בדיקת ניקוטין והמטבוליטים שלו

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
ניקוטין
Nicotine
מעבדה	כימיה בנסיוב וכימיה בשתן
תחום	מניעת עישון, נזקי ניקוטין.
טווח ערכים תקין	בדם של לא מעשנים - פחות מ-3.0 ננוגרם/מ"ל;{ בשתן של לא מעשנים - פחות ממ-5 ננוגרם/מ"ל.
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

לערכים נוספים הקשורים לנושא זה, ראו את דף הפירושים – ניקוטין

מטרת הבדיקה: ניטור שימוש בטבק במצבים קליניים

צריכת טבק היא סיבה מובילה למחלה שניתן למנוע, ולמוות בארה"ב (McDrath-Morrow וחב' ב-Pediatrics משנת 2020). ניקוטין הוא סם ממכר הנמצא בסיגריות, מקטרות טבק, סיגרים או טבק לעיסה, ומונע מרבים מצרכני פריטים אלה להיגמל מהם. ניקוטין מגרה הפרשת דופאמין ומגביר את ריכוזי הדופאמין ב-nucleus accumbens , מה שנראה כמנגנון של יצירת התמכרות. צרכני ניקוטין מנסים להגיע לשיא ריכוזו בנסיוב בערך של 30-50 ננוגרם/מ"ל, וניקוטין עובר מטבוליזם בכבד והופך לקוטינין. רוב צורכי טבק מגיעים לרמה קוטינין בנסיוב של 200 עד 800 ננוגרם/מ"ל. ניקוטין עובר מטבוליזם מהיר וקתקופת מחצית החיים שלו היא של שעתיים. תקופת מחצית החיים של קוטינין בנסיוב היא של 15-24 שעות, ובצורכי טבק כבדים הנמנעים מצריכתו למשך שבועיים, רמות הניקוטין והקוטינין פוחתות לרמה הנמוכה מ- 3.0 ננוגרם/מ"ל. חשיפה מיד שנייה לעשן סיגריות, יכולים להגיע לרמת קוטינין בנסיוב של עד 8 ננוגרם/מ"ל (DALE וחב' ב-POSTGRAD MED משנת 1998). ניקוטין הוא אלקלואיד טבעי, המשמש לבילוי, גירוי וכחומר אנטי-דיכאוני (Fagersröm ב-J Smoking Cessat משנת 2014). כתרופה פרמצביטית הוא משמש להפסקת עישון, והשתחררות מתסמיני גמילה (Abou-donia ב-Mammalin Toxicol משנת 2012). ניקוטין פועל כאגוניסט של הקולטן הניקוטיני אצטילכולין (Kishioka וחב' ב-J Pharmacol Sci משנת 2014). פרט לשתי תת-יחידות של הקולטן הניקוטיני (nAChRα9 ו-nAChRα10), בהן הוא משמש כאנטגוניסט של הקולטן, מה שעשוי לגרום לשיכוך כאבים קל. ניקוטין מהווה 0.6-3.0% מהמשקל היבש של טבק (Fagerström ב- J Smoke Cessatמשנת 2014). הוא נמצא גם בריכוזים זעירים בצמחים כגון תפוחי אדמה, עגבניות וחצילים, אם כי יש חילוקי דעות שיש לעובדה זו משמעות לאנשים הניזונים מירקות אלו ((Stegmund ב-J Agricul Food Chem משנת 1999) ניקוטין שימש בעבר כמשמיד יתושים (Ujváry ב- Nicotinoid Insecticides משנת 1999). ניקוטין מאוד ממכר (Perkins ו-Karelitz ב- Psycopharmacolמשנת 2013, ו-Siqueira ב-Pediatrics משנת 2017). אם כי במינונים נמוכים כמו בטבליות לעיסה או דיסקיות עוריות הוא מסייע לגמילה מעישון (Etter ב-BMC Pub Health משנת 2007, ו- Olausson וחב' ב-Psychpharmacol משנת 2004). מחקרים בחיות מרמזים שמעכבים של האנזים monoamine oxidase הנמצאים בעשן הסיגריה, מחזקים את התכונות הממכרות של ניקוטין (27,28). סיגריה ממוצעת מכילה כ-2 מיליגרם של ניקוטין (Mayer ב-Arch Toxicol משנת 2014). המינון הנמוך ביותר של ניקוטין הנחשב קטלני הוא 500-1,000 ניקוטין למבוגר (6.5-13.0 מיליגרם לק"ג משקל). התלות בניקוטין כרוכה בריגוש (Jain וחב' ב- Yonsei Med J משנת 2008) ובתלות פיזיקלית ופסיכולוגית (Miyasato ב- Japan J Clin Med משנת 2013), ועלולה לגרום למועקה (Parrott ב-Human Psychopharmacol משנת 2015). תסמיני הגמילה מניקוטין כוללים מצב רוח דיכאוני, מועקה, דאגנות, נטייה להתרגז, קושי בהתרכזות והפרעות שינה. הפסקת עישון מביאה לתסמינים חמורים, המשתפרים בהדרגה עד ההגעה למצב נורמלי (Parrott ב- World J Biol Psychiatry משנת 2003). מחקרים בחיות מראים שניקוטין עלול להשפיע על ההתפתחות הקוגניטיבית בבני נוער, אך הרלוונטיות של ממצאים אלה על התפתחות המוח שנויה במחלוקת. בריכוז נמוך יש לניקוטין השפעה של שיכוך כאבים (Schraufnagel ב- Pediat Allergy, Immunol Pulmonol משנת 2015). על פי הסוכנות הבינלאומית לחקר הסרטן, ניקוטין אינו נחשב קרצינוגן. גם ה-Surgeon General של ארה"ב מדווח שאין קשר בין החשיפה לניקוטין והסיכון לסרטן. יחד עם זאת, יש לניקוטין יכולת להשרות פגמים מולדים, הוא נחשב לטרטוגן (Kohlmeier ב- J Developl Origins Health Dis משנת 2015). ריכוזים גבוהים של ניקוטין ידועים כגורמים לכשל איברים, ומוות על ידי שיתוק שרירי הנשימה (Effah וחב' ב- J Toxicol Environ Healthמשנת 2022), אם כי מנת יתר קטלנית שלו נחשבת נדירה (Lavoie ו-Harris ב- J Emerg Med משנת 1991).

