קוטינין - Cotinine

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
קוטינין
Cotinine
נוסחה אמפירית: C10H12N2O משקל מולקולרי: 176.2
מעבדה	כימיה בדם וכימיה בשתן
תחום	הערכת עישון
טווח ערכים תקין	פחות מ-3 ננוגרם/מיליליטר בנסיוב ובשתן.
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

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

מטרת הבדיקה

ניטור השימוש במוצרי טבק.

פיזיולוגיה של קוטינין

Cotinine הוא אלקלואיד הנמצא בטבק, והוא גם מטבוליט בולט של ניקוטין (Dwoskin וחב' ב- J Pharmacol Exp Ther משנת 1999). Cotinine משמש כסמן לחשיפה לעשן של טבק. Cotinine נחקר כיום כטיפול בדיכאון, בסכיזופרניה, במחלת אלצהיימר, במחלת פרקינסון, וב-הפרעת דחק פוסט-טראומטית (PTSD).‏ Cotinine פותח בצורת מלח של חומצה פומרית כנוגד דיכאון, תחת שם המותג Scotine אך הוא מעולם לא שווק.

בדומה לניקוטין, cotinine נקשר לקולטניו, משפעל וגורם לדה-סנסיטיזציה של הקולטנים של ה- nicotinic acetylcholine העצבי, אם כי במידת פוטנציה נמוכה בהרבה (Anderson ו-Americ ב- Eur J Pharmacol משנת 1994, Briggs ו-McKeena ב-Neuropharmacol משנת 1998, ו-Buccafusco ו-Terry ב- Biochem Pharmacol משנת 1999). ל-cotinine תכונות נואוטרופיות (משפר תפקוד קוגניטיבי ובעיקר את הזיכרון, יצירתיות או מוטיבציה), ויש לו גם תכונות אנטי-פסיכוטיות במודלים בחיות (Buccafusco וחב' ב- Neurosc Lettמשנת 2007, ו- Buccafuscoו-Terry ב-Biochem Pharmacol משנת 2009).

טיפול ב-cotinine נמצא מפחית דיכאון, דאגנות, והתנהגות חששנית, ולעומת זאת משפר זיכרון במודלים של חיות דיכאוניות, ובחולי אלצהיימר (Buccafusco וחב' ב- J Pharmacol Exp Ther משנת 2009). עם זאת קיימים חילוקי דעות באשר להשפעתו בבני-אדם (Grizzell ו- Echeverria ב- Neurochem Resמשנת 2014, ו-Hatsukami וחב' ב- Pharmacol Biochem Behavior משנת 1997). כיוון ש-cotinine הוא המטבוליט העיקרי של ניקוטין, והוא נמצא בעל פעילות פרמקולוגית, הועלתה סברה שחלק מהפעילות של ניקוטין במערכת העצבים נעשית בתיווך cotinine‏ (Moran ב- Front Pharmacol משנת 2012).

פרמקוקינטיקה של cotinine

ל-cotinine תקופת מחצית חיים של בערך 20 שעות, וניתן לגלותו באופן אופייני למשך ימים אחדים (עד לשבוע אחד) לאחר צריכת טבק. רמת cotinine בדם, ברוק ובשתן פרופורציונית לרמת החשיפה לכמות עשן הטבק לה נחשף המעשן, לכן מדידת רמת cotinine היא סמן בעל ערך לעישון טבק, כולל עישון פסיבי מיד-שנייה (Crooks ו-Dwoskin ב-Biochem Pharmacol משנת 1997). מעשנים של סיגריות המכילות menthol, יכולים להכיל cotinine בדמם לתקופה יותר ארוכה, כיוון ש-menthol יכול להתחרות עם המטבוליזם האנזימטי של cotinine‏ (Florescu וחב' ב- Ther Drug Monitor משנת 2009).

