Что вызывает сероводород у человека
Что вызывает сероводород у человека
Сероводород — токсичный газ, который похож на запах «тухлых яиц», «вонючих бомб» домашнего приготовления, но на рабочем месте это одна из основных причин случаев внезапной смерти. Его превосходные предупреждающие обонятельные свойства теряются при высоких концентрациях, что чревато незаметной сильной экспозицией и тяжелой интоксикацией. Сероводород — побочный продукт органического разложения (например, в канализационных коллекторах), в нефтяной промышленности, при дублении, вулканизации каучука и в производстве тяжелой воды.
Сообщалось о тяжелых интоксикациях и смертных случаях в плохо проветриваемых помещениях после взбалтывания подземных резервуаров для навозной жижи, добавления серной кислоты в канализационные трубы и соляной кислоты в отстойник, очистки пропановых резервуаров и после входа как жертв, так и спасателей в канализационный коллектор и в корабельные трюмы с рыбной мукой. Профессии, при которых происходит экспозиция к сероводороду, перечислены в таблице ниже.
Отек легких — частое осложнение серьезных интоксикаций, тогда как при более низких уровнях экспозиции развиваются раздражение верхних дыхательных путей, кератоконъюнктивит и неспецифические недомогания (например, головная боль, тошнота, головокружение).
а) Физические свойства. Сероводород — бесцветный газ тяжелее воздуха (1,19) с резким запахом «тухлых яиц», обнаруживаемым при 0,2 — 0,3 ppm. Он горит синим пламенем, разлагаясь на воду, двуокись серы и элементарную серу. При физиологических рН приблизительно 1/3 H2S существует в недиссоциированной форме (H2S), а оставшаяся часть — в виде гидросульфидного аниона (HS-). Очень незначительная часть H2S существует в виде сульфидного аниона (S2-). Растворимость в воде при 40 °С умеренная (186 мл в 100 мл воды). В карманах отравившихся сероводородом находят почерневшие монеты.
б) Источники сероводорода. Сероводородный газ образуется при добавлении разбавленных серной или соляной кислот к сульфиду железа или в результате реакции водорода с элементарной серой. Природные источники включают подземную эмиссию (например, в пещерах), вулканы и бактериальное разложение серы в почве и в желудочно-кишечном тракте (незначительные количества). При гниении органических серосодержащих продуктов (например, рыбы, сточных вод, навоза) и выливании кислоты в сточные воды выделяется сероводород.
в) Острые токсичные уровни сероводорода. Большая часть смертельных случаев происходит на месте происшествия. Пациенты, у которых по прибытии в больницу наблюдаются витальные признаки, обычно выживают, если только нет тяжелой гипоксической энцефалопатии. Правительственные регламентирующие установки ограничивают экспозицию к H2S (максимально допустимая концентрация) уровнем менее чем 10 ppm в течение 10 мин, а при содержании в воздухе более 50 ppm обязательна эвакуация. В таблице ниже приведены уровни экспозиции. Запах ощутим уже при 0,2 — 0,3 ppm, а четко определенный запах появляется при 20 — 30 ppm, но при концентрациях от 100 до 150 ppm развивается обонятельный паралич.
При концентрациях между 150 и 300 ppm наблюдается сильное раздражение дыхательных путей и глаз [тонический блефароспазм, кератоконъюнктивит, неясность зрения, «газовые глаза», сопровождающиеся поражением слизистых оболочек, бронхитом и отеком легких. Тяжелая системная токсичность развивается при концентрациях выше 500 ppm (головная боль, тошнота, рвота, слабость, дезориентация, кома в течение 30 мин после экспозиции).
г) Токсикокинетика. Сероводород прежде всего дыхательный токсин, так как его чрескожное всасывание крайне незначительно. Неорганические сульфиды присутствуют в организме лишь в небольших количествах (0,05 мг/л). Токсикокинетика сероводорода не изучалась на человеке. У животных после парентерального введения выведение сероводорода легкими минимально. Выводится сероводород путем окисления до сульфата, метилирования и реакцией с ме-таллопротеинами или белками, содержащими дисульфид. Детоксикация сероводорода осуществляется быстро (85 % летальной дозы за 1 ч у животных), основные участки детоксикации — красные кровяные тельца и митохондрии печени.
Следовательно, сероводород не является ядом кумулятивного действия. Эндогенный сульфид окисляется преимущественно до тиосульфата, и незначительная часть выделяется в неизмененном виде через легкие и с мочой. При отравлении сероводородом сульфгемоглобин не образуется.
д) Патофизиология отравления сероводородом:
— Данные аутопсии. Аутопсия выявляет такие неспецифические симптомы, как гиперемия внутренних органов, рассеянные петехии и геморрагический отек легких. В документально удостоверенных сообщениях о смертных случаях, вызванных отравлением сероводородом, отмечаются зеленоватый оттенок серого вещества, внутренних органов и бронхиальных выделений, но это окрашивание может исчезнуть после инъекции формалина. Зеленый цвет может быть следствием денатурации продукта соединения серы и гемоглобина.
На срезах ткани может ощущаться запах сульфидов, возможно ускорение автолиза тканей. В большинстве случаев, но не во всех, при вскрытии выявляют отек легких.
е) Клиника отравления сероводородом:
— Острые эффекты. При больших дозах центральная нервная система поражается в первую очередь, а при продолжительной экспозиции появляются симптомы раздражения глаз и дыхательных путей. Угнетение центральной нервной системы обусловливает головную боль, летаргическое состояние, головокружение, горизонтальный или вертикальный нистагм и кому; сочетание рвоты и угнетения ЦНС может привести к аспирационной пневмонии. В одной большой серии наблюдений были отмечены следующие симптомы тяжелой экспозиции (в порядке убывающей частоты): потеря сознания, головокружение, тошнота, рвота, головная боль, фарингит, конъюнктивит, мышечная слабость конечностей, одышка, судороги, отек легких, цианоз и кровохарканье. Почти 5 % пациентов умирали по прибытии в больницу.
Способность сероводорода вызвать местные раздражения индуцирует кератоконъюнктивит, ринит, фарингит, бронхит, пневмонию и отек легких. Наблюдаются симптомы поражения сердца: аритмии, угнетение миокарда, дефекты проведения и аномальная желудочковая реполяризация.
— Хронические эффекты. При хронических экспозициях к сероводороду отмечаются головная боль, слабость, тошнота, рвота и снижение массы тела. Эти симптомы могут наблюдаться в течение нескольких месяцев после острой экспозиции. Долговременные неблагоприятные эффекты не характерны для пациентов, которым была быстро оказана реанимационная помощь. Сообщалось, что у пациента, потерявшего сознание и цианотичного после 30-минутной экспозиции к сероводороду, выявлены мышечная спастичность, мозжечковая атаксия, тремор и обострение стенокардии, индуцированной физическими нагрузками. Острый коллапс является убедительным доказательством отравления сероводородом при наличии запаха тухлых яиц и может вызвать травматические повреждения (7 % случаев в одной серии наблюдений).
Хроническая экспозиция к дозе сероводорода, составлявшей по меньшей мере 0,6 ppm, в течение 1 г индуцировала статическую атаксию, хореоатетоз и дистонию с двусторонними прозрачными зонами в базальных ядрах у 20-месячного ребенка. Удаление от источника газа привело к клиническому выздоровлению с исчезновением аномалий базальных ядер.
ж) Лабораторные данные отравления сероводородом:
— Вспомогательные исследования. Во всех случаях серьезного отравления необходимо сделать рентгенограмму грудной клетки и анализ газового состава артериальной крови, чтобы выявить признаки аспирационной пневмонии и отека легких. Раннее расширение альвеолярно-артериального градиента кислорода позволяет предположить развитие отека легких или пневмонии. Компьютерная томография выявляет двусторонние симметричные прозрачные зоны в полушариях головного мозга, которые соответствуют чечевицеобразным ядрам. Такие поражения согласуются с очаговыми поражениями головного мозга, индуцируемыми гипоксией или гипотензией.
— Аналитические методы. Для обнаружения повышенных концентраций сульфидных ионов в крови разработан метод, в котором используются специальный ионный электрод и микродиффузионные ячейки Конвея. Концентрации сульфидных ионов, измеренные вскоре после смерти пациентов из-за отравления сероводородом, варьировали от 1,70 до 3,75 мг/л. Посмертное подтверждение токсичных концентраций осложняется быстрым эндогенным распадом сульфидного иона, образованием сульфидов в процессе посмертного разложения белков и разрушением сульфидного иона при хранении.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Сероводород и здоровье
Сероводород — легковоспламеняющийся, взрывоопасный газ, и при неправильном обращении с ним могут возникнуть ситуации, опасные для жизни. Кроме того, сероводород горит и выделяет другие токсичные пары и газы, такие как диоксид серы.
Газообразный сероводород вызывает широкий спектр последствий для здоровья. Рабочие в первую очередь подвергаются воздействию сероводорода, вдыхая его. Эффект зависит от того, сколько сероводорода вы вдыхаете и как долго. Воздействие очень высоких концентраций может быстро привести к смерти.
В этой статье рассматривается, как сероводород попадает в организм и его потенциальное сероводорода на здоровье, обнаруженное в исследованиях на людях и животных.
Как сероводород попадает в организм
Сероводород поступает в организм в основном через воздух, которым вы дышите. Гораздо меньшее количество сероводорода может попасть в организм через кожу.
Сульфид водорода — это газ, поэтому вы вряд ли будете подвергаться его воздействию при попадании в организм в результате его приема внутрь. При вдыхании воздуха, содержащего сероводород, или при контакте сероводорода с кожей он впитывается в кровоток и распределяется по всему телу. Именно поэтому инструментальный контроль концентрации сероводорода в воздухе так важен.
Как сероводород покидает ваше тело
В организме сероводород в первую очередь превращается в сульфат и выделяется в моче. Сероводород быстро выводится из организма.
Воздействие сероводорода на здоровье
Воздействие сероводорода на здоровье зависит от нескольких факторов, таких как количество сероводорода, которому Вы подвергаетесь, и длительность этого воздействия.
Исследования показывают, что наиболее чувствительными объектами токсического воздействия сероводорода являются дыхательные пути и нервная система. Никакого воздействия на здоровье людей, подвергшихся воздействию типичных для окружающей среды концентраций сероводорода (0,00011-0,00033 частей на миллион [ppm]), обнаружено не было.
Воздействие на дыхательные пути
Воздействие низких концентраций сероводорода может вызвать раздражение глаз, носа или горла. Это также может вызвать затруднение дыхания у некоторых астматиков.
У людей, подвергшихся воздействию очень высоких концентраций сероводорода, обнаружены проблемы с дыханием или остановка дыхания.
Воздействие на нервную систему
Воздействие низких концентраций сероводорода может вызвать головные боли, ухудшение памяти, усталость и проблемы с равновесием.
Кратковременное воздействие высоких концентраций сероводорода (более 500 ppm) может привести к потере сознания. В большинстве случаев человек, как представляется, приходит в сознание без каких-либо других последствий. Однако у некоторых людей могут наблюдаться постоянные или долговременные эффекты, такие как головные боли, нарушение внимания, ухудшение памяти и двигательных функций.
Сероводород и раковые заболевания
Не было доказано, что сульфид водорода вызывает рак у человека, и его возможная способность вызывать рак у животных не была тщательно изучена. Международное агентство по изучению рака (IARC) не относит сероводород к разряду канцерогенных веществ.
Что вам нужно знать о сероводороде
Сероводород также известный как сернистый водород, сульфид водорода, дигидросульфид — это газ, обычно встречающийся при бурении и добыче сырой нефти и природного газа, а также при очистке сточных вод и в коммунальных и канализационных сооружениях. Его химическая формула — H2S.
Газ образуется в результате бактериального разложения органических материалов в отсутствие кислорода. Этот бесцветный, легковоспламеняющийся, ядовитый и коррозийный H2S газ характеризуется запахом тухлых яиц.
При токсичности, схожей с оксидом углерода, который препятствует клеточному дыханию, мониторинг и раннее обнаружение H2S путем измерений может означать разницу между жизнью и смертью.
Последствия кратковременного воздействия сероводорода
Этот газ — это невидимая угроза, часто остающаяся незаметной для органов чувств организма. Несмотря на то, что некоторые люди могут легко учуять его при небольших концентрациях, постоянное воздействие даже при низких уровнях H2S быстро заглушает обоняние (обонятельная десенсибилизация).
Воздействие высоких уровней газа может мгновенно ослабить обоняние. Хотя запах H2S является характерной чертой, обоняние не является надежным индикатором присутствия H2S газа или индикатором увеличения концентрации газа.
H2S раздражает, среди прочего, слизистые оболочки организма и дыхательные пути. После воздействия, кратковременного или острого, симптомы могут включать головную боль, тошноту, конвульсии, раздражение глаз и кожи.
Последствия долговременного воздействия сероводорода
Те, кто испытывает длительное воздействие достаточно высокого уровня сероводорода, могут испытывать головные боли, снижение внимания и двигательных функций. Эффект воздействия H2S может не проявляться в течение 72 часов после его удаления из окружающей среды. После воздействия высоких концентраций может также возникнуть отложенный отек легких — накопление избыточной жидкости в легких.
Дигидросульфид не накапливается в организме, однако многократное/длительное воздействие при умеренных уровнях может привести к понижению кровяного давления, головной боли, потере аппетита и потере веса. Длительное воздействие при низких концентрациях может вызвать болезненную кожную сыпь и раздражение глаз. Многократное воздействие с течением времени высокого уровня H2S может привести к конвульсиям, коме, повреждению мозга и сердца и даже к смерти.
Воздействие сероводорода на промышленные объекты
Дигидросульфид тяжелее воздуха, он накапливается на уровне земли в плохо вентилируемых помещениях. В нефтегазовой промышленности кислый газ (продукты, содержащие H2S газ) в присутствии воздуха и влаги может образовывать серную кислоту, способную вызывать коррозию металлов.
Оборудование и установки, в том числе внутренние поверхности различных компонентов, имеет пониженную износостойкость и ударную прочность, что может привести к преждевременному выходу из строя.
Помощь пострадавшим от воздействия сероводорода
Лица, подвергшиеся воздействию H2S газа, должны немедленно удалиться из токсичной среды. Спасатели должны проявлять осторожность при приближении к жертвам отравления, которые не могут эвакуироваться самостоятельно, чтобы не пострадать самим от воздействия H2S.
Рекомендуется защита органов дыхания при контакте с сульфидом водорода, из-за очень быстрого токсического воздействия газа.
Не существует доказанных антидотов к отравлению H2S газом, но побочные эффекты и симптомы можно лечить или устранять. В серьезных случаях может потребоваться госпитализация.
Рекомендуем вам позвонить врачу или обратиться к нему в экстренном случае, если в течение 24 часов после контакта с дигидросульфидом у вас возникнут какие-либо побочные эффекты или симптомы из перечисленных:
Третий газ
Наталья Львовна Резник,
кандидат биологических наук
«Химия и жизнь» №10, 2009
Современная физиология живет по команде: «Газы»! Сначала оказалось, что простая неорганическая молекула монооксид азота (NO) регулирует просвет сосудов, влияет на работу иммунной системы и выполняет функции нейротрансмиттера. В середине 1990-х годов компанию ему составил еще один сосудорасширяющий газ — монооксид углерода (CO). Но исследователи не прекращали поиски и обнаружили третий газ-регулятор — сероводород. Он тоже расширяет сосуды, а еще выполняет множество других функций, исследование которых продолжается до сих пор.
Вот — сероводород
Мысль о сероводороде ни у кого не вызывает восторга: уж очень он вонючий, а главное — ядовитый. H2S легко проникает сквозь клеточные мембраны, связывает ионы железа и нарушает клеточное дыхание. Первой страдает нервная система. Конечно, если понюхать разок-другой тухлое яйцо, это здоровью не повредит, но систематическое пребывание в атмосфере сероводорода вызывает чихание и кашель, общую слабость, головную боль, тошноту, головокружение и бессонницу. При концентрации газа 700 мг/м 3 у человека начинаются судороги и он теряет сознание, а при 1000 мг/м 3 умирает в течение нескольких минут.
К счастью, в организме сероводород присутствует в значительно меньшей концентрации; в сыворотке и большинстве тканей она составляет около 50 мкМ, и только в мозгу в три раза выше и приближается к опасному уровню.
Сероводород в организме образуется в результате ферментативных реакций. Субстратом для них служит серосодержащая аминокислота L-цистеин, а возможных путей синтеза два (см. рис.). В одном случае две молекулы цистеина образуют цистин, который при участии фермента цистатионин-γ-лиазы (ЦЛ) расщепляется на тиоцистеин, пируват и аммиак. Затем тиоцистеин, уже без всяких ферментов, распадается на цистеин и сероводород. Второй метаболический путь начинается с конденсации цистеина и гомоцистеина, при которой высвобождается сероводород. Этот процесс регулирует фермент цистатионин-β-синтаза (ЦС). ЦС действует в основном в центральной нервной системе, а ЦЛ — в клетках гладкой мускулатуры сосудистых стенок и кардиомиоцитах (мышечных клетках сердца). В печени и почках работают оба фермента. H2S в организме не накапливается — он окисляется до тиосульфата, сульфита и сульфата, его уровень иногда определяют по содержанию тиосульфата в моче.
Сероводород — молекула, весьма способная к химическим реакциям, особенно с теми соединениями, которые содержат кислород и азот, в том числе с супероксиданионом (O2 – ), гипохлоридом (ClO – ), пероксинитритом (ONOO – ). Все эти ионы повреждают белки и липиды, a H2S, следовательно, защищает от повреждений многие молекулы. Взаимодействует сероводород и с оксидом азота, понижая его концентрацию в сыворотке (a NO, в свою очередь, влияет на синтез H2S).
Один из корифеев сероводородоведения, американский исследователь Соломон Снайдер, обнаружил, что молекулы H2S взаимодействуют с серосодержащими аминокислотами некоторых белков, изменяя таким образом их конформацию и активность. Этот процесс Снайдер назвал сульфгидрацией. В ходе сульфгидрации сера атакует связь «сера-водород», превращая ее в связь «сера-сера-водород». В результате цистеин приобретает дополнительный атом серы, пространственная структура белковой молекулы меняется, и она становится более доступной для других химических реакций. Оксид азота, по предварительным данным, взаимодействует с белками аналогичным образом, однако он преобразует примерно одну из ста молекул цистеина, а сульфгидрация модифицирует 10-20 аминокислот из каждой сотни. Возможно, сероводород действует менее избирательно, чем оксид азота, для которого большее значение имеет положение цистеина в молекуле белка. Снайдер полагает, что H2S изменяет активность по крайней мере сорока белков печени. Один из этих белков — глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (GAPDH), которая участвует в процессе гликолиза. Под действием сероводорода активность фермента возрастает в семь раз. Физиологи с нетерпением ждут продолжения исследований в этой области. Вообще, данных о сероводороде на различные физиологические параметры довольно много, но в систему они пока не приведены и подчас противоречивы.
Сероводород и сосуды
Механизм действия сероводорода отличается от эффекта других сосудорасширяющих газов. NO и СО активно проникают в гладкую мускулатуру кровеносных сосудов и активируют фермент гуанилилциклазу. Этот фермент вызывает образование циклического ГМФ, который, в свою очередь, запускает цепь реакций, приводящую к расслаблению сосудистых стенок. Сероводород же активизирует работу мембранных АТФ-зависимых калиевых каналов, которые «затаскивают» ионы калия из внеклеточной среды внутрь клетки. В результате этой деятельности клеточная мембрана становится гиперполяризованной, что в конечном счете приводит к расслаблению гладкой мускулатуры и расширению сосудов.
Интересно, что сероводородный механизм расширения сосудов ученые обнаружили у всех позвоночных, от рыб до человека, следовательно, он более древний, чем механизм с участием NO, который появился только у амфибий.
Фактически Ван открыл новый механизм воздействия эндогенного газа на сосуды, но не успокоился на достигнутом. Для продолжения исследований он создал генетически-модифицированных мышей с удаленным геном цистатионин-γ-лиазы (CSE) и привлек к работе Соломона Снайдера. (Снайдер в свое время изучал фермент, ответственный за продукцию оксида азота, и Ван надеялся на его помощь в аналогичных исследованиях сероводорода.)
Все мутантные мыши, как гомозиготные, то есть с двумя мутантными генами, так и гетерозиготные, с одним мутантным геном и одним нормальным, были вполне жизнеспособны, плодовиты и внешне неотличимы от животных дикого типа. Однако содержание сероводорода в крови, сердечной мышце и стенке аорты у гомозигот составляло всего 20% от нормального уровня, а у гетерозигот — 50%. Уровень H2S в сыворотке крови также был ниже нормы. Но отсутствие цистатионин-γ-лиазы не повлияло на уровень сероводорода в тканях мозга, где его синтез обеспечивает цистатионин-β-синтаза.
С возрастом у мутантных мышей развивалась гипертония. У двенадцатинедельных гомозиготных животных давление превышало норму на 18 мм. рт. ст., то есть примерно на 15%. Инъекция NaHS на некоторое время понижала кровяное давление, причем у мутантов сильнее, чем у животных дикого типа. Очевидно, мутантные мыши обладают большей чувствительностью к сероводороду.
Мыши Вана прославились на весь мир, и одна из них даже удостоилась фотографии в журнале Nature на фоне большого тонометра. А тут подоспел итальянец Джузеппе Кирино со своими крысами, у которых он с помощью инъекций гидросульфида натрия или L-цистеина (субстрата для синтеза H2S) вызвал эрекцию. Она ведь тоже возникает благодаря расширению сосудов. По данным ученого, ткань человеческого пениса содержит оба фермента, превращающих цистеин в сероводород: ЦЛ и ЦС. Они работают в мышечных тяжах пениса и гладкомышечных компонентах пенильной артерии, а ЦЛ еще и в периферических нервах. Профессор Кирино надеется, что в будущем ученые создадут препарат, который поможет вырабатывать сероводород в нужное время в нужном месте.
Однако действие сероводорода на сосуды не исчерпывается их расширением. Ведь где сосуды, там и атеросклероз. Он возникает по разным причинам: из-за отложения липидных бляшек, разрастания гладкомышечных клеток сосудистой стенки, ее воспаления или повреждения. Благодаря опытам на крысах ученые выяснили, что сероводород тормозит деление мышечных клеток аорты и вызывает их апоптоз, а также препятствует кальцификации стенок. В некоторых случаях он подавляет воспалительную реакцию, в других, правда, стимулирует.
Кроме того, сероводород защищает сосуды от повреждающего действия активных форм кислорода и гомоцистеина. Эта аминокислота — метаболический предшественник цистеина, метионина и серы. При избытке гомоцистеина в плазме возрастает риск развития атеросклероза и смерти от сердечно-сосудистых заболеваний. Инъекции NaHS приводят к сокращению атеросклеротических бляшек у линии крыс, которые склонны к их образованию. Зато они же замедляют восстановление поврежденной внутренней оболочки артерии.
Сероводород и другие болезни
АТФ-зависимыми калиевыми каналами изобилуют миокардиоциты — клетки сердечной мышцы. И сероводород влияет на их жизнеспособность. Так, у крыс с экспериментально вызванным инфарктом уровень H2S в миокарде и плазме составляет лишь 40% от физиологической нормы, а инъекции гидросульфида натрия снижают крысиную смертность и уменьшают постинфарктную область некроза. А если оросить крысиное сердце раствором NaHS до инфаркта, сероводород уменьшит область последующего поражения.
Еще один тип клеток, в котором много калиевых каналов — β-клетки поджелудочной железы, которые вырабатывают инсулин. Но при сахарном диабете сероводород не поможет, напротив, его избыток мешает β-клеткам адекватно реагировать на изменение концентрации глюкозы. В крови больных диабетом исследователи находят излишек цистеина и избыточную активность обоих ферментов, ЦС и ЦЛ. Таким пациентам, возможно, помог бы хороший ингибитор ферментов.
А еще он защищает слизистую оболочку желудка от некоторых повреждений, вызванных аспирином и нестероидными противовоспалительными лекарствами, зато другие повреждения, вызванные теми же препаратами, усугубляет. Неоднозначна роль H2S и в развитии воспаления. А вообще, существует довольно длинный и постоянно растущий список расстройств, связанных с изменением концентрации сероводорода, при которых помогает либо инъекция раствора NaHS, либо ингибитор соответствующего фермента. Большинство этих данных получены на крысах (низкий им поклон!), и сейчас исследователи разбираются в том, как обстоят дела у людей.
Сероводород и нервная система
В мозгу, как мы помним, за синтез H2S отвечает фермент цистатионин-β-синтаза. (Интересно, что и NO, и CO, ингибируют действие ЦС в мозгу, а в сердечно-сосудистой системе оксид азота повышает активность ЦЛ.)
В конце прошлого века японские ученые из лаборатории профессора Хидео Кимуры обнаружили, что в мозгу пациентов с болезнью Альцгеймера уровень сероводорода ниже, чем у здоровых людей того же возраста, из-за дефицита S-аденозилметионина, активатора ЦС. Введение гидросульфида натрия усиливает длительную активацию нейронов гиппокампа — отдела мозга, ответственного за научение и память. Возможно, сероводород поддержал бы угасающую память больных. H2S также активизирует астроциты — клетки, которые снабжают нейроны питательными веществами, а возможно, и участвуют в передаче информации.
Лечиться будем?
Все вышеизложенное — лишь краткий и неполный рассказ о физиологической роли сероводорода. Исследований, проведенных на людях, гораздо меньше, чем на животных, а молекулярные механизмы действия H2S не всегда понятны. Однако ясно уже сейчас, что введение сероводорода может помочь пациентам с гипертонией различной этиологии, ишемической болезнью сердца, эректильной дисфункцией, гастритами, колитами, фебрильными судорогами. Пострадавшим от септического шока, панкреатита и ишемического инсульта сероводород вреден, и таким больным нужно вводить ингибиторы фермента. Сделать это, однако, гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд.
Например, в какой форме назначать пациенту сероводород? Дышать им неприятно, а контролировать его терапевтический эффект сложно, поскольку он зависит от многих факторов, в том числе от действия других газов-регуляторов, оксидов азота и углерода. Контролировать концентрацию тоже сложно, а газ ядовитый. Постоянно жевать свежий чеснок, который стимулирует образование H2S в организме, — нереально. Вводить больному гидросульфид натрия тоже плохо, потому что эта соль быстро разлагается и может вызвать резкое падение давления. Идеальный донор сероводорода, который высвобождал бы H2S постепенно и долго, пока не нашли.
Известные ингибиторы ЦС и ЦЛ тоже нельзя использовать в качестве лекарств, потому что они действуют неизбирательно. Один из ингибиторов, пропаргилглицин, ядовит и годится только для экспериментов на животных, другие плохо проходят через клеточные мембраны.
Существуют, правда, лекарства, которые влияют на уровень сероводорода. Большинство из них используют для регуляции синтеза NO, например L-аргинин, который стимулирует образование H2S при легочной гипертонии (гипертонии, вызванной долгим пребыванием при пониженном давлении). Ацетилсалициловая кислота и нестероидные противовоспалительные лекарства ингибируют активность ЦС при заболеваниях слизистой желудка. Возможно, эффективными окажутся и некоторые препараты, традиционно назначаемые при болезнях сердечно-сосудистой системы.
Исследования идут полным ходом. Западные фармацевтические фирмы сейчас вовсю работают над тем, как приспособить сероводород для терапевтических целей и сотрудничают с ведущими специалистами. Ванг, например, работает над внедрением сероводородных групп в уже существующие лекарства, в том числе силденафил и обезболивающие аспирин и диклофенак. Другие исследователи пытаются найти иные переносчики сероводорода.
Наверное, усилия ученых в конце концов увенчаются успехом, но вряд ли они смогут предложить человечеству панацею. Далеко не все исследователи разделяют мнение Соломона Снайдера, который отводит сероводороду главную роль во внутриклеточной сигнализации. Многие полагают, что H2S — лишь один из регуляторов, роль которого особенно велика в тех тканях, где поврежден или отсутствует сосудистый эндотелий, а следовательно — оксид азота.
А если все-таки подышать?
Совершенно неожиданный эффект сероводорода обнаружили сотрудники лаборатории американского исследователя Марка Рота. Оказалось, что этот газ повергает животных в состояние, подобное летаргическому сну или начальному этапу зимней спячки. Исследователи помещали мышей в прохладную камеру, в атмосферу, содержащую 80 миллионных долей H2S. В первые же минуты животные стали засыпать и остывать, при этом потребление кислорода у них уменьшилось вполовину, а выделение CO2 — на 60%. Через шесть часов пребывания в камере температура поверхности мышиного тела была всего на два градуса выше внешней (15°C при 13°C в камере), а потребление кислорода и выделение углекислого газа при этом составляли только 10% от нормы. Частота дыхания тоже сократилась от 120 до 9–10 вдохов в минуту. Ученые обнаружили линейную зависимость между концентрацией сероводорода и температурой поверхности тела. Когда после шестичасовой экспозиции мышей возвращали в обычные условия, они постепенно приходили в норму. Длительное пребывание в атмосфере, содержащей ядовитый газ, не повлияло на их последующее поведение и не вызвало никаких функциональных нарушений. Причину «охлаждающего» эффекта сероводорода ученые видят в том, что этот газ специфически подавляет работу ферментативного комплекса цитохром-с-оксидазы, одного из важнейших ферментов клеточного дыхания. Но вряд ли H2S в естественных условиях принимает участие в регуляции зимней спячки или возникновении летаргического сна, поскольку концентрации газа, использованные в эксперименте, были слишком далеки от физиологических.
Состояние, в которое впадают мыши под действием H2S, интересует ученых с практической точки зрения. Возможность управлять этим процессом пригодилась бы при некоторых хирургических операциях и консервации органов. Так что исследования в этой области продолжаются. И безусловно, физиологи продолжат поиски других газов-регуляторов. Скорее всего, на очереди у них аммиак.