Hormes - Hormesis
Hormes är en egenskap hos många biologiska processer, nämligen ett bifasiskt eller trifasiskt svar på exponering för ökande mängder av ett ämne eller tillstånd. Inom den hormonella zonen är det biologiska svaret på låg exponering för toxiner och andra stressfaktorer i allmänhet gynnsamt. Uttrycket "hormes" kommer från grekiska hórmēsis "snabb rörelse, iver", själv från det antika grekiska hormáein "att sätta igång, driva, uppmana till". Termen "hormetik" har föreslagits för studier och vetenskap om hormes.
Inom toxikologi är hormesen ett dosresponsfenomen mot xenobiotika eller andra stressfaktorer som kännetecknas av en lågdosstimulering, med noll dos och högdosinhibering, vilket resulterar i ett J-format eller ett inverterat U-format dosrespons (t.ex. armarna av "U" är hämmande eller toxiska koncentrationer medan kurvregionen stimulerar ett gynnsamt svar.) Generellt gäller hormes studier av fördelarna med exponering för toxiner som strålning eller kvicksilver (kanske analogt med hälsoparadoxer som rökarens paradox) , även om de skiljer sig genom dosberoende effekter). Mikrodosering , och till viss del homeopati , betraktas ofta som tillämpningar av hormes.
Inom fysiologi och näring kan hormes visualiseras som en hormonisk kurva med områden med brist, homeostas och toxicitet. Fysiologiska koncentrationer som avviker över eller under homeostaskoncentrationer påverkar en organism negativt, så i detta sammanhang är den hormoniska zonen synonymt känd som regionen homeostas. I farmakologi liknar den hormoniska zonen det terapeutiska fönstret . Vissa psykologiska eller miljömässiga faktorer som tycks ge positiva svar har också kallats " eustress ".
I samband med toxikologi debatteras kraftigt hormonmodellen för dosrespons. De biokemiska mekanismer genom vilka hormes fungerar (särskilt i tillämpade fall som rör beteende och toxiner) förblir under tidig laboratorieforskning och är inte väl förstådda. Tanken att hormes är en viktig policyfaktor för kemikalieriskeregler accepteras inte allmänt.
Historia
Hormesis har ett spår ursprung i antik historia som är förankrat i ett citat av Paracelsus som sa, " Allt är gift, och ingenting är utan gift; dosen ensam gör det så att en sak inte är ett gift. "
Tyska farmakologen Hugo Schulz beskrev först ett sådant fenomen 1888 efter sina egna observationer att jästtillväxten kunde stimuleras av små doser av gifter. Detta kopplades ihop med arbetet från den tyska läkaren Rudolph Arndt , som studerade djur som fick låga doser av läkemedel, vilket så småningom gav upphov till Arndt-Schulz-regeln . Arndts förespråkande av homeopati bidrog till regelns minskade trovärdighet under 1920- och 1930 -talen. Termen "hormes" myntades och användes för första gången i en vetenskaplig uppsats av Chester M. Southam och J. Ehrlich 1943 i tidskriften Phytopathology , volym 33, s. 517–541.
Nyligen återupplivade Edward Calabrese begreppet hormes. Över 600 ämnen visar en U-formad dos-respons relation ; Calabrese och Baldwin skrev: "En procent (195 av 20 285) av de publicerade artiklarna innehöll 668 dos-respons-förhållanden som uppfyllde inträdeskriterierna [för ett U-format svar som tyder på hormes]"
Exempel
Kolmonoxid
Kolmonoxid produceras i små mängder över fylogenetiska riken, där det har viktiga roller som en neurotransmittor (underkategoriserad som en gasotransmittor ). Majoriteten av endogen kolmonoxid produceras av hemoxygenas ; förlusten av hemoxygenas och efterföljande förlust av kolmonoxidsignalering har katastrofala konsekvenser för en organism. Förutom fysiologiska roller kan små mängder kolmonoxid inhaleras eller administreras i form av kolmonoxidfrisättande molekyler som ett terapeutiskt medel.
Angående den grafiska kurvan:
- Bristzon: frånvaro av kolmonoxidsignalering har toxiska konsekvenser
- Hormetisk zon / homeostasregion: små mängder kolmonoxid har en positiv effekt:
- viktigt som signalsubstans
- fördelaktigt som läkemedel
- Toxicitetszon: överdriven exponering resulterar i kolmonoxidförgiftning
Syre
Många organismer upprätthåller ett hormesförhållande med syre, som följer en hormonkurva som liknar kolmonoxid:
- Bristzon: hypoxi / kvävning
- Hormetisk zon / region för homeostas
- Toxicitetszon: oxidativ stress
Motion
Fysisk träningsintensitet uppvisar en hormonisk kurva avseende oxidativ stressnivå.
Individer med låg fysisk aktivitet löper risk för höga nivåer av oxidativ stress och sjukdom, liksom individer som deltar i mycket intensiva träningsprogram. individer som deltar i måttligt intensiv, regelbunden träning upplever dock lägre nivåer av oxidativ stress.
