Действието на невротоксините. Защо невротоксичните ефекти са опасни?

Леонид Завалски

Невротоксините се използват все повече в медицината за медицински цели.

Някои невротоксини с различни молекулни структури имат подобен механизъм на действие, причинявайки фазови преходи в мембраните на нервните и мускулните клетки. Важна роля в действието на невротоксините играе хидратацията, която влияе значително върху конформацията на взаимодействащите отрови и рецептори.

Информацията за токсичността на пеперудата (маки-маки, кучешка риба, бухалка и др.) Датира от дълбока древност (повече от 2500 години пр.н.е.). Сред европейците, първият, който даде подробно описание на симптомите на отравяне, е известният мореплавател Кук, който заедно с 16 моряци се лекува с морска риба по време на второто околосветско плаване през 1774 г. Той все още имаше късмет, защото „едва докосна филето“, докато „прасето, което изяде вътрешностите, умря и умря“. Колкото и да е странно, японците не могат да си откажат удоволствието да опитат такъв, от тяхна гледна точка, деликатес, въпреки че знаят колко внимателно трябва да се готви и колко опасно е да се яде.

Първите признаци на отравяне се появяват в интервала от няколко минути до 3 часа след ядене на фугу. Отначало нещастният ядещ усеща изтръпване и изтръпване на езика и устните, след което се разпространява по цялото тяло. Тогава започват болки в главата и стомаха, ръцете са парализирани. Походката става потресаваща, появяват се повръщане, атаксия, ступор, афазия. Дишането става затруднено, кръвното налягане намалява, телесната температура намалява, се развива цианоза на лигавиците и кожата. Пациентът изпада в кома и скоро след спирането на дишането спира и сърдечната дейност. Накратко, типична картина на действието на нервна отрова.

През 1909 г. японският изследовател Тахара изолира активния принцип от фугу и го нарече тетродотоксин. Само 40 години по -късно обаче беше възможно да се изолира тетродотоксин в кристална форма и да се установи неговата химична формула. За да получи 10 г тетродотоксин, японският учен Цуда (1967) трябваше да обработи 1 тон яйчници фугу. Тетродотоксинът е съединение на аминоперхидрохиназолин с група гуанидин и има изключително висока биологична активност. Както се оказа, присъствието на гуанидиновата група играе решаваща роля за появата на токсичност.

Едновременно с изучаването на отровата на бухалка и риба -бухалка, много лаборатории по света изучават токсини, изолирани от тъканите на други животни: саламандри, тритони, отровни жаби и други. Оказа се, че в някои случаи тъканите на напълно различни животни, които нямат генетична връзка, по -специално калифорнийският тритон Taricha torosa, рибите от рода Gobiodon, централноамериканските жаби Atelopus, австралийските октоподи Hapalochlaena maculosa, произвеждат същата тетродотоксинова отрова .

Действието на тетродотоксин е много подобно на друг не -протеинов невротоксин - сакситоксин, произвеждан от едноклетъчни флагелатни динофлагелати. Отровата на тези едноклетъчни организми с жгутици може да се концентрира в тъканите на мидите по време на масово размножаване, след което мидите стават отровни, когато се ядат от хора. Изследването на молекулярната структура на сакситоксина показа, че неговите молекули, подобно на тетродотоксина, съдържат група гуанидин, дори две такива групи на молекула. В противен случай сакситоксинът няма общи структурни елементи с тетродотоксина. Но механизмът на действие на тези отрови е същият.

Патологичното действие на тетродотоксин се основава на способността му да блокира провеждането на нервен импулс в възбудимите нервни и мускулни тъкани. Уникалността на действието на отровата се крие във факта, че в много ниски концентрации - 1 гама (сто хилядна от грам) на килограм живо тяло - блокира входящия натриев ток по време на потенциала на действие, което е фатално. Отровата действа само от външната страна на мембраната на аксона. Въз основа на тези данни японски учени Као и Нишияма предположиха, че тетродотоксинът, чийто размер на гуанидиновата група е близък до диаметъра на хидратирания натриев йон, влиза в устието на натриевия канал и се забива в него, стабилизирайки се извън останалата част на молекулата, чиито размери надвишават диаметъра на канала. Подобни данни са получени при изучаване на блокиращия ефект на сакситоксин. Нека разгледаме явлението по -подробно.

