Гормезис - Hormesis

Низкая доза химического агента может вызвать организм противоположный ответ на очень высокую дозу.

Гормезис является характеристикой многих биологических процессов, а именно двухфазный реакция на воздействие увеличивающегося количества вещества или состояния.[1] В рамках горметическая зона, как правило, существует благоприятный биологический ответ на низкое воздействие токсины и другие стрессоры. Период, термин гормезис происходит от греческого Хормесис "быстрое движение, рвение", само по себе от древнегреческого гормон «приводить в движение, побуждать, побуждать». Период, термин горметика был предложен для изучения и науки гормезиса.

В токсикология, гормезис - это доза реакция явление, характеризующееся стимуляцией низкой дозой, подавлением высокой дозы, что приводит к получению J-образной или перевернутой U-образной формы реакции на дозу.[1] Такие факторы окружающей среды, которые, казалось бы, вызывают положительную реакцию, также получили название "эустресс "Гормезисная модель реакции на дозу" активно обсуждается.[2] Представление о том, что гормезис важен для нормативов, касающихся химического риска, не является широко распространенным.[3]

Биохимические механизмы, с помощью которых работает гормезис, остаются предметом лабораторных исследований и недостаточно изучены.[1]

История

Немецкий фармаколог Хьюго Шульц впервые описал такое явление в 1888 году после своих собственных наблюдений, что рост дрожжей можно стимулировать небольшими дозами ядов. Это было связано с работой немецкого врача Рудольф Арндт, которые изучали животных, получавших низкие дозы лекарств, что в конечном итоге привело к Правило Арндта-Шульца.[2] Защита Арндта гомеопатия способствовали снижению авторитета правила в 1920-х и 1930-х годах.[2] Термин «гормезис» был придуман и впервые использован в научной статье Честер М. Саутэм и Дж. Эрлих в 1943 году в журнале: Phytopathology, volume 33, pp. 517–541. Эдвард Калабрезе возродил понятие гормезиса.[4][5]

Примеры

Физическое упражнение

Лица с низким уровнем физической активности подвержены риску высокого уровня окислительный стресс, как и люди, занимающиеся высокоинтенсивными программами упражнений; однако люди, занимающиеся умеренно интенсивными регулярными упражнениями, испытывают более низкий уровень окислительного стресса. Некоторые связывают высокий уровень окислительного стресса с увеличением заболеваемости различными заболеваниями.[6]

Утверждалось, что эта взаимосвязь, характеризующаяся положительными эффектами при средней дозе стрессора (упражнения), характерна для гормезиса.[6] Однако важно отметить, что есть доказательства того, что окислительный стресс, связанный с интенсивными упражнениями, может иметь долгосрочные преимущества для здоровья. Это означает, что окислительный стресс сам по себе является примером гормезиса (см. Митохондриальный гормезис ), а вот физические упражнения - нет.[7]

Алкоголь

Основные статьи: Употребление алкоголя и здоровье, Алкоголь и рак, и Алкоголь и сердечно-сосудистые заболевания

Алкоголь считается горметическим средством для предотвращения сердечных заболеваний и инсульта,[8] хотя польза от легкого питья могла быть преувеличена.[9][10]

В 2012 году исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружили, что крошечные количества (1 мМ, или 0,005%) этанола удваивают продолжительность жизни Caenorhabditis elegans, круглый червь, часто используемый в биологических исследованиях, которым не хватало других питательных веществ. Более высокие дозы 0,4% не обеспечивали увеличения продолжительности жизни.[11] Однако черви, подвергшиеся воздействию 0,005%, не развивались нормально (их развитие было остановлено). Авторы утверждают, что черви использовали этанол в качестве альтернативного источника энергии в отсутствие другого питания или вызвали стрессовую реакцию. Они не тестировали действие этанола на червей, получавших обычную диету.

Поскольку легкое употребление алкоголя увеличивает риск рака, у него нет горметической зоны с точки зрения рака.

