Ekspire Edilen Havadaki Nitrik Oksit Düzeyinin Sigara İçimi ile İlişkisi # Ahmet Selim YURDAKUL, Sema CANBAKAN, Fatih NADİRLER, Yılmaz BAŞER Atatürk Göğüs Hastalıkları ve Göğüs Cerrahisi Merkezi, ANKARA # Bu çalışma Eylül 1998 de İsviçre Europen Respiratory Society yıllık kongresinde sunulmuştur. ÖZET Nitrik oksit (NO) konakçı savunmasında rol oynayan önemli bir moleküldür ve sigara içimi, kronik hava yolları hastalıkları ve solunum yolu infeksiyonları dahil olmak üzere birçok akciğer hastalıkları ile ilişkilidir. Bizde, endojen NO üretiminin kronik sigara içimi, pasif sigara içimi ve sigara içimini bırakanlarda nasıl etkilendiğini araştırmak istedik. Bu amaçla solunum fonksiyon testleri normal olan 50 aktif sigara içici (Grup I), 25 pasif içici (Grup II), 15 sigara içimini bırakmış kişi (Grup III) ile kontrol grubu olarak sigara içmeyen 58 kişide (Grup IV) ekspire edilen havadaki NO düzeylerini ölçtük. Ekspire edilen havadaki NO düzeyleri, vital kapasite manevrası ile chemiluminescence cihazında NO i geçirmeyen polietilen torbalarda toplanarak ölçüldü. Ekshale NO düzeyleri sırasıyla Grup I, II, III ve IV de, 4.02 ± 1.51 ppb, 7.68 ± 1.80 ppb, 4.47 ± 1.0 ppb, 7.71 ± 1.73 ppb olarak bulundu. Grup I ve grup III ün ekshale NO düzeyleri, grup IV den daha az olarak bulundu ve istatistiksel olarak anlamlı bulundu (p< 0.001). Fakat grup II ile grup IV arasında istatistiksel olarak anlamlı fark bulunamadı (p> 0.05). Ekshale NO düzeyi ile sigara içimi süresi arasında negatif bir korelasyon bulundu (r= -0.74, p< 0.001). Benzer olarak, günlük sigara içimi arttıkça, NO düzeylerinde azalma görüldü (r= -0.73, p< 0.001). Sigarayı bırakan grupta sigarayı bırakma süresi arttıkça ekshale NO düzeyleri artmasına rağmen, kontrol grubuna göre belirgin olarak düşük bulundu. Pasif içiciler ile kontrol grubunun ekshale NO düzeyleri arasında istatistiksel olarak bir fark bulunamadı (p> 0.05). Sonuç olarak; sigara içimi ile ekshale NO düzeyi anlamlı olarak düşmektedir. Sigarayı bırakanlarda bırakma süresi arttıkça ekshale NO düzeyi artsa da hala normal düzeyden düşük bulunmaktadır. Pasif içicilerde ekshale NO düzeyi açısından herhangi bir değişiklik görülmemiştir. Organizmada önemli rolleri olan NO düzeyi sigara içimi ile düşmektedir. Bu da ileride kişiyi sigaraya bağlı gelişebilecek pek çok hastalığa duyarlı kılmaktadır. ANAHTAR KELİMELER: Nitrik oksit, sigara içimi, ekshale edilen hava SUMMARY RELATIONSHIP BETWEEN CIGARETTE SMOKING AND THE LEVEL OF NITRIC OXIDE IN THE EXHALED AIR Nitric oxide (NO) is an important molecule that has a role in the host defence mechanisms and cigarette smoking is associated with a number of common pulmonary diseases including a respiratory tract infections, chronic airway diseases. 154
Ekspire Edilen Havadaki Nitrik Oksit Düzeyinin Sigara İçimi ile İlişkisi We wanted to determinate how the production of endogenous NO is affected by chronic cigarette smoking, passive cigarette smoking and smoking cessation. For this reason, we measured NO levels in exhaled air of 50 active smokers (Group I), 25 passive smokers (Group II), 15 ex-smokers (Group III) with normal lung function tests and 58 non-smoker subjects as a control group (Group IV). The level of NO in exhaled air was measured by