המערכת הקרדיו-וסקולרית:

בשנת 2018 סקירה של Cochrane מצאה שבמקרים נדירים טיפול בתחליפי ניקוטין עלול לגרום לכאבי-חזה לא איסכמיים ולדופק לב מוגבר, אך אינו מגביר את השכיחות של אירועי לב חמורים כגון אוטם שריר הלב שבץ-מוחי, או מוות לבבי, בהשוואה לביקורת. סקירה משנת 2016 על הטוקסיות הקרדיו-וסקולרית של ניקוטין, הגיעה למסקנה שהסיכון הקרדיו-וסקולרי של ניקוטין מסיגריות אלקטרוניות נמוך, אם כי במספר מקרים נמצא סיכון כזה (Benowitz ו-Burbank ב- Trends Cardiovasr Medמשנת 2016). בטווח זמן קצר, ניקוטין עלול לגרום לעלייה ברת-חלוף בלחץ הדם, אך בטווח הארוך מחקרים אפידמיולוגיים אינם מצביעים על עלייה בלחץ הדם בקרב צורכי ניקוטין.

פרמקו-קינטיקה:

ניקוטין ועשן סיגריות משרים ביטוי של אנזימי כבד כגון אלה של cytochrome P450, המבצעים מטבוליזם של תרופות מה שמוביל לשינויים במטבוליזם של תרופות אלו. הפסקת עישון יכולה להפחית את המטבוליזם של אצטאמינופן, חוסמי β, קפאין, oxazepam, propoxyphene, theophylline, ונוגדי דיכאון תלת-ציקליים, ולהוביל לריכוזים גבוהים יותר בפלזמה של תרופות אלו.

ביוסינתזה של ניקוטין:

המסלול הביוסינתטי של ניקוטין כורך צימוד ריאקציות של שני מבנים ציקליים. מחקרים מטבוליים מראים שמקורה של טבעת הפירידין של ניקוטין הוא ניאצין (או חומצה ניקוטינית), בעודד שמבנה ה-pyrrolidine מקורו בקטיון N-methyl-Δ1-pyrrollidium (Dawson וחב' ב-J Am Chem Soc משנת 1960, ו-Lamberts וחב' ב-Biochim Biophys Acata משנת 1959). הביוסינתזה של שני מבנים אלה מתקדמת דרך שתי סינתזות בלתי-תלויות, מסלול ה-NAD עבור ניאצין, ומסלול ה-tropane עבור מסלול הקטיון N-methyl-Δ1-pyrrollidium. . .

