Miért nem okoz izomrángást a nikotin?

A nikotin közismert vegyület, aminek az idegtudomány történetében is fontos szerep jutott. Miután kiderült, hogy képes aktiválni az autonóm idegrendszert és az izmokat is, felmerült a kérdés, hogy miért nem okoz izomgörcsöket a dohányfüst? Erre a kérdésre csak 2009-ben érkezett kielégítő válasz.

A dohányt a legújabb eredmények szerint már a kőkorban is ismerte és használta az emberiség. Amerikai antropológusok tártak fel Észak-Amerikában egy területet, ahol a néhai tűzrakóhely közelében maradtak meg a dohánynövény magjai, amiknek a korát 12 300 évben határozták meg. Feltehetőleg már a kezdetektől fontos szerepet töltött be az emberek életében, fizetőeszközként is használták, illetve az ókor idejéről származó mezoamerikai istenségek ábrázolásain is gyakran feltűnt a dohányzás.

Maja pap dohányzik egy kőbe vésett képen, i. sz. 250 – 900 között (Forrás: wikimedia.commons).

A dohány a XVI. századig csak az amerikai kontinensen volt ismeretes, azonban az új világ felfedezése során az európai gyarmatosítók is hamar megismerkedtek vele. Bartolomé de las Casas feljegyzéseiben azt írta, hogy Kolombusz Kristóf felderítői meglehetősen könnyen rászoktak a dohányzásra és hiába dorgálták őket, nem voltak képesek felhagyni a szokással. A dohány hamarosan Európát is meghódította, a XVI. század végére már fontos élvezeti cikknek számított. A népszerűsége folyamatosan növekedett, egészen a XX. század első feléig, amikoris az egészségügyi hatásai kerültek előtérbe.

A kezdetektől fogva világos volt, hogy a dohányzás nem tesz jót a tüdőnek és a légutaknak, hiszen a rendszeres használók légutai folyamatosan küzdenek a dohányfüst ellen. Érdekes módon a világon elsőként a náci Németországban jelent meg olyan szabályozás, ami a dohányzás visszaszorítását célozta, azonban hamarosan más országok is követték ezt a példát. Napjainkban a világ minden táján törekednek a dohányzás visszaszorítására, azonban nincs olyan ország, ahol illegális lenne, noha a nikotin az egyik legaddiktívabb ismert vegyület és a dohányzás bizonyítottan fokozza számos halálos betegség kialakulásának kockázatát.

A nikotin és az autonóm idegrendszer

A dohányban található nikotin kivonása, struktúrájának feltárása és mesterséges szintézise a XIX. század végére lezajlott és innentől a fiziológusok számára is elérhetővé vált ez az érdekes vegyület. John Newport Langley a XX. század elején kísérletezett az új vegyülettel és ezek a vizsgálatok hozzájárultak az idegrendszer működésének alaposabb megértéséhez.

Ebben az időben a már a legtöbb tudós egyetértett abban, hogy az idegrendszer is sejtekből áll, mint a szervezet minden szövete. Manapság ez már magától értetődőnek tűnik, azonban a korai mikroszkópos megfigyelések alapján nem lehetett egyértelműen eldönteni, hogy az idegrendszerből származó metszeteken látható kuszaságban mi mivel van közvetlen kapcsolatban. Ahhoz, hogy minden kétséget kizáróan bebizonyosodjon az idegrendszer sejtes felépítése, olyan festési eljárásra volt szükség, amely kivehetővé teszi az idegsejteket. Camillo Golgi fedezte fel az ún. fekete reakciót (reazzione nera), amely máig tisztázatlan okokból kifolyólag egy-egy idegsejtet fest meg teljesen feketére, a környező sejteket azonban nem színezi. Az eljárást Santiago Ramón y Cajal fejlesztette tovább, és eredményei alapján vált világossá, hogy az idegrendszer idegsejtekből áll.

A következő fontos kérdés az volt, hogyan tevődik idegsejtről idegsejtre az elektromos jel, ami tulajdonképpen a rendszer működésének lényege. E kérdés is komoly vitát generált, amelyet a leves vagy szikra vitaként emlegetnek. A vita lényege, hogy egyesek úgy vélték, az idegsejtek valamilyen kémiai anyagot bocsájtanak ki, amely tovább viszi az ingerületet, míg mások úgy gondolták, hogy az elektromosság szikraként ugrik az egyik sejtről a másikra. Ebben a vitában játszott fontos szerepet Langley, többek között a nikotinnal végzett kísérletei révén.

