Wolne rodniki w dymie tytoniowym – metody analizy i znaczenie biomedyczne

• Authors: Leon Kośmider , Jakub Knysak , Michał Gawron , Jan Czogała , Maciej Łukasz Goniewicz

Title variants

EN

Free radicals in tobacco smoke – analytical approach and biomedical significance

• Languages of publication: PL

Abstracts

PL

Wolne rodniki – atomy lub grupy atomów, zawierające
jeden lub więcej niesparowanych elektronów, są jednym
z wielu czynników odpowiedzialnych za toksyczne właściwości
dymu tytoniowego. Rodniki powstają w wyniku
procesów spalania oraz procesów pirolizy, zachodzących
w stożku żarzenia w trakcie wypalania papierosa. Niektóre
rodniki występujące w dymie tytoniowym mają względnie
długi okres półtrwania (ponad 5 min.). W niniejszej pracy
omówiono nowoczesne metody analityczne służące do
identyfikacji i ilościowej analizy wolnych rodników
w próbkach dymu tytoniowego, ze szczególnym uwzględnieniem
elektronowego rezonansu paramagnetycznego,
w połączeniu z metodą pułapkowania spinowego. W pracy
dokonano przeglądu istniejących poglądów na temat
roli wolnych rodników w etiologii określonych chorób
układu krążenia i układu oddechowego u palaczy, a także
potencjalnych mechanizmów biochemicznych odpowiedzialnych
za różne stany patologiczne (zaburzenia procesów
peroksydacji lipidów, modyfikacje struktury i aktywności
acylotransferazy lecytyna:cholesterol i poziomu
lipoproteiny wysokiej gęstości, nadwrażliwość na substancję
P i inaktywację obojętnej endopeptydazy).

EN

Free radicals, i.e. atoms or groups of atoms containing
one or more unpaired electrons, are significant constituents
of tobacco smoke that contribute to its toxic
properties. Radicals are generated during complex pyrolysis
and combustion reactions in burning a cigarette cone.
It has been shown that some free radicals found in tobacco
smoke have relatively long half-time life (over 5 mins).
We have reviewed modern analytical methods used for
identification and quantitative analysis of free radicals in
tobacco smoke, particularly the electron paramagnetic
resonance combined with a spin-trapping approach. We
also discussed the role of free radicals in etiology of respiratory
and cardiovascular conditions among smokers.
Finally, we reviewed biochemical mechanisms of various
pathological conditions, including disturbances in lipid
peroxidation, activity modification of lecithin-cholesterol
acyltransferase and level high density lipoprotein, hyperactivity
to substance P, and inactivation of neutral
endopeptidase, that are thought to be contributed by free
radicals from tobacco smoke.

Keywords

EN

EPR; dym tytoniowy; pułapkowanie spinowe; wolne rodniki

Discipline

• BIOCHEMISTRY: BIOCHEMISTRY

• Publisher: Polish Society of Environmental Medicine, Institute of Occupational Medicine and Environmental Health
• Journal: Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine
• Year: 2013
• Volume: 16
• Issue: 3
• Pages: 7-14

Contributors

author

Leon Kośmider

• Zakład Szkodliwości Chemicznych i Toksykologii Genetycznej, Instytut Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego w Sosnowcu

author

Jakub Knysak

• Zakład Chemii Ogólnej i Nieorganicznej, Wydział Farmaceutyczny w Sosnowcu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach

author

Michał Gawron

• Zakład Chemii Ogólnej i Nieorganicznej, Wydział Farmaceutyczny w Sosnowcu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach

author

Jan Czogała

• Zakład Chemii Ogólnej i Nieorganicznej, Wydział Farmaceutyczny w Sosnowcu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach

author

Maciej Łukasz Goniewicz

• Department of Health Behaviour, Division of Cancer Prevention and Population Sciences, Roswell Park Cancer Institute, Buffalo, USA

