Никоти́н — алкалоид, содержащийся в растениях семейства паслёновых (Solanaceae), преимущественно в табаке и, в меньших количествах, в томатах, картофеле, баклажанах, зелёном перце. Никотиновые алкалоиды также присутствуют в листьях коки. Никотин составляет от 0,3 до 5 % от массы табака в сухом виде, биосинтез никотина происходит в корнях, накапливание никотина — в листьях. Никотин — сильнодействующий нейротоксин и кардиотоксин, особенно действующий на насекомых; вследствие этого никотин раньше широко использовался как инсектицид, а в настоящее время в том же качестве продолжают использоваться производные никотина — такие, как, например, имидаклоприд.
Содержание
История и название
Никотин был впервые выделен из табака в 1828 году германскими химиками Посселтом и Райманном. Его химическая эмпирическая формула была описана Мельсенсом в 1843 году. Впервые никотин синтезировали А. Пиктет и Крепьё в 1893 году.
Химические свойства
Никотин — гигроскопичная маслянистая жидкость с горьким вкусом, легко смешивающаяся с водой в основной форме. Как амин, никотин образует соли с кислотами, которые обычно твёрдые и водорастворимые. Никотин легко проникает через кожу. Основной никотин сгорает при температуре ниже точки кипения, а его пары воспламеняются при 95 °C в воздухе, несмотря на низкое давление пара. По этой причине бо́льшая часть никотина сгорает при выкуривании сигареты, однако, вдыхаемой части достаточно для получения требуемых эффектов.
Никотин легко окисляется до нетоксичной никотиновой кислоты (витамин PP). Однако в организме человека отсутствуют ферменты, необходимые для такого окисления. Поэтому даже хронические курильщики могут страдать от недостатка этого витамина.
Фармакология
Фармакокинетика
Фармакодинамика
Никотин действует на никотиновые ацетилхолиновые рецепторы. В низких концентрациях он увеличивает активность этих рецепторов, что, среди прочего, ведёт к увеличению количества стимулирующего гормона адреналина (эпинефрина). Выброс адреналина приводит к ускорению сердцебиения, увеличению кровяного давления и учащению дыхания, а также к бо́льшему уровню глюкозы в крови.
Симпатическая нервная система, действуя через чревные нервы на мозговое вещество надпочечника, стимулирует выброс адреналина. Ацетилхолин, вырабатываемый преганглионарными симпатическими волокнами этих нервов, действует на никотиновые ацетилхолиновые рецепторы, вызывая деполяризацию клеток и приток кальция через потенциалозависимые кальциевые каналы. Кальций запускает экзоцитоз хромаффинных гранул, тем самым способствуя выбросу адреналина (и норадреналина) в кровь.
Котинин — это побочный продукт усвоения никотина, который остаётся в крови до 48 часов и может быть использован как индикатор того, подвержен ли человек курению. В высоких дозах никотин приводит к блокированию никотинового ацетилхолинового рецептора, что является причиной токсичности никотина и его эффективности в качестве инсектицида.
Кроме всего прочего, никотин увеличивает уровень дофамина в путях центров удовольствия в мозге. Было выявлено, что курение табака подавляет моноаминоксидазу — фермент, отвечающий за расщепление моноаминных нейромедиаторов (например, дофамина) в мозге. Считается, что сам никотин не подавляет выработку моноаминоксидазы, за это отвечают другие компоненты табачного дыма. Повышенное содержание дофамина возбуждает центры удовольствия мозга, эти же центры мозга отвечают за «болевой порог организма» поэтому, вопрос о том, получает ли курящий человек удовольствие, остаётся открытым.
Несмотря на сильную токсичность, при употреблении в малых дозах (напр. при табакокурении) никотин действует как психостимулятор. Никотиновое воздействие на настроение различно. Вызывая выброс глюкозы из печени и адреналина (эпинефрина) из мозгового вещества надпочечника, он вызывает возбуждение. С субъективной точки зрения это проявляется ощущениями расслабленности, спокойствии и живости, а также умеренно-эйфорическим состоянием.
Токсичность
Многократное употребление никотина вызывает физическую и психическую зависимости, которые, однако, излечимы.
Никотин – главная причина, по которой люди когда-то стали курить табак, и основной фактор, вызывающий зависимость от него. В низких концентрациях он улучшает работу мозга, но по физиологическим характеристикам представляет собой нейротоксин. Польза и вред чистого никотина вне контекста сигарет пока изучена недостаточно. Однако у него явно есть бонусы, которые не дают многим людям перестать его употреблять. Рассказываем, как никотин объединяет людей и шмелей, действительно ли он подавляет аппетит и тревожность, и что с ним происходит в организме курильщика.
Зачем никотин табаку?
С точки зрения растений никотин такой же естественный пестицид, как и тысячи других алкалоидов, которые появились в результате эволюционной гонки между травянистыми растениями и насекомыми — любителями полакомиться листьями. В 2004 году исследователи напрямую показали, что если в растениях табака выключить синтез никотина, то они становятся гораздо привлекательнее для кузнечиков и таких огородных вредителей как помидорная совка. В полевом эксперименте безникотиновые ГМ-растения теряли в результате атак насекомых в три раза больше зелени, чем их «дикие» родственники.