Метилртуть и яйца кряквы

В 2010 году в журнале опубликована статья Экологическая токсикология и химия показали, что низкие дозы метилртуть, сильный нейротоксический загрязнитель, улучшил скорость вылупления кряква яйца.[12] Автор исследования Гэри Хайнц, руководивший исследованием Геологическая служба США на Центр исследования дикой природы Патаксента в Beltsville, Штат Мэриленд, заявил, что возможны и другие объяснения. Например, возможно, что исследуемое им стадо могло иметь некоторую слабую, субклиническую инфекцию, и что ртуть, хорошо известная как противомикробное средство, могла убить инфекцию, которая в противном случае повредила бы размножению у нелеченных птиц.[12]

Влияние на старение

Одной из областей, где концепция гормезиса широко исследовалась в отношении ее применимости, является старение.[13][14] Поскольку основная выживаемость любой биологической системы зависит от ее гомеостатический способность, биогеронтологи предположили, что воздействие на клетки и организмы умеренного стресса должно приводить к адаптивному или горметическому ответу с различными биологическими преимуществами. В настоящее время эта идея собрала большое количество подтверждающих данных, показывающих, что повторяющееся воздействие умеренного стресса оказывает антивозрастное действие.[15][16] В этом отношении упражнения - парадигма гормезиса.[16] Некоторые из умеренных стрессов, используемых для таких исследований по применению гормезиса в исследованиях и вмешательствах, связанных со старением: тепловой удар, облучение, прооксиданты, гипергравитация, и ограничение в еде.[15][16][17] Некоторые другие природные и синтетические молекулы, такие как целастрол из лекарственных трав и куркумин из специй куркума также было обнаружено, что они обладают положительным горметическим действием.[18] Такие соединения, которые оказывают благотворное воздействие на здоровье путем стимуляции или модулирования путей стрессовой реакции в клетках, были названы «горметинами».[15] Горметические вмешательства также были предложены на клиническом уровне,[19] с разнообразными стимулами, проблемами и стрессовыми действиями, которые направлены на увеличение динамической сложности биологических систем человека.[20]

Митохондрии

Митохондрии их иногда называют «клеточными энергетическими установками», потому что они производят большую часть запасов аденозинтрифосфата (АТФ), источника химической энергии. Активные формы кислорода (ROS) рассматривались как нежелательные побочные продукты окислительного фосфорилирования в митохондриях сторонниками свободнорадикальной теории старения, продвигаемой Денхэм Харман. В свободнорадикальная теория предполагает использование соединений, инактивирующих АФК, таких как антиоксиданты, приведет к снижению окислительного стресса и, таким образом, к увеличению продолжительности жизни.[нужна цитата ]

АФК могут выполнять важную и потенциально способствующую продолжительности жизни роль в качестве редокс-сигнализация молекулы, которые передают сигналы из митохондриального компартмента в другие компартменты клетки.[21] Повышенное образование АФК в митохондриях может вызвать адаптивную реакцию, которая вызывает повышенную стрессоустойчивость и долгосрочное снижение окислительного стресса. Этот вид обратного эффекта реакции на стресс, связанный с АФК, получил название митохондриального гормезиса или митохондриального гормезиса, и предполагается, что он ответственен за соответствующие возможности увеличения продолжительности жизни и укрепления здоровья, связанные с ограничением глюкозы и физическими упражнениями.[21]

Применима ли эта концепция к людям, еще предстоит показать, хотя недавно эпидемиологический находки подтверждают процесс митогормезиса и даже предполагают, что некоторые антиоксидант добавки могут усилить болезнь распространенность в людях.[22]

Ионизирующего излучения

Смотрите также: Радиационный гормезис

Гормезис наблюдался в ряде случаев у людей и животных, подвергшихся хроническому воздействию низких доз ионизирующего излучения. Выжившие после взрыва атомной бомбы, получившие высокие дозы, продемонстрировали сокращение продолжительности жизни и повышенную смертность от рака, но при низких дозах облучения коэффициент смертности от рака среди выживших после атомной бомбардировки ниже, чем в среднем по Японии.[23]

