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La nicotine est une substance chimique spécifique au tabac, même si on la retrouve à l'état de traces dans d'autres plantes, comme la tomate. C'est une molécule de la famille chimique des alcaloïdes, comme un grand nombre de substances addictives (qui créent une dépendance). Elle est présente dans la feuille de tabac, dans la fumée de cigarette et dans tous les autres produits dérivés du tabac (cigares, cigarillos, tabac à rouler, joints...).
Qu'elle soit inhalée (pour le tabac fumé), qu'elle passe dans l'organisme à travers les fins vaisseaux sanguins des muqueuses buccale ou nasale (pour le tabac chiqué ou sniffé), elle arrive très rapidement dans le sang, dans lequel on peut la doser, puis au cerveau. Celui-ci contient les cellules nerveuses (les neurones) dont certains portent au sein de leurs membranes des récepteurs spécifiques, appelés récepteurs nicotiniques, car la configuration moléculaire de la nicotine lui permet de s'emboîter exactement sur ces récepteurs.
Cette fixation de la nicotine sur les récepteurs modifie leur forme, ouvrant ou fermant le passage des ions à travers la membrane. Ce passage d'ions active le système dit de « récompense cérébrale », en libérant l'hormone du plaisir, la dopamine, qui crée des influx nerveux. Le fumeur éprouve alors une sensation de plaisir et de satiété analogue à celle qu'il éprouve lorsqu'il mange après avoir eu faim, ou qu'il boit lorsqu'il a soif. Chez le fumeur dépendant, la nicotine satisfait ainsi un besoin devenu physiologique de son organisme, alors que fumer n'est pas naturel !
Par ce fait, la nicotine est qualifiée de substance psychoactive. Si la nicotine se révèle toxique quand on l'injecte en intraveineux à forte dose chez l'animal, elle ne l'est pas à proprement parler dans les conditions normales d'utilisation du tabac, surtout chez un fumeur qui a toujours beaucoup plus de récepteurs nicotiniques qu'un non-fumeur et donc un risque de toxicité moindre.
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