В покой се поддържа потенциална разлика от приблизително 60 mV между вътрешната и външната страна на мембраната на аксона (потенциалът е положителен отвън). Когато нервът се възбуди в точката на приложение за кратко време (около 1 ms), разликата в потенциала променя знака и достига 50 mV - първата фаза на потенциала на действие. След достигане на максимума потенциалът в дадена точка се връща в първоначалното състояние на поляризация, но абсолютната му стойност става малко по -голяма, отколкото в покой (70 mV) - втората фаза на потенциала на действие. В рамките на 3-4 ms потенциалът на действие в тази точка на аксона се връща в покой. Импулсът на късо съединение е достатъчен, за да възбуди съседния участък на нерва и да го поляризира отново в момента, когато предишният участък се върне в равновесие. По този начин потенциалът за действие се разпространява по протежение на нерва под формата на незаглушена вълна, движеща се със скорост 20-100 m / s.

Ходжкин и Хъксли и колеги изследват подробно разпространението на нервни възбуди и показват, че в покой аксоновата мембрана е непропусклива за натрия, докато калият свободно дифундира през мембраната. "Изтичащият" калий навън носи положителен заряд, а вътрешното пространство на аксона се зарежда отрицателно, предотвратявайки по -нататъшното освобождаване на калий. В резултат на това се оказва, че концентрацията на калий извън нервната клетка е 30 пъти по -малка, отколкото вътре. При натрия ситуацията е обратна - в аксоплазмата концентрацията му е 10 пъти по -ниска, отколкото в междуклетъчното пространство.

Молекулите на тетродотоксина и сакситоксина блокират натриевия канал и в резултат предотвратяват преминаването на потенциала за действие през аксона. Както може да се види, в допълнение към специфичното взаимодействие на групата гуанидин с устието на канала (взаимодействие „заключване на ключа“), останалата част от молекулата, която е хидратирана от водни молекули от водно-солев разтвор, заобиколен от мембрана, изпълнява определена функция във взаимодействието.

Трудно е да се надцени значението на изследванията на действието на невротоксините, тъй като те за първи път направиха възможно да се доближи до разбирането на такива фундаментални явления като селективната йонна пропускливост на клетъчните мембрани, която е в основата на регулирането на жизнените функции на тяло. Използвайки силно специфичното свързване на тритиев тетродотоксин, беше възможно да се изчисли плътността на натриевите канали в мембраната на аксоните на различни животни. И така, в гигантския аксон на калмарите плътността на каналите е 550 на квадратен микрон, а в мускула на жабата сарториус - 380.

Специфичното блокиране на нервната проводимост направи възможно използването на тетродотоксин като мощен локален анестетик. В момента много страни вече са установили производството на болкоуспокояващи на базата на тетродотоксин. Има доказателства за положителен терапевтичен ефект на невротоксинните препарати при бронхиална астма и конвулсивни състояния.

Към днешна дата механизмите на действие на лекарствата от серията морфин също са изследвани много подробно. Медицината и фармакологията отдавна познават свойствата на опиума за облекчаване на болката. Още през 1803 г. немският фармаколог Фриц Сертюнер успява да пречисти опиумното лекарство и да извлече от него активното вещество - морфин. Лекарството морфин е широко използвано в клиничната практика, особено по време на Първата световна война. Основният му недостатък е страничен ефект, който се изразява във формирането на химическа зависимост и пристрастяването на организма към лекарството. Затова са правени опити да се намери заместител на морфина с еднакво ефективно обезболяващо, но без странични ефекти. Оказа се обаче, че всички нови вещества също причиняват синдром на пристрастяване. Това е съдбата на хероин (1890), меперидин (1940) и други морфинови производни. Изобилието от опиатни молекули, различни по форма, дава основа за точното установяване на структурата на опиатния рецептор, към който се прикрепя молекулата на морфина, подобно на рецептора на тетродотоксин.

