大学化学, 2020, 35(11): 115-120 doi: 10.3866/PKU.DXHX202006033

科普

尼古丁的“口供”

吴雨菡1, 郭今心,2

"Confession" from Nicotine

Wu Yuhan1, Guo Jinxin,2

通讯作者: 郭今心, Email: jinxinguo@sdu.edu.cn

收稿日期: 2020-06-8   接受日期: 2020-07-20  

基金资助: 2018山东省教育厅新时代医用化学系列课程教学模式改革与创新实践.  M2018B350

Received: 2020-06-8   Accepted: 2020-07-20  

摘要

以口供的形式介绍了尼古丁的分子结构和部分生理功能,通过真实案件揭示尼古丁对人体的毒性。结合医学知识,阐述了尼古丁中毒的过程、吸烟上瘾的机理和尼古丁对人体的损害,并对人类健康生活提出禁烟建议。

关键词: 尼古丁 ; 烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs) ; 吸烟 ; 急性尼古丁中毒 ; 成瘾

Abstract

This is a piece of confession made by Nicotine where its molecular structure and some physiological functions are introduced. The toxicity of Nicotine on human body has been revealed, based on an authentic suicide case. Combined with medical knowledge, the process of Nicotine intoxication, the mechanism of smoking addition and Nicotine's negative effect on human body, have been presented. Ultimately non-smoking advice is suggested for the sake of human health.

Keywords: Nicotine ; Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) ; Smoking ; Acute Nicotine intoxication ; Addition

PDF (1395KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

吴雨菡, 郭今心. 尼古丁的“口供”. 大学化学[J], 2020, 35(11): 115-120 doi:10.3866/PKU.DXHX202006033

Wu Yuhan. "Confession" from Nicotine. University Chemistry[J], 2020, 35(11): 115-120 doi:10.3866/PKU.DXHX202006033

谈到尼古丁,人们都会不约而同地想到香烟。“手握美酒,吞云吐雾”曾一度成为了社会成功人士的标配。然而,飘渺的烟雾背后却显现出重重杀机……被缕缕烟香裹挟着的尼古丁最终会到达人体的何处?到达终点站的尼古丁又将如何“为非作歹”?对人类健康是一击致命还是“温水煮青蛙”?作为香烟中最重要的成瘾物质,尼古丁虽然一直被视为人类健康的公敌,吸烟却为何屡禁不止?若要拨开层层迷雾,敬请翻阅以下案件卷宗,且看尼古丁“本人”如何交待自己的罪行。

1 案件摘要

中年抑郁症患者吞食香烟,酿自杀惨剧——急性尼古丁中毒是元凶[1]。

2 案发现场

2019年X月X日,日本,一名四十岁抑郁症男患者被发现在家中死亡。室内门窗紧闭、完好无损,排除他人入室作案可能。死者口中和前颈遗留有棕色呕吐物,前臂和颈部有多处切割伤口。死者身旁发现九支香烟滤嘴和一个空咖啡瓶,以及沾满血迹的剪刀。

3 尸检结果

前臂和颈部的伤口系死者用剪刀所为,但伤口较浅,均非致命伤。从尸体的气管、食管和胃中发现大量黄棕色液体,内含未被完全消化的烟叶。化验结果显示,心脏血液、外周血、胃内容物中尼古丁含量分别为3.740、2.140、451.100 μg∙mL−1,远高于尼古丁中毒剂量(血液中尼古丁的成人致死含量为1.000 μg∙mL−1[1]),判定为急性尼古丁中毒死亡。

4 口供记录

4.1 尼古丁的自我介绍

问:姓名?