מעשנים אפרו-אמריקנים מכילים רמות cotinine שהן בדרך כלל גבוהות יותר מאלה של מעשנים לבנים (Ham מהמרכז לקידום הבריאות בארה"ב משנת 2002). בגברים רמות cotinine גבוהות בדרך כלל יותר מאשר בנשים (Wagenknecht וחב' ב- Am J Pub Health משנת 1990). הבדלים סיסטמתיים אלה ברמות cotinine יוחסו לשוני בפעילות של האנזים CYP2A6 ‏(Gan וחב' ב- Nicotine & Tobacco Research משנת 2008). כיוון שפעילות CYP2A6 שונה בין 2 המגדרים (אסטרוגנים משרים פעילות זו), וכן היא שונה בין המגזרים האתניים השונים (כתוצאה מווריאציה גנטית), cotinine מצטבר במעשנים עם פעילות CYP2A6 איטית יותר, מה שמשפיע על רמת חומר זה במעשנים שונים.

פתו-פיזיולוגיה

ניקוטין הנשאף על ידי עישון סיגריות, מקטרות, סיגרים, או לעיסת טבק, הוא סם ממכר המאלץ צרכני טבק להתמיד במנהגם, לעתים אף למרות ניסיונותיהם להיגמל מכך. ניקוטין מגרה הפרשת דופאמין, ומגדיל את ריכוז האחרון ב- nucleus accumbens מה שמהווה בסיס להתמכרות לטבק. ניקוטין בעשן טבק משפיע על מצב הרוח ועל ביצועי המעשן והוא המקור להתמכרות לעישון. ניקוטין תואם את הקריטריונים של סם ממכר בדרגה גבוהה, בהיותו חומר פסיכו-אקטיבי פוטנטי המשרה אופוריה, מאלץ לחזור ולצרוך אותו, וגורם לתסמיני גמילה בהיעדרו. בהיותו סם ממכר, יש לניקוטין 2 השפעות בולטות, בהיותו גם סטימולנט אך גם גורם לדיכאון. ניקוטין פועל את פעולתו הנוירו-פיזיולוגית דרך מרכז הגמוּל במוח.

הקומפלקס הנוירו-אנטומי במוח הידוע כמערכת המזולימבית של דופאמין, מתמשך מאזור ה- ventral tegmental לקדמת המוח הבזלית. האזור המוחי העשיר בדופאמין הידוע כ-nucleus accumbens, מהווה צומת בה נפגשים כל ההתנהגויות הנגזרות מהתמכרות לסמים. שחרור דופאמין בצומת זו משרה הנאה, מעודד התנהגויות כגון שתיית אלכוהול או צריכת סמים, כדי לשחזר את תחושת ההנאה. גורמים נוספים עשויים לעודד התמכרות לניקוטין, כגון האנזים monoamine oxidase המעורב במטבוליזם של קטכולאמינים כולל דופאמין (Glassman ו-Koob ב-Nature משנת 1996).

במוח מתפקדים בהקשר זה הקולטנים של nicotinic acetylcholine (להלן nAChRs). קולטנים אלה הם בעלי תפקיד מרכזי בהשפעת ניקוטין על המוח. ישנם מספר תת-סוגים של קולטני ניקוטין, המתחלקים כללית לקולטני α ו-β, כאשר תת-סוגי α-4 ו-β-2, הם הנפוצים ביותר במוח. כאשר ניקוטין נקשר לתת-סוגי קולטנים אלה, הוא משפיע על glutamate, על γ-aminobutyric acid ‏(GABA), על אצטילכולין, על סרוטונין ועל דופאמין (Picciotto וחב' ב-Neuroreport משנת 2002).

