Сигаретный дым оказался вреднее аэрозоля электронных сигарет для легочных клеток человека
Аэрозоль электронных сигарет оказывает меньше вредного действия на культуру легочных клеток человека, чем эквивалентная доза сигаретного дыма. В эксперименте сигаретный дым увеличивал частоту биения ресничек и приводил к высвобождению провоспалительных цитокинов, тогда как при воздействии аэрозоля вейпа подобных изменений не наблюдалось. Исследование опубликовано в журнале Toxicology Research and Application.
В 2017 году во всем мире насчитывалось около одного миллиарда курильщиков сигарет. Поскольку для многих людей сложно сразу бросить курить в силу привычки и зависимости, многие медицинские сообщества считают, что переход таких людей на электронные сигареты — лучший вариант в поэтапной терапии никотиновой зависимости (однако без медицинской поддержки эта стратегия не работает). Всемирная организация здравоохранения, однако, заявляет, что эти устройства вредны для здоровья и небезопасны, одновременно отмечая, что «пока еще слишком рано давать четкий ответ об их долгосрочном воздействии».
Различные исследования говорят как о положительных, так и об отрицательных эффектах электронных сигарет по сравнению с обычными сигаретами. Так, Королевский колледж врачей утверждает, что «опасность для здоровья, возникающая при длительном вдыхании паров, вряд ли превысит 5 процентов вреда от курения табака». В то же время, есть доказательства того, что глицерин из электронных сигарет провоцирует рост биопленок во рту и так способствует воспалению, и это лишь один из многих негативных эффектов, о которых сообщают врачи и ученые.
Научная группа Imperial Brands PLC под руководством Гэри Филлипса (Gary Phillips) в сотрудничестве с Халидом Амином (Khalid Amin) из медицинского центра Университета Миннесоты решила выяснить, какие эффекты оказывает пар из электронных сигарет и табачный дым на трехмерную культуру легочной ткани, полученной от здорового некурящего европейца. В качестве эталона электронной сигареты использовался испаритель MyBlue со следующим составом жидкости: 2,78 процента черничного ароматизатора; 2,42 процента никотина, 55,82 процента пропиленгликоля, 38,98 процента глицерина.
Для исследования эффектов табачного дыма использовались сигареты 3R4F c ацетатцеллюлозным фильтром и выходом смолы 9,4 миллиграмма. Для нагнетания дыма и аэрозоля в систему использовалась курительная машина, в которой их можно было разбавлять с помощью воздуха. Всего в эксперименте использовалось 24 образца легочной ткани, по восемь в каждой группе — воздух, испаритель и сигарета. Измеряемые показатели оценивались через четыре и 48 часов после экспозиции.
Для измерения жизнеспособности клеток использовали нетоксичную водорастворимую соль тетразолия (WST-8). При ее взаимодействии с ферментами дыхательной цепи митохондрий клеток происходит восстановление красителя с образованием формазамов (производных муравьиной кислоты), имеющих оранжевый цвет. Цитотоксичность (степень вреда, наносимого клетке) определяли с помощью измерения аденилаткиназы — фермента, участвующего в энергетическом метаболизме, который высвобождается клетками при их повреждении.
Барьерную целостность каждой ткани оценивали с помощью трансэпителиального электрического сопротивления, а для оценки функциональной активности ткани исследовалась частота биений ресничек. Помимо этого исследовались уровни цитокинов и гистологические изменения.
Наблюдалась сигмоидальная зависимость доза-ответ между воздействием сигаретного дыма и цитотоксичностью. Также наблюдалась значимая (р < 0,0001) линейная зависимость доза-ответ между сигаретным дымом и жизнеспособностью клеток.
При эквивалентных уровнях осаждения после 100 затяжек сигаретного дыма в клетках было достоверно больше никотина (р < 0,05), чем после такого же количества затяжек электронной сигареты. (69,5 ± 4,5 микрограмма на миллилитр против 28,9 ± 4,3 микрограмма на миллилитр).
Барьерная целостность тканей после четырех и 48 часов от воздействия сигаретного дыма была значительно ниже, чем в группах воздуха и электронной сигареты. Однако через четыре часа после воздействия аэрозоля электронной сигареты значения трансэпителиального электрического сопротивления оказались достоверно выше (р < 0,005) показателей в группе воздуха.
После воздействия сигаретного дыма частота биения ресничек значительно увеличивалась через четыре часа и оставалась высокой через 48 часов (р < 0,005) по сравнению с эквивалентным временем воздействия воздуха и аэрозоля электронных сигарет. Между группами аэрозоля и воздуха существенной разницы не наблюдалось. При гистологическом исследовании никаких различий между всеми тремя группами найти не удалось, то есть органических нарушений не наблюдалось ни в одной группе.
Существенного влияния ни на один из измеренных цитокинов ни в одной группе не наблюдалось. Однако по сравнению с эквивалентными по времени воздушными контролями воздействие сигаретного дыма приводило к увеличению концентрации шести из девяти цитокинов через четыре часа, а к 48 часам уровни всех цитокинов оказались выше контрольных значений. При этом не было существенного влияния аэрозоля электронной сигареты на концентрацию воспалительных цитокинов в течение четырех часов по сравнению с эквивалентным временем, сопоставимым с контролем воздуха.
