Ученые исследовали, как высокие уровни CO2 влияют на здоровье человека

Исследователи впервые выявили в клетках соединение, получаемое из углекислого газа – биологический окислитель под названием пероксимонокарбонат. Это вещество образуется при взаимодействии перекиси водорода и углекислого газа.

Высокая концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере влияет не только на климат, но и на биологические процессы в организме человека. CO2 вступает в реакцию с перекисью водорода (H2O2), которая естественно вырабатывается в организме и выполняет множество функций. В результате образуется окислительное соединение – пероксимонокарбонат.

Новый метод обнаружения

Ученые разработали методику, позволяющую выявлять пероксимонокарбонат в клетках. Она основана на использовании флуоресцентных молекулярных зондов. Это открытие дало возможность изучить, как повышенные концентрации атмосферного CO2 воздействуют на здоровье человека.

Результаты показывают, что пероксимонокарбонат играет важную роль как в адаптивных процессах клеток, связанных с передачей окислительно-восстановительных сигналов, так и в развитии клеточной дисфункции. Кроме того, эпидемиологические исследования свидетельствуют, что уровень CO2, характерный для современных городов, может приводить к ряду физиологических нарушений. Однако механизмы токсического действия CO2 остаются плохо изученными.

Как проводилось исследование

Для обнаружения пероксимонокарбоната использовали измерение флуоресценции с применением боронатных зондов. Исследователи создавали физиологические концентрации перекиси водорода, наблюдая за реакцией зондов в присутствии и отсутствии углекислого газа.

В экспериментах использовали макрофаги – клетки иммунной системы, которые при активации генерируют различные оксиданты. Анализы показали, что при наличии CO2 клетки продуцируют пероксимонокарбонат, а не другие окислители, такие как пероксинитрит или хлорноватистая кислота.

Это открытие значительно упростило процесс выявления пероксимонокарбоната, что ранее считалось невозможным. Теперь ученые могут изучать его влияние на клеточные реакции, такие как окисление белков и другие биологические процессы.

Роль CO2 и пероксимонокарбоната

CO2 является предшественником пероксимонокарбоната, образующегося при взаимодействии с перекисью водорода. Сам углекислый газ естественно присутствует как в атмосфере, так и в организме человека, где его суточное выведение достигает примерно 1 кг.

Умеренный окислительный стресс вызывает адаптационные реакции клеток, такие как активация генов, ответственных за защиту от окисления. Однако пероксимонокарбонат окисляет тиоловые белки быстрее, чем перекись водорода, что делает его более значимым фактором окислительных процессов.

CO2 также воздействует на экспрессию генов, связанных с воспалением, и влияет на модификацию белков, что может изменять их функции. Пероксимонокарбонат, вероятно, играет важную роль в механизмах, через которые углекислый газ оказывает токсическое воздействие.

Потенциальные риски для здоровья

Исследования последних лет показали, что воздействие высоких уровней CO2 может вызывать воспалительные процессы, снижение когнитивных функций, нарушение минерального обмена в костях, кальцификацию почек, окислительный стресс и дисфункцию сосудов.

Ранее считалось, что негативные последствия возникают при концентрациях CO2 выше 5000 ppm. Однако современные данные указывают, что уже 1000 ppm могут оказывать неблагоприятное воздействие на организм даже при кратковременном воздействии.