A kísérletek során Langley a nikotin autonóm idegrendszerre kifejtett hatását vizsgálta. Ekkor már ismert volt, hogy az autonóm idegrendszer két részre osztható, melyek anatómiailag és funkcionálisan is jól elkülönülnek. A szimpatikus idegrendszer sejtjeinek nyúlványai a gerincvelőből a törzs tájékán lépnek ki és a gerincvelő mellett lévő szimpatikus határláncban képeznek kapcsolatot azokkal a sejtekkel, melyek már a különböző szerveket idegzik be. A paraszimpatikus idegrendszer esetében viszont a nyak és a keresztcsont tájékáról lépnek ki a sejtnyúlványok, amik egészen a beidegzett szervek közelében lévő dúcokhoz futnak és csak itt képeznek kapcsolatot a szerveket közvetlenül ellátó idegsejtekkel.

Langley nikotinnal végzett vizsgálatainak legfontosabb eredménye, hogy a nikotin a szimpatikus határláncban és a szervek közelében lévő dúcokba juttatva a szimpatikus és a paraszimpatikus idegrendszer aktivitását is képes kiváltani. A nikotin ráadásul az izmokat is képes volt működésbe hozni. Henry Hallett Dale és mások munkájának köszönhetően kiderült, hogy az acetilkolin nevű vegyület ugyanezeket a hatásokat produkálja, de a paraszimpatikus idegrendszer aktivációját közvetlenül a szervekhez beadva is képes utánozni. Végül a légyölő galócából (Amanita muscaria) kinyert muszkarin csak az acetilkolin ezen utóbbi hatását utánozta. Ezek alapján Langley felvetette, hogy a sejtek felszínén úgynevezett receptorok helyezkednek el, melyekhez a velük kapcsolatban lévő sejtek által kibocsájtott vegyületek képesek bekötni. Henry Hallett Dale később azt is felvetette, hogy az acetilkolin esetében két különböző receptor is van, melyekhez a nikotin és a muszkarin hasonlóságuk miatt képesek bekötni.

Ezek a sejtések később beigazolódtak. Egyrészt kiderült, hogy valóban kémiai vegyületek révén tevődik át az ingerület egyik sejtről a másikra, másrészt az is bebizonyosodott, hogy két különböző acetilkolin-receptor fordul elő a szervezetben, a nikotinikus és a muszkarinikus.

Miért nem ránganak az izmok amikor dohányzik az ember?

A nikotinikus acetilkolin receptor a nikotin hatására is aktiválódik, ezt figyelte meg Langley is, amikor a dohányból kivont nikotinnal ingerelte az autonóm idegrendszer két ágát és az izmokat. Ez az egész viszonylag koherens, azonban felmerülhet a kérdés, hogy ha a dohányfüstben is van nikotin, ami ingerli is az autonóm idegrendszert, akkor miért nem okoz izomrángást is?

Az egyszerű válasz erre a kérdésre, hogy a különböző nikotinikus acetilkolin receptorok eltérő affinitással kötik a nikotint. Ez azt jelenti, hogy a nikotinikus receptorok maguk is több típusba sorolhatók, vannak köztük olyanok, melyek kis mennyiségű nikotin jelenlétében is nagy eséllyel kötik meg a nikotint, de olyanok is, melyek csak nagyobb mennyiségnél. Ez a válasz azonban újabb kérdést vet fel: miért tér el a különböző nikotinikus receptorok affinitása?

Erre a kérdésre egy 2009-ben publikált vizsgálat adott konkrét választ. Dennis Dougherty és Henry Lester együttműködésének köszönhetően kiderült, hogy a központi idegrendszerben található nikotinikus receptorok kötőzsebe jelentősen eltér az izmoknál található receptorokétól. A központi idegrendszerben a kötőzsebben van egy aminosav oldallánc (triptofán) amelynek az aromás gyűrűje a nikotin pozitív töltésű nitrogénatomjával lép kapcsolatba, illetve hidrogénhíd is kialakul közöttük. Ezek azt eredményezik, hogy a nikotin viszonylag stabilan köt be a központi idegrendszerben található acetilkolin receptorok kötőzsebébe. Az izmoknál lévő receptoroknál ugyanúgy megtalálható a triptofán, azonban egy közeli aminosav lecserélődött egy pontmutációnak köszönhetően, így a kötőzseb konfigurációja a nikotin hatékony bekötését már nem teszi lehetővé. Ezt a receptor így csak jóval magasabb koncentrációban lenne képes aktiválni a nikotin, azonban a dohányfüsttel nem kerül be megfelelő mennyiségben a szervezetbe. A dohányzás így nem öli meg azonnal az embert fájdalmas izomgörcsökkel, ettől lassabb és alattomosabb gyilkos.