ניקוטין גם מפריש קורטיקו-סטרואידים ואנדורפין הפועלים על קולטנים שונים במוח. צריכת ניקוטין מגבירה את היעילות של עיבוד מידע, והפחתת עייפות. בנוסף, לניקוטין יש השפעה מרגיעה, הפחתת דאגנות, והשראת אופוריה. ניקוטין מעודד את הציר היפותלמוס-היפופיזה, מה שמביא לתגובה של המערכת האנדוקרינית. מספר חוקרים סבורים שהתלות בסם זה, אף גדולה מזו באלכוהול, קוקאין והרואין. לניקוטין השפעה בולטת על הורמוני עקה עיקריים. ניקוטין מעודד את corticotropin-releasing factor (להלן CRF) בהיפותלמוס, ומגביר ריכוזי אנדורפינים, ACTH ו-arginine vasopressin. ניקוטין גם משנה את הזמינות של דופאמין וסרוטונין, וגורם לעלייה תלולה בקצב הלב ובלחץ הדם. עישון סיגריה אחת מעביר לגוף 1.2-2.9 מיליגרם ניקוטין, ועישון חפיסת 20 סיגריות ביום מעבירה לגוף 20-40 מיליגרם ניקוטין ביום, מה שמעלה את רמת ניקוטין בפלזמה ל-23-35 ננוגרם/מיליליטר.

זיהוי של cotinine בנוזלי גוף

רמות cotinine ברוק, נמצא במתאם גבוה עם רמותיו בדם, ויכולות להתגלות בריכוזים נמוכים של חומר זה, מה שהופך מדידת cotinine ברוק לחלופה מועדפת בהיותה לא חודרנית. רמות cotinine בשתן גבוהות בממוצע פי-4-6 מאלו שבדם וברוק, מה שהופך את מדידתו בשתן לשיטה המועדפת בעיקר בדרגת חשיפה נמוכה יחסית לעשן טבק (Zhu וחב' ב- Cancer Epidemiol Biomarkers Prevention משנת 2013).

רמות cotinine הנמוכות מ-10 ננוגרם/מיליליטר, נחשבות לכאלו שאינן מזוהות עם עישון פעיל. רמות cotinine של 10-100 ננוגרם/מיליליטר, מזוהות עם עישון קל או עם חשיפה מתונה לעשן מיד שנייה, ואילו רמות cotinine מעל 300 ננוגרם/מיליליטר, מופיעות בדרך כלל במעשנים כבדים (מעל 20 סיגריות ליום). בשתן, רמות cotinine בין 11-30 ננוגרם/מיליליטר יכולות להיות כרוכות עם עישון קל, או עם עישון פסיבי, ואילו במעשנים פעילים רמות אלו יכולות להגיע עד 500 ננוגרם/מיליליטר, או אף יותר. ברוק, ערכי cotinine שבין 1-30 ננוגרם/מיליליטר, מזוהות עם עישון קל או עם עישון פסיבי, ואילו במשנים פעילים רמות אלה ברוק יכולות להגיע ל-100 ננוגרם/מיליליטר, או אף יותר (Avila-Tang וחב' ב- Nicotine & metabolites משנת 2012).

יש לקחת בחשבון, שבאלה המנסים להיגמל מעישון בעזרת NRT או nicotine replacement therapy עם לעיסת מסטיק המכיל ניקוטין, או על ידי שימוש במשאף ניקוטין, או על ידי דיסקית (patch) עורית המכילה ניקוטין או בעזרת מרסס אפי מכיל ניקוטין, עלולים להתקבל ערכי cotinine משמעותיים, לכן רמת cotinine בנוזלי גוף צריכה להתפרש בהתאם (Jarvis וחב' ב-Addiction משנת 2008). רמות cotinine בגוף יעילות גם בהערכה של עישון סיגריות אלקטרוניות (McNeill וחב' בדו"ח משנת 2015 של Public Health England.

