Wpływ palenia na zdrowie człowieka
Co sekundę na świecie umiera ktoś z powodu palenia papierosów. Palenie tytoniu stanowi obok diety, promieniowania jonizującego, leków (!) oraz ekspozycji na pewne substancje związane z wykonywana praca, główny środowiskowy czynnik ryzyka choroby nowotworowej. Przypisuje się mu odpowiedzialność za 30% wszelkich typów raka.
Najpowszechniejsza choroba nowotworowa jest rak płuc. W Polsce co trzeci mężczyzna umiera na niego, następny w statystyce - rak żołądka pochłania trzy razy mniej ofiar. Szóste i siódme miejsce na tej liście zajmują zgony spowodowane rakiem krtani i pęcherza moczowego - nowotworów, których etiologia jest także silnie powiązana z nałogiem palenia tytoniu.
Statystyka dotycząca kobiet wygląda nieco inaczej, ponieważ rak płuc (9.1% zgonów na choroby nowotworowe) zajmuje druga pozycje na liście "zabójców" po raku sutka (14%).
Różna śmiertelność mężczyzn i kobiet spowodowana chorobami nowotworowymi przypisywanymi paleniu tytoniu może rodzic wątpliwości, czy i jak dalece winny tragedii był nałóg. Różnic nie tłumaczy zanieczyszczenie środowiska, gdyż dotyczy to w podobnym stopniu obu płci, choć istotnie w rejonach silnie skażonych choroby nowotworowe występują częściej.
Co innego warunki pracy. Nawet do dzisiaj istnieją zawody typowo męskie, jak choćby hutnik, metalurg, petrochemik czy koksowni. Trudniący się nimi ludzie często skazani SA na prace w atmosferze nasyconej (i to w wysokich stężeniach) tymi samymi substancjami, które występują w dymie tytoniowym. Najbardziej narażeni na związki uszkadzające DNA SA robotnicy wytwarzający węgiel drzewny, a także ci, którzy maja kontakt z gorąca smoła. Obliczono, ze pracownik wylewający asfalt wdycha w ciągu jednej godziny tyle policyklicznych węglowodorów aromatycznych, ile pochłonąłby, wypalając 200 papierosów.
Rozważając różnice w zachorowalności na nowotwory dotyczące mężczyzn i kobiet warto zwrócić także uwagę na fakt, ze dopiero w ostatnich latach skłonność do sięgania po "dymek" (szczególnie w miastach) wydaje się wyrównywać. Skutki tego "równouprawnienia" będziemy mogli poznać dopiero za jakiś czas, gdyż okres rozwoju choroby nowotworowej jest dość długi i trwa od 5 do 20 lat.
Jeżeli uwarunkowania zawodowe i środowiskowe nowotworów mogły zachwiać wiarę w palenie tytoniu jako podstawowy czynnik sprawczy tych chorób, to jeszcze raz odwołajmy się do danych epidemiologicznych.
Śmiertelność z powodu raka płuc jest 10-15 razy wyższa wśród palaczy niż osób niepalących. Rak krtani jest prawie wyłącznie zarezerwowany dla tych pierwszych. Liczy się nie tylko sam fakt palenia, ale również jego intensywność, a ryzyko rośnie wraz z liczba wypalanych papierosów. Ponadto w przypadku raka krtani niekorzystnie łącza się dwa nałogi. Częstokroć paleniu tytoniu towarzyszy picie alkoholu. Okazuje się, ze chociaż alkohol w formie czystej ma nikle właściwości kancerogenne, to jednak wzmaga działanie rakotwórcze tytoniu, zyskując miano ko-kancerogenu. Przełożenie języka nauki na język codzienny oznacza: papieros - ryzyko, papieros i łyk czegoś mocniejszego - ryzyko wzrasta.
Poszczególne narządy człowieka cechuje różna wrażliwość na składniki dymu tytoniowego. Najczęściej nowotwory o tym podłożu rozwijają się w układzie oddechowym. Będą to nowotwory: płuc (70-80 przypadków na 100 tys. osób), krtani (7-8 zachorowań na 100 tys. mężczyzn, mniej niż jedno na 100 tys. kobiet) oraz jamy ustnej. Jednak rakotwórcze związki obecne w tytoniu i dymie wraz z krwią penetrują cały organizm. Obwinia się je za wystąpienie nowotworów przełyku, trzustki, pęcherza moczowego i miedniczek nerkowych. Nawet w przypadku raka szyjki macicy, a wiec narządu pozornie nie mającego nic wspólnego z paleniem, ryzyko wystąpienia nowotworu jest dwukrotnie większe u palaczek niż u kobiet niepalących.
