استمرار زندگی با گاز‌هایی بدبو

نکته جالب توجه این که در آینده نزدیک قرار است این بوی متعفن و ناراحت‌کننده به عنوان پای ثابت تجهیزات پزشکی در بیمارستان‌های مجهز جهان به کار گرفته شود.

طی یک دهه گذشته، دانشمندان متوجه این نکته شده‌اند که سولفید هیدروژن در شکل‌گیری و تداوم بسیاری از فرآیندهای حیاتی درون بدن انسان نقش کلیدی و غیرقابل انکاری ایفا می‌کند.

کنترل فشار خون و تنظیم سوخت و ساز بدن ازجمله اموری است که این گاز نقش حیاتی را در آنها به عهده دارد. حتی فعالیت مغزی نیز صرفا در گروی وجود این گاز در سیستم عصبی است. یافته‌های اخیر دانشمندان نشان می‌دهد اگر بتوان این گاز را به درستی در اختیار گرفت بیماران و آسیب‌دیدگان حوادث از مرگ حتمی نجات پیدا خواهند کرد.

در حقیقت با استفاده از این گاز نه‌تنها می‌توان به بیمارانی که دچار حملات قلبی شده‌اند کمک کرد، بلکه آسیب‌دیدگان حوادث را نیز تا انجام عمل جراحی یا دریافت واحدهای خونی زنده نگاه داشت.

دانشمندان قرن‌هاست که درخصوص تاثیر زهرآلود سولفید هیدروژن بر انسان آگاه هستند. امروز و براساس همین آگاهی است که در سر چاه‌های نفت و گاز اقدامات ایمنی و پیشگیرانه‌ای برای حفظ سلامت کارگران نفتی صورت می‌گیرد. گذشته از آن در تاسیسات پردازش نفت و گاز و پالایشگاه‌ها این گاز از طریق لوله‌های مخصوص به محلی مناسب هدایت می‌شود.

بینی انسان می‌تواند این گاز را با غلظت 47 ده هزارم واحد در میلیون تشخیص دهد، اما زمانی که این رقم به 500 برسد سیستم تنفسی با مشکل مواجه می‌شود و اگر برای 5 دقیقه در معرض غلظت 800 واحدی این گاز قرار بگیریم، مرگ حتمی خواهد بود، اما نکته جالب توجه این است که انسان برای ادامه حیات به این گاز نیاز دارد!

برای این که بیشتر به نیاز بدن به این گاز عجیب پی ببریم به 250 میلیون سال قبل برمی‌گردیم؛ دورانی که چشم‌انداز زندگی در آن مملو از ترس و سختی بود. دوران (زمین‌شناسی) پرمیان بتدریج پایان می‌یافت و مهلک‌ترین انقراض نسل تمام دوران‌ها در راه بود.

به دنبال آن و با انتشار و آزادسازی گاز دی‌اکسیدکربن به واسطه فعالیت‌های شدید آتشفشانی در منطقه سیبری، تغییرات زیست‌محیطی شروع شد و سطح اکسیژن اقیانوس‌های جهان به حد بسیار خطرناکی کاهش یافت. این تغییر در ساختار شیمیایی اقیانوس‌ها رویداد ناخوشایندی برای موجودات دریایی بود که اکسیژن گاز ادامه حیات آنها به شمار می‌آمد، اما در همین زمان بتدریج سر و کله ارگانیسم‌های بی‌هوازی پیدا شد که از آنها به عنوان باکتری سولفور سبز یاد می‌شود.

این ارگانیسم‌ها در شرایطی ظهور پیدا کردند که سطح اکسیژن زمین تا حد زیادی کاهش یافته بود. گسترش محل زندگی این باکتری‌ها بتدریج تمامی اقیانوس‌ها را به مکانی غیرممکن برای ادامه حیات دیگر بازمانده‌های هوازی تبدیل کرد، چون آنها مقادیر قابل توجهی از سولفید هیدروژن را تولید و در آب اقیانوس‌ها حل می‌کردند.

در نهایت و براساس نظریه‌ای مهم درخصوص انقراض نسل، این گاز سمی بتدریج به هوای زمین نیز نشت پیدا کرد و در نتیجه گیاهان و جانوران ساکن خشکی به واسطه همین فرآیند از روی زمین برچیده شدند.

مطالعات دانشمندان نشان می‌دهد تا پایان دوره پرمیان حدود 95 درصد از گونه‌های آبزی و 70 درصد از گونه‌های ساکن خشکی زمین نابود شده بودند.

اهمیت گاز سولفید هیدروژن در فرآیندهای فیزیولوژیکی انسانی احتمالا نشات گرفته از نقش آن در دوران‌های گذشته زمین است. موجوداتی که از آن دوران مهلک جان سالم به در بردند به توانایی جالب توجهی در تحمل کردن این گاز دست یافتند و در موارد خاصی نیز حتی آن را مورد مصرف قرار می دادند و اکنون زندگی ما انسان‌ها نیز به نوعی به این گاز وابسته شده است.