ה-NAD בגן Nicotiana מתחיל עם החמצון של חומצה אספרטית ל-α-amino succinate על ידי האנזים aspartate oxidase. השלב הבא הוא דחיסה עם glyceraldehyde-3-phosphate וציקליזציה המקוטלזת על ידי quinolinate synthase ליצירה של חומצה quinolynic. תוצר אחרון זה מגיב עם posphoribosyl pyrophosphate המקוטלז על ידי quinolynic acid phosphoribosyl transferase (להלן QPT), ליצירה של niacin mononucleotide, כאשר הריאקציה נמשכת דרך NAD salvage cycle ליצירת ניאצין על ידי המרה של ניקוטין-אמיד על ידי האנזים nicotinamidase. הקטיון N-methyl-Δ1-pyrrollidium המשמש בסינתזה של ניקוטין הוא תוצר ביניים בסינתזה של אלקלואידים שמקורם ב-tropane. הביוסינתזה מתחילה עם הדה-קרבוקסילציה של אורניתין על ידי האנזים ornithine decaboxylase ליצירת ,putrescine המותמר ל-N-methyl putrescine על ידי מתילציה על ידי putrescine N-methyltransferase. תוצר זה עובר דה-אמינציה ליצירת 4-methylaminobutanal על ידי N-methyl-putrescine oxidase, כאשר 4-methylaminobutanal עובר ציקליזציה ספונטנית ליצירת 4-methylaminobutanal. על ידי האנזים N-methyl putrescine oxidase (MPO). השלב האחרון בסינתזת ניקוטין הוא האיחוד בין הקטיון N- methyl-Δ1-pyrrollidium לבין ניאצין. ההשערה המוסכמת האחרונה כורכת המרה של ניאצין ל-2,5 dihydropyridine דרך .3,6-ihydronicotinic acid הריאקציה בין שני התוצרים האחרונים תיצור ניקוטין enantiomerically טהור (Ashihara וחב' ב- Plant metab biotechnolמשנת 2011).

היסטוריה:

ניקוטין בודד באופן מקורי בשנת 1828 מצמח הטבק על ידי הכימאים הגרמנים Posselt ו-Reimann שהתייחסו אליו כאל רעל (Posselt ו-Reimann ב-Magazine Fur Pharmacie משנת 1828, ו-Melsens ב-Annales de Chimie et de Physique משנת 1843). הנוסחה האמפירית הכימית של ניקוטין תוארה על ידי Melsens ב-בשנת 1843 (Pinner ו-Wolffenstein ב-Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft משנת 1891), והמבנה שלו התגלה על ידי Pinner באותו כתב-עת משנת 1893), והוא סונתז לראשונה על ידי Pictet ו- Rotschyבשנת 1904 ( Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft משנת 1904). השם ניקוטין נקרא על שם הצמח Nicotiana tabacum, ואחר כך על שם שגריר צרפת בפורטוגל, Jean Nicot de Villemain ששלח לפריז את טבק וזרעיו בשנת 1560 כמתנה למלך צרפת (Connolly וחב' ב-Tobacco Control משנת 2007). עישון נחשב באותה תקופה כמגן מפני חולי ומגיפות. טבק הוכנס לאירופה בשנת 1559, ובשנים המאוחרות של המאה ה-17, ושימש לעישון וכן כ-insecticide. לאחר מלחמת העולם השנייה, למעלה מ-2,500 טון ניקוטין שימשו בעולם כולו להשמדת יתושים, אך בשנות 1980 הכמות הזו פחתה ל-200 טון, בגלל הכנסת insecticides זולים יותר ופחות מסוכנים ליונקים. כמות הניקוטין בסיגריות האמריקניות הפופולריות עלתה בתקופה שבין 1998ו-2005 ב-1.78% לשנה. למרות ששיטות ליצירה של ניקוטין סינתטי היו קיימות עשרות שנים (Jewett ב- NY Times משנת 2022), הייתה נטייה להפיק ניקוטין מטבק במקום לסנתז אותו במעבדה, אלא שלאחרונה ניקוטין סינתטי החל להימצא בסוגים שונים של סיגריות אלקטרוניות וב-pouches של הפה אשר משווקים תחת השם "tobacco free" (Jordt ב-Tobacco Control משנת 2021).