O kancerogennym charakterze tytoniu, a faktycznie dymu tytoniowego decyduje wiele substancji. Zidentyfikowano w nim bowiem prawie 400 związków chemicznych. Przegląd ważniejszych substancji szkodliwych dla zdrowia czytelnik odnajdzie w ramce na następnej stronie. Części z nich przypisuje się właściwości mutagenne, kancerogenne (zarówno w znaczeniu działania na DNA lub w inny sposób warunkujące podjecie procesu kancero genezy), ko-kancerogenne lub wywołujące ujawnienie rakotwórczych właściwości innych substancji.
Niektóre ze składowych dymu tytoniowego SA naturalnymi składnikami tytoniu (alkaloidy), inne tworzą się podczas przetwarzania tytoniu, a jeszcze inne w trakcie palenia.
Niepełne spalanie materiału organicznego prowadzi do powstania substancji smolistych, prostych węglowodorów, policyklicznych węglowodorów aromatycznych (PWA), amin aromatycznych ze wszystkimi ich wariantami oraz tlenków węgla i azotu. (Chemika może rozdrażnić brak konsekwencji w podaniu składu, gdyż wyliczam jednym tchem smole, stanowiąca złożona mieszaninę i tak jednoznacznie określone związki chemiczne, jak na przykład PWA. Podział ten jest jednak przyjęty ze względu na stosowane techniki analityczne). Źródłem czynników kancerogennych może być nawet filtr, mający za zadanie wychwytywanie nikotyny i szkodliwych substancji smolistych. Włókna octanu celulozy - podstawowego budulca filtra - mogą się uwalniać, osiadać w drogach oddechowych, a tym samym stanowić ognisko procesu nowotworowego.
Dym wdychany przez palacza i ten unoszący się z żarzącego się końca papierosa SA jednakowo zasobne w czynniki kancerogenne, choć palacz serwuje sobie większa porcje, niż jego niepalący towarzysze. Stężenia wielu substancji rakotwórczych SA nawet wyższe w dymie uwalnianym z żarzącego się końca, ale ulęgają rozrzedzeniu w powietrzu. Jeżeli jednak palimy w pomieszczeniu zamkniętym - pokoju, restauracji, w pociągu, to częstujemy przebywających z nami ludzi solidna porcja toksyn. Staja się oni niezamierzonymi, tzw. biernymi palaczami, wchłaniającymi dostarczane przez palacza czynniki rakotwórcze. Wśród nich największe znaczenie dla kancero genezy maja substancje smoliste (2-30 mg w jednym wypalonym papierosie), PWA i N-nitrozoaminy.
Co dzieje się, gdy zaciągamy się dymem tytoniowym? Wymienione wyżej substancje przedostają się do organizmu za pośrednictwem układu oddechowego i penetrują komórki, docierając do jądra, zawierającego DNA - nośnik informacji genetycznej. To, co udało się zamknąć w jednym zdaniu jest w rzeczywistości bardzo skomplikowanym i wieloetapowym procesem. PWA cechuje nikła rozpuszczalność w wodzie i dobra w tłuszczach. Ułatwia im to przenikniecie przez lipidowi błony komórkowe, ale jednocześnie ogranicza mobilność i tym samym szansę oddziaływania z funkcjonalnymi elementami struktury komórki. Związki należące do PWA nie SA zbyt aktywne chemicznie. Na nasze nieszczęście jednak komórka dysponuje systemem enzymatycznym, który w kolejno po sobie następujących reakcjach utleniania i hydroksylacji przekształcają te związki w wysoce reaktywne pochodne. W tym momencie można postawić pytanie, po co to wszystko? Czyżbyśmy przy udziale naszych własnych enzymów komórkowych przygotowywali sobie aktywny czynnik, który chwile później dobierze się do DNA i zweksluje nasza informacje genetyczna w niepożądanym kierunku? Okazuje się jednak, ze przekształcenie kancerogenu w formę aktywna ma na celu usuniecie go z komórki, czyli detoksykacje (co odbywa się dzięki współdziałaniu następnych enzymów).
Szlak przemian policyklicznych węglowodorów aromatycznych w organizmie człowieka, pokazany na przykładzie bezo(a)pirenu - B(a)P
Wykazano, ze 80-90% aktywnego kancerogenu jest wydalane z komórki. Dopiero to, co pozostanie w jądrze komórkowym stanowi zagrożenie, może bowiem reagować z cząsteczka DNA. Produkt tej reakcji nazywany jest ad duktem kancerogenna.