References

• 1. WHO REPORT on the global TOBACCO epidemic. MPOWER. Brazil: World Health Organization, 2008: 1-342.
• 2. Scott W.K., Zhang F., Stajich J.M.i wsp.: Family-based casecontrol study of cigarette smoking and Parkinson disease. Neurology 2005; 64: 442-447.
• 3. Sabbagh M.N., Tyas S.L., Emery S.C.i wsp.: Smoking affects the phenotype of Alzheimer disease. Neurology 2005; 64: 1301-1303.
• 4. Connelly N.G., Royal Society of Chemistry (Great Britain), International Union of Pure and Applied Chemistry. Nomenclature of inorganic chemistry. IUPAC recommendations 2005. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry Publishing/IUPAC, 2005: 1-377.
• 5. Nieorganicznej P.T.C.K.N.C. Nomenklatura chemii nieorganicznej. Zalecenia 1990. Wrocław: Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, 1998: 1-377.
• 6. Feierman D.E., Winston G.W., Cederbaum A.I.: Ethanol Oxidation by Hydroxyl Radicals: Role of Iron Chelates, Superoxide, and Hydrogen Peroxide. Alcohol Clin Exp Res 1985; 9: 95-102.
• 7. Harper’s illustrated biochemistry. New York: Lange Medical Books/McGraw-Hill, 2003; 746.
• 8. Pryor W.A., Tamura M., Church D.F.: Electron-Spin-Resonance Spin-Trapping Study of the Radicals Produced in Nox Olefin Reactions - a Mechanism for the Production of the Apparently Long-Lived Radicals in Gas-Phase Cigarette-Smoke. J Am Chem Soc 1984; 106: 5073-5079.
• 9. Flicker T.M., Green S.A.: Detection and separation of gasphase carbon-centered radicals from cigarette smoke and diesel exhaust. Anal Chem 1998; 70: 2008-2012.
• 10. Perfetti T.A. Rodgman A.: The Complexity of Tobacco and Tobacco Smoke. Beiträge zur Tabakforschung International 2011; 24: 215-232.
• 11. Weil J.A., Bolton J.R.: Electron paramagnetic resonance: elementary theory and practical applications. 2nd ed. / John A. Weil, James R. Bolton. ed. Hoboken, N.J.: Wiley Chichester, John Wiley, 2007: 1-687.
• 12. Church D.F.: Spin Trapping Organic Radicals. Anal Chem 1994; 66: 418A-427A.
• 13. Johnson C.G., Caron S., Blough N.V.: Combined Liquid Chromatography/ Mass Spectrometry of the Radical Adducts of a Fluorescamine-Derivatized Nitroxide. Anal Chem 1996; 68: 867-872.
• 14. Bohne C., Faulhaber K., Giese B. i wsp.: Studies on the Mechanism of the Photo-Induced DNA Damage in the Presence of Acridizinium SaltsInvolvement of Singlet Oxygen and an Unusual Source for Hydroxyl Radicals. J Am Chem Soc 2004; 127: 76-85.
• 15. Florek E., Ignatowicz E., Piekoszewski W. i wsp.: Tobacco smoke effects the activity of superoxide dismutase, glutathione peroxidase and total antioxidant status in pregnant and non-pregnant animals. Przegl Lek 2004; 61: 1104-1108.
• 16. Culcasi M., Muller A., Mercier A.i wsp.: Early specific free radical-related cytotoxicity of gas phase cigarette smoke and its paradoxical temporary inhibition by tar: An electron paramagnetic resonance study with the spin trap DEPMPO. Chem Biol Interact 2006; 164: 215-231.
• 17. Huang M.F., Lin W.L., Ma Y.C.: A study of reactive oxygen species in mainstream of cigarette. Indoor Air 2005; 15: 135-140.
• 18. Dusser D.J., Djokic T.D., Borson D.B.i wsp.: Cigarette smoke induces bronchoconstrictor hyperresponsiveness to substance P and inactivates airway neutral endopeptidase in the guinea pig. Possible role of free radicals. J Clin Invest. 1989; 84: 900-906.
• 19. McCall M.R., van den Berg J.J., Kuypers F.A. i wsp.: Modification of LCAT activity and HDL structure. New links between cigarette smoke and coronary heart disease risk. Arterioscler Thromb Vasc Biol 1994; 14: 248-253.
• 20. Mays B.W., Freischlag J.A., Eginton M.T. i wsp.: Ascorbic Acid Prevents Cigarette Smoke Injury to Endothelium-Dependent Arterial Relaxation. J Surg Res 1999; 84: 35-39.
• 21. Deliconstantinos G., Villiotou V., Stavrides J C.: Scavenging effects of hemoglobin and related heme containing compounds on nitric oxide, reactive oxidants and carcinogenic volatile nitrosocompounds of cigarette smoke. A new method for protection against the dangerous cigarette constituents. Anticancer Res 1994; 14: 2717-2726.
• 22. Zhang D., Tao Y., Gao J. i wsp.: Pycnogenol® in cigarette filters scavenges free radicals and reduces mutagenicity and toxicity of tobacco smoke in vivo. Toxicol Ind Health 2002; 18: 215-224.
• 23. Lu X., Hua Z., Du G. i wsp.: Scavenging of free radicals in gas-phase mainstream cigarette smoke by immobilized catalase at filter level. Free Radic Res 2008; 42: 244-252.

• Document Type: review