Токсінологія

Токсінологія - наука, що вивчає властивості отрут тваринного, рослинного і мікробного походження і токсичний процес, викликаний отруєнням ними. Може розглядатися, як розділ токсикології, а також, як міждисциплінарна наука [11]. Надходження, розподіл, метаболізм в організмі, а також механізм дії деяких токсинів, а також існуючі і можливі способи їх застосування вивчається військової токсикологией, так як ці отрути можуть використовуватися в якості хімічної і біологічної зброї ( ботулотоксин та ін), а також як отруйні речовини для диверсійних і терористичних цілей [2,3,4,8]. У той же час, природні отрути ( токсини) широко використовуються в медицині [9].

Зоотоксікологія, фітотоксінологія, токсінологія мікроорганізмів - основні розділи (складові частини) токсінологіі, які вивчають токсичний процес внаслідок ураження відповідно отрутами ( токсинами) тварин, рослин та збудників інфекційних захворювань, хімічну природу цих отрут, їх Токсікокінетіка і токсикодинаміки [11]. Биологичеких зброю на основі токсинів є зброєю масового ураження і заборонено згідно Женевського протоколу 1925. [1]


1. Основні класифікації токсинів


2. Отрути тваринного походження

Зоотоксінологія вивчає властивості токсинів, а також Токсікокінетіка і токсикодинаміки отрут найпростіших (Protozoa), губок (Spongia), кишковопорожнинних (Coelenterata), хробаків (Vermes), молюсків (Mollusca), павукоподібних (Arachnida), комах (Insecta), багатоніжок (Myriapoda) , голкошкірих (Echinodermata), риб (Pisces), круглоротих (Cyclostomata), амфібій (Amphibia), рептилій (Reptilia), ссавців (Mammalia) [11].

Найбільший інтерес для токсикологів (фахівців, що займаються токсінологіей) представляють тетродотоксин, саксітоксін, палітоксін, батрахотоксин, отрути змій [3,8]. Тетродотоксин виявлений в статевих залозах морських риб (фугу, скалозуб, іглобрюх) та органах ряду інших тварин. Саксітоксін міститься у високій концентрації в морських черевоногих молюсків Saxidomus giganteus та ін, які отримують його разом з планктоном, в якому містяться одноклітинні жгутикові Dinoflagelata. Палітоксін виділений з коралових поліпів Palythoa caribaerum. Батрахотоксин міститься в шкірних залозах деяких видів жаб-древолазов з роду листолазів, у деяких птахів Нової Гвінеї) [2,8,10,11]. ЛД 50 даних токсинів складають для гризунів від 0,15 до 8 мкг / кг. Ці отрути порушують рух іонів у синаптичних мембранах [2,3,8,11]. Так, палітоксін різко посилює вихід катіонів з аксональних і постсинаптичних мембран. Ця отрута має судорожним дією, яке змінюється паралітичним станом [2,11,12]. Тетродотоксин і саксітоксін блокують вихід катіонів з іонних каналів синаптичних мембран. При отруєнні цими токсинами розвиваються паралічі поперечно-смугастої мускулатури без судомного синдрому [2,8,12]. Отрути змій мають курареподібних (наприклад, бунгаротоксіни змії Bungarus multicinctus сімейства аспидових), гемовазотоксіческім та іншими ефектами [2,13].


3. Отрути мікробного походження

До отрут мікробного походження відносяться токсини практично всіх патогенних мікроорганізмів: патогенних клостридії, що викликають анаеробну інфекцію м'яких тканин кінцівок, тулуба, мозку людини, а також інші інфекційні захворювання людини і тварин (ε-токсин - Clostridium perfringens, β-токсин і лейкоцідін - Clostridium perfringens , екзотоксин - Clostridium oedematoides), збудників листереллеза (токсин Listeria monocytogenes), дифтерії, ентероколітів (ентеротоксин A), пневмонії (Streptococcus pneumoniae), холерний токсин (холероген) та ін [7,14,15].