Всички аналгетични опиатни молекули имат общи елементи. Молекулата на опиума има твърда Т-образна форма, представена от два взаимно перпендикулярни елемента. Хидроксилна група се намира в основата на Т-молекулата, а азотен атом се намира в единия от краищата на хоризонталната лента. Тези елементи съставляват "основата" на ключа, който отваря рецепторната ключалка. Изглежда съществено, че само левовъртящите изомери от морфиновата серия имат аналгетична и еуфорична активност, докато декстроротационните изомери са лишени от такава активност.

Многобройни проучвания са установили, че опиатните рецептори съществуват в организмите на всички гръбначни животни без изключение, от акули до примати, включително хора. Освен това се оказа, че самото тяло е способно да синтезира опиумоподобни вещества, наречени енкефалини (метионин-енкефалин и левцин-енкефалин), състоящи се от пет аминокиселини и задължително съдържащи специфичен морфинов „ключ“. Енкефалините се освобождават от специални енкефалинови неврони и причиняват отпускане на тялото. В отговор на свързването на енкефалини към опиатния рецептор, контролният неврон изпраща сигнал за отпускане на гладките мускули и се възприема от най -старото образувание на нервната система - лимбичния мозък - като състояние на върховно блаженство или еуфория. Такова състояние например може да възникне след края на стреса, добре свършената работа или дълбоко сексуално удовлетворение, изискващо определена мобилизация на силите на тялото. Морфинът възбужда опиатния рецептор, както и енкефалините, дори когато няма причина за блаженство, например в случай на заболяване. Доказано е, че състоянието на нирвана на йогите не е нищо повече от еуфория, постигната чрез освобождаването на енкефалини чрез автотренинг и медитация. По този начин йогите отварят достъп до гладки мускули и могат да регулират работата на вътрешните органи, дори да спрат сърдечния ритъм.

>>>> Защо невротоксичните ефекти са опасни?

Защо невротоксичните ефекти са опасни?

Редица вещества могат да имат пагубен ефект върху нервните влакна и такива вещества се наричат невротоксини, а резултатите от тяхното действие се наричат невротоксични разстройства. Невротоксините могат да причинятостри реакции или забавено действие, превръщайки токсичните ефекти в хроничен процес.

Химикали, анестетици, антисептици, детергенти, пестициди, инсектициди, метални пари, лекарства с невротоксични странични ефекти могат да действат като невротоксини. Невротоксичният ефект може да започне, когато компонентите на тези вещества попаднат случайно в дихателната система, в кръвта и когато тяхната допустима концентрация в кръвта бъде превишена.

Невротоксични ефективещества върху тялото се проявява в редица признаци:

Главоболие,
Замайване
Гадене
Слабост на мускулите на крайниците
Нарушения на баланса
Усещане за изтръпване на тъканите
Нарушения на тъканната чувствителност
Забавени или нарушени рефлекси,
Сърдечни нарушения (аритмии, тахикардия),
Зрително увреждане
Дихателни нарушения
Болка, подобна на радикуларния синдром
Нарушения на движението
Задържане на уриниране или уринарна инконтиненция
Объркване на съзнанието.

Невротоксични разстройствамогат да бъдат обратими и да изчезнат, когато действието на невротоксина спре, но може да доведе и до необратими увреждания в организма.