答:尼古丁,我的英文名叫Nicotine,也有很多人叫我烟碱,我的化学名称为:1-甲基(2-吡啶基)吡咯烷。其实,我原本不叫尼古丁。尼古丁是一位法国人的名字。约在1561年,法国驻西班牙大使尼古特将烟草传入法国,没料到法国皇太后特别喜爱它,于是烟草被命名为太后草。后来为了纪念尼古特传播烟草之功,就将我命名为“尼古丁”。如今,烟草的拉丁名为Nicotiana tabacum,其中第一个词Nicotiana意为烟草属,就是由尼古特的名字演变而来[2]。

问:年龄,籍贯?

答:我是一种存在于茄科植物(茄属)中的生物碱,一般居住于烟草的叶子中,人们发现我至少有一千多年了。至于我的家乡,最早应该是在美洲吧,但是现在全球种植烟草和使用烟草的地方太多了,几乎在所有地区都能看到我的身影。1828年,我首次被德国化学家Posselt和Reimann从烟草中分离出来;1893年,德国化学家Adolf Pinner和Richard Wolffenstein确定了我的结构;1904年,德国化学家Amé Pictet和A. Rotschy首次报道了我的全合成[2]。

问:这张照片是你吗(图1)?你都有哪些特性?

图1

图1   尼古丁的结构式


答:对,这就是我的结构式。我的分子式为C10H14N2,分子量为162.23。我含有一个吡啶环和一个氢化吡咯环,具有手性,是有机二元弱碱(pKb1 = 5.98,pKb2 = 10.88)。我以无色或淡黄色油状液体存在于室温下,相对密度为1.0097 (20 ℃),沸点为247 ℃,有强烈的辣味,具有潮解性。并且,我在空气中易被氧化,颜色变深、发粘,带有特殊的臭味。在低于60 ℃时,我可以和水任意混溶,并且易溶于醇、醚、氯仿、石油醚等有机溶剂。另外,我还能和多种无机酸或有机酸成盐,在烟叶中多以有机盐的形式存在[3]。别看我只由一个吡啶环和一个连着甲基的四氢吡咯环组成,我的作用可不小哩!

问:你的作用确实不小,据我们掌握的可靠证据,你犯下了许多罪行,今天你必须坦白交待。2019年X月X日,你是不是在日本杀死了一名中年男性?

答:啊!被你们发现啦?等等,让我想想……哦,你说的是那起自杀案吧?那可不是我想要杀死他,是他自己就着咖啡吞下了九支香烟,我也只好在他的身体里发挥作用了。

4.2 人类吸烟后,尼古丁去哪里了?

问:据我们调查,你在人体内为非作歹不是初犯了。每次随着香烟烟雾进入人体的就有你!坦白从宽,抗拒从严。老实交待,在人体中,你都实施了哪些犯罪行为?

答:既然你们都知道了,那我就全坦白交待了吧。在人类吸烟时,我首先会随着烟雾进入肺部,随后快速通过肺静脉的血液循环进入心脏,然后通过动脉血液循环直达大脑。这个过程仅仅耗时10–20 s,接触你们的中枢神经简直就是轻而易举。那里有很多神经细胞,在它们之间有一类叫“烟碱型乙酰胆碱受体”(nicotinic acetylcholine receptors,nAChRs)的神经递质受体(可与不同种类的神经递质结合,传导各种兴奋)。这类受体就像是为我量身定做的钥匙孔一样,能与我紧密结合。而我来者不拒,充当神经递质与他们结合。随后,下一级神经元就会兴奋。而这种兴奋将在中枢神经系统(包括脑和脊髓)、自主神经系统(主要调节内脏等器官的运动)中逐级传导,最终向全身器官传递神经冲动[4]。更重要的是,我还能让大脑中控制情绪的区域分泌一种叫“多巴胺”的物质[5],它就像“快乐剂”一样,让人类感到兴奋和愉悦,从此欲罢不能。

问:一般来说,神经递质与突触后膜上的受体结合一段时间之后就会被清除。如果你和它们一样,对我们的影响也不会持续多久。但为什么有这么多人都因为你而对吸烟上瘾呢?