Екзотоксини ботулинических бактерій (Clostridium botulinum) різних штамів представляють собою суміші двох біполімеров - нейротропного α-токсину (поліпептиду) і гемагглютінірущего α-токсину (гликопротеида). Нейротропні компоненти отримали назву ботулотоксином. В даний час відомі сім типів ботулотоксином (A, B, C, D, E, F, G), що входять до складу екзотоксинів ботулинических бактерій різних штамів. Ботулотоксини всіх типів подібні один одному за характером вражаючої дії на організм ссавців, хоч дещо й відрізняються між собою первинними структурами, ступенем токсичної дії і імуногенними властивостями. Для людини особливо небезпечними є ботулотоксини типів А, В, Е і F, з яких найбільшою токсичністю характеризується ботулотокcін типу А. Кристалічний нейротропний α-токсин типу А, виділений у вигляді безбарвних голок, являє собою двудоменную глобулу з молекулярною масою близько 150 тис. Так , що включає до 1500 амінокислотних залишків. Токсичність ботулотоксину обумовлена ​​дією двох доменів (А і В), які пов'язані один з одним одним дисульфідні містком. Ботулотоксин блокує викид (виділення, звільнення) медіатора в синаптичну щілину, в результаті чого міжнейронних (нервово-м'язова) передача переривається. Виникає паралітичний ефект. Ботулотоксини виявляють властивості периферичних і центральних міорелаксантів [14,15]. ЛД 50 ботулотоксину становлять 5 10 -6 мг / кг (миші, підшкірно), для людини ЛД 50 становить 5 10 -5 мг / кг (орально) [8]. У 1975 році ботулотоксин типу А був прийнятий на озброєння армії США під шифром "агент ХR" [3,4,8]. Незважаючи на біологічну природу токсину, "агент ХR" відноситься до компоненту хімічного (а не біологічної) зброї [2,3,4]. Може бути використаний в якості елемента зброї масового ураження країнами, що не підписали Конвенцію про заборону розробки, виробництва, накопичення і застосування хімічної зброї та про її знищення 1993 р.,

Екзотоксини правцевий палички (Clostridium tetani) представляють собою суміші двох біополімерів: нейротропного тетаноспазмін (що викликає судоми центрального походження) і гематропного тетанолізіна (руйнуючої мембрани еритроцитів). Тетаноспазмін отриманий в аморфному і кристалічному стані. Це - двудоменная глобула, у складі якої є 1279 амінокислотних залишку. Домени (А і В) пов'язані один з одним одним дисульфідні містком. В-домен забезпечує транспорт токсину в організмі, "впізнавання" біомішені (пресинаптичних мембран гальмівних нейронів спинного мозку і стовбура мозку) і подальшу рецепцію на специфічних ділянках цієї мембрани. Найбільшу небезпеку становить тетаноспазмін, дією якого і пояснюються вражаючі ефекти правця, що викликаються як самим екзотоксином, так і продукують його бактеріями [8,14,15]. ЛД 50 тетаноспазмін становлять 5 10 -6 мг / кг (миші, підшкірно), ЛД 50 для людини - 3,4 10 -3 мг / кг (орально). При введенні мишам підшкірно однієї ЛД 50 летальний результат наступає через 3-4 доби, при 500 ЛД 50 - протягом 1 доби [8].

Екзотоксини стафілококів представляють собою суміші біополімерів. Здатність викликати отарвленія (вражаюча здатність при застосуванні з військовими цілями) стафілококових екзотоксинів пов'язана з наявністю в їх складі ентеротоксинів (грец. enteros - кишка), що викликають у уражених (отруєних) шлунково-кишкові інтоксикації, що призводить до тимчасового виведенню живої сили з ладу. Найбільш активні стафілококові ентеротоксини, віднайдені золотистими стафілококами (Staphylococcus aureus) різних штамів (A, B, C1, C2, D, E, F). Ці бактерії широко поширені в природі, є стійкими аеробами. При харчових стафілококових інтоксикаціях токсікодікаміка екзотоксинів обумовлена ​​дією гемолізинів, що викликають лізис мембран еритроцитів; ексфоліатін, що сприяють руйнуванню глобулярних білків міжклітинної рідини; ентеротоксинів, вибірково порушують водопроникність стінок кровоносних капілярів, які пронизують епітелій тонкого кишечника, з одночасним роздратуванням еметіческого центру головного мозку (відповідального за блювотні рефлекси ). Прихований період становить 0,5-6 год, після чого проявляються наступні симптоми ураження: біль в області живота, рясна слинотеча, нудота, блювота, нестримний кривавий пронос (діарея); поступове зниження кров'яного тиску, загальна слабкість, зниження температури тіла; різке падіння кров'яного тиску, пригнічення діяльності центральної нервової системи, глибока гіпотермія (нижче 35 С). Симптоми ураження ідентичні за будь-яких шляхах надходження екзотоксину в організм (інгаляційно, підшкірно, орально). [14,15].