סרטן:

למרות שניקוטין אינו גורם לסרטן באדם (WHO משנת 2019), אין הדבר ברור האם הוא פועל כפרומוטר של סרטן (Cardinalle וחב' ב- Crit Rev Toxicol משנת 2012). דו"ח משנת 2018 של ה-NAS מסיק שאין ראיות לכך שניקוטין מגביר את את הסיכון לסרטן באדם. רמות נמוכות של ניקוטין מעודדות שגשוג תאים (Dasgupta וחב' ב-Int J Cancer משנת 2009), בעוד שרמות גבוהות שלו הן ציטו-טוקסיות (Sanner ו-Grimstrud Crit Rev Toxicol ב-Front Oncolol משנת 2015).ניקוטין מגביר את האיתות הכולינרגי והאדרנרגי בתאי סרטן המעי הגס (Wong וחב' ב-Toxicol Sci משנת 2007), ועל ידי כך מבטל את תהליך האפופטוזיס, ומזרז שגשוג תאי סרטן, ואף משפעל פקטורי גדילה ומיטוגניות כגון 5-lipoxygenase (להלן (5-LOX-5 ו-epidermal growth factor (להלן EGF). ניקוטין אף מסייע לגידול תאי סרטן על ידי תמיכה באנגיוגניות ובנאו-וסקולריזציה (Natori וחב' ב-Molecules Cells משנת 2003, ו-Ye וחב' ב-J Pharmacol Exp Therapeut משנת 2004). ניקוטין מסייע להתפתחות תאי סרטן ריאות ומאיץ את שגשוגם, את האנגיוגנזיס שלהם ונדידתם, על ידי השפעתו על קולטני nAChRs שנוכחותם מאושרת בתאי סרטן הריאות. בסרטן, ניקוטין מעודד את המעבר האפיתליאלי-מזנכימאלי, שהופך תאי סרטן לעמידים יותר לתרופות (Kothari וחב' ב-Clin Transl Med משנת 2014). ניקוטין בטבק יכול ליצור ניטרוזאמינים מסרטנים ספציפיים לטבק, על ידי ריאקציית ניטרוזילציה. נמצא שניקוטין בפה ובקיבה, יכול להגיב וליצור N-nitrosonornicotine (Knezevich וחב' ב-Nicotine Tobacco Res משנת 2013), שהוא קרצינוגן type 1 ידוע (Sanner ו-Grimsrud ב-Front Oncol משנת 2015).

אינדיקציות המונעות שימוש בתחליפי ניקוטין לגמילה מעישון:

עד שנת 2014 לא היה ברור האם תרפיה עם תחליפי ניקוטין יעילה לגמילה מעישון בבני נוער (Aubin וחב' ב- Br J Clinl Pharmacol משנת 2014, ולכן שיטה זו אינה מומלצת לבני נוער (Bailey וחב' ב-Pediatr Drugs משנת 2012). אין זה מומלץ להשתמש בניקוטין במהלך הריון או הנקה, אם כי הוא יותר בטיחותי מהעישון עצמו. לפיכך, השימוש בתחליפי ניקוטין לגמילה בהיריון שנוי במחלוקת (Bruin וחב' ב-Toxicol Sci משנת 2010, ו-Forest ב- Am J Maternal/Child Nursמשנת 2010). ניסויים אקראיים ותצפיתיים של שימוש בתחליפי ניקוטין במעשנים עם מחלות קרדיו-וסקולריות, אינם מצביעים על החמרה באירועים לבביים בהשוואה לביקורת פלצבו (Barua וחב' ב- J Am Coll Cardiolמשנת 2018). גומיות לעיסה המכילות ניקוטין אינן מומלצות לאלה עם תחלואה של המפרק ה- temporomandibular. מטופלים עם מפגעים של האף או עם מחלה דרכי האוויר אמורים להיזהר בשימוש בניקוטין. סטאטוס חוקי: בארה"ב, תכשירי ניקוטין המשמשים לגמילה כגון Nicotrol מותרים לשימוש רק לבני 18 שנה ומעלה, אך החל משנת 2019 הגיל המינימלי לצריכת טבק הוא 21 שנה על פי חוק פדראלי). ברשות האירופית הגיל המינימלי צריכת טבק הוא 18שנה. מערכת העצבים המרכזית: בה בשעה שצריכת ניקוטין גורמת לשפעול של הקולטנים הניקוטיניים הנוירונליים, צריכה כרונית של מינוני ניקוטין נמוכים גורמת לדה-סנסיטיזציה של קולטנים אלה בגלל יצירת tolerance, וכך דיסקיות עוריות במינון נמוך של ניקוטין יכולות להוות טיפול יעיל במקרים של תרחיש דיכאוני משמעותי בלא-מעשנים. מערכת החיסון: תאי חיסון של מערכות ה-innate והמערכת האדפטיבית, מבטאים לעתים קרובות את תת היחידות α2, α5, α6, α7, α9 ו-α10 של קולטני האצטילכולין הניקוטיניים (205). יש ראיות לכך שהקולטנים הניקוטיניים המכילים את תת היחידות הללו, משתתפים ברגולציה של התפקוד החיסוני. הוראות לביצוע הבדיקה:

בדיקת ניקוטין והמטבוליטים שלו בנסיוב: את הדם יש לדגום במבחנה כימית (פקק אדום). אין להשתמש במבחנת ג'ל. לאחר הסרכוז שצריך להתבצע תוך שעתיים מנטילת הדם, יש להעביר את הנסיוב למבחנת פלסטיק לצורך העברתה למעבדה. יש לפסול דגימות נסיוב מאוד המוליטיות, ליפמיות או איקטריות. יציבות הדגימות במבחנה עם הפקק האדום: בטמפרטורת החדר, מקוררות (מועדפת) או קפואה למשך 28 יום. הבדיקה מתבצעת בשיטת Liquid chromatography Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS) על פי Moyer וחב' ב-Clin Chem משנת 2002).

בדיקת ניקוטין והמטבוליטים שלו בשתן: יש לצרוך דגימת שתן אקראית, ללא חומרי שימור. אין לצרוך דגימת שתן מאוד המוליטית או מאוד איקטרית. יציבות השתן לביצוע הבדיקה 28 יום בטמפרטורת החדר או כדגימה מקוררת (המועדפת במעבדה), או יציבה למשך שנה בהקפאה. צורכי מוצרי טבק מפרישים ניקוטין בשתן, בטווח ריכוזים של 1,000-8.000 ננוגרם/מ"ל. בנוסף לניקוטין ולמטבוליטים שלו, טבק מייצר אלקלואידים נוספים שיכולים לשמש סמנים ייחודיים של צריכת טבק. שני סמנים כאלה הם anabasine ו-nornicotine. הנוכחות בשתן של anabasine שמעל ל-10 ננוגרם/מ"ל, או של nornicotine בריכוז שמעל 30 ננוגרם/מ"ל, מצביעים על צריכת טבק בהווה, ואילו נוכחות בשתן של nornicotine ללא נוכחות של anabasine מתאימה לאלה המטופלים למניעת עישון. מעשנים כבדים הנמנעים מטבק למשך שבועיים, הם בעלי רמות ניקוטין בשתן הנמוכות מ-30 ננוגרם/מ"ל, בעלי רמות קוטינין בשתן של פחות מ-50 ננוגרם/מ"ל, ובעלי רמות anabasine ו- nornicotineבשתן של פחות מ-2 ננוגרם/מ"ל. עישון מיד שנייה, עלול להביא לרמות קוטינין בשתן של עד 20 ננוגרם/מ"ל, אך לא ניתן למצוא בשתן רמות ניתנות למדידה של anabasine ושל nornicotine.

רמות ניקוטין והמטבוליטים שלו בשתן למי שאינו מעשן או נחשף לעשן מיד שנייה: ניקוטין וקוטינין פחות מ-5 ננוגרם/מ"ל שתן. רמות anabasine ו-nornicotine פחות מ-2 ננוגרם/מ"ל. ממצאים אופייניים בשתן לצורכי טבק בהווה: שיא ריכוז ניקוטין 1,000-5,000 ננוגרם/מ"ל; שיא ריכוז קוטינין בשתן 1,000-8,000 ננוגרם/מ"ל; שיא ריכוז anabasine בשתן 10-500 ננוגרם/מ"ל; שיא ריכוז nornicotine בשתן 30-900 ננוגרם/מ"ל. באלה שאינם צורכים טבק אך נחשפים לעשן מיד שנייה: רמות ניקוטין וקטינין בשתן פחות מ-20 ננוגרם/מ"ל; רמות בשתן של anabasine ושל nornicotine פחות מ-2 ננוגרם/מ"ל. באלה שאינם צורכים טבק ואינם נחשפים לעשן מיד שנייה: רמות ניקוטין וקוטינין בשתן פחות מ-5.0 ננוגרם/מ"ל; רמות anabasine ו-nornicotine בשתן פחות מ-2 ננוגרם/מ"ל (Rudasingwa וחב' ב-Int J Environ Res Public Health משנת 2021, ו-Sharma וחב' ב-Indian J Psychiatry משנת 2019).