Detta förhållande, kännetecknat av positiva effekter vid en mellanliggande dos av stressfaktorn (träning), har påståtts vara kännetecknande för hormes. Vissa bevis tyder dock på att oxidativ stress i samband med intensiv träning kan ha långsiktiga hälsofördelar. Detta skulle innebära att oxidativ stress i sig ger ett exempel på hormes (se avsnittet om mitokondriell hormes ), men fysisk träning gör det inte.
Mitohormes
Små mängder oxidativ stress kan vara fördelaktigt.
Mitokondrier beskrivs ibland som "cellkraftverk" eftersom de genererar det mesta av cellens tillförsel av adenosintrifosfat (ATP), en källa till kemisk energi. Reaktiva syrearter (ROS) har kasserats som oönskade biprodukter av oxidativ fosforylering i mitokondrier av förespråkarna för fri-radikal teori om åldrande som främjas av Denham Harman . Den fri-radikal-teorin tyder på att användningen av föreningar som inaktiverar ROS, såsom antioxidanter , skulle leda till en minskning av oxidativ stress och därigenom åstadkomma en ökning av livslängden. Men i över 19 kliniska prövningar har "närings- och genetiska ingrepp för att öka antioxidanter i allmänhet misslyckats med att öka livslängden."
ROS kan utföra en viktig och potentiellt livslångsfrämjande roll som redox-signalmolekyler som överför signaler från mitokondriell fack till andra fack i cellen. Ökad bildning av ROS i mitokondrierna kan orsaka en adaptiv reaktion som ger ökat stressmotstånd och en långsiktig minskning av oxidativ stress. Denna typ av omvänd effekt av svaret på ROS-stress har fått namnet mitokondriell hormes eller mitohormes och antas vara ansvarig för respektive livslängdsförlängande och hälsofrämjande förmåga för glukosrestriktion och fysisk träning.
Huruvida detta koncept gäller människor återstår att visas, även om de senaste epidemiologiska rön stödja processen för mitohormesis, och även tyder på att vissa antioxidanter kosttillskott kan öka sjukdom prevalensen hos människor. Med andra ord kanske antioxidanter inte hämmar kronisk degeneration, utan snarare ökar den, som observerats i kliniska prövningar.
Alkohol
Alkohol antas vara hormoniskt för att förebygga hjärtsjukdomar och stroke, även om fördelarna med lätt drickande kan ha överdrivits. Den gut microbiome av en typisk frisk individ jäser naturligt små mängder etanol, och i sällsynta fall dysbios leder till auto-bryggeri syndrom , därför om fördelarna med alkohol är härledda från beteendet att konsumera alkoholhaltiga drycker eller som en homeostas faktor i normal fysiologi via metaboliter från kommensal mikrobiota är fortfarande oklart.
År 2012 fann forskare vid UCLA att små mängder (1 mM eller 0,005%) etanol fördubblade livslängden för Caenorhabditis elegans , en rundmask som ofta används i biologiska studier, som svälts av andra näringsämnen. Högre doser på 0,4% gav ingen livslängd. Maskar som utsattes för 0,005% utvecklades dock inte normalt (deras utveckling stoppades). Författarna hävdar att maskarna använde etanol som en alternativ energikälla i avsaknad av annan näring, eller hade initierat ett stressrespons. De testade inte effekten av etanol på maskar som fick en normal kost.
Metylkvicksilver
År 2010 visade ett papper i tidskriften Environmental Toxicology & Chemistry att låga doser av metylkvicksilver , ett starkt neurotoxiskt förorening, förbättrade kläckningsgraden för gräsandägg . Studiens författare, Gary Heinz, som ledde studien för US Geological Survey vid Patuxent Wildlife Research Center i Beltsville , uppgav att andra förklaringar är möjliga. Till exempel kan flocken han studerade ha haft en låg, subklinisk infektion och att kvicksilver, väl känt för att vara antimikrobiellt, kan ha dödat infektionen som annars skadar reproduktionen hos de obehandlade fåglarna.
Strålning
Joniserande strålning
Hormes har observerats i ett antal fall hos människor och djur som utsätts för kroniska låga doser av joniserande strålning. Överlevande av en bomb som fick höga doser uppvisade förkortad livslängd och ökad cancerdödlighet, men vid låga doser är andelen cancerdöda hos A-bomböverlevande mindre än för japanska medelvärden.
I Taiwan användes oavsiktligt återvunnet radioförorenat stål vid byggandet av över 100 flerfamiljshus, vilket orsakade långsiktig exponering av 10 000 människor. Den genomsnittliga doshastigheten var 50 mSv/år och en delmängd av befolkningen (1 000 personer) fick en total dos över 4 000 mSv över tio år. I den mycket använda linjära no-threshold-modellen (LNT) som används av tillsynsmyndigheter skulle den förväntade cancerdödsfallet i denna befolkning ha varit 302 med 70 orsakade av den extra joniserande strålningen, medan resten orsakats av naturlig bakgrundsstrålning. Den observerade cancerfrekvensen var dock ganska låg vid 7 cancerdöd då 232 skulle förutsägas av LNT -modellen om de inte hade utsatts för strålning från byggmaterialen. Joniserande strålningshormes verkar vara på jobbet.