На Тайване переработано радиоактивно загрязненный сталь была случайно использована при строительстве более 100 многоквартирных домов, что привело к длительному (10 лет) облучению 10 000 человек. Средняя мощность дозы составила 50 мЗв / год, а подгруппа населения (1000 человек) получила общую дозу более 4000 мЗв в течение десяти лет. В широко используемых Линейный без порога Согласно теории (LNT), используемой регулирующими органами, ожидаемые смерти от рака в этой популяции составили бы 302 человека, из которых 70 были бы вызваны дополнительным ионизирующим излучением, а оставшаяся часть - естественным фоновым излучением. Однако наблюдаемый уровень рака был довольно низким - 7 смертей от рака, тогда как 232 были бы предсказаны теорией LNT, если бы они не подвергались воздействию радиации от строительных материалов. Похоже, действует гормезис ионизирующего излучения. Описан профессором Чарльзом Л. Сандерсом, Корейский институт передовых наук и технологий.[24]

Комбинированное химическое и ионизирующее излучение

Никакой эксперимент не может быть проведен в полной изоляции. Толстая свинцовая защита вокруг эксперимента с химической дозой, чтобы исключить эффекты ионизирующего излучения, строится и строго контролируется в лаборатории, и уж тем более не в полевых условиях. То же самое относится и к исследованиям ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение высвобождается, когда нестабильная частица испускает излучение, создавая два новых вещества и энергию в виде электромагнитная волна. Полученные в результате материалы могут свободно взаимодействовать с любыми элементами окружающей среды, а выделяемая энергия также может использоваться в качестве катализатора при дальнейших взаимодействиях ионизирующего излучения.[25]

Возникающая путаница в области воздействия низких доз (радиационной и химической) возникает из-за того, что эта концепция не учитывается, как описано Мазерсиллом и Сеймори.[26] Мазерсилл и Сеймори заявляют: «Большинство аргументов о том, является ли излучение« полезным для вас »или« вредным для вас », терпят неудачу из-за того, что не учитывается иерархический уровень, на котором возникает эффект, и потому, что большинство аргументов антропоцентрический. Например, гибель клеток рассматривается как «плохой» эффект, но если она удаляет потенциально канцерогенные клетки из популяции клеток в ткани, это может предотвратить начало рака и может рассматриваться как «хорошее» ».[нужна цитата ]

Полемика

Вопрос о том, является ли гормезис распространенным или важным, является спорным, поскольку он противоречит интуиции и используется лоббистами в качестве предлога для ослабления экологических норм в отношении некоторых хорошо известных токсичных веществ в США.[27]

По крайней мере одна рецензируемая статья принимает эту идею, утверждая, что более 600 веществ имеют U-образную форму. зависимость доза-реакция. Калабрезе и Болдуин писали: «Один процент (195 из 20 285) опубликованных статей содержал 668 зависимостей доза-реакция, которые соответствовали критериям включения».[28] Мысль о том, что эффекты низких доз могут быть (иногда поразительно) разными, принимается, но то, что эффект низких доз является положительным, вызывает сомнения.[нужна цитата ]

Гипотеза гормезиса вызвала наибольшие споры в применении к ионизирующего излучения. Эта гипотеза называется радиационный гормезис. Для целей разработки политики общепринятой моделью реакции на дозу в радиобиологии является линейный беспороговый модель (LNT), которая предполагает строго линейную зависимость между риском радиационно-индуцированных неблагоприятных последствий для здоровья и дозой радиации, подразумевая, что не существует безопасной дозы радиации для человека.

Тем не менее, многие страны, в том числе Чехия, Германия, Австрия, Польша и Соединенные Штаты имеют радоновая терапия Центры, весь основной принцип работы которых основан на предположении о радиационном гормезисе или благотворном воздействии малых доз радиации на здоровье человека. Такие страны, как Германия и Австрия в то же время ввели очень строгие антиядерные правила, которые были описаны как радиофобный непоследовательность.

Основная статья: Health_effects_of_radon § Преднамеренная_экспозиция

В Национальный исследовательский совет США (часть Национальная Академия Наук ),[29] то Национальный совет по радиационной защите и измерениям (орган, уполномоченный Конгресс США )[30] и Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию ионизирующей радиации (НКДАР ООН) все согласны с тем, что радиационный гормезис четко не показан, равно как и четкие правила для доз радиации.