سولفید هیدروژن تنها گاز سمی محسوب نمی‌شود که دانشمندان ردپای آن را در مکانیسم‌های درون بدن انسان شناسایی کرده‌اند. در دهه 80 میلادی دانشمندان دست به اکتشافاتی زدند و به شواهدی درخصوص آثار مهلک اکسید نیتریک (NO) که از آن به منوکسیدنیتروژن نیز یاد می‌شود، دست یافتند. این گاز به وسیله بدن و البته با غلظت کم تولید می‌شود.

بدن از این گاز به عنوان مولکول سیگنال‌دهنده استفاده کرده و رفتارهای سلولی را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

تحقیقاتی که نتایج آنها در سال 1998 جایزه نوبل پزشکی را برای محقق خود به ارمغان آورد، نشان می‌داد که اکسید نیتریک نقش قابل توجهی در باز کردن رگ‌های خونی، تنظیم سیستم ایمنی بدن و انتقال سیگنال‌ها میان نورون‌های عصبی دارد و حال آن که این موارد تنها بخش‌هایی از قابلیت‌های این گاز در بدن به شمار می‌آیند. همچنین گاز بی‌رنگ و بوی منوکسیدکربن (CO) که عمدتا از آن به قاتل خاموش یاد می‌شود نیز تاثیرگذاری مشابهی در بدن دارد.

محققان با بررسی اکسیدنیتریک و منوکسیدکربن متقاعد شده‌اند که بدن انسان احتمالا گازهای انتقال‌دهنده دیگری از این دست، تولید و مورد استفاده قرار می‌دهد.

تا سال 1998 ذهن برخی دانشمندان درخصوص این گازها و تنوع آنها بشدت مشغول بود. در تابستان آن سال دانشمندی به نام رو وانگ به یافته‌هایی در این زمینه دست یافت.

او پس از یک روز سنگین کاری متوجه بوی متعفنی در خانه خود شد که همین نکته او را به جستجو برای یافتن منشا بو تحریک کرد. او پس از جستجوی فراوان به کابینت شیشه‌ای رسید که گنج‌های خانوادگی‌اش را در آن به نمایش گذاشته بود. در میان آنها تخم‌مرغ ترک خورده و گندیده‌ای پیدا کرد که این بوی متعفن یا همان گاز سولفید هیدروژن از آن بلند می‌شد.

این تخم‌مرغ در واقع اثری هنری بود که با آبرنگ رنگ‌آمیزی شده بود. رو وانگ پس از آن به این فکر افتاد که آیا بدن انسان نیز توانایی آن را دارد که در اندام و بافت‌های مختلف خود چنین گازی تولید کند؟

از آنجا که کارهای تحقیقاتی وی درخصوص گازهای اکسید نیتریک و منوکسیدکربن روی تاثیراتشان بر سیستم‌های قلبی و عروقی متمرکز بودند، وی تصمیم گرفت تحقیقات دامنه‌داری را نیز برای سولفید هیدروژن آغاز کند.

تحقیقات اولیه وی نشان داد، مقادیر اندکی از این گاز در دیواره رگ‌های خونی موش‌های آزمایشگاهی تولید می‌شود و از آنجا که ساختار فیزیولوژیکی این موش‌ها شباهت زیادی به انسان‌ها دارد، او و تیم تحقیقاتی‌اش به این باور رسیدند که در بدن انسان نیز چنین فرآیندی وجود دارد.

این یک دستاورد ارزشمند محسوب می‌شد، اما برای این که تشخیص داده شود آیا این گاز در عملکرد اندام‌های مختلف بدن تاثیرگذار است یا نه، ضروری بود تا از دیواره رگ‌های خونی فراتر رفته و آزمایش‌های گسترده‌ای درخصوص دیگر قسمت‌های بدن انجام شود.

گام بعدی این بود که مشخص شود بدن انسان چگونه گاز سولفید هیدروژن را تولید می‌کند. رو وانگ و همکارانش تصمیم گرفتند آنزیمی موسوم به CSE را زیر نظر بگیرند. پیش از این مشخص شده بود که این آنزیم در تولید گاز سولفید هیدروژن در باکتری‌ها نقش بسزایی دارد.

مطالعاتی که پیش از آن انجام شده بود، نشان می‌دادند این آنزیم در جگر وجود دارد و در جگر نیز سولفور یافت می‌شود، حال آن که جگر بافتی است که ساخت و ساز آمینو اسیدهای مختلف و بلوک‌های سازنده پروتئین را هماهنگ می‌کند، اما هیچ کس نمی‌دانست که این آنزیم در رگ‌های خونی هم وجود دارد یا نه؟! اما تحقیقات بعدی نشان داد که آنزیم CSE در آنجا نیز وجود دارند، جایی که با آمینو اسیدی موسوم به L ـ cysteine ترکیب شده و همان گاز شناخته شده سولفید هیدروژن و 2 ترکیب دیگر از جمله آمونیوم را تولید می‌کند.