Bez wchodzenia w szczegóły można powiedzieć, ze cząsteczka DNA ma pewna dynamikę pozwalająca na rozplatanie się i ponowne splatanie nici oraz na przejściowe wiązanie się z różnymi współdziałającymi białkami. Tymczasem ad dukt tkwiący w cząsteczce jak zadra modyfikuje splatanie-rozplatanie, blokuje miejsce rezerwowane dla białka, albo przeciwnie - potrafi związać je zbyt mocno i uniemożliwia przemieszczanie się enzymu wzdłuż cząsteczki DNA. Tyle może nabroić dymek z papierosa widziany oczami biologa molekularnego, a właściwie za pomocą technik, którymi dysponuje biologia molekularna.
Udało się wykazać, ze poziom ad duktów rośnie wraz z liczba wypalanych papierosów, a dodatkowy obciążający wpływ ma to, jak długo tkwimy w szponach nałogu oraz wiek, w którym zaczęliśmy palić.
Przykładowa struktura ad duktu kancerogenna. Powstały ad dukt zakłóca strukturę DNA, stanowiąc zawadę przestrzenna dla funkcjonowania DNA
Większość omawianych oznaczeń wykonano w leukocytach krwi obwodowej, łatwo uzyskiwanych do badań. Rzadziej, bo praktycznie tylko w czasie operacji chirurgicznych, badacz ma dostęp do tkanki docelowej dla danego kancerogenu. Stad właśnie wiemy, ze w tkance płucnej kobiet wykrywa się wyższy poziom ad duktów w DNA niż u mężczyzn, co mogłoby świadczyć o większej wrażliwości płuc kobiet na obecne w dymie tytoniowym kancerogeny. W przypadku tkanek krtani natomiast jest odwrotnie - znacznie mniej ad duktów w DNA kobiet niż mężczyzn, co całkowicie pasuje do danych epidemiologicznych. Kwestia płciowego zróżnicowania wrażliwości materiału genetycznego na kancerogeny pozostaje jeszcze otwarta, ale więcej danych wskazuje na niższa odporność kobiet na genotoksyczne działanie dymu tytoniowego.
Analiza ad duktów objęła także porównanie molekularnych skutków różnych sposobów palenia tytoniu. Poziomy ad duktów w płucach i leukocytach palaczy papierosów okazały się wyższe niż u fajczarzy. Jednak, gdy analizie poddano wycinki jamy ustnej, wynik był odwrotny, niekorzystny dla tych ostatnich. Tym samym obiegowe stwierdzenie, ze fajka mniej szkodzi, należy zawęzić do określonych narządów, co już nadaje poczuciu bezpieczeństwa fajczarzy trochę sardoniczny charakter.
Warto przytoczyć tez dane na temat innych, bardzo specyficznych tkanek. Analizowano poziom ad duktów kancerogenna w łożyskach matek palących papierosy i matek niepalących. Jak można się było spodziewać poziom ad duktów w łożyskach matek palących papierosy był wyższy, podobnie jak u ich poronionych płodów. Jednoznaczność tych wyników powinna przemówić do kobiet sięgających po papierosa podczas ciąży.
Opisane dotąd uszkodzenia DNA dotyczyły całej cząsteczki. Wiadomo jednak, ze w obrębie tej ogromnej biomolekuly tylko wybrane regiony zawierają konkretna informacje genetyczna, wykorzystywana do syntezy białek (geny). Jednak również pomiędzy genami występują "równi" oraz "równiejsi", uszkodzenia niektórych z nich bowiem prowadza prosta droga do zapoczątkowania procesu kancero genezy. Mowa o tzw. protoonkogenach, których produkty białkowe mogą dokonać transformacji nowotworowej komórki. Oprócz tych zawiązków samo niszczenia organizmu mamy geny o przeciwstawnym działaniu określane po prostu jako geny przeciwnowotworowe, a najbardziej znany z nich p53 był obszernie opisany na lamach "Wiedzy i Życia" (nr 6/1994). W stanie fizjologicznym produkcja białek kodowanych przez onkogeny i geny przeciwnowotworowe jest minimalna i najpewniej pozostaje w stanie określonej równowagi. Uszkodzenia w obrębie obu grup genów zakłócają te równowagę; albo prowadza do produkcji aktywnych białek onkogennych lub zdefektowanych białek antyonkogennych, nie wypełniających swoich ochronnych funkcji.