В Соединенных Штатах Национальный совет по радиационной защите и измерениям заявил в 2001 году, что недостаточно доказательств радиационного гормезиса и что органы радиационной защиты должны продолжать применять модель LNT для целей оценки риска.[30]

В отчете 2005 года, подготовленном по заказу Французской национальной академии, сделан вывод о том, что существует достаточно доказательств того, что гормезис возникает при низких дозах, и что LNT следует пересмотреть как методологию, используемую для оценки рисков от источников излучения низкого уровня, таких как глубокие геологические хранилища за ядерные отходы.[31]

Последствия для политики

Регулирующие органы, такие как Агентство по охране окружающей среды (EPA), Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) и Комиссия по ядерному регулированию (NRC) традиционно используют линейная беспороговая модель на канцерогены (включая радиацию). В линейной модели предполагается, что не существует дозы, не имеющей риска вызвать рак. Хотя этот линейный подход остается по умолчанию[нужна цитата ], с достаточным механистическое свидетельство предполагая нелинейную дозу-ответ, EPA позволяет определить пороговую дозу (также известную как референтная доза), ниже которой предполагается, что риск рака отсутствует.[нужна цитата ]

Хотя сторонники гормезиса утверждают, что переход к модели гормезиса, вероятно, изменит стандарты воздействия этих токсичных веществ в воздуха, воды, еда и почва, делая стандарты менее строгими, другие ученые отмечают, что стимуляция низкими дозами может иметь крайне неблагоприятные последствия. Точно так же низкие дозы фталат DEHP вызывают повышенную аллергическую реакцию на аллергены, в то время как более высокие дозы не действуют.[нужна цитата ] Более широкое использование модели гормезиса повлияет на то, как ученые планируют и проводят исследования, а также на выбор моделей, оценивающих риск. По всей вероятности, признание того, что эффекты низких доз нельзя предсказать на основе экспериментов с высокими дозами, приведет к усилению стандартов общественного здравоохранения, а не к их ослаблению, как утверждают сторонники гормезиса.[нужна цитата ]

