Токсични газове в мозъка Мозък; Психо
Азотният оксид, въглеродният окис и сероводородът са отровни газове. Още по-изненадващо е, че тялото не само го произвежда, но и че изпълнява основни функции, включително в мозъка.
Някои газове, като азотен оксид (NO), въглероден оксид (CO) и сероводород (H2S), участват в много функции в тялото. И все пак във високи концентрации те са токсични.
Древните гърци вярвали, че във вените ни тече „животински дух“. Казва се, че тази пневма (дух) е жизненоважна сила, особено активна в мозъка, сърцето и черния дроб. Днес ние отхвърляме този тип теория. Може би малко прекалено бързо, защото учените са открили вещества в телата ни, които се държат като пневма: газове - азотен моноксид, въглероден оксид и сероводород - контролират метаболитните реакции, важни в нашите клетки и органи.
Поради централната си роля на сигнални молекули, те сега са групирани в класа на „газовите предаватели“ или дори газообразните невротрансмитери. Вече е много изненадващо, че молекулите на газа могат да служат като сигнални молекули, но освен това трите споменати газа са сред най-токсичните известни вещества !
Историята на откриването на газовите предаватели започва с азотен оксид (NO), който е един от азотните оксиди. През 1980 г. специалистът по сърдечно-съдовата система Робърт Фърчгот (1916-2009) от Държавния университет в Ню Йорк показа, че летливо вещество, отделяно от ендотелни клетки, нареждащи кръвоносни съдове, отпуска мускулите, които заобикалят съдовете, като по този начин понижава кръвното налягане. Това загадъчно вещество, произведено от тялото, но което отдавна е скрито от всички анализи, първо е известно като edrf (за релаксиращ фактор, получен от ендотел, релаксиращ фактор, освободен от ендотела). Нито Фърчгот, нито колегата му Луис Игнаро от Калифорнийския университет в Лос Анджелис, който също работи по въпроса, не успяха да идентифицират веществото.
Агресивно вещество
Ферид Мурад от Тексаския университет в Хюстън беше този, който реши загадката. Този фармацевт се интересува от механизма на действие на нитроглицерина, основата на динамита, който се използва от 19-ти век като лечение на сърдечна болка. Дори стенокардията на Алфред Нобел (1833-1896), изобретателят на динамит и основател на наградата, която носи неговото име, е била лекувана с лекарството. Той коментира с учудване това в едно от писмата си: „Иронично е, че ми предписват нитроглицерин. Наричат го „тринитрин“, за да не притесняват фармацевтите и обществеността! "
Ф. Мурад открива, че самият той не е нитроглицерин, а отделяният от него азотен оксид отпуска мускулите около коронарните артерии. Поради това през 1986 г. Furchgott и L. Ignarro предположиха, че произведеният от тялото frFr може да бъде и азотен оксид, хипотеза, потвърдена година по-късно. За първи път е доказано, че газът играе важна физиологична роля. Фърчгот, Л. Игнаро и Ф. Мурад получиха Нобелова награда за физиология или медицина през 1998 г. за откриването на азотен оксид, сигнална молекула в кръвоносната система.
Молекулата на азотния оксид е много агресивна. Като радикал той носи несдвоен електрон и следователно е много реактивен и има кратка продължителност на живота (няколко секунди). Този дразнещ и вреден газ присъства естествено в земната атмосфера, но се съдържа и в отработените газове, в някои индустриални емисии, както и в цигарения дим. Това е вреден агент за околната среда. Затова беше още по-удивително да открием, че много организми - от бактерии до хора - произвеждат този газ и го използват като сигнална молекула.
Пратеници, които пресичат мембрани
Нейната физиологична ефективност е, че тази електрически неутрална молекула е разтворима както във вода, така и в мазнини. Той може лесно да се движи в клетките, но също така да пресича липидните мембрани и да действа върху съседните клетки. Следователно азотният оксид е доста различен от другите невротрансмитери като ацетилхолин, глутамат, допамин, пептиди или хормони. Всъщност другите невротрансмитери се съхраняват в липидни везикули и се освобождават в пространствата, които разделят невроните, синапсите. Молекулата на азотния оксид не работи по същия начин: тя не може да се съхранява във везикули и от мястото на нейното производство се разпространява във всички посоки навътре и навън извън клетките. Тъй като е много малък в сравнение с други молекули, той бързо се дифузира и достига много цели, въпреки краткия си живот. Можем да изчислим, че всяка молекула азотен оксид дифузира над 300 микрометра и по този начин може да достигне два милиона синапса.
Нашето тяло използва токсичността на азотния оксид (не). По този начин макрофагите на имунната система и микроглиалните клетки на мозъка го използват за борба с микроорганизми, паразити или дори туморни клетки. Азотният оксид може да реагира с водороден прекис (h2o2), произведен също от нашите тела, за да образува пероксинитритния йон (onoo–), който е още по-агресивен. Оксидативният стрес, предизвикан от тази "газова война", разрушава клетъчните мембрани, блокира важни ензими и унищожава нарушителите.
Въпреки това, масивна локална атака от азотен оксид може също да увреди здравите клетки и да причини възпаление. Твърде голямото производство от нашето тяло може да предизвика метаболитни заболявания като диабет, но също и инсулт, мигрена, епилепсия, както и невродегенеративни заболявания като болестта на Паркинсон или болестта на Алцхаймер.
Химическо оръжие на тялото
Доказано е, че въглеродният оксид (co) е друг газообразен предавател. Тази молекула се получава при непълно изгаряне на дърва или въглища или от автомобилни двигатели, чиито отработени газове съдържат до четири процента въглероден окис. Подобно на азотния оксид, въглеродният оксид е много токсичен. Еднопроцентната концентрация на въглероден окис във въздуха е фатална за минути. Този безцветен, без мирис и запалим газ е особено опасен, защото не може да бъде открит и може да експлодира. Това е фатално, защото блокира транспорта на кислород в кръвта: свързва се с кислородния транспортер, хемоглобин, с афинитет 200 пъти по-силен от кислорода, така че хемоглобинът вече не може да транспортира този жизненоважен газ: клетъчното дишане спира.
Въглеродният окис е метаболитен отпадък, отделян от белите дробове, но газът не е просто отпадък. Също така се произвежда от ензими, за да служи като сигнална молекула. Например, ензимите на хем оксигеназата произвеждат въглероден оксид чрез прерязване на ядрото на хема с кислород и други кофактори (виж страничната лента). Докато хем оксигеназа 1 работи в далака и черния дроб, хем оксигеназата 2 се произвежда най-вече в мозъка.