答:我可不是你们所谓的一般神经递质。虽然我自身的代谢消除半衰期就可达1–2 h之久,但是,我在人体内的主要活性代谢产物——可替宁(图2)才是让人类成瘾的高手,它在人体内的消除半衰期长达18–20 h [6]。因此,我的某些精神活性作用就可以通过这种长效代谢产物介导。所以,我与nAChRs的结合不仅十分紧密,持续的时间还更长。不过,一段时间后,尽管受体还被我占用着,但由于“脱敏作用”,受体对神经冲动的传导作用就渐渐消失了[5, 7]。

图2

图2   可替宁的结构式


问:如此一来,你不就黔驴技穷了?

答:哈哈,结果不像你们想的那么简单!吸烟者为了不断获得所谓的“兴奋”和“愉快”,就会在神经细胞中制造出大量的nAChRs。当新一批nAChRs出现在神经细胞膜上时,我们也就有了新的归宿。这也就是为什么吸烟者体内的nAChRs含量比常人要高出许多[7]。长此以往,一套完善的“奖赏机制”就会牢牢地攀附在这些人的神经系统上(图3),想不成瘾都难!

图3

图3   尼古丁奖赏机制

(A)尼古丁与nAChRs结合,激活nAChRs信号通路,释放多巴胺,产生愉悦感;(B)尼古丁代谢产物可替宁与nAChRs长时间紧密结合,nAChRs含量升高,尼古丁与其结合可继续释放多巴胺,产生愉悦感


4.3 急性中毒,供认不讳

问:那这次吞食香烟的受害者呢?据我们调查,他从前可没有吸烟史。

答:别忘了,我本身就是一种剧毒哦!以上所说的长期吸烟者虽然能感受到暂时的愉悦感,也不过是在“享受”慢性中毒的过程。而这次的受害者在咖啡的帮助下一次吞食了九支香烟,相当于一次性服用了90–180 mg尼古丁(一支香烟的尼古丁含量为10–20 mg [1]),完美符合了急性尼古丁中毒的各项条件。毕竟,成人的尼古丁致死剂量只有40–60 mg,只要我在成人体内的浓度达到0.4–1.0 μg∙mL−1就有中毒的风险[1]。大剂量地服用我可不是闹着玩的!有了更多的尼古丁兄弟帮忙,我们就不只是人类中枢神经的“兴奋剂”了,而是烟碱乙酰胆碱的“阻隔剂”——我们的目标是占领人体内每一个nAChRs!到时候,由于自主神经系统的兴奋,人类先是恶心、呕吐、血压升高、心跳过速,但这只是前戏。重头戏还在nAChRs被大量占领之后,人类的中枢神经系统失去了正常传导神经冲动的能力,几分钟后就会出现心跳减缓、呼吸衰竭和昏迷的症状[4]。

问:你的描述确实与死者口中遗留的大量呕吐物相吻合,果然是急性尼古丁中毒夺走了他的生命,这整个过程真是残忍至极!

答:如果不想被我攻击,不与我接触不就好了?我又不会自己跑到你们身体里。

4.4 成瘾难戒,贻害无穷

问:难道说一旦你进入我们的身体,我们就只有等着中毒的份儿?

答:倒也不是这么绝对。之前我提到的神经细胞大量制造nAChRs的过程其实是可逆的。也就是说,只要你一段时间内一点烟草也不吸食,原有的尼古丁就可在一个星期内被彻底排除[5]。尼古丁含量一降低,nAChRs的数目也就随之减少。

问:但这个过程一定困难重重吧,不然怎么会有那么多戒烟失败的烟民?