Можете да бъдете изложени на невротоксичност:

в производството на химикали, намиращи се във вредна атмосфера за дълго време,
при работа с торове и инсектициди в селското стопанство и в частни летни вили,
при извършване на дезинфекция на помещения, в атмосфера, пълна с пари от концентриран дезинфектант,
по време на ремонтни и строителни работи с лакове и бои, лепила, разтворители в лошо проветриви помещения,
в близост до зона на горене с висока концентрация на въглероден оксид,
Намиране в зоната на химическо бедствие, причинено от човека (случайни емисии).

Невротоксичните разстройства в крайна сметка могат да се трансформират в заболявания на нервната система и опорно -двигателния апарат: миопатии, болест на Паркинсон, намаляване или загуба на зрение, нарушаване на вестибуларния апарат, умствена деградация, тикове, треперене.

Лечение на невротоксични разстройствасе основава на детоксикационни мерки за отстраняване на токсичните вещества от тялото и намаляване на концентрацията им в тъканите, възстановяване на водния и електролитен баланс, пречистване на кръвта от токсини чрез хемосорбция. При невротоксикоза се провежда симптоматична терапия (с антиконвулсанти, мускулни релаксанти, противовъзпалителни средства, антиалергични лекарства) за елиминиране на нарушения, произтичащи от токсични ефекти. Приоритетното направление в лечението на невротоксични разстройства е възстановяването на дихателната дейност, хемодинамиката и предотвратяването на мозъчен оток. Освен това се наблюдават засегнатите органи, предписва се подходящо лечение и се възстановява двигателната активност.

Проучванията показват, че днес аутизмът и други нервни разстройства се диагностицират по -често. Това може да бъде причинено не само от наследствени генетични заболявания, но и от опасни химикали. По -специално, само органофосфатите, използвани в селското стопанство, сериозно засягат състоянието на централната нервна система.

И наскоро експертите са идентифицирали 10 химикала, така наречените невротоксини, открити както в околната среда, така и в битови предмети, мебели и облекло. Според учените именно тези вещества причиняват развитието на заболявания, които засягат нервната система. Повечето от тях вече са много ограничени в употребата, но някои от тях все още са много опасни.

Хлорпирифос

Често срещан в миналото химикал, включен в групата на органофосфатни пестициди, използван за унищожаване на вредители. Понастоящем хлорпирифосът е класифициран като силно токсичен за птици и сладководни риби и умерено токсичен за бозайници. Въпреки това, той все още се използва широко при отглеждането на нехранителни култури и за преработката на дървесни продукти.

Метилживак

Метиловата коловоз е опасен невротоксин, който засяга механизмите на наследственост при хората. Той причинява анормални митози (К-митози) в клетките, както и уврежда хромозомите, а ефектът му е 1000 пъти по-висок от този на колхицин. Учените смятат, че е възможно метилкоренът да причини вродени дефекти и умствени дефекти.

Полихлорирани бифенили

Или ПХБ, са включени в групата химикали, определени като устойчиви органични замърсители. Те влизат в тялото през белите дробове, стомашно -чревния тракт с храна или кожа и се отлагат в мазнини. ПХБ е класифициран като вероятен канцероген за хора. Освен това те причиняват чернодробно заболяване, увреждат репродуктивната функция и разрушават ендокринната система.

Етанол

Оказва се, че етанолът не е екологична алтернатива на бензина. Според учени от Станфордския университет колите със смес от етанол и бензин допринасят за повишаване нивото на два канцерогена в атмосферата - формалдехид и ацеталдехид. Освен това използването на етанол като гориво ще повиши нивото на атмосферния озон, което дори при ниски концентрации води до всякакви белодробни заболявания.

Водя

Прониквайки в тялото, оловото влиза в кръвния поток и частично се екскретира по естествен път, частично се отлага в различни телесни системи. При значителна степен на интоксикация се развиват нарушения на функционалното състояние на бъбреците, мозъка и нервната система. Отравянето с органични оловни съединения води до нервни разстройства - безсъние и истерия.