אפידמיולוגיה

בשנת 1965, 52 אחוזים מהגברים בארה"ב ו-34 אחוזים מהנשים שם היו מעשנים. בשנת 2015 15.1 אחוזים מכל הבוגרים מעל גיל 18 שנה בארה"ב (36.5 מיליון איש ואישה) היו מעשנים: 16.7 אחוזים מבין הגברים, ו-13.6 אחוזים מבין הנשים. נתון זה נמוך מ-20.9 אחוזים מכלל הבוגרים שם שהיו מעשנים בשנת 2005. עישון גבוה ביותר בקרב אינדיאנים ילידי אלסקה, ונמוך ביותר בקרב האסיאתיים המתגוררים בארה"ב. משנת 2011 עד 2016 ירד העישון בקרב תלמידי חטיבות ביניים ותלמידי תיכון בני 17-18, כאשר 2.2 אחוזים של תלמידי חטיבות ביניים הצהירו על היותם מעשנים בשנת 2016, מה שמשקף ירידה מ-4.4 אחוזים בקרב צעירים אלה בשנת 2011. בשנת 2016, כ-8.0 אחוזים מבין תמידי תיכון בכיתות הגבוהות הצהירו על עישון (ירידה מ-15.8 אחוזים בשנת 2011). בשנת 2016, 7.2 אחוזים מתלמידי חטיבות הביניים בארה"ב ו-20.2 אחוזים מתלמידי התיכון בכיתות הגבוהות הצהירו על שימוש בסוג כלשהו של מוצרי טבק.

סטטיסטיקות בינלאומיות

בעולם כולו, 1.1 מיליארד אנשים מעשנים, ו-6 מיליון אנשים מתים מדי שנה מעישון. בסין, למעלה מ-70 אחוזים מהגברים מעל גיל 25 שנה מעשנים. עישון שכיח יותר במדינות מתפתחות והוא הולך ומתגבר בארצות אלה, לעומת דעיכה של עישון בצפון אמריקה. ככל שעישון מתחיל בגיל צעיר יותר מגביר את ההתמכרות לעישון, ואכן דו"ח ה-Surgeon General משנת 2012 הגיע למסקנה שיש צורך להתחיל במאמץ למניעת עישון בעיקר בקרב בני-נוער (Ebbert וחב' ב-JAMA משנת 2014).

תחלואה ותמותה הנגרמת מעישון

טבק אחראי ליותר מ-85 אחוזים ממקרי המוות הנגרמים מסרטן ריאות. צריכת טבק היא הגורם המוביל לתמותה בארה"ב, והגורם השני במעלה לתמותה בעולם כולו. מאז הדו"ח המקורי של ה-Surgeon General משנת 1964, בערך 10 מיליון אמריקנים נפטרו מסיבת עישון, מתוכם כ-2 מיליון מסרטן ריאות. מעבר לכך, עישון זוהה גם כסיבה עיקרית של emphysema, COPD, ברונכיטיס, ומחלת לב. עישון עלול לתרום גם למחלות אחרות כגון histiocytosis X, respiratory bronchiolitis, הפרעות נשימה בשינה, idiopathic pneumothorax, משקל לידה נמוך ותמותה פּרי-נטלית.

סרטן הלוע הוא סוג סרטן לא-שכיח יחסית, אך בשנת 1988 הוא היה אחראי ל-1.1 אחוזים של תמותה מסרטן בגברים, ו-0.3 אחוזים מקרי תמותה מסרטן בקרב נשים. באותה שנה, סרטן חלל הפה היה אחראי ל-2.1 אחוזים מהתמותה מסרטן בקרב גברים, ו-1.2 אחוזים מכלל הפטירות מסרטן בקרב נשים. עישון סיגריות או לעיסת טבק הם הסיבה העיקרית לסרטן חלל הפה. סרטן הוושט אחראי ל-2.6 אחוזים מקרי מוות מסרטן בקרב גברים, ול-1.0 אחוזים מכלל מקרי המוות מסרטן בקרב נשים. רוב החולים בסרטן הוושט מעשנים בהווה או בעברם.

סרטן שלפוחית השתן היה בשנת 1988 אחראי ל-2.4 אחוזים מכלל התמותה מסרטן בקרב גברים, ול-1.3 אחוזים מהתמותה מסרטן בקרב נשים. סרטן הלבלב היה אחראי ל-5 אחוזים מכלל התמותה מסרטן בשנת 1990, כאשר שליש ממקרי תמותה אלה היו בקרב מעשנים. סרטן הכליה אחראי ל-2.3 אחוזים מכלל מקרי המוות מסרטן בקרב גברים, ול-1.8 אחוזים ממקרי המוות מסרטן בקרב נשים. עישון נקבע כגורם סיכון בלתי-תלוי לסרטן פי-הרחם למערכת השתן, ולסרטן החלחולת.