Uszkodzenie informacji genetycznej uruchamia naturalna odpowiedz komórki jaka jest naprawa DNA. Okazuje się, ze komórka dysponuje pełna maszyneria, pozwalająca na rozpoznanie uszkodzenia, usuniecie (najczęściej wraz z niewielkim marginesem) zmienionego elementu struktury oraz odbudowe podwójnej melisy z wykorzystaniem nici nieuszkodzonej jako właściwej matrycy. Sprawność i wierność naprawy DNA SA wysokie.
Istnieją zatem dwa istotne, opisane wyżej progi ochronne. Na poziomie komórkowym jest to detoksykacja, a na poziomie molekularnym naprawa DNA. Tym samym zapoczątkowanie procesu kancero genezy można traktować jednak jako zjawisko względnie mało prawdopodobne, co potwierdzają dane epidemiologiczne. Gdyby zbadać, ilu palaczy tytoniu zapadanie na chorobę nowotworowa, to okaże się, ze jeżeli w Polsce notuje się około 250 zachorowań na wszelkie typy nowotworów na 100 tys. mieszkańców, a palacze stanowią od 25-45% doroślej populacji, to ryzyko nie wydaje się krańcowo odstraszające.
Do właściwej oceny ryzyka trzeba jednak wyjść poza stosowana do tej pory optykę chemika lub biologa molekularnego i przyjrzeć się zagadnieniu jeszcze od strony genetycznej. Warto przypomnieć, ze genetyka głosi różne poglądy, ale na pewno nie ma wśród nich tezy o równości miedzy ludźmi. Właśnie genetycznie jesteśmy niebywale zróżnicowani, co określa się fachowo polimorfizmem genetycznym. Choć, pomijając patologie, dysponujemy zasadniczo tym samym zestawem genów, to subtelne różnice w ich budowie prowadza do syntezy białek (enzymów), różniących się aktywnością (znowu problem relacji struktura - funkcja).
Winston Churchill
W prowadzonych rozważaniach wystąpiły trzy procesy enzymatyczne: aktywacji kancerogenów, detoksykacji i naprawy DNA. Wiadomo, ze różnice miedzy osobnicze w sprawności każdego z tych etapów sięgają setek razy, a może jeszcze wyżej. O indywidualnej wrażliwości każdego z nas decydują łącznie wszystkie trzy etapy. Dlatego u jednej osoby kancerogeny wprowadzane do organizmu wraz z dymem tytoniowym będą intensywnie przeprowadzane w formę aktywna, kiepsko usuwane podczas detoksykacji, a powstałe uszkodzenia naprawiane niezbyt sprawnie - w efekcie kaszel, chrypka i... dalej pozostaje tylko pytanie, gdzie zlokalizuje się nowotwór. Druga zaś osoba, której od losu dostały się geny kodujące białka o krańcowo odwróconej sprawności, korzysta z uciech życia bez uszczerbku dla zdrowia. Trudno jest jednak pokładać cala nadzieje w wierze w fortunny zestaw genów, który spokojnie upora się z kancerogenami obecnymi w dymie tytoniowym. Niesprawiedliwe? Chyba tak, ale to pozostaje poza treścią artykułu.
Zamiast ubolewań nad losem warto przytoczyć dzieje dwóch znanych osobistości brytyjskich. Marszałek B. Montgomery prowadzący niezwykle higieniczny tryb życia, a w kwestiach nałogów postępujący jak harcerz, żył lat 87. Tymczasem premier W. Churchill - według własnego określenia - trzykrotnie przekraczający miarę w paleniu cygar i piciu whisky zakończył burzliwe życie w wieku 91 lat... Jeżeli wiec Marszałek na długie życie zapracował, to Premierowi, który działał dokładnie w przeciwnym kierunku, z pewnością pomógł korzystny układ genów.
Trudno jednak liczyć, ze i nam dopisze tyle szczęścia. Wybór, papieros czy zdrowie, tak czy inaczej należy wiec do nas.
MUTACJA/MUTAGEN
Mutacja - trwała zmiana informacji genetycznej zapisanej w DNA.
Mutagen - czynnik fizyczny lub chemiczny zdolny do wywołania mutacji.
Kancerogen - czynnik fizyczny lub chemiczny indukujący proces nowotworzeni.
Kancero geneza - proces transformacji normalnej komórki z nowotworowa.
Pojęcia mutagenu i kancerogenu nakładają się w znacznym stopniu, ale nie SA tożsame. Większość mutagenów ma lub jest podejrzewana o właściwości kancerogenne. Większość kancerogenów jest genotoksyczna i wywołuje uszkodzenia DNA, ale niektóre z nich mogą oddziaływać na inne elementy przekazu informacji genetycznej.
Ko-kancerogen - czynnik sam nie będący kancerogenem, ale wzmagający działanie kancerogenne innych substancji.