Гормезис остается в основном неизвестным широкой публике. Любое изменение политики должно рассматривать гормезис в первую очередь как проблему общественного здравоохранения (а не как проблему промышленного регулирования). Это будет включать оценку обеспокоенности общественности относительно воздействия малых токсичных доз. Кроме того, следует изучить влияние изменения политики гормезиса на управление промышленными рисками.[32]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Маттсон, М. П. (2007). "Определение гормезиса". Обзоры исследований старения. 7 (1): 1–7. Дои:10.1016 / j.arr.2007.08.007. ЧВК  2248601. PMID  18162444.
  2. ^ а б c Кайзер, Джоселин (2003). «Попивая из отравленной чаши». Наука. 302 (5644): 376–9. Дои:10.1126 / science.302.5644.376. PMID  14563981.
  3. ^ Аксельрод, Дебора; Бернс, Кэти; Дэвис, Девра; фон Ларебеке, Николас (2004). "'Гормезис - Неуместная экстраполяция от частного к универсальному ». Международный журнал гигиены труда и окружающей среды. 10 (3): 335–9. Дои:10.1179 / oeh.2004.10.3.335. HDL:1854 / LU-867581. PMID  15473091.
  4. ^ Калабрезе, Эдвард Дж. (2004). «Гормезис: революция в токсикологии, оценке рисков и медицине». Отчеты EMBO. 5 (Приложение 1): S37–40. Дои:10.1038 / sj.embor.7400222. ЧВК  1299203. PMID  15459733.
  5. ^ Бетелл, Том (2005). Политически некорректное руководство по науке. США: Regnery Publishing. стр.58 –61. ISBN  978-0-89526-031-4.
  6. ^ а б Радак, Жолт; Chung, Hae Y .; Колтай, Эрика; Тейлор, Альберт У .; Гото, Сатаро (2008). «Физические упражнения, окислительный стресс и гормезис». Обзоры исследований старения. 7 (1): 34–42. Дои:10.1016 / j.arr.2007.04.004. PMID  17869589.
  7. ^ Ристоу, Майкл; Зарсе, Ким (2010). «Как повышенный окислительный стресс способствует долголетию и метаболическому здоровью: концепция митохондриального гормезиса (митохондриального гормезиса)». Экспериментальная геронтология. 45 (6): 410–8. Дои:10.1016 / j.exger.2010.03.014. PMID  20350594.
  8. ^ Калабрезе, Эдвард Дж .; Кук, Ральф (2006). «Важность гормезиса для общественного здравоохранения». Перспективы гигиены окружающей среды. 114 (11): 1631–5. Дои:10.1289 / ehp.8606. JSTOR  4091789. ЧВК  1665397. PMID  17107845.
  9. ^ Филмор, Кэй Миддлтон; Керр, Уильям С .; Стоквелл, Тим; Чикрицс, Таня; Бостром, Алан (2006). «Умеренное употребление алкоголя и снижение риска смерти: систематическая ошибка в проспективных исследованиях». Исследования и теория зависимости. 14 (2): 101–32. Дои:10.1080/16066350500497983. Сложить резюме – Калифорнийский университет в Сан-Франциско (30 марта 2006 г.).
  10. ^ Филмор, Кэй Миддлтон; Стоквелл, Тим; Чикрицс, Таня; Бостром, Алан; Керр, Уильям (2007). «Умеренное употребление алкоголя и снижение риска смертности: систематическая ошибка в проспективных исследованиях и новых гипотезах». Анналы эпидемиологии. 17 (5): S16–23. Дои:10.1016 / j.annepidem.2007.01.005. PMID  17478320.
  11. ^ Кастро, Паола V .; Харе, Шилпи; Янг, Брайан Д .; Кларк, Стивен Г. (2012). Сингх, Шри Рам (ред.). «Caenorhabditis elegans. Борьба со стрессом от голода: низкие уровни этанола продлевают продолжительность жизни личинок L1». PLoS ONE. 7 (1): e29984. Bibcode:2012PLoSO ... 7E9984C. Дои:10.1371 / journal.pone.0029984. ЧВК  3261173. PMID  22279556.
  12. ^ а б Heinz, Gary H .; Хоффман, Дэвид Дж .; Климстра, Джон Д .; Стеббинс, Кэтрин Р. (2010). «Улучшенное размножение кряквы, получавших низкий уровень метилртути: очевидный случай гормезиса». Экологическая токсикология и химия. 29 (3): 650–3. Дои:10.1002 / и др. 64. PMID  20821490. Сложить резюме – Новости науки (5 марта 2010 г.).
  13. ^ Ле Бур, Эрик; Ротанг, Суреш, ред. (2008). Легкий стресс и здоровое старение: применение гормезиса в исследованиях и мероприятиях по старению. ISBN  978-1-4020-6868-3.[страница нужна ]
  14. ^ Ротанг, С. И. (2008). «Принципы и практика горметического лечения старения и возрастных заболеваний». Человек и экспериментальная токсикология. 27 (2): 151–4. Дои:10.1177/0960327107083409. PMID  18480141.
  15. ^ а б c Ротанг, Суреш И.С. (2008). «Гормезис в старении». Обзоры исследований старения. 7 (1): 63–78. Дои:10.1016 / j.arr.2007.03.002. PMID  17964227.