רמות ניקוטין ונגזריו בגוף

ניקוטין עובר במהירות מטבוליזם בכבד ל-cotinine כאשר תקופת מחצית החיים של ניקוטין בדם היא של שעתיים, בעוד שתקופת מחצית החיים של cotinine היא של 15-24 שעות. מעשנים כבדים יכולים להפריש ניקוטין בשתן ברמות של 1,000 עד 5,000 ננוגרם/מיליליטר, ואילו רוב צורכי הטבק מפרישים cotinine בשתן בתחום ריכוזים של 1,000-8,000 ננוגרם/מיליליטר.

בנוסף לניקוטין ולמטבוליטים שלו, מוצרי טבק מכילים גם אלקלואידים נוספים עשויים לשמש סמנים של צריכת טבק. שניים מהסמנים הנוספים הללו הם anabasine ו-nornicotine. Anabasine נמצא במוצרי טבק, אך לא ב- nicotine replacement therapies. לעומת זאת, nornocotine נמצא כאלקלואיד במוצרי טבק וכן כמטבוליט של ניקוטין. נוכחות בשתן של anabasine מעל 10 ננוגרם/מיליליטר, או של nornicotine מעל 30 ננוגרם/מיליליטר, מצביעה על צריכת טבק, ללא קשר לשאלה האם הנבדק מטופל בתחליפי ניקוטין. נוכחות של nornicotine ללא נוכחות של anabasine מתאימה לצריכת תחליפי ניקוטין לצורך גמילה. במעשנים כבדים, הנמנעים מעישון למשך שבועיים, רמות ניקוטין בשתן נמוכות מ-30 ננוגרם/מיליליטר, רמות cotinine נמוכות מ-5 ננוגרם/מיליליטר, רמות anabasine מתחת ל-2 ננוגרם/מיליליטר, ורמות nornicotine מתחת ל-2 ננוגרם/מיליליטר.

עישון פסיבי יכול לגרום להצטברות של מטבוליטים של ניקוטין בלא-מעשנים. רמת cotinine בשתן של מעשנים פסיביים יכולה להצטבר עד 20 ננוגרם/מיליליטר. עישון פסיבי לא מביא להצטברות בשתן של anabasine ו-norcotinine.

רמות ניקוטין ונגזריו בדם ובשתן במצבים שונים

ערכי ייחוס של רמות ניקוטין ונגזריו בשתן (על פי Moyer וחב' ב-Clinical Chemistry משנת 2002): לא מעשנים ולא נחשפים לעשן סיגריות מיד שנייה: ניקוטין-פחות מ-5 ננוגרם/מיליליטר; cotinine- פחות מ-5 ננוגרם/מיליליטר; nornicotine-פחות מ-2 ננוגרם/מיליליטר.

מעשנים פעילים: שיא רמת ניקוטין בשתן-1,000-5,000 ננוגרם/מיליליטר; שיא רמת cotinine בשתן- 1,000-8,000 ננוגרם/מיליליטר; רמת anabasine בשתן-10-500 ננוגרם/מיליליטר; רמת nornicotine בשתן 30-900 ננוגרם/מיליליטר.

מעשנים לאחר שבועיים של הימנעות מוחלטת מעישון: רמת ניקוטין בשתן-פחות מ-30 ננוגרם/מיליליטר; רמת cotinine בשתן-פחות מ-50 ננוגרם/מיליליטר; רמת anabasine בשתן-פחות מ-2 ננוגרם/מיליליטר; רמת nornicotine בשתן-פחות מ-2 ננוגרם/מיליליטר.

לא-מעשנים פעילים אך נחשפים פסיבית לעשן סיגריות מיד שנייה: רמת ניקוטין בשתן-פחות מ-20 ננוגרם/מיליליטר; רמת cotinine בשתן-פחות מ-20 ננוגרם/מיליליטר; רמת anabasine בשתן-פחות מ-2 ננוגרם/מיליליטר; רמתnornicotine בשתן-פחות מ-2 ננוגרם/מיליליטר.

