Тухлых яиц много не съешь

Сероводород снижает интенсивность обмена веществ и замедляет работу сердца

Учёные придумали, как сэкономить на продуктах и кислороде при отправке космонавтов в путешествие к Марсу. Как оказалось, сероводород – газ, дающий тухлым яйцам их неповторимый запах, способен снизить интенсивность обмена веществ и замедлить работу сердца.

Сероводород, губительный в больших количествах для организма, в небольших дозах может не просто продлить жизнь, но и сберечь ресурсы организма и существенно снизить потребность в еде и кислороде. К такому выводу пришли ученые из Массачусетского госпиталя широкого профиля после завершения работы по исследованию действия этого газа на функционирование сердечно-сосудистой системы у мышей, опубликованной в журнале Anesthesiology.

Сама идея воспользоваться сероводородом для продления жизни не нова. В прошлом году две исследовательские группы сообщили о «благотворном» действии этого газа. Специалисты из Онкологического центра имени Фреда Хатчинсона показали его ингибирующее действие на мышей, а их коллеги Марк Рот и Дана Миллер в декабре с помощью этого газа продлили жизнь круглым червям.

Поскольку до тех пор были описаны несколько способов продления жизни С.elegans с помощью манипуляций на трех группах генов, то логично было бы предположить, что сероводород влияет на один из этих механизмов. Первый заключается в контроле выработки инсулина, второй — в контроле работы митохондрий, а третий модулирует различные физиологические эффекты в зависимости от ограничения доступа к питательным веществам.

Тогда ни одну из этих гипотез подтвердить не удалось.

На этот раз коллектив под руководством Жана Паоло Вольпато сосредоточился на исследовании действия микроконцентраций на работу сердечно-сосудистой системы.

Сероводород (H₂S)

бесцветный термически неустойчивый (при температурах больше 400 °C разлагается на простые вещества), ядовитый газ тяжелее воздуха с неприятным запахом тухлых яиц. Встречается в природе в составе нефти, природного газа, вулканического газа и в горячих источниках. Хороший восстановитель.

Температура плавления: −86 °C (187 K), температура кипения: −60 °C (213 K), молекулярная масса 34,1 а. е. м.. В отличие от молекул воды, молекулы сероводорода водородных связей не образуют. Бесцветный газ, немного тяжелее воздуха, хорошо растворяется в воде(сероводородная кислота), является ядом, имеет запах похожий на запах тухлых яиц.

Большое значение имеют соли сероводородной кислоты — сульфиды. Многие природные сульфиды в виде минералов являются ценными рудами (пирит, халькопирит, киноварь).

Сероводород из-за своей токсичности находит ограниченное применение.
В аналитической химии - как реагент для осаждения тяжлых металлов, сульфиды которых очень слабо растворимы
В медицине - в составе сероводородных ванн
Сероводород применяют для получения серной кислоты, элементной серы, сульфидов
Используют в органическом синтезе для получения тиофена и меркаптанов
В последние годы рассматривается возможность использования сероводорода, накопленного в глубинах Чрного моря, в качестве энергетического и химического сырья.

Сероводород является газотрансмиттером, в микромолярных концентрациях имеет цитопротекторные свойства (антинекротические и антиапоптические). В малых концентрациях стимулирует продукцию cAMP, активирует антиоксидантные системы, имеет противовоспалительное действие. В миллимолярных концентрациях цитотоксичен.

Очень токсичен. При высокой концентрации однократное вдыхание может вызвать мгновенную смерть. При небольших концентрациях довольно быстро возникает адаптация к неприятному запаху «тухлых яиц», и он перестат ощущаться. Во рту возникает сладковатый металлический привкус. При большой концентрации не имеет запаха.

Их подопечные вдыхали сульфид водорода в концентрации 80 ppm (parts per million) — то есть к миллиону объемных долей воздуха добавляли 80 объемных долей газа. В отличие от многочисленных предыдущих работ в этой области, массачусетские ученые давали своим подопечным дышать этой смесью достаточно долго — 6 часов.

При этом исследователи оценивали показатели работы сердца, сосудов и содержание в крови газов и ионов, а главное – температуру всего тела и так называемого «ядра», то есть внутреннюю температуру. Им удалось показать, что уже ко второму часу пульс мышей падал с 500 ударов в минуту до 260 ударов, при этом давление крови оставалось на прежнем уровне, что крайне необходимо для поддержания жизнеспособности органов и тканей.

Такая же тенденция на снижение наблюдалась и в дыхании (со 115 вдохов в минуту до 34), образовании углекислого и угарного газа, поглощении кислорода. Уже через 10 минут эксперимента образование СО₂ снизилось на 46%.