  16. ^ а б c Самоцветы, Дэвид; Куропатка, Линда (2008). "Гормезис и старение: реакция на стресс:" То, что нас не убивает, делает нас сильнее"". Клеточный метаболизм. 7 (3): 200–3. Дои:10.1016 / j.cmet.2008.01.001. PMID  18316025.
  17. ^ Ле Бур; Ротанг, ред. (2008). Легкий стресс и здоровое старение: применение гормезиса в исследованиях и мероприятиях по старению. ISBN  978-1-4020-6868-3.[страница нужна ]
  18. ^ Ali, R.E .; Ротанг, SI (2006). «Двухфазный горметический ответ куркумина на активность протеасом и синтез белков теплового шока в кератиноцитах человека». Летопись Нью-Йоркской академии наук. 1067 (1): 394–9. Bibcode:2006НЯСА1067..394А. Дои:10.1196 / летопись.1354.056. PMID  16804017.
  19. ^ Кириазис, Мариос (2005). «Клинические антивозрастные горметические стратегии». Исследования омоложения. 8 (2): 96–100. Дои:10.1089 / rej.2005.8.96. PMID  15929717.
  20. ^ Кириазис, Мариос (2003). «Практическое применение теории хаоса к модуляции старения человека: природа предпочитает хаос регулярности». Биогеронтология. 4 (2): 75–90. Дои:10.1023 / А: 1023306419861. PMID  12766532.
  21. ^ а б Ристоу, М; Зарсе, К. (2010). «Как повышенный окислительный стресс способствует долголетию и метаболическому здоровью: концепция митохондриального гормезиса (митохондриального гормезиса)». Экспериментальная геронтология. 45 (6): 410–8. Дои:10.1016 / j.exger.2010.03.014. PMID  20350594.
  22. ^ Белакович, Горан; Николова, Д; Gluud, LL; Simonetti, RG; Gluud, C (2007). «Смертность в рандомизированных испытаниях антиоксидантных добавок для первичной и вторичной профилактики: систематический обзор и метаанализ». JAMA. 297 (8): 842–57. Дои:10.1001 / jama.297.8.842. PMID  17327526.
  23. ^ Суто, С. (2018). Низкие дозы радиации от атомных бомб увеличивают продолжительность жизни и снижают смертность от рака по сравнению с необлученными людьми. Гены и окружающая среда, 40 (1), 26. https://doi.org/10.1186/s41021-018-0114-3
  24. ^ Сандерс, Чарльз (2010). Радиационный гормезис и допущение линейного безпорогового. Радиационный гормезис и предположение о линейном отсутствии порога Чарльза Л. Сандерса. п.47. Bibcode:2010rhln.book ..... S. ISBN  978-3-642-03719-1.
  25. ^ «Ионизирующее излучение, воздействие на здоровье и защитные меры». Всемирная организация здоровья. Получено 2017-02-16.
  26. ^ Мазерсилл С., Сеймур С. (2009). «Влияние множества факторов стресса на здоровье окружающей среды». Журнал радиологической защиты. 29 (2A): A21–8. Bibcode:2009JRP .... 29 ... 21M. Дои:10.1088 / 0952-4746 / 29 / 2A / S02. PMID  19454807.
  27. ^ «Ученый говорит, что некоторые загрязнения хорошо для вас - спорная требование EPA Трампа обнял». Лос-Анджелес Таймс. 2019-02-19. Получено 2020-08-11.
  28. ^ Калабрезе Э.Дж., Болдуин Л.А. (2001). «Частота U-образных дозовых реакций в токсикологической литературе». Токсикологические науки. 62 (2): 330–8. Дои:10.1093 / toxsci / 62.2.330. PMID  11452146.
  29. ^ Комитет по оценке рисков для здоровья от воздействия низких уровней ионизирующего излучения, Национальный исследовательский совет (2005 г.). Риски для здоровья от воздействия низких уровней ионизирующего излучения: BEIR VII, фаза 2. Национальная академия прессы. ISBN  978-0-309-09156-5.[страница нужна ]
  30. ^ а б Оценка линейно-непороговой модели доза-реакция для ионизирующего излучения. Национальный совет по радиационной защите и измерениям. 2001 г. ISBN  978-0-929600-69-7.[страница нужна ]
  31. ^ Тубиана, Морис (2005). «Взаимосвязь доза-эффект и оценка канцерогенных эффектов низких доз ионизирующего излучения: совместный доклад Академии наук (Париж) и Национальной академии медицины». Международный журнал радиационной онкологии • Биология • Физика. 63 (2): 317–9. Дои:10.1016 / j.ijrobp.2005.06.013. PMID  16168825.
  32. ^ Поумадере, М. (2003). Гормезис: политика общественного здравоохранения, организационная безопасность и информирование о рисках. Человек и экспериментальная токсикология, 22 (1), 39-41

дальнейшее чтение

  • Mattson, Mark P .; Калабрезе, Эдвард Дж., Ред. (2009). Гормезис: революция в биологии, токсикологии и медицине. Нью-Йорк: Humana Press. ISBN  978-1-60761-495-1.

внешняя ссылка