לא מעשנים שאינם נחשפים לעשן סיגריות מיד שנייה: רמת ניקוטין בשתן-פחות מ-5.0 ננוגרם/מיליליטר; רמת cotinine בשתן פחות מ-5 ננוגרם/מיליליטר; רמת anabasine בשתן-פחות מ-2.0 ננוגרם/מיליליטר; רמת nornicotine בשתן-פחות מ-2.0 ננוגרם/מיליליטר.

ערכי ייחוס של ניקוטין ונגזריו בדם ((על פי Moyer וחב' ב-Clinical Chemistry משנת 2002)

מעשנים פעילים: שיא רמת ניקוטין בנסיוב/פלזמה: 30-50 ננוגרם/מיליליטר; שיא רמת cotinine בנסיוב/פלזמה-200-800 ננוגרם/מיליליטר (רמות גבוהות יותר יכולות להתקבל במעשנים עם פעילות גבוהה של האנזים הציטוכרומי P450 2D6). מעשנים לאחר שבועיים של הימנעות מוחלטת מעישון: רמות ניקוטין ו-cotinine בנסיוב/פלזמה-פחות מ-3.0 ננוגרם/מיליליטר.

לא-מעשנים אך נחשפים פסיבית לעשן סיגריות מיד שנייה: רמת ניקוטין-פחות מ-3.0 ננוגרם/מיליליטר; רמת cotinine-פחות מ-8.0 ננוגרם/מיליליטר. לא-מעשנים שאינם נחשפים לעשן סיגריות: רמת ניקוטין ו-cotinine-פחות מ-3.0 ננוגרם/מיליליטר. בדיקת רמת ניקוטין ו-cotinine בשתן: כיוון שתקופת מחצית החיים של ניקוטין בשתן היא רק בת 40 דקות עד שעה, עדיף למדוד cotinine בשתן. הבדיקה מתבצעת בשיטת liquid chromatography-Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS). הבדיקה מתבצעת בדגימת שתן נקודתי ללא חומרים משמרים . רמת ניקוטין בשתן של מעשן בהווה יכולה להגיע ל-200-700 ננוגרם/מיליליטר, בעוד שרמת ניקוטין בשתן של לא-מעשן נמוכה מ-17 ננוגרם/מיליליטר. רמת cotinine בשתן של מעשן-300-1,300 ננוגרם/מיליליטר, ובשתן של לא מעשן פחות מ-20 ננוגרם/ מיליליטר. את השתן הנקודתי-חד פעמי יד להעביר למעבדה מקורר במבחנת פלסטיק. דגימת השתן יציבה בטמפרטורת החדר למשך 72 שעות, בקירור-למשך 14 יום, ובהקפאה יציבות הדגימה עד 30 יום. בדיקת רמת ניקוטין ו-cotinine בנסיוב/פלזמה: ניתן לבצע את הבדיקה בדגימת-דם מאוד המוליטית, מאוד ליפמית או מאוד איקטרית. ניתן ליטול דם במבחנה כימית רגילה (פקק אדום או צהוב) או במבחנת ספירת-דם (EDTA פקק ורוד), או במחנת ציטראט (פקק תכלת). עדיף למדוד בדם רמת cotinine שיציבותו גבוהה משמעותית מזו של ניקוטין לתקופת זמן ארוכה יותר. שיטת הבדיקה Chromatography/Mass Spectrometry. רמת ניקוטין בנסיוב/פלזמה בקרב מעשנים 2-10 ננוגרם/מיליליטר, ובלא-מעשנים פחות מ-4 ננוגרם/מיליליטר. רמת cotinine בקרב מעשנים-16-145 ננוגרם/מיליליטר, ובקרב לא-מעשנים פחות מ-8 ננוגרם/מיליליטר.

כימיה בדם וכימיה בשתן