دانشمندان با رسیدن به این تشخیص مهم که گاز سولفید هیدروژن در رگ‌های خونی وجود دارد می‌توانند به بررسی نقش آن در این بافت‌های مهم بپردازند. از آنجا که مشخص شده گاز اکسیدنیتروژن موجب شل شدن رگ‌های خونی می‌شود، تیم تحقیقاتی رو وانگ این نظریه را مطرح کرده است که احتمالا گاز سولفید هیدروژن نیز نتیجه مشابهی را به همراه دارد.

برای اثبات چنین نظریه‌ای دانشمندان کار سختی در پیش نداشتند. آنها رگ‌های خونی موش آزمایشگاهی را در محلول سولفید هیدروژن فرو برده و پس از لحظاتی شل شدن رگ‌ها را به نظاره نشستند.

دانشمندان علوم زیست‌شناسی بتدریج پروژه‌ای را آغاز ‌کردند که در آن مشخص می‌شد گاز سولفید هیدروژن در بدن انسان همچون اکسید نیتریک نقش تنظیم‌کننده فشار خون را دارد. تا چند سال پیش مکانیسم سلولی نهفته در پس این فرآیند برای دانشمندان ناشناخته مانده بود، اما با مطالعه تک سلول‌های مربوط به رگ‌های خونی حیوانات آزمایشگاهی، سرنخ‌هایی به دست آمد.

رو وانگ نتایج این تحقیقات را در سال 2001 منتشر کرد که با استقبال محافل جهانی همراه بود. جایی که اکسید نیتریک به واسطه فعال ساختن آنزیمی موسوم به guanylyl cyclase دیواره رگ‌های خونی را شل می‌کند (این آنزیم در سلول‌های مسطح ماهیچه‌ای ساکن است) گاز سولفید هیدروژن نیز فرآیند مشابهی را البته به طریقی متفاوت هدایت می‌کند.

این گاز به طور ویژه‌ای پروتئین‌های موسوم به کانال‌های K atp را به فعالیت وا می‌دارد. این پروتئین‌ها جریان یون‌های پتاسیم سلول‌های مسطح ماهیچه‌ای را کنترل می‌کنند و جالب این که جریان یون‌ها باعث تولید جریان الکتریکی شده و وارد سلول‌ها و موجب شل شدن ماهیچه‌ها و رگ‌های خونی می‌شود.

فاش شدن این نکته که گاز سولفید هیدروژن در سیستم قلبی تولید می‌شود و به کنترل فشار خون در افراد کمک می‌کند، توجه بسیاری از محققانی را به خود جلب کرده است که به دنبال پیدا کردن شیوه‌های منحصربه‌فردی برای حفاظت از قلب در برابر آسیب‌های ناشی از نبود اکسیژن بوده‌اند. این وضعیت زمانی شکل می‌گیرد که یک لخته خونی مانع رسیدن اکسیژن به قلب شده و در نهایت حمله قلبی و حتی مرگ فرد رقم می‌خورد.

محققان در سال‌های اخیر متوجه شده اند که می‌توان از گاز سولفید هیدروژن برای جلوگیری یا درمان فشار خون، حملات قلبی و مغزی در انسان استفاده کرد.

البته تنها نباید به این نکته فکر کرد که سولفید هیدروژن صرفا به سیستم قلبی محدود می‌شود. محققان ردپای تولید آن را در سیستم عصبی نیز پیدا کرده‌اند. البته در آنجا آنزیم CSE منشأ اصلی تولید آن نیست و آنزیم مهم دیگری این وظیفه را به عهده دارد. البته این‌که گاز سولفید هیدروژن در سیستم عصبی چه وظیفه‌ای دارد، هنوز کاملا مشخص نشده است؛ اما با این حال برخی مطالعات نشان می‌دهد این گاز نقش یک تنظیم‌کننده نورونی را داشته و موجب می‌شود مدارات مغزی نسبت به محرک‌های مختلف واکنش‌پذیری کمتر یا بیشتری داشته باشند. حتی برخی مطالعات گویای آن هستند که تولید این گاز در سیستم عصبی انسان موجب تسهیل برقراری ارتباط میان سلول‌ها و تقویت حافظه و یادگیری می‌شود.

از آن گذشته نشان داده شده که این گاز موجب حفاظت از سلول‌های عصبی در برابر استرس‌های مختلف می‌شود. حتی برخی تحقیقات نشان می‌دهد تولید این گاز در سیستم عصبی موجب می‌شود تا بدن درد را احساس کرده و در نتیجه واکنش متناسبی بروز داده شود، اما باز هم این پایان داستان نیست.

منبع: Scientific American