Арсен

В промишлеността арсенът се използва в производството на торове, химическа обработка на дървесина и в производството на полупроводници. Арсенът влиза в човешкото тяло под формата на прах и през стомашно -чревния тракт. При продължителен контакт с арсен могат да се образуват злокачествени тумори, освен това метаболизмът и функциите на централната и периферната нервна система се нарушават.

Манган

На първо място, манганът влиза в човешкото тяло през дихателните пътища. Големите частици, които се издухват от дихателните пътища, могат да бъдат погълнати заедно със слюнката. Излишъкът от манган се натрупва в черния дроб, бъбреците, жлезите с вътрешна секреция и костите. Интоксикацията в продължение на няколко години води до нарушаване на централната нервна система и развитие на болестта на Паркинсон. В допълнение, излишъкът от манган води до заболяване на костите, увеличавайки риска от фрактури.

Флуор

Въпреки че флуоридът е широко използван в хигиената на устната кухина за борба с бактериалните зъбни заболявания, той може да причини много отрицателни ефекти. Консумацията на вода, съдържаща една част на милион флуорид, причинява промени в мозъчната тъкан, подобни на тези на Алцхаймер. Най -парадоксалното: излишъкът от флуорид има разрушителен ефект върху самите зъби, причинявайки флуороза.

Тетрахлоретилен

Или перхлоретиленът е отличен разтворител и се използва в текстилната промишленост и за обезмасляване на метали. Разлага се при контакт с открит пламък и нагряти повърхности, като произвежда токсични изпарения. При продължителен контакт тетрахлоретиленът има токсичен ефект върху централната нервна система, черния дроб и бъбреците. Известни са редица остри, водещи до смърт, отравяния.

Толуен

В химическата промишленост се използва за производството на бензол, бензоена киселина и е част от много разтворители. Парите на толуол навлизат в човешкото тяло през дихателните пътища и кожата. Интоксикацията причинява смущения в развитието на организма, намалява способността за учене, засяга нервната система и намалява имунитета.

Някои вещества могат да имат изключително отрицателни ефекти върху човешкото здраве. Естествените или синтетичните отрови засягат бъбреците, черния дроб, сърцето, увреждат кръвоносните съдове, причиняват кървене или действат на клетъчно ниво. Невротоксините са вещества, които засягат нервните влакна и мозъка, а резултатите от действието на такива токсини са невротоксични разстройства. Ефектите от този вид отрови могат да бъдат както забавени, така и да причинят остри състояния.

Какво представляват невротоксините и къде се използват токсични вещества?

Невротоксините могат да бъдат химикали, лекарства, които причиняват анестезия, антисептици, метални пари, агресивни детергенти, пестициди и инсектициди. Някои живи организми са способни да произвеждат невротоксини в отговор на заплаха за имунната система, а в околната среда присъстват множество токсични вещества.

Според научни изследвания, обобщени в публикацията на авторитетното седмично медицинско списание "The Lancet", около двеста токсина могат да увредят нервната система на човека. По -късно (според изследването на данни от Националния институт по безопасност на труда) се наложи да се добави към публикувания списък колкото се може повече токсични вещества, по един или друг начин, които имат отрицателен ефект върху централната нервна система.

Във втория случай увреждането на нервните влакна се комбинира с увреждане на свързани органи и системи, а симптомите на невротоксично разстройство се появяват при превишаване на допустимите граници на експозиция.

Така че списъкът на химикалите, които могат да бъдат приписани на невротоксините, се разширява в зависимост от това на какви критерии се придържа конкретна публикация или автор.

Можете да получите отравяне с невротоксин, като вдишате отровни пари, увеличите допустимата концентрация в кръвта или ядете храни, наситени с голямо количество токсични вещества. Много токсични вещества присъстват в околната среда, потребителските стоки и домакинските химикали. Невротоксините се използват в козметологията, медицината и промишлеността.

Какъв е невротоксичният ефект върху организма

Невротоксичