Hidrogen sulfid - učvršćivanje gas

Prevođenje članka Rui Wang. Rui Wang - profesor biologije i potpredsjednik za istraživanje na Univerzitetu Leykhed, predsjednik fiziološke društva kanadski, vodeći stručnjak na polju metabolizam i fiziološke funkcije niske molekularne plinova težine, koji igraju ulogu plinovitih posrednika - uključujući azot oksid, ugljen monoksid i vodik sulfida.

Naučnici su dokazali da su toksične hidrogen sulfid gasa u velikim količinama (H2S) se proizvodi u malim količinama u tijelu i obavlja mnoge važne funkcije za normalan život.

Neki od njih su navedene u nastavku. Međutim, H2S može imati patološke efekte: na primjer, u prevelike količine smanjuje proizvodnju insulina, i postoje dokazi o anti-upalni učinak.

Zamislite da idete na recepciji u bolnici sa svojim sjajnim čistoćom, temeljito očistiti dezinfekciju rješenje zidova - i odjednom prije nego što možete čuti karakterističan smrad trulih jaja!

Ova situacija čini nevjerovatno, ali je izvor mirisa - hidrogen sulfid (H2S) - može u bliskoj budućnosti postati utakmice bilo hitnoj pomoći.

smrtonosni isparavanje

O toksičnosti sumporovodika (H2S) za osobu koja je vekovima poznata. Trenutno, ovaj gas prvo se odvija na listi otrovnih materija tokom ekstrakcije, pumpanje i preradu nafte i plina. Počnemo da osjetiti miris u vazduhu u koncentraciji jednak 0.0047 ppm.

U koncentraciji od 500 ppm sumporovodika izaziva respiratorne poremećaje, a koncentracija 800 ppm za pet minuta, što je dovelo do smrti. U isto vrijeme, začudo, sumporovodik je od suštinske važnosti za život.
Da bi se shvatilo kako smrdljivom gas postao važna komponenta fizioloških procesa, mentalno brzo naprijed do 250 miliona godina u prošlosti. Onda, na kraju perma perioda, život na Zemlji se održava u ravnotežu - tzv velika izumiranja, postao je jedan od najvećih katastrofa u povijesti naše planete.

U skladu sa najčešćim hipotezu, ona je postala uzrok emisije ugljen-dioksida u masovnim izliv vulkanskih stijena u Sibiru, započeti lančanu reakciju i ekološke promjene dovode do kritične smanjenje razine kisika u vodi okeana.
Takve promjene u sastavu okeana postati štetno za aerobik (kisika) morske vrste, ali doprinijela prosperitetu anaerobnih organizama, a posebno zelene bakterije sumpora.

Brz širenje takvih bakterija je napravio okean trajno učinjeni nepodobnim za najnovije aerobik vrsta kao sumpora bakterija u velikoj količini proizvedene sumporovodik. Na kraju krajeva, to je očigledno da otrovni plin je pušten u zrak, uništavajući zemaljskih biljaka i životinja. Do kraja "velikog izumiranja" ubili 95% morskih vrsta i 70% - tlo.
Moguće je hidrogen sulfid ulogu u fiziološke procese kod ljudi je nasljeđe od tih davnih vremena. Surviving "velikog izumiranja" mogao jedina vrsta u mogućnosti da opstane u hidrogen sulfid atmosferu, a ponekad se može konzumirati. Očigledno, ova sposobnost da se donekle sačuvan u našoj zemlji.

poverenja miris

Hidrogen sulfid (H2S)- nije jedini otrovan gas uključeni u fiziološke procese kod ljudi. 1980-ih godina. Počeli smo da se pojavljuju na podatak da je tijelo se proizvodi u malim količinama azotYmonksida NO. Ubrzo je postalo jasno da on igra ulogu posrednika - signalni molekul koji utječe na funkciju ćelija.

U radu, nagradu za fiziologiju i medicinu 1998 Nobelovu nagradu za, na pokazano je da je azot monoksid je uključen u mnoge fiziološke procese, posebno u regulaciji imunološkog odgovora i prenos signala između neurona, ali i izaziva vazodilataciju. Nakon toga slične funkcije ugljičnog monoksida su otkrivene (CO) - smrtno opasna supstanca je bez boje i mirisa, poznatiji kao ugljen-monoksidom.

Studija fiziološku ulogu CO i NO

Proučite fiziološku ulogu CO i NO me je dovelo da vjeruju da je tijelo može biti ostali plinoviti posrednika. Kao rezultat konstantnog razmišljanja o ovoj temi u ljeto 1998. godine sam konačno posjetio ideju da takav Medijator može biti H2S. Vraćajući neke veze sa radom, osjećao sam se kao kod kuće neprijatan miris.

Ispostavilo se da je on nastavio sa stakla kabineta gdje je držao naše porodično zlato, odnosno pokvariti uskršnja jaja, koje je moja najstarija kćerka je naslikao kao školski zadatak. U to vrijeme sam imao pitanje, a ako sumporovodika se proizvodi u pokvarena jaja, ili ne može biti proizvedena u ljudskim organima i tkivima?
Od moje istraživanje CO i NO se bavio efektima ovih gasova na kardiovaskularni sistem, odlučio sam da provede sličan studiju o efektima H2S. Izbor pokazao uspješnim.

Sumporovodika se nalazi u krvnim sudovima

Prvi eksperimenti vrše naši tim, utvrđeno je da sumporovodika se nalaze u niskim koncentracijama u krvnim sudovima pacova. U mjeri u kojoj fiziološke karakteristike glodavaca i ljudi je vrlo sličan, bilo je pretpostaviti da se formira gas i ljudskih plovila.

Ovaj nalaz je ohrabrujuće, međutim, da bi privukli zaključke o fiziološke uloge H2S jednostavnu izjavu o činjenici njegovog prisustva u vaskularnog zida nije bilo dovoljno.
U narednoj fazi bilo je potrebno istražiti mehanizme formiranja sumporovodik.

Enzim cistationina gama-liaza

Našu pažnju je privukla enzim cistationina-gama-liaza, je uključena u formiranje H2S u bakterija. U ranijim studijama je pokazano da se nalazi u jetri, gdje se igra ulogu u formiranju pojedinih sadrže sumpor aminokiselina ( "gradivni blokovi" koji čine proteina). U isto vrijeme, nije bilo dokaza o postojanju cistationina-gama-liaza u vaskularnog zida. Kao što se očekivalo, dobili smo podatke. Utvrđeno je da je u posudama djelovanjem cistationina gama-liaza od amino kiseline L-cistein proizvodi sumporovodik, amonijak, i pyruvic kiseline.

Koja je uloga plina u posudama.

Dakle, izvor H2S u vaskularnog zida je instaliran. Sada je važno da saznamo šta ulogu ove igra u posude za gas. Znajući da NE uzrokuje opuštanje vaskularnih mišića, predložili smo da H2S da učine isto. Ova hipoteza je bio u pravu: potapanja u rastvor koji sadrži sumporovodik, pacovi plovila proširiti.
Kao rezultat svega ovoga rada je dao utisak da H2S, kao i NO, učestvuje u regulaciji krvnog pritiska. U isto vrijeme molekularni mehanizmi djelovanja H2S ostalo je neriješeno. Prvi podaci o tim mehanizmima dobijeni su u izolovanim ćelijama vaskularnih studija i objavljen u 2001. godini

Ovi nalazi su bili prilično neočekivano: ako NE uzrokuje vaskularne opuštanje aktiviranjem enzima gvanilat ciklaze glatke muskulature, u H2S izaziva isti učinak kao potpuno drugačiji način.

Pod dejstvom ove supstance povećava propusnost tzv ATP-osjetljive kalij kanala (KATP) - protein kompleksa ugrađene u membrane ćelija (posebno vaskularnih glatkih mišića) i transmisivni kalij iona. Kao rezultat toga, izlaz kalijuma iz povećava ćelije, njegova punjenja varira, što je rezultiralo nižim propusnost drugima - kalcijum - kanala. Kao posljedica toga, ulazak kalcija u ćeliju se smanjuje, a to dovodi do opuštanja glatkih mišića i vazodilatacije.
To je vreme da se krene iz izolovanih ćelija netaknuta životinja. Uvođenje sumporovodika rješenje štakora rezultiralo u našim eksperimentima za smanjenje pritiska krvi - očigledno zbog proširenja arterija i smanjuje otpor protoku krvi. Prema tome, sve veći broj dokaza ukazuje na činjenicu da H2S je uključen u regulaciji krvnog pritiska, izazivajući krvne žile opustiti. Međutim, to je još potrebno da se dokaže da su efekti plina kada se daje egzogeno i u formulaciji u vaskularnog zida su identični.
Kako bi istražio prirodne efekte H2S, uzeli smo liniju miševa s inaktiviranim ( "nokaut") gena cistationina-gama-liaza. Takve životinje H2S u krvnim sudovima, naravno, nije formiran. U narednih pet godina, studirao smo miševi u kombinaciji sa timovima na čelu Solomon Snyder Johns Hopkins University i Linyun Na Univerzitetu u Saskatchewan (Kanada). Naši napori nisu bili uzaludni.

U 2008. godini, objavili smo detaljan članak u kojem je pokazao posebno da je naša glodara starosti plovila sužavaju i krvni pritisak (mjereno minijaturni rukave, nosi na rep), značajno povećava. Kada se primjenjuje na miševima u ovom hidrogen sulfid pritisak smanjio.
Podaci našeg rada ostavio nikakve sumnje u činjenici da H2S igra ključnu ulogu u regulaciji cirkulacije krvi. Osim toga, dozvoljeno im je da riješe jedan od višegodišnjih misterije fiziologije. Činjenica da dugo nakon dodjele studija Nobelove nagrade NO je poznato da je akcija jedne samo supstance ne može u potpunosti objasniti širenje krvnih sudova.

Dakle, životinje sa inaktiviranim gena odgovornih za formiranje NO u endotelnim ćelijama (plovila unutarnje ljuske), periferne sudova i dalje zadržati mogućnost da se opustite. Međutim, priroda faktora vazodilatatornih ostala misterija.
Prema našim podacima, ovaj faktor - H2S. U prve eksperimente, našli smo odgovorni za formiranje sumporovodika enzima cistationina-gama-liaza u glatke mišićne ćelije, ali kasnije je utvrđeno u endotelne stanice miševa, krave i ljudi - čak u većim količinama nego u glatke mišiće. Ostaje nejasno kakav je odnos između NO i H2S funkcija vazodilatator, iako su neki podaci ukazuju na to da NE uzrokuje relaksaciju pretežno velikih krvnih žila, a H2S - mali.

Novi superlekarstvo?

Otkrivanje sumporovodika u sintezi plovila i svoju ulogu u regulaciji krvnog pritiska je privukao pažnju mnogih istraživača u potrazi za novim načinima da se zaštiti srca od ishemijskog oštećenja (i.e. štete uzrokovane smanjenjem dotoka krvi, dakle, dotok kisika).

Tipičan primjer takve štete - infarkta miokarda, kada plovila snabdevanje srca postaje blokiran od strane tromba, a isporučuje sa smrću tih sudova srca područja. U 2006. godini, Gary Baxter, sada radi na Sveučilište u Cardiffu (Wales), i koautora objavio članak koji je prvi put predstavljen podaci o korisnim uloge H2S u ishemijskog oštećenja srca.

U je korištena izolovana srca pacova, ne isporučuje se s krvlju, i slane vode, zasićene kiseonikom. Ishemijska model ozljede služio kao prestanak priliva rješenja prema jednom od koronarnih arterija (krvnih sudova snabdevanje srca). Utvrđeno je da dodatak rješenje H2S za nekoliko minuta da se preklapa arterija smanjuje veličinu oštećeno područje.

Godinu dana kasnije, David Liferov Emory University je pokazalo da je genetski modifikovane miševe povećane proizvodnje sumporovodika u srcu otpornije na ishemije zbog koronarne arterije preklapanja, i otporniji na oštećenja, često nastao nakon obnove protoka krvi (tzv reperfuzije povrede).
Ovi i drugi podaci ukazuju na to da H2S se može koristiti za prevenciju i liječenje hipertenzije, infarkt miokarda i moždani udar. Nadalje, vazodilatirajućih djelovanje sumporovodika mogu se koristiti i druge uvjete povezane sa vaskularnim poremećajima funkcije, kao što su erektilna disfunkcija (ED). Poznato je da je osnova erekcije je dilatacija penisa i da se poveća dotok krvi nju.

"Viagra" efekat je uzrokovano činjenicom da se povećava trajanje djelovanja NO na širenju krvnih sudova. Postoje dokazi da je sličan efekt može imati H2S, iako je uloga ove supstance u muškog reproduktivnog sistema još jednog čovjeka da se istražiti (što je poznato, na primjer, da u tkivima penisa proizvodi CO, ali ovaj gas ne doprinosi erekcije i ejakulacije).
Sumporovodika se proizvodi ne samo u srce i krvne sudove. Se proizvodi u nervni sistem, ne samo pod djelovanjem cistationina gama-liaza i drugih enzima - cistationina-beta-sintaze. H2S funkcija u nervni sistem nije jasno. Prema nekim, to može igrati ulogu neuromodulatora - supstanca koja povećava ili smanjuje razdražljivost neuronskih krugova. Možda, H2S je uključen u dugoročne potenciranje - proces koji olakšava interakciju između neurona i igra ulogu u učenje i pamćenje.

Pokazano je da pod djelovanjem razinu sumporovodika u antioksidans glutation porasla u nervnim ćelijama, štiti ćelije od posljedica uznemirujuće faktora. Konačno, H2S može igrati ulogu u percepciji bola, pružajući odgovor na negativne efekte.
Osim toga, sumporovodik može utjecati na metabolizam, tj biohemijske procese koji pružaju proizvodnju i korištenje energije i sintezu supstanci. Iznenađujuća eksperimenti Marka Roth i njegove kolege na Sveučilištu u Washingtonu je pokazalo da su miševi inhalaciona administracija male doze H2S rezultira sporijim metabolizam i na taj način, do progresije nekih bolesti.

Puls u ovim miševa odmah nakon udisanja H2S pao za pola, i oni su prošli u stanje hibernacije: metaboličkih procesa tako odbio da postojanje životinja bilo dovoljno kisika i H2S udisanja bez neželjenih efekata. Utisak je da tokom ovog zimskog sna metabolizam sumporovodika se održava na minimum za vitalnih organa u do sada, dok se normalno napajanje je obnovljena. 30 minuta nakon prestanka udisanja H2S metabolizma je obnovljena.
Ako je hidrogen sulfid zamrznut u vremenu dokazano efikasan i siguran za ljude, to bi moglo postati moćan način za hitne slučajeve. mogli bi pobjednički vrijeme potrebno za prijevoz do bolnice i specijalistička njega imenovanje H2S udisanja žrtve saobraćajnih nesreća, ili bolesnika s infarktom miokarda.

Uz pomoć sumporovodika može se održavati u stanju hibernacije potrebna transplantacija do donora organa - u stvari, to je moguće produžiti održivost samih organa.

Može se zamisliti korištenje H2S i u centrima oružanih sukoba ili prirodnih katastrofa: udisanje ovog gasa mogla odgoditi hitnost transfuzije krvi prije isporuke dovoljne količine ovog drugog. Udisanje sumporovodika značajno poboljšava preživljavanje u štakora s gubitkom od 60% od krvi: H2S štakora preživio u 75% slučajeva i kontrole - samo 25%.

oprezni optimizam

To ne bi trebalo uzeti u obzir, međutim, da sumporovodik - savršen lijek za sve bolesti. Do sada postoje sporovi, na primjer, da je to olakšava ili pogoršava upalu. U našoj laboratoriji i drugi su pokazali da H2S igra važnu ulogu u razvoju dijabetesa I - oblika bolesti, često se javlja u djetinjstvu i dovodi do doživotnog zavisnosti od injekcije insulina.

Utvrđeno je da je H2S proizvodi u tzv beta-ćelije pankreasa koje luče inzulin, i životinje sa šećernom bolešću I generacije sumporovodika u takve ćelije dramatično povećao. To rezultira, prvo, veliko gubitak beta ćelija, a drugo da suzbije oslobađanje inzulina beta ćelija preostale. Kao rezultat toga, lučenje inzulina padne na nivo nedovoljna za normalan razgradnje glukoze. Dakle, H2S može biti jedan od onih koji su odgovorni za smanjenje razine inzulina u krvi dijabetes I.
Neki od korisnih efekata H2S u štakora i miševa ne razmnožavaju u većim životinja. Na primjer, francuski istraživači su pokazali 2007. godine kada se udiše H2S ovce, za razliku od glodara, ne spadaju u stanje hibernacije. U drugoj studiji, udisanje H2S u prasadi ne dovodi do smanjenja i povećanja metabolizma.
Čak i ako možete nazvati hydrosulfide hibernacije kod ljudi, nije poznato da li će to dovesti do disfunkcije mozga. Istina, to se ne otkriva, ali prenositi te podatke ljudskih mentalnih funkcija teško laboratorijskih životinja takve povrede. Nejasno je da li je čuvaju kao što više funkcije poput pamćenja i razmišljanja u smislu sumporovodika hibernacije kada je život je mlaka.

Ipak, velike terapijske mogućnosti sumporovodika uzrokovati povećan interes u farmakologiji. Nekoliko firmi već razvijaju lijekova koje proizvode ovaj gas u organizmu. Tako je italijanska firma CTG Pharma osnovana lijekova koji kombiniraju svojstva nesteroidni protuupalni lijekovi (NSAID) i H2S medija.

U eksperimentima na životinjama, pokazano je da takva lijekovi mogu biti efikasni u liječenju upalnih bolesti nervnog sistema i gastrointestinalnog trakta, erektilna disfunkcija, koronarne bolesti srca i krvnih bolesti. A firma Ikaria (New Jersey), jedan od osnivača - Mark Roth, nedavno je pokrenuo faza II kliničkog ispitivanja (studija kliničke efikasnosti) u obliku injekcije H2S (ili bolje rečeno, Na2S) kod bolesnika sa koronarnom bolesti srca ili se pripremaju za rad na srce ili pluća .
Rad u protekloj deceniji su pokazala da sumporovodik, čiji miris nas čini prirodnu averziju, izuzetno je važno za normalno funkcioniranje srca, a možda i mozak i druge organe. Moguće je da ima i drugih, još nije poznat efekte. Sve to otvara nove horizonte u razumijevanju molekularne osnove ljudske psihologije i zdravlja. Proučavajući efekti H2S je tek počela, a već ima puno razloga da se vjeruje da će jednog dana to će omogućiti da predloži nove načine suočavanja sa neizlječivih bolesti danas.