Несмотря на то, что во вдыхаемой смеси поддерживалась нормальная концентрация кислорода, большая часть его мышам попросту не была нужна.

Температура мышей снизилась с 37,5 градусов до 29 градусов, причем ученые измеряли именно температуру «ядра» — показатель интенсивности обмена веществ. Температура поверхности зависит еще и от окружающей среды, и от состояния сосудов, а потому её нельзя считать достоверным показателем в подобных экспериментах.

Всеми описанными выше эффектами обладает и гипотермия — управляемое снижение температуры тела, используемое при проведении операций на сердце, по пересадке органов и при заборе донорских органов. Но снижение температуры тела чревато повышенным риском инфицирования и свертываемостью крови.

Предлагаемый массачусетцами метод куда более совершенен. Все свои эксперименты они проводили при двух температурах окружающей среды — 27 и 35 градусов Цельсия. Все описанные изменения справедливы и для той и для другой за небольшим исключением.

Если поддерживать температуру воздуха в 35 градусов, то температура тела будет оставаться на том же уровне (37 градусов), при этом и сердцебиение, и дыхание, и обмен веществ будут гораздо ниже — все преимущества без малейших рисков.

Перспективы самые радужные: это уже описанные применения в медицине и системы поддержания жизнеобеспечения в космосе,

ведь традиционный паёк кислорода и еды уже сейчас можно урезать больше чем в два раза.

Кстати, концентрация сульфидов в плазме крови не менялась во время эксперимента, что, во-первых, говорит об относительной безопасности такой концентрации сероводорода в воздухе, а во-вторых, делает ещё более непонятным механизм всех вышеописанных феноменов.

Бескислородное дыхание и сера

Анаэробное дыхание— биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной элетронно-транспортной цепи в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы. Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ.
Осуществляется только прокариотами в анаэробных условиях. При этом факультативные анаэробы используют акцепторы электронов с высоким окислительно-восстановительным потенциалом (NO3-, NO2-, Fe³⁺, фумарат, диметилсульфооксид и т. д.), у них это дыхание конкурирует с энергетически более выгодным аэробным и подавляется кислородом. Акцепторы с низким окислительно-восстановительным потенциалом (сера, SO₄^2-, CO₂) применяются только строгими анаэробами, гибнущими при появлении в среде кислорода.
Сульфатное дыхание

В настоящее время известен ряд бактерий, способных окислять органические соединения или молекулярный водород в анаэробных условиях, используя в качестве акцепторов электронов в дыхательной цепи сульфаты, тиосульфаты, сульфиты, молекулярную серу. Этот процесс получил название диссимиляционной сульфатредукции, а бактерии, осуществляющие этот процесс — сульфатвосстанавливающих или сульфатредуцирующих.

Все сульфатвосстанавливающие бактерии — облигатные анаэробы.

Сульфатвосстанавливающие бактерии получают энергию в процессе сульфатного дыхания при переносе электронов в электронтранспортной цепи. Перенос электронов от окисляемого субстрата по электронтранспортной цепи сопровождается возникновением электрохимического градиента ионов водорода с последующим синтезом АТФ.

Подавляющее большинство бактерий этой группы хемоорганогетеротрофы. Источником углерода и донором электронов для них являются простые органические вещества — пируват, лактат, сукцинат, малат, а также некоторые спирты. У некоторых сульфатвосстанавливающих бактерий обнаружена способность к хемолитоавтотрофии, когда окисляемым субстратом является молекулярный водород.

Сульфатвосстанавливающие эубактерии широко распространены в анаэробных зонах водомов разного типа, в иле, в почвах, в пищеварительном тракте животных. Наиболее интенсивно восстановление сульфатов происходит в соленых озерах и морских лиманах, где почти нет циркуляции воды, и содержится много сульфатов. Сульфатвосстанавливающим эубактериям принадлежит ведущая роль в образовании сероводорода в природе и в отложении сульфидных минералов. Накопление в среде H₂S часто приводит к отрицательным последствиям — в водоемах к гибели рыбы, в почвах к угнетению растений. С активностью сульфатвосстанавливающих эубактерий связана также коррозия в анаэробных условиях различного металлического оборудования, например, металлических труб.

Как и раньше, ученые предполагают, что сера становится альтернативой кислороду в обмене веществ — так же, как это происходит у сульфобактерий. Правда, последние не могут переключиться с серы на кислород и при попадании в кислородную среду мгновенно погибают.

Отчасти незнание механизмов и мешает внедрению этого метода в практику, а кроме того неизвестно, какое действие оказывает сульфид водорода на центральную нервную систему, и чем чреваты такие процедуры.