Typpioksidia valmistuu lähes kaikissa elimistön kudoksissa, erityisen vilkkaasti esimerkiksi verisuonissa, keuhkoissa ja sydämessä. Kuva: Bryan Branderburg/Wikimedia Commons
Typpioksidia valmistuu lähes kaikissa elimistön kudoksissa, erityisen vilkkaasti esimerkiksi verisuonissa, keuhkoissa ja sydämessä. Kuva: Bryan Branderburg/Wikimedia Commons

NO eli typpioksidi on piskuinen kaasumolekyyli. Se tunnettiin myrkkynä ja saasteena, mutta se onkin elimistömme yleissäätelijä ja lupaava lääke.

Historia opettaa, että tieteellinen läpimurto voi tulla odottamattomaltakin suunnalta. Typpioksidi eli NO on tästä oiva esimerkki.

Puolitoista miljardia vuotta sitten typpioksidi oli ilmakehän yleisin kaasu – ja eliöille myrkky, josta ne pyrkivät pääsemään eroon. Vielä 1980-luvulla typpioksidi tunnettiin lähinnä saasteena, jota pakoputket ja savupiiput tupruttivat aiheuttamaan happosateita ja otsonikatoa.

Hämmästys onkin ollut suuri ja kiinnostus kova, kun nyttemmin on havaittu, että typpioksidi osallistuu elimistön lähes joka prosessiin, sekä terveessä että sairaassa ihmisessä. Typpioksidi säätelee osaltaan muun muassa verenpainetta, suoliston toimintaa, muistia, unta, oppimisvaikeuksia, masennusta, potenssihäiriöitä, anoreksiaa, diabetesta, syöpää, sydäninfarktia, lääkeriippuvuutta, verenmyrkytyksestä johtuvaa sokkia sekä tuberkuloosia ja eräitä muita tulehdussairauksia. Viitenä viime vuotena onkin julkaistu noin  30 000 NO-aiheista artikkelia.

Elimistö tuottaa itse

Typpioksidia valmistavaa eNOS-entsyymiä on lähes kaikissa elimistömme kudoksissa, mutta erityisen vilkkaasti typpioksidia syntyy verisuonissa, keuhkoissa, hengitysteissä, lihaksissa, sydämessä ja maksassa.

Typpioksidimolekyyli koostuu yhdestä typpiatomista (N) ja yhdestä happiatomista (O). Yhdiste poikkeaa siis nukutuksissa käytetystä typpioksiduulista eli ilokaasusta, N2O, jossa on kaksi typpiatomia.

NO näyttää hämäävän yksinkertaiselta vaikuttaakseen elimistössä niin monipuolisesti. Kirjoa kuitenkin lisäävät typpioksidin useat reaktiiviset muodot, jotka eroavat toisistaan kemiallisen hapetus-pelkistysasteensa perusteella.

Nitro lievittää typpioksidilla

Typpioksidin joihinkin vaikutuksiin törmättiin jo kauan sitten, vaikkei niiden perimmäistä syytä silloin tiedetty.

Jo vuonna 1867 huomattiin, että amyylinitriitti-kaasun henkäiseminen alentaa verenpainetta. Ensimmäisen maailmansodan aikana pantiin merkille, että nitroglyseriiniä sisältävien ampumatarvikkeiden pakkaajilla oli alhainen verenpaine.

Amyylinitriitti ja nitroglyseriini lievittävät angina pectorista, rintakipua, joka johtuu sepelvaltimoiden ahtautumisesta ja sen aiheuttamasta sydänlihaksen hapenpuutteesta. Näistä yhdisteistä vapautuu elimistöön typpioksidia, joka laajentaa sepelvaltimoita rentouttamalla niiden seinämän lihaksia.

Kielen alta imeytyvää nitroglyseriinitablettia onkin jo pitkään käytetty tehokkaana ja nopeasti vaikuttavana sepelvaltimoiden laajentajana. Tarina tosin kertoo, että dynamiitin keksijä Alfred Nobel – varovainen mies kun oli – kieltäytyi hoitamasta sydäntautiaan tohtorin hänelle määräämällä nitroglyseriinillä.

Hemoglobiini kehittyi kuljettajaksi

Veren hemoglobiinistakin on opittu uutta: se kuljettaa hapen ja hiilidioksidin lisäksi myös typpioksidia.

Typpioksidi ilmeisesti vaikutti jopa hemoglobiinin evoluutioon. Näin esittää muun muassa Yhdysvaltojen johtava typpioksiditutkija professori Jonathan S. Stamler.