答:没错!尤其对于烟龄较长的人来说,想摆脱我也是一种折磨。一方面,大量尚存的空闲nAChRs需要源源不断的尼古丁与之结合[7];另一方面,一些nAChRs因受到尼古丁的长期刺激而发生脱敏,脱敏的nAChRs则会导致促肾上腺皮质激素释放因子(corticotropin releasing factor,CRF)的释放,从而促进CRF与受体CRF1的结合,进而激活CRF-CRF1受体系统并产生一系列不良反应[8]。在你们人类身上具体可以表现为烦躁、易激惹、焦虑、头痛、注意力不集中等症状(图4) [7]。

图4

图4   尼古丁戒断综合征机制

尼古丁长时间刺激导致nAChRs脱敏,并激活CRF-CRF1系统产生焦虑和不安,为摆脱这种不良状态,导致尼古丁的摄入增加


问:这就是我们常说的“尼古丁戒断综合征”[7]?

答:正是。一旦掐断尼古丁的供应,口干、头痛等一系列症状就会接踵而至。即使在舒适宜人的环境中戒断者也容易被激怒,与周围人的交流也会大打折扣,这对他们的心理健康可是不小的打击。而且,就算他们一人独处,也很难集中注意力,学习和工作的效率都会大幅下降。工作、学习和社交上的不如意只会恶化他们低沉的情绪,更有甚者连安安稳稳地睡一觉都是一种奢望。这种症状的持续绝不止一个星期这么短,少说也要几个月。而我尼古丁则是缓解这些痛苦的唯一解药。所以,许多烟民在身体不适的第一时间想到的不是求医问药,而是向我“求助”。他们吸烟已经不是为了获得愉悦感,更多的是为了缓解尼古丁供应不足带来的痛苦。就像吸食毒品一样,起初,吸烟者为了体验“飘飘欲仙”的愉悦感不断吸食香烟。即使我带来的快感越来越弱,他们也不惜榨干自己的神经系统,企图通过加大吸食剂量攫取最后一点兴奋。最后,成瘾的吸烟者只能把快乐和痛苦的控制权都交到我的手里,对我产生心理和生理上的双重依赖。

问:怪不得香烟被称为“价廉易得的合法毒品”,也难怪许多烟民在戒烟的过程中半途而废,重拾香烟。

答:其实,我对人类神经系统的控制只是诸多危害中的冰山一角,我对人体其他系统的危害也不容小觑。通过促进肾上腺素和去甲肾上腺素释放,我可以让血压升高,心率加快,还可以增加腰部脂肪的堆积,导致中心性肥胖。而脂肪“游泳圈”不仅会影响美观,更重要的是会破坏胰岛素系统,导致糖尿病、高血压、高血脂等病症[9]。我对脂质代谢过程的干扰还可促使动脉硬化,让动脉管腔变得更加狭窄,对于高血压患者而言可谓雪上加霜。另外,由于我对血管内皮细胞的攻击,血小板的释放和聚集被加速,“血栓”也是我的附属产物之一。这些可都是脑梗死、心肌梗死和中风等心脑血管疾病的致病元凶[9, 10],你们人类一直避之不及。

问:你对心血管的危害我们也早有耳闻,调查数据显示:与持续吸烟的冠心病患者相比,35岁以后戒烟的男性患者能将他们的预期寿命增加6.9至8.5年,女性患者能增加6.1至7.7年[11]。

答:没错,戒烟对于冠状动脉的保护效果甚至优于饮食调整、冠脉搭桥[12]。不过,不仅是心血管系统,我还会对人体内的维生素C造成破坏,从而削弱人体的免疫能力[13]。同时,我还能诱导乳腺癌细胞增殖,促进肺癌的生长和转移[14]……我和肿瘤细胞可真是一对强强联手的“好搭档”!

问:那么,怎样才能确保我们的健康?

答:很简单,只要人类不吸烟,我就很难进入你们体内,自然也无法对你们产生危害。此次事件实属偶然,我被个别人故意用作“自杀利器”。但是,要说平时最容易让我攻击你们的途径还是老生常谈的吸烟。当然,随着人类科技的进步和研究的深入,二手烟、电子烟、透皮贴剂和尼古丁舌下片中都有我的身影[15]。而这些无不是吸烟的附带产品,所以若能从源头斩断,我也就无危害可言了。说实话,我本来只是烟草中的一种天然物质,并不能做到无孔不入。受人类抬爱,本人才得以发掘在人体内的超常破坏力,现在还被你们扣上了“健康公敌”的帽子。虽然谈不上什么冤枉,但我还是想告诫人类:珍爱生命,请勿吸烟!

5 结语

看完了尼古丁的口供,我们不难理解它给人体带来的种种伤害。不论是针对nAChRs的大规模入侵,还是依托多巴胺产生的致瘾兴奋,抑或是麻痹中枢神经的致命一击,尼古丁的危害都不容小觑!目前,我国吸烟人口超过3亿,被动吸烟人口也达到7亿之多[16]。可见,我们中的大部分人都暴露在尼古丁的魔爪之下,戒烟禁烟之路任重而道远。然而,倘若我们能掐灭每一只香烟,尼古丁又岂能嚣张?戒烟禁烟,不仅是对自己身体健康的维护,更是对人类生命健康的捍卫。拒绝吸烟,从我做起!尽管荆棘载途,我们终会看到无烟的蓝天!

参考文献

Yamamoto H. ; Takayasu T. ; Ishida Y. ; Nosaka M. ; Hata S. ; Kuninaka Y. ; Shimada E. ; Hashizume Y. ; Ishigami A. ; Ozaki M. ; et al Z. Rechtsmed. 2020, 134 (1), 997.

[本文引用: 4]

渝文. 内蒙古林业, 2012, (9), 34.

[本文引用: 2]

张先海; 史丽岩; 史景明. 海峡药学, 2010, 22 (11), 16.

URL     [本文引用: 1]

Belkoniene M. ; Socquet J. ; Njemba-Freiburghaus D ; Pellaton C. BMC Pharmacol. Toxicol. 2019, 20 (1), 28.

DOI:10.1186/s40360-019-0296-8      [本文引用: 2]

邓林园; 方晓义. 心理科学进展, 2005, 13 (4), 534.

URL     [本文引用: 3]

Behera D. ; Uppal R. ; Majumdar S. Indian J. Med. Res. 2003, 118, 129.

[本文引用: 1]

俞银姣. 药物不良反应杂志, 2008, 10 (5), 346.

URL     [本文引用: 5]

Ma C. ; Liu Y. ; Neumann S. ; Gao X. Transl. Neurodegeneration 2017, 6 (1), 18.

[本文引用: 1]

冯志明; 李旭红; 冯振南. 科技经济导刊, 2017, (20), 138.

[本文引用: 2]

张捷青.烟草对心脑血管的直接与间接危害//中国控制吸烟协会第19届全国控烟学术研讨会论文摘要.中国控制吸烟协会第19届全国控烟学术研讨会,绍兴, 2018年11月2-4日.北京, 2018: 65.

[本文引用: 1]

Taylor D. H. ; Hasselblad V. Jr. ; Henley S. J. ; Thun M. J. ; Sloan F. A. Am. J. Public Health 2002, 92 (6), 990.

DOI:10.2105/AJPH.92.6.990      [本文引用: 1]

庞阳; 张虹. 世界最新医学信息文摘, 2018, 18 (24), 61.

URL     [本文引用: 1]

高之清. 化学世界, 2005, (4), 255.

[本文引用: 1]

左晶晶; 陈晨; 曾曼丽; 李曼; 胡章威; 陶泽璋. 现代生物医学进展, 2017, 17 (16), 3180.

URL     [本文引用: 1]

丁立; 孙素珍. 上海医药, 2007, 28 (4), 170.

URL     [本文引用: 1]

健康中国行动推进委员会办公室2019年7月31日新闻发布会文字实录.[2020-05-16]. http://www.nhc.gov.cn/xcs/s7847/201907/0d95adec49f84810a6d45a0a1e997d67.shtml.

[本文引用: 1]

/

〈 〉