Екзотоксин у вигляді порошку (продукується золотистим стафілококом типу В) може використовуватися у військових і терористичних цялях для тимчасового виведення живої сили з ладу на добу і більше [8].

Мікотоксини (від грец. Μύκης, mykes, mukos - "гриб"; τοξικόν, toxikon - "отрута") - це токсичні метаболіти мікроскопічних грибів (плесеней), що виділяються ними в зовнішнє середовище. Розвиваються на рослинах, у грунті, харчових продуктах, а також на поживних середовищах в умовах штучного культивування. В даний час відомо близько 250 видів різних мікроскопічних грибів, які продукують понад 100 токсичних метаболітів [8,15]. Вживання в їжу борошна, що містить алкалоїди ріжків жита, призводило до важких поразок організму, які носили характер епідемії. Практично всі рослини можуть служити субстратами для росту і подальшої освіти мікотоксинів. При цьому створюється можливість зараження навколишнього середовища, що може призвести до ураження людей. Мікотоксини представляють інтерес для використання їх з військовими цілями [8]. Основні типи найбільш поширених і активних мікотоксинів: заміщені кумарини (афлатоксини, охратоксини); тріхотецени; алкалоїди (похідні лізергінової кислоти); похідні пірану (цитринін, патулін) [8].

Продуцентами афлатоксинов є патогенні гриби роду Aspergillus. Природними субстратами цих грибів є арахіс, кукурудза, інші зернові і бобові, насіння бавовнику, різні горіхи, деякі фрукти, овочі. Афлатоксини за хімічною будовою є похідними заміщених кумаринів або фурокумаринів. Афлатоксини - кристалічні речовини з температурою плавлення вище 200 С. Практично не зруйнуються в процесі звичайної технологічної або кулінарної обробки забруднених харчових продуктів [8]. ЛД 50 афлатоксинов для різних тварин становить від 0,3 до 18 мг / кг (орально). Мають гепатотропним, канцерогенним, мутагенну, тератогенну і іммуносупресівним ефектами [8].

Охратоксини А, В, і С - ізокумарін, пов'язаними пептидного зв'язком з L-фенилаланином. Вперше виділені в країнах Південної Африки. Нефротоксичну, тератогенну і канцерогенну дію. При гострому дії вражають шлунково-кишковий тракт і печінка. ЛД 50 для різних тварин становить від 3 до 13 мг / кг (орально) [8].

В даний час відомо більше 40 тріхотеценових мікотоксинів (продуцентами яких є, в основному, мікроскопічні гриби роду Fusarium). Природні тріхотецени - безбарвні кристалічні речовини з температурами плавлення 130-230 С. ЛД 50 токсину Т-2 для мишей становлять 5,2 мг / кг (внутрішньом'язово), 7,0 мг / кг (орально). Тріхотецени не відносяться до швидкодіючим токсинів. При введенні щурам летальної дози токсину Т-2 загибель настає через 8 годин, а перші ознаки ураження спостерігаються через 6 годин. Тріхотеценовие мікотоксини вражають всі органи і системи організму, мають тератогенну і канцерогенну дію. Найбільшою мірою уражається центральна нервова система. Симптоми гострої інтоксикації: діарея, нудота, блювота, зниження температури тіла, зниження рухової активності. Через день настає стан, схожий на стан після важкого сп'яніння. При тривалому вживанні, так званого, "п'яного хліба" (приготованого з зерна, ураженого мікотоксинами) у людей спостерігаються виснаження, втрата зору, явища порушення психіки. У тварин характерними симптомами отруєння є відмова від корму (особливо у свиней і коней), підвищена збудливість, що змінюються слабкістю, пригнічення рефлексів [8].