Но никотин может двояко влиять и на насекомых. В 2017 году сотрудники Лондонского университетского колледжа показали, что высокая концентрация никотина в растворе глюкозы, которым угощали шмелей, отпугивает их. Вместе с тем небольшая доза алкалоида в угощении, напротив, привела к тому, что шмели предпочли такой раствор обычной сладкой воде. Ученые предположили, что в природе никотин действует на шмелей как психоактивное вещество и заставляет выбирать определенный вид растений, синтезирующих его в небольших количествах. Таким образом растения могут «привязывать» к себе опылителей. Причем никотин, скорее всего, не единственный алкалоид, обладающий подобным эффектом.
Здесь нужно уточнить, что, хотя в максимальной концентрации никотин содержится в листьях табака, небольшое его количество можно найти и в других растениях семейства пасленовых (родственниках табака) и не только — к примеру, он содержится в помидорах и баклажанах. Однако в табаке его на порядки больше, чем в овощных культурах: в современных сортах содержание никотина может достигать нескольких процентов от сухой массы листьев.
Кроме того, никотин и пестициды на его основе способны накапливаться в почве, и могут появляться в тех растениях, где этих веществ в норме быть не должно. Например, исследователи продемонстрировали, что мята накапливает в себе никотин, если в почву, где она растет, просто накидать окурков.
По причине эффективного отпугивания насекомых никотин и его производные долго использовали в качестве инсектицидов. Сначала для защиты культурных растений применяли настойку табака, но во второй половине XX века химики синтезировали аналоги никотина из класса неоникотиноидов, которые обладали повышенной токсичностью для насекомых, и при этом были безопасны для млекопитающих. Правда, самые популярные препараты из этого класса оказались замешаны в массовом вымирании пчел, из-за чего в ряде стран, в частности в Евросоюзе, их запретили к применению.
Как он действует на нас
С точки зрения физиологии никотин работает одинаково в организме что насекомых, что людей — имитирует действие нейромедиатора ацетилхолина, активируя соответствующие рецепторы на нейронах (они так и называются — никотиновые рецепторы ацетилхолина, или nAChrs). Эти белки, представляющие собой ионные каналы, встречаются в разных органах и могут содержать разные субъединицы. Но для потребителя наиболее важны рецепторы, расположенные в мозге — в том числе потому, что никотин сильнее с ними связывается.
Первая функция нейромедиатора, который имитирует никотин, — передача сигнала между нервами и мышцами, который запускает их сокращение. Воспроизведение этой сущности ацетилхолина в организме насекомых сделало никотин эффективным нейротоксином, вызывающим паралич у гусениц. Однако то количество алкалоида, которое единовременно потребляет человек, выкурив сигарету (1-2 мг, при этом повышение концентрации никотина в плазме крови составляет только 0.03 мг/л) оказывается недостаточно, чтобы вызвать такой эффект.
И все-таки никотином можно отравиться. Летальная доза для взрослого человека по разным данным составляет в диапазоне от 40 мг чистого вещества до 6.5-13 мг/кг, для детей в разы меньше. Симптомы легкого отравления включают в себя нарушения сердечного ритма, тошноту, рвоту и затруднение дыхания. В тяжелых случаях возможны судороги и полная остановка дыхания. Интоксикация связана также с тем, что ацетилхолин контролирует работу вегетативной нервной системы, которая регулирует работу внутренних органов. Однако это происходит также с участием второго, мускаринового типа рецепторов ацетилхолина (которые в экспериментах на животных научились активировать алкалоидом не табака, а мухомора), поэтому никотин оказывается для людей не настолько ядовитым, насколько мог бы быть.
Третья функция ацетилхолина в организме человека — регуляция работы центральной нервной системы. Воспроизведение связанных с этим эффектов в конечном счете является целью многих потребителей никотина. Один из них — так называемое нормализующее действие на работу мозга. Разные субтипы рецепторов нейромедиатора расположены как на возбуждающих, так и на ингибирующих нейронах в разных отделах мозга. За счет этого их активация может приводить как к подавлению слишком возбужденных нервных цепочек, так и к активации слишком подавленных. Поэтому, в зависимости от состояния человека, на курильщика никотин может подействовать и как стимулятор, и как успокоительное.
Благодаря способности регулировать силу передачи сигнала между нейронами (синаптическую пластичность), ацетилхолин также участвует в процессах обучения, памяти и внимания. Если для закрепления памяти важны мускариновые рецепторы гиппокампа, то для переключения внимания нужны в основном никотиновые nAChrs, за счет которых регулируется активность префронтальной коры. Тем не менее, продолжительное употребление сигарет здоровыми людьми парадоксальным образом приводит к ухудшению внимания, которое нормализуется только после отказа от курения. Противоположный эффект наблюдается у людей, страдающих шизофренией — судя по всему, никотин действительно помогает им концентрироваться.
Никотиновые рецепторы ацетилхолина с разным субьединичным составом в мембране нейрона