Kemisk och joniserande strålning kombinerad
Inget experiment kan utföras i perfekt isolering. Tjock blyskärmning kring ett kemiskt dosförsök för att utesluta effekterna av joniserande strålning är byggd och noggrant kontrollerad för i laboratoriet, och absolut inte fältet. På samma sätt gäller för studier av joniserande strålning. Joniserande strålning frigörs när en instabil partikel släpper ut strålning, vilket skapar två nya ämnen och energi i form av en elektromagnetisk våg . De resulterande materialen är sedan fria att interagera med eventuella miljöelement, och den frigjorda energin kan också användas som katalysator vid ytterligare joniserande strålningsinteraktioner.
Den resulterande förvirringen i lågdossexponeringsfältet (strålning och kemikalier) härrör från bristande hänsyn till detta koncept som beskrivs av Mothersill och Seymory.
Ansökningar
Effekter vid åldrande
Ett av de områden där begreppet hormes har utforskats i stor utsträckning med avseende på dess tillämplighet är åldrande.
Eftersom det biologiska systemets grundläggande överlevnadskapacitet beror på dess homeostatiska förmåga, föreslog biogerontologer att utsätta celler och organismer för mild stress skulle resultera i det adaptiva eller hormoniska svaret med olika biologiska fördelar. Denna idé har samlat en stor mängd stödjande bevis som visar att repetitiv mild stressexponering har anti-aging effekter. Motion är ett paradigm för hormes i detta avseende. Några av de milda påfrestningarna som används för sådana studier om tillämpning av hormes i åldrandeforskning och interventioner är värmechock , bestrålning, prooxidanter , hypergravitation och livsmedelsbegränsning.
Några andra naturliga och syntetiska molekyler, såsom celastrols från medicinalväxter och curcumin från kryddan gurkmeja har också visat sig ha hormetic positiva effekter. Sådana föreningar som åstadkommer deras hälsofördelaktiga effekter genom att stimulera eller modulera stressresponsvägar i celler har kallats "hormetiner".
Hormetiska ingrepp har också föreslagits på klinisk nivå, med en mängd olika psykologiska stimuli, utmaningar och stressande handlingar, som syftar till att öka den biologiska systemens dynamiska komplexitet hos människor.
Kontrovers
Hormes tyder på att farliga ämnen har fördelar. Det finns farhågor om att konceptet har utnyttjats av lobbyister för att försvaga miljöreglerna för några välkända giftiga ämnen i USA.
Strålningskontrovers
Hypotesen om hormes har genererat mest kontrovers när den tillämpas på joniserande strålning . Denna hypotes kallas strålningshormes. För beslutsfattande är den allmänt accepterade modellen för dosrespons inom radiobiologi den linjära no-threshold-modellen (LNT), som antar ett strikt linjärt beroende mellan risken för strålningsinducerade hälsoeffekter och strålningsdosen, vilket innebär att det finns ingen säker dos av strålning för människor.
Trots många länder, inklusive Tjeckien , Tyskland , Österrike , Polen och USA har radonterapicenter vars hela primära drift princip är antagandet av strålning hormesis eller positiva effekterna av små doser av strålning på människors hälsa. Länder som Tyskland och Österrike har samtidigt infört mycket strikta kärnkraftsregler, som har beskrivits som radiofob inkonsekvens.
Den United States National Research Council (en del av National Academy of Sciences ), det nationella rådet för strålskydd och Mått (ett organ på uppdrag av USA: s kongress ) och FN: s vetenskapliga kommitté för effekterna av joniserande strålning överens alla att strålning hormes visas inte klart, inte heller regeln för strålningsdoser.
Ett amerikanskt nationellt råd för strålskydd och mätningar uppgav 2001 att bevis för strålningshormes är otillräckliga och strålskyddsmyndigheter bör fortsätta att tillämpa LNT-modellen för riskuppskattning.
En rapport från 2005 på uppdrag av French National Academy drog slutsatsen att bevis för hormes som uppträder vid låga doser är tillräckliga och LNT bör omprövas på nytt som den metod som används för att uppskatta risker från låga strålningskällor, till exempel djupa geologiska förråd för kärnavfall .
Politiska konsekvenser
Hormes är fortfarande i stort sett okänt för allmänheten. Varje politisk förändring bör först betrakta hormes som en folkhälsofråga (kontra en industriell regleringsfråga). Detta skulle omfatta en bedömning av allmänhetens oro för exponering för små giftiga doser. Dessutom bör effekterna av hormespolicyändring på hanteringen av industriella risker studeras.
Se även
Referenser
Vidare läsning
- Mattson, Mark P .; Calabrese, Edward J., red. (2009). Hormesis: A Revolution in Biology, Toxicology and Medicine . New York: Humana Press. ISBN 978-1-60761-495-1.