Отруєння мікотоксинами, виробленими грибами Claviceps purpurea, забруднюючими зернові продукти, є найдавнішими з відомих мікотоксикозів людини і тварин. Claviceps purpurea вражає багато (більше 150 видів) дикорослі та культурні злакові рослини, в тому числі жито, ячмінь, овес і пшеницю. Ці мікотоксини є в основному похідними лізергінової кислоти (близько 30 сполук). Конвульсивна клінічна форма супроводжується судорожним синдромом і діареєю. При гангренозний формі розвивається суха гангрена, відторгнення м'яких тканин, а нерідко і цілих кінцівок (частіше нижніх) у місцях суглобових зчленувань. Токсичність коливається і досягає ЛД 50 ерготоксин становить 40 мг / кг (внутрішньочеревно, миші) [8].

    • 4.4. Похідні пірану. Цитрінін. Патулін

Цитрінін був вперше виділений з культури Penicillum citrinum 1931 році. Кристалічна речовина жовтого кольору з температурою плавлення 170-171 С. Цитрінін часто виявляють в якості природного забруднювача продовольчої сировини та кормів (пшениці, ячменю, вівса, жита, арахісу, кукурудзяної муки). Цитрінін має виражену нефротоксичну дією. Патулін був вперше виділений з культури Penicillum patilum. Високотоксичний, має мутагенні і канцерогенні властивості. Гриби продуценти патуліну вражають переважно фрукти (найчастіше уражаються яблука) і деякі овочі. Отруєння супроводжується ураженням шлунково-кишкового тракту, легенів, печінки, нирок та селезінки. ЛД 50 патуліну для мишей становить 10-15 мг / кг (підшкірне введення) [8].


4. Отрути рослин

Існує величезна кількість різних видів рослин, що містять токсини з різною Токсікокінетіка і токсикодинаміки. До отрут рослин відносяться алкалоїди та глікозиди, а також велику кількість різних типів хімічних сполук (від простих - HCN або FCH2COOH - до білків і пептидів). Багато з них використовуються для виготовлення лікарських засобів, однак, існує можливість застосування ряду токсинів з військовими цілями [1,5,6].

Рицин - токсоальбумінов рослинного походження. Міститься в оболонці насіння рицини (0,1%). Макуха, що залишається після отримання касторової олії, містить 3% рицину. Смертельні дози рицину для різних тварин становлять від 1 до 100 мкг / кг [3,4,8]. Рицин складається з 18 амінокислот, які утворюють дві поліпептидні ланцюга. Вони пов'язані між собою через піридинове кільце. Механізм дії пов'язаний з руйнуванням молекули токсину всередині клітини і вивільненням А-ланцюга, що вражає рибосоми (60-S субодиниці), порушується функція інформаційної, транспортної РНК, аміноацил-транспортної РНК-синтетази, білкових факторів, що беруть участь у синтезі поліпептидного ланцюга, а також у завершенні цього процесу. Рицин блокує подовження формованих на рибосомах поліпептидних ланцюгів, що виникає порушення синтезу білка в клітині призводить до її загибелі [4]. Через 18-24 год після потрапляння рицину всередину організму виникає геморагічний ентероколіт, потім з'являються слабкість, лихоманка, розлад гостроти зору, судоми. На другу-третю добу розвивається паралітичне стан і настає смерть. Отрута здатна викликати аглютинацію еритроцитів, що призводить до порушення мікроциркуляції в різних органах [3,4,8].

  • 2. Абрін

Абрін - це високотоксичний білок, що міститься в насінні індійського лакричника. По токсичності кілька перевершує рицин, але значно менш доступний [8].

Стрельні отрута кураре, що видобувається південноамериканськими індіанцями з кори Chondodendron tomentosum, є попередником сучасного мікста зброї. Викликає параліч скелетної мускулатури, порушення функції зорового і слухового аналізаторів. Сполуки, створені на основі отрути кураре широко застосовуються в медицині, для вилову диких тварин, можуть бути використані з військовими цілями [5,8].

Аконітін є алкалоїдом, який видобувається з рослини борець синій (аконіт аптечний). Ув'язнені концентраційних таборів фашистської Німеччини, які отримали поранення аконітіновимі кулями, гинули протягом двох годин від важкої інтоксикації по нервово-паралітичного типу [16].

До токсинів рослинного походження, які можуть бути використані з військовими цілями, відносяться стрихнін, бруцин, бібукулін, пікротоксінін [8].

  • 5. Церберін і церберозід

Цербера (Cerbera odollam) з родини кутрових (Apocynaceae) досить поширена рослина, батьківщиною якого вважається Індія. Однак воно росте і у В'єтнамі, Камбоджі, Шрі Ланці, М'янмі, на тропічних островах Тихого океану. В Індії Cerbera odollam називають оталанга марам (othalanga maram) або ж по-тамільська Каттен аралі (kattu arali). На сході її ареал обмежується Французької Полінезії. Всі частини Cerbera odollam дуже отруйні, проте, найбільшу кількість токсину знаходиться в олії кісточок. Масло кісточок містить алкалоїд церберін, за своєю структурою схожий з дигоксином - токсином дигіталісу (наперстянки), а також глікозид церберозід. Ці отрути інгібують клітинну Na + / K +-ATФазу, взаємодіючи з альфа-субодиницею ферменту. Накопичення всередині клітини іонів натрію призводить до збільшення внутрішньоклітинного кальцію. Церберін і церберозід викликає поступове уповільнення биття серця аж до повної його зупинки. Смерть настає через 3-4 години після потрапляння отрути в організм. Найбільш активним токсином є церберін. Причому, якщо не було відомо про вживання потерпілим цербери, визначити причину зупинки серця, практично, неможливо [17].


Література

  • 1. Баженов С.В. Ветеринарна токсикологія. Л.: Колос, 1970. 320с
  • 2. Військова токсикологія, радіологія та медичний захист / За ред. Н.В. Саватеева. СПб: ВМедА ім. С.М. Кірова, 1978. З 216-231.
  • 3. Військова токсикологія, радіологія та медична захисту від зброї масового ураження / За ред. І.С. Бадюгіна М.: Воениздат, 1992. С.107-115.
  • 4. Військова токсикологія, радіобіологія і медичний захист / За ред. С. А. Куценко. СПб: Изд. ФОЛІАНТ, 2004. 527 с.
  • 5. Гусинін І.А. Токсикологія отруйних рослин. М., 1951. 295.
  • 6. Липницький С.С., Пілуй А.Ф. Цілющі отрути у ветеринарії. Мінськ, Ураджай, 1991. 303 с.
  • 7. Заразні хвороби. Академічний довідник / За ред. В. М. Жданова. М.: Медгиз, 1955. 682 с.
  • 8. Лошадкина Н.А., Курлянский Б.А., Беженар Г.В., Дар'їно Л.В. Військова токсикологія / За ред. Б.А. Курлянский М.: Медицина, 2006. 208 c.
  • 9. Машковський М.Д.
    • 10. Пигулевский С.В. Отруйні тварини. Токсикологія хребетних. Л.: Медицина, 1966. 386 с.
    • 11. Орлов Б.Н., Гелашвілі Д.Б. Зоотоксінологія (отруйні тварини та їх отрути): Учеб. посібник для студентів вузів за спец. "Біологія". М.: Вища. шк., 1985. 280 с.
    • 12.Пігулевскій С.В. Отруйні тварини. Токсикологія безхребетних. Л.: Медицина, 1975. 375 с.
    • 13. Султанов М.Н. Укуси отруйних тварин. М.: Медицина, 1977. 192 с.
    • 14. Супотніцкий М. В. "Токсини патогенних бактерій"
    • 15. Супотніцкий М. В. "Мікроорганізми, токсини та епідемії"
    • 16. Франке З. Хімія отруйних речовин. Т. 1. / Пер з нем.М.: Хімія, 1973. 436 с.
    • 17. Chopra, RN, & Chopra, IC Chopra's indigenous drugs of india. 2006.