chemiluminescence analyzer device by collecting it in a NO-impermeable bag with vital capacity maneuver. The mean (± SD) levels of NO in exhaled air were found 4.02 ± 1.51 ppb; 7.68 ± 1.80 ppb; 4.47 ± 1.0 ppb; 7.71 ± 1.73 ppb-in group I, II, III and IV respectively. The mean level of NO in group I and group III was less than group IV and the difference was statistically significant (p< 0.001). But there was no difference between group II and group IV statistically. There was a negative correlation between the NO levels and the duration of smoking (r = -0.74, p< 0.001). Similarly, there was a decrease in NO levels when the number of cigarettes smoked daily were increased (r = - 0.73, p< 0.001). Although the exhaled NO level of ex-smokers group increased with the increase in the duration of cigarette cessation, it was significantly lower than that of the control group. There was no statistical difference between the exhaled NO levels of passive smokers and control group. We concluded that the exhaled NO level decreases significantly with cigarette smoking. As the duration of cigarette cessation increases, the exhaled NO level increases but still remains below normal level. No difference has been observed in the exhaled NO levels of passive smokers. NO which has important functions in the maintenance of organism decreases in level with cigarette smoking. This leads to a susceptibility to many diseases caused by cigarette consumption. KEY WORDS: Nitric oxide, smoking, exhaled air GİRİŞ Endojen nitrik oksit (NO), solunum yolları hastalıklarının patofizyolojisinde ve hava yolu fonksiyonlarının fizyolojik kontrolünde önemli bir rol oynamaktadır ve hava yollarındaki birçok hücre tarafından sentezlenmektedir (1-4). Hava yolu epitel hücreleri tarafından sentezlenen NO bakteri, virüs ve parazitlerin toksik etkilerine karşı nonspesifik konakçı savunmasında önemli roller üstlenir (5). Mukosilier klirensin regülasyonunda önemli olan NO; L-argininden NO sentetaz (NOS) enzimi aracılığı ile sentezlenmektedir (2,5-7). Sigara içimi kardiyovasküler hastalıklar, kronik hava yolu hastalıkları ve solunum yolları infeksiyonlarının gelişmesinde önemli bir risk faktörüdür. Sigara içimi hem solunum yollarındaki epitelyal hücre fonksiyonlarına toksik etki yaparak partiküllerin akciğerden temizlenmesini güçleştirmektedir hem de savunmada önemli rol oynayan makrofajları etkilemektedir ve bunun sonucunda solunum yollarına nötrofil akışı olmaktadır (5,7). Sigara içimi sonucunda meydana gelen epitelyal hücre disfonksiyonu sonucu epitelyal NO sentezi azalır ve sonuç olarak predispoze kişilerde alt solunum yolu infeksiyonları ve nötrofilik inflamasyon meydana gelir (5). Biz de bu çalışmada akciğer savunma sistemi için önemli görevleri olan endojen NO in kronik sigara içimi, pasif sigara içimi ve sigarayı bırakanlarda nasıl etkilendiğini gözlemeyi amaçladık. GEREÇ ve YÖNTEM Çalışmamıza 50 sigara içici, 25 hem evde hem işyerinde sigara dumanına maruz kalan pasif içici, 15 ex-smoker ve 58 sigara içmeyen sağlıklı birey alındı. Bu olguların tümü 6 hafta öncesine dek herhangi bir solunum yolu hastalığı geçirmemişlerdi ve herhangi bir sistemik hastalıkları yoktu. Ayrıca başka bir kronik ilaç kullanımı öyküleri de yoktu. Tüm