Помимо этого сигаретный дым активировал многие патофизиологические процессы, включая окислительный стресс и воспаление, тогда как аэрозоль электронной сигареты этого не делал. В целом, изменения в профиле экспрессии генов легочных клеток после воздействия аэрозоля были незначительными, а спустя 48 часов и вовсе пропадали.
Таким образом, это исследование дополняет знания о воздействии табачного дыма и аэрозоля электронных сигарет. Из весомых ограничений исследования следует отметить, что экспериментальная культура легочной ткани получена от одного взрослого здорового европейца и необходимы дополнительные исследования с культурами тканей людей из разных частей света, разного возраста и пола.
Курение запускает многие процессы в организме. Оно ответственно не только за онкологию и заболевания легких, но и за целый ряд других биохимических процессов. Подробнее о них вы можете прочитать в нашем материале «Биохимия курильщика».
Вячеслав Гоменюк
Для этого растению понадобилось 15 минут
Японские ученые отследили механизм работы белков семейства LAZY, занимающих ключевое место в восприятии силы тяжести растениями. В покое белки экспонированы на поверхности статолитов — органелл, имеющих высокую плотность и лежащих из-за этого в нижних частях клетки. Но наклон ростков резуховидки Таля приводил к тому, что статолиты перемещались в новые нижние участки клетки, оставляя отпечаток из белков LAZY. Белки, перенесенные с мембраны статолитов на цитоплазматическую мембрану, маркируют новое направление роста и изгиба корня. Исследование опубликовано в журнале Science. У корней большинства высших растений выражен гравитропизм, то есть движение в сторону источника силы тяжести. За гравитропизм корней отвечают клетки-статоциты, входящие в состав корневого чехлика. В них находятся органеллы статолиты — родственники хлоропластов, заполненные крахмалом и лежащие в нижней части клетки из-за более высокой, чем у цитоплазмы, плотности. Статолиты маркируют направление изгиба и роста корня, поскольку клетка экспортирует фитогормон ауксин в ту сторону, куда указывают органеллы, а ауксин вызывает растяжение клеток (по такому принципу поворачиваются растения подсолнечника в течение дня) и стимулирует их деление. Все эти детали были известны еще 50 лет назад, но механизмы, связывающие оседание статолитов и направление транспорта ауксина, за прошедшее время так и не были расшифрованы. Впрочем, было установлено, что белки семейств LAZY и RLD имеют отношение в гравитропизму, ведь корни растений, у которых выключены эти гены, перестают расти вниз. Молекулярные биологи и физиологи растений из нескольких университетов США и Японии при участии Миё Тэрао Морита (Miyo Terao Morita) из Национального института фундаментальной биологии в Окадзаки сосредоточились на изучении работы двух белков семейства LAZY — LZY3 и LZY4 — в корневом чехлике резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Анализ аминокислотной последовательности LZY3 и LZY4 показал, что у белков нет трансмембранного домена для заякоривания в мембране, зато есть гидрофобные и положительно заряженные участки для взаимодействия с фосфолипидами внутреннего слоя мембраны. Точечные мутации в этих участках белков нарушали гравитропизм у ростков резуховидки. Поскольку белок с таким строением неспособен прочно фиксироваться в мембране, но при этом критически важен для гравитропизма, то, предположили биологи, он может слабо прикрепляться попеременно к плазматической мембраной и к гликолипидам внешней мембраны статолитов. И действительно, LZY3 и LZY4 были обнаружены на поверхности обеих мембран. Далее ученые при помощи конфокальной микроскопии отследили, как меняется распределение LZY4 в живой клетке после наклона ростков на 90-135 градусов. Уже спустя три минуты статолиты оказывались в нижней части клетки. Через 15 минут обнаружились метки LZY4 на прилежащем участке плазмалеммы, а первые признаки изменения формы корня появились через полчаса с начала эксперимента. Помимо воздействия гравитацией, ученые подвигали амилопласты внутри живых клеток при помощи оптического пинцета, чтобы исключить, что полярность клетки управляется какими-либо другими органеллами, имеющими высокую плотность. Как и в эксперименте с наклоном ростка, через несколько минут флуоресцентная метка, пришитая к LZY4, переходила с пластид на плазматическую мембрану. После оседания LZY на мембране с ним связывались белки семейства RLD, которые, в свою очередь, привлекают на мембрану белки-экспортеры ауксина. Таким образом, японские ученые описали еще один механизм механорецепции живыми организмами. По словам авторов статьи, принцип работы LAZY-зависимых сенсоров, чувствующих направление силы притяжения, но не ее величину, похож на работу «аналогового» инклинометра. Человеческие же проприорецепторы, полукружные канальцы и отолитовые органы работают как акселерометры, детектирующие линейное или угловое ускорение при движении головы, внутренних органов или мышц. Подробнее о принципе их работы можно прочитать в нашем материале «Премия за самочувствие». Градиент ауксина в корне влияет на только на его рост в физиологических условиях, но и, к примеру, на заживление ран.