Runsaat miljardi vuotta sitten maapallon ilmakehä oli hapeton ja suuren typpioksidipitoisuutensa takia elämälle vihamielinen. Hapettomissa merissä viihtyvät bakteerit sisälsivät hemoglobiinin kaltaista yhdistettä, flavohemoglobiinia, joka suojasi bakteereita typpioksidilta sitomalla sitä. Stamlerin ryhmä on eristänyt vastaavaa flavohemoglobiinia nykybakteereista.

Myös happi oli alkuaan myrkky, ja sitä karttavia eliöitä on nykyäänkin. Vuonna 1999 Stamler esitti, että yleisen loismadon, suolinkaisen, happea sitova hemoglobiini on jäänne ajalta, jolloin happeen perustuva elämä alkoi vasta kehittyä hapettoman rinnalle. Suolinkainen nimittäin käyttää hemoglobiinia poistamaan happea omasta ruumiinnesteestään, jonka hapettomuus on madon elinehto. Hapen keräämistä auttaa hemoglobiiniin tarttuva typpioksidi.

Myös ihmisen ja muiden nisäkkäiden hemoglobiini voi sitoa yhtä aikaa happea ja typpioksidia. Meissä näkyy bakteereista alkaneen evoluution tulos: kun ilmakehän happipitoisuus kasvoi, typpioksidia ja happea myrkyttömäksi tehnyt hemoglobiini muuntui näitä kuljettavaksi molekyyliksi.

Tarpeen verenpaineen hienosäädössä

Ihmisen hemoglobiinin arveltiin sitovan typpioksidia vain siksi, etteivät verisuonten seinämät veltostuisi liikaa.

Asia joutui uuteen valoon, kun havaittiin, että typpioksidi sitoutuu hemoglobiiniin parhaiten, jos tämä on jo sitonut itseensä happea, ja että hapen irtoaminen edistää NO:n irtoamista.

Viitisen vuotta sitten Stamler esitti, että hemoglobiini toimii paitsi hapen kuljettajana myös tarkkana hapenaistimena. Se tunnistaa kunkin kudoksen hapentarpeen ja annostelee sille juuri oikean happimäärän muuttamalla veren virtausta. Tässä hemoglobiini tarvitsee avukseen typpioksidia.

Esimerkiksi kun lihas työskentelee, se kuluttaa happea ja lihaskudoksen happipitoisuus pienenee. Tämä saa veren hemoglobiinit irrottamaan happensa ja samalla myös typpioksidinsa. Tällöin osa typpioksidista kulkeutuu valtimon seinämään ja rentouttaa sen lihassoluja, mikä laajentaa verisuonta ja lisää hapekkaan veren tuloa.

Toisissa oloissa hemoglobiini ilmeisesti kerää typpioksidia valtimoista, jolloin ne supistuvat ja verenpaine nousee. Näin typpioksidi voi osallistua verenpaineen yleiseen säätelyyn. Ehkä tämän tutkiminen vielä tuottaa uudentyyppisiä verenpainelääkkeitä.

Hoidetaan jo, kohta myös ehkäistään

Jo nykyisin on käytössä joukko typpioksidiin perustuvia hoitoja. Typpioksidin hengittäminen inhalaattorilla

*• auttaa hengitysvaikeuksista kärsiviä vastasyntyneitä

* parantaa sirppisoluanemiaa tai vaikeaa akuuttia hengitysvajausta eli ards-oireyhtymää sairastavien hapensaantia

* estää ohitusleikkauksessa siirrettyä suonta tukkeutumasta.

Myös uusia lääkkeitä kehitetään. Estämällä elimistön typpioksidintuottoa voitaisiin hoitaa verenmyrkytyksestä johtuvaa sokkia. Typpioksidia lisäämällä voitaisiin puolestaan alentaa keuhkoverenpainetta ja estää suonensisäisiä verihyytymiä. Typpioksiditietoa sovelletaan myös verenkorvikkeiden suunnitteluun.

Eläinkokeiden perusteella elimistön typpioksidituotantoa säätämällä voitaisiin ehkä myös hillitä elinsiirteiden hylkimistä, ehkäistä niveltulehdusten ja munuaissairauksien syntyä ja suojella aivoja infarktilta sekä Alzheimerin ja Parkinsonin taudilta.

Tulevaisuuden farmakologien haaste on kehittää typpioksidia vapauttava ”superaspiriini” sydän- ja verisuonitautien ehkäisyyn.

Ulla Malo-Ranta on filosofian lisensiaatti ja solubiologi. 

Julkaistu Tiede-lehdessä