olgulara çalışma anlatıldı ve onayları alındı. NO ölçümü için sigara içen grubun son 8 saat içinde sigara içmemiş olması, pasif içiciler ve sigara içimini bırakmış kişilerde de aynı süre içinde sigara dumanına maruz kalmamalarına dikkat edildi. Kontrol grubu evde ve iş yerinde pasif sigara içimine maruz kalmayanlar arasından seçildi. Olgularımızın özellikleri Tablo 1 de özetlenmiştir. Tüm olgulara vitalograph alpha spirometri cihazı ile solunum fonksiyon testi (SFT) yapıldı. Ekspire Edilen Havadaki NO Düzeylerinin Araştırılması NO düzeyi vital kapasite manevrası ile toplanan havada ölçüldü. Bu amaçla oturur pozisyonda ve burnu klip ile kapatılmış bireylerde total akciğer ka- 155
Yurdakul AS, Canbakan S, Nadirler F, Başer Y. Tablo 1. Olgularımızın özellikleri. Sayı Yaş Cinsiyet (E/K) Sigara/gün Paket/yıl FEV1 1 (%) Kontrol grubu 58 31.76 ± 7.5 37/21 0 0 90.5 ± 4.2 Sigara içen grup 50 34.5 ± 9.3 36/14 15.94 ± 8.9 11.23 ± 8.9 85.98 ± 1.0 Pasif içiciler 25 31.7 ± 8.8 4/21 0 0 94.24 ± 6.4 Sigarayı bırakan grup 15 37.2 ± 9.1 14/1 0 0 89.72 ± 5.8 pasitesi kadar havanın inspire edilip ardından rezidüel volüme kadar ekspire edilmesi sağlanmıştır. Ekspire edilen hava bir teflon ağızlık yolu ile NO i geçirmeyen polietilen bir torbada toplanmıştır. Aynı zamanda nazal kontaminasyonu önlemek için çalışmaya alınan kişilere istemli olarak yumuşak damaklarını kapatmaları öğretilmiştir. Ekspire edilen havadaki NO düzeyleri toplandıktan 1/2 saat sonra chemiluminescence analizör cihazında ölçülmüştür (Model 425; Thermo Environmental Instruments Inc.). Ayrıca bu ölçümleri yapmadan önce cihazın kalibrasyonu yapılmış ve kontrol edilmiştir. Ortamdaki NO konsantrasyonları günlük olarak kaydedilmiştir. İstatistiksel Analizler: İstatistiksel analizlerde student-t, Mann-Withney U ve korelasyon regresyon analizi testlerinden yararlanıldı. SONUÇLAR Tüm olgulara yapılan SFT sonucunda; ortalama FEV 1 lere bakıldığında sigara içen grupta diğer tüm gruplara göre istatistiksel olarak anlamlı FEV 1, düşüklüğü mevcuttu (p< 0.05). Ekshale NO düzeyi sigara içen grupta 4.02 ± 1.51 ppb, sigarayı bırakan grupta 4.47 ± 1.0 ppb, pasif içicilerde 7.68 ± 1.8 ppb iken, kontrol grubunda 7.71 ± 1.73 ppb olarak bulundu (Şekil 1). Sigara içen grupta kontrol grubuna göre istatistiki olarak anlamlı NO düşüklüğü mevcut idi (p< 0.05). Ancak pasif içiciler ile kontrol grubu arasında böyle bir ilişki yoktu (p> 0.05). Ayrıca sigarayı bırakan grupta, kontrol grubuna göre istatistiksel olarak anlamlı NO düşüklüğü mevcut idi (p< 0.05). Ancak sigarayı bırakan grup ile sigara içen grup karşılaştırıldığında; sigarayı bırakan grupta ekshale NO düzeyi sigara içen gruba göre yüksek bulundu fakat fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmadı (p> 0.05). 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Kontrol Sigara içen Pasif içici Sigarayı grup grup bırakan grup Şekil 1. Tüm gruplarda ortalama ekspire edilen havadaki NO düzeyleri (ppb). 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10 20 30 40 Günlük sigara tüketimi Şekil 2. Günlük sigara tüketimi ile ekspire edilen havadaki NO düzeyi arasındaki ilişki. Ayrıca günlük tüketilen sigara miktarı arttıkça NO düzeyinin daha da düştüğü gözlendi (r= -0.73, p< 0.05) (Şekil 2). NO ile paket/yıl cinsinden sigara tüketimi arasında da negatif ilişki mevcut olup sigaranın paket/yıl sayısı arttıkça NO düzeyi düşmekteydi (r= -0.74, p< 0.05) (Şekil 3). Sigara içen 24 olgunun FEV1 leri %70-85 arasında bulundu ve bu olgularda ortalama NO düzeyi 3.75 156
