. Nastaja v živčnem sistemu, ne samo pod vplivom cistationin gama-liaze in drugi encim - cistationin-beta-sintaze. H2S funkcija v živčnem sistemu, ni jasno. Po mnenju nekaterih, lahko igrajo vlogo nevromodulatorja - snov, ki povečuje ali zmanjšuje razdražljivost nevronskih vezij. Morda je H2S vključena v dolgoročne okrepitve - proces, ki omogoča interakcijo med nevroni in igra pomembno vlogo pri učenju in spominu.

Izkazalo se je, da pod vplivom ravni vodikovega sulfida s antioksidanta glutationa povečala v živčnih celicah, ščiti celice pred učinki motečih faktorjev. Končno, lahko H2S igrajo vlogo pri zaznavanju bolečine, da se odziva na škodljive posledice.
Poleg tega lahko vodikov sulfid vpliva na metabolizem, tj biokemijske procese, ki zagotavljajo proizvodnjo in uporabo energije, in sintezo snovi. Presenetljive poskusi Znamka Roth in njegovi sodelavci na Univerzi v Washingtonu se je pokazalo, da miši inhalativen dajanje majhnih odmerkih rezultatov H2S na počasnejšo presnovo in s tem, da je napredovanje nekaterih bolezni.

Srčnega utripa pri teh miših takoj po inhalaciji H2S zmanjšala za polovico, in jih uvajamo v stanju navidezne smrti: metabolične procese tako znižale, da je obstoj živali dovolj kisika in H2S vdihavanje brez škodljivih učinkov. Vtis je bil, da se v tem mirovanja presnovi vodikovega sulfida vzdržujemo pri najmanj za vitalnih organov pri doslej, dokler se ponovno vzpostavi normalno napajanje. 30 minut po prenehanju vdihavanja H2S metabolizem bila obnovljena.
Če je bil vodikov sulfid prekinjena animacija dokazano učinkovit in varen pri ljudeh, bi lahko postala pomemben način sili. Imenovanje žrtev H2S inhalacijskih avtomobilskih nesreč, ali pri bolnikih z miokardnim infarktom bi dal zmagovalni čas, potreben za prevoz do bolnišnice in specializirane oskrbe.

Z se pomoč vodikovega sulfida se lahko vzdržuje v stanju navidezne smrti, ki potrebuje presaditve dokler se ne darovalčevega organa - v resnici je bilo mogoče podaljšati preživetje samih organov.

Lahko si predstavljamo uporabo H2S in v centrih oboroženih spopadov ali naravnih nesreč: vdihavanje tega plina lahko upočasni nujnost po transfuziji krvi pred dobavo zadostnih količin slednje. Vdihavanje vodikovega sulfida bistveno izboljša preživetje pri podganah z izgubo 60% krvi: H2S podgan preživeli v 75% primerov in vodenje - samo 25%.

previden optimizem

To se ne bi smelo šteti, pa je, da vodikov sulfid - odlično zdravilo za vse bolezni. Do sedaj so spori, na primer, da se olajša ali zaostruje vnetje. V našem laboratoriju in drugih, so pokazale, da ima H2S pomembno vlogo pri razvoju sladkorne bolezni I - oblike bolezni, ki se pogosto pojavljajo v otroštvu in vodi do vseživljenjskega odvisnosti od injekcije inzulina.

Ugotovljeno je bilo, da H2S proizvedene v tako imenovanih beta celicah trebušne slinavke, ki izločajo inzulin, in živali s generacijo diabetes mellitus I vodikovega sulfida v takih celic znatno povečala. To ima za posledico po eni strani obsežno izgubo beta celic, in po drugi strani za zaviranje izločanja insulina beta celic preostale. Kot rezultat, izločanje inzulina pade na raven nezadostne za normalno razgradnji glukoze. Tako lahko H2S eden od odgovornih za znižanje ravni inzulina v krvi diabetesa I.
Nekatere pozitivnih učinkov H2S pri podganah in miših ne razmnožujejo v večje živali. Na primer, so francoski raziskovalci, je prikazano v letu 2007, ki ob vdihavanju H2S ovce, za razliko od glodavcev, ne sodijo v stanju navidezne smrti. V drugi študiji, vdihavanje H2S pri pujskih ne vodi do zmanjšanja in povečanja hitrosti presnove.
Tudi če lahko pokličete hidrosulfid mirovanje pri ljudeh, ni znano, ali bo to privedlo do možganske disfunkcije. Res je, da ni pokazala, ampak prenos takih podatkov človekovih duševnih funkcij težko laboratorijske živali takšne kršitve. Nejasno je, ali so shranjene te višje funkcije, kot so spomin in razmišljanje v smislu vodikovega sulfida prekinjena animacijo, ko je življenje mlačno.

Kljub veliki terapevtske možnosti vodikov sulfid povzroči povečano zanimanje farmakologije. Nekaj ​​podjetij se že razvijajo zdravila, ki proizvajajo ta plin v telesu. Tako je italijanska družba CTG Pharma ustanovljena zdravila, ki združujejo lastnosti nesteroidnih protivnetnih zdravil (NSAID) in H2S medijev.

Pri poskusih na živalih, se je pokazalo, da lahko take droge učinkovite pri zdravljenju vnetnih bolezni živčnega sistema in prebavnega trakta, erektilne disfunkcije, koronarne srčne bolezni in vaskularne bolezni. Podjetje Ikaria (New Jersey), eden od njenih ustanoviteljev - Mark Roth, je pred kratkim začela fazo II klinično preskušanje (študija klinične učinkovitosti) v obliki injekcije H2S (ali bolje, Na2S) pri bolnikih s koronarno boleznijo srca ali priprava za operacije na srcu ali pljučih .
Delo v zadnjem desetletju so pokazale, da je vodikov sulfid, katerih vonj nas naredi naravni odpor, je zelo pomembno za normalno delovanje srca in morda tudi možgane in druge organe. Možno je, da ima druge, še ni znanih učinkov. Vse to odpira nova obzorja v razumevanju molekularne osnovi človeške fiziologije in zdravje. Preučevanje učinkov H2S se je šele začelo, vendar že obstajajo vsi razlogi za prepričanje, da bo nekega dne to omogočilo predlagati nove načine, ki se ukvarjajo z neozdravljivimi boleznimi danes.