Ekspire Edilen Havadaki Nitrik Oksit Düzeyinin Sigara İçimi ile İlişkisi 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10 20 30 40 Paket/yıl Şekil 3. Ekspire edilen havadaki NO düzeyi ile paket/yıl cinsinden sigara tüketimi arasındaki ilişki. 120 110 ± 1.49 ppb iken, FEV 1 leri > %85 olan 26 olgunun ortalama NO düzeyi 4.27 ± 1.51 ppb idi. Ancak aralarında istatistiksel olarak anlamlı fark bulunmadı (p> 0.05). Sigara içen grupta paket/yıl cinsinden sigara tüketimi arttıkça SFT değerlerinde azalma olduğu görüldü (r= -0.44, p< 0.05) (Şekil 4). Sigarayı bırakan grupta ortalama sigarayı bırakma yılı 5.53 ± 3.89 olarak bulundu. Sigarayı bırakma süresi arttıkça NO düzeyinde artış bulundu (r= 0.69, p< 0.05) (Şekil 5). Ancak yine de bu grupta kontrol grubundan düşük bir ortalama NO düzeyi mevcuttu. TARTIŞMA Sigara içimi, endojen nitrik oksitin de önemli rol oynadığı kardiyovasküler hastalıklar, kronik hava yolu hastalıkları ve solunum yolları infeksiyonlarında önemli bir risk faktörüdür (7). Solunum yolları hücreleri tarafından sentezlenen NO in sigara içen kişilerin ekspire ettikleri havada azaldığı rapor edilmiştir (8). FEV 1 (%) 100 90 80 70 Bizde çalışmamızda sigara içiminin ekshale NO konsantrasyonu üzerine etkisini araştırdık. Ekshale NO konsantrasyonu, aktif sigara içicilerde ve sigarayı bırakan kişilerde, pasif içiciler ve sigara içmeyen sağlıklı kişilerle karşılaştırıldığı zaman belirgin olarak düşük bulundu. 60 0 10 20 30 40 Paket/yıl Şekil 4. FEV1 ile paket/yıl cinsinden sigara tüketimi arasındaki ilişki. 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 0 2 4 6 8 10 12 14 Sigarayı bırakma süresi Şekil 5. Sigarayı bırakma süresiyle ekspire edilen havadaki NO düzeyi arasındaki ilişki. Son yıllarda sigara içiminin NO düzeyinde azalmalara yol açtığını gösteren çalışmalar yayınlanmaktadır. Schillling ve arkadaşları sigara içimiyle ekshale NO düzeyinin etkilendiğini ve sigara içen grupta içmeyenlere göre daha düşük ekshale NO düzeyi olduğunu gösterdiler (3). Ayrıca Kharitonov ve arkadaşları hem akut hem kronik sigara içiminde ekshale NO düzeyini düşük bulmuşlardır (4). Benzer sonuçlar Gomez ve arkadaşları tarafından da gösterilmiştir (9). Bizim çalışmamızda günlük sigara tüketimi ya da paket/yıl cinsinden sigara tüketimi ile ekshale NO düzeyi arasında anlamlı bir negatif korelasyon vardı. Benzer olarak Kharitonov ve arkadaşları da günlük sigara tüketimi ile ekshale NO konsantrasyonundaki düşme arasında ilişki olduğunu, günlük sigara tüketimi arttıkça ekshale NO düzeyinin düştüğünü göstermişlerdir (4). Sigara içimi ile ekshale NO düzeyinin azalmasının mekanizması açık değildir. Nitrik oksit, NO sentetazın regülasyonunda ve bu nedenle de NO sentezinde önemli bir rol oynamaktadır (10). Sigara çok yüksek konsantrasyonda NO içermektedir. Sigara 157
Yurdakul AS, Canbakan S, Nadirler F, Başer Y. dumanında bulunan fazla oranda NO in negatif feedback etkisiyle NO üretimi baskılanmakta ve bunun sonucunda ekshale NO düzeyinde azalma olmaktadır. Diğer taraftan, sıçan beyinciğinden elde edilen ve p-450 tipinde hemoprotein içeren NOS, CO tarafından inhibe edilmektedir. CO, bu tip proteinlerle reaksiyona girmektedir ve potent olarak NOS ın constitutive ve indüklenebilir formunu inhibe etmektedir. Benzer olarak, sigarada bulunan CO konsantrasyonuna maruz kalma NO konsantrasyonunda azalmaya sebebiyet vermektedir (11). Bizim çalışmamızda, sigara içicilerin ortalama FEV 1 düzeyleri içmeyenlerden anlamlı olarak düşük bulundu. Ancak bu grup olgunun hiçbirinde KOAH ı düşündürecek semptom ve bulgu yoktu. FEV 1 düzeyleri sigara tüketimi arttıkça düşüş göstermekteydi. Kanazawa ve arkadaşları da sigara içmeyenlerin ekshale NO düzeylerinin sigara içenlerden yüksek olduğunu ve bu farkın nefes tutma ile daha da arttığını gösterdiler. Ayrıca bu çalışmada sigara içen grupta FEV 1, değerlerinin kontrollerden anlamlı olarak düşük olduğunu ve FEV 1 deki düşme ile nefes tutma yöntemi ile ekshale edilen NO düzeyindeki düşme arasında anlamlı korelasyon bulunduğunu gösterdiler ve bunun sigara içicilerde obstrüksiyonu gösteren yeni bir parametre olarak kullanılabileceğini ileri sürdüler (2). Bizim çalışmamızda sigara içiciler, FEV 1 leri normal (FEV 1 > %85) ve hafif obstrüktif (FEV 1 = %70-85) olarak iki alt gruba ayrıldığında hafif obstrüktif grupta ortalama ekshale NO düzeyi daha düşük olsa da istatistiksel olarak ekshale NO düzeyleri arasında anlamlı bir fark görülmedi. Yani solunum fonksiyon testi (SFT) normal olan olgularda dahi ekshale NO düzeyi düşük idi. Bu da sigara içicilerde sigaranın solunum sistemindeki etkilerini, SFT den daha erken gösterebilecek non invaziv bir parametre olduğunu düşündürdü. Ek olarak, NO endojen bir bronkodilatatör olarak davranmaktadır. NO sentezinin azalması sigara içenlerde hava yolu obstrüksiyonu ile ilgili bir faktör olabilir. Yapılan bir çalışmada hava yolu epitel hücrelerinde NO sentezinin azalması, hava yolu hiperreaktivitesinin gelişimi ile ilgili olabileceği ve endojen NO in bronşiyal obstrüksiyon üzerine inhibitör bir etkiye sahip olduğu gösterilmiştir (12). Sigara içenlerde hava yollarındaki endojen NO sentezinin inhibisyonu mukosilier klirensde azalmaya ve böylece de alt solunum yolu infeksiyonlarında artışa sebebiyet vermektedir (6). Sigarayı bırakanlarda ortalama ekshale NO düzeyi halen sigara içenlerden yüksek bulunmasına rağmen bu fark istatistiksel olarak anlamlı değildi. Sigarayı bırakma süresi ile ekshale NO düzeyi arasında pozitif bir korelasyon mevcuttu. Bununla birlikte kontrol grubu ile karşılaştırıldığında sigarayı bırakanların ortalama ekshale NO düzeyleri anlamlı olarak düşük bulundu. Yani sigaranın endojen NO sentezindeki azaltıcı etkisi sigarayı bırakanlarda da devam etmekteydi. Robbins ve arkadaşları, başlangıç NO düzeyleri sigara içmeyen kişilere göre anlamlı olarak düşük olan 23 sigara içici kişide, sigarayı bıraktıktan sonra 1. ve 8. haftadaki NO düzeylerini değerlendirdikleri bir çalışmada 8 haftalık süre içinde sigarayı bırakabilen 10 olgunun peak oral ve nazal NO düzeylerinin bazal değerden yükseldiğini ancak mean oral NO düzeyinin hala sigara içmeyen kişilerden düşük olduğunu gösterdiler (8). Pasif sigara içiminin zararlı etkileri çok iyi bilinmektedir. Hem çocuklar hem de yetişkinlerde solunum yolları hastalıklarındaki artış ile istemsiz olarak sigara dumanının inhalasyonu arasındaki sebep sonuç ilişkisi açık olarak tanımlanmıştır (13). Bizde pasif içicilerde ekshale NO düzeyinde herhangi bir değişiklik olup olmadığını gözlemek amacıyla yaptığımız ölçümlerde kontrol grubu ile pasif içici grup arasında anlamlı bir fark saptamadık ve çalışmaya aldığımız olgularda sigara maruziyetinin nispeten yoğun ve kronik olmaması ile bu durumu açıklamaya çalıştık. Sonuç olarak; bizim çalışmamızda sigara içicilerde ekshale NO düzeyinin azaldığı görüldü. Bu azalma sigarayı bırakanlarda da sürmekte idi. Ancak sigarayı bırakma süresi arttıkça ekshale NO düzeyinde de artış oluyordu. Pasif içicilerde ise ekshale NO düzeyinde herhangi bir değişiklik saptanmadı. Kronik sigara içimi ile yararlı formdaki NO giderek azalmakta, solunum sistemi savunması bozulmakta, infeksiyon, pulmoner hipertansiyon riski artmakta ve hava yollarında obstrüksiyon gelişmektedir. NO üzerinde yapılacak ileri çalışmalarla, ileride sigaraya bağlı pek çok hastalığın patogenezine ışık tutulacağı kanısındayız. 158
Ekspire Edilen Havadaki Nitrik Oksit Düzeyinin Sigara İçimi ile İlişkisi TEŞEKKÜR Nitrik oksit düzeyinin ölçümünde tüm destek, izin, teknik katkı ve bilgilerinden dolayı Orta Doğu Teknik Üniversitesi Çevre ve Kimya Bölümü nden Prof. Dr. Gürdal TUNCEL e ve Araş. Gör. Duran KARATAŞ a teşekkür ederiz. KAYNAKLAR 1. Persson MG, Zetterström O, Agrenius et al. Single - breath nitric oxide measurements in asthmatic patients and smokers. Lancet 1994;343:146-7. 2. Kanazawa H, Shoji S, Hirata K et al. Role of endogenous nitric oxide in airflow obstruction in smokers. Chest 1996;110:927-9. 3. Schilling J, Holzer P, Guggenbach M et al. Reduced endogenous nitric oxide in the exhaled air of smokers and hypertensives. Eur Respir J 1994;7:467-71. 4. Kharitonov SA, Robbins RA, Yates D et al. Acute and chronic effects of cigarette smoking on exhaled nitric oxide. Am J Respir Crit Care Med 1995;152:609-12. 5. Barnes PJ. NO or no NO in asthma. Thorax 1996;51:18-220. 6. Barnes PJ, Kharitonov SA. Exhaled nitric oxide: A new lung function test. Thorax 1996;51:233-7. 7. Chambers DC, Tunnicliffe WS, Ayres JG. Acute inhalation of cigarette smoke increases lower respiratory tract nitric oxide concentrations. Thorax 1998;53:677-9. 8. Robbins RA, Millatmal T, Lassi K et al. Smoking cessation is associated with an increase in exhaled nitric oxide. Chest 1997;112:313-8. 9. Gomez FP, Martinez PG, Barbera JA, et al. Measurement of exhaled nitric oxide in healthy subjects. Med Clin 1998;111:1-5. 10. Rengasamy A, Johns RA. Regulation of nitric oxide synthase by nitric oxide. Mol Pharmacol 1993;44:124-8. 11. White KA, Marletta MA. Nitric oxide synthase is a cytochrome p-450 type hemoprotein. Biochemistry 1992;31:6627-31. 12. Persson MG, Friberg SG, Gustafsson LE et al. The promotion patent airways and inhibition of antigen-induced bronchial obstruction by endogenous nitric oxide. Br J Pharmacol 1995;116:2957-62. 13. Sieminska A, Olszewska A. The influence of passive smoking on the respiratory tract. Przegl Lek 1997;54:353-5. Yazışma Adresi Ahmet Selim YURDAKUL Atatürk Göğüs Hastalıkları ve Göğüs Cerrahisi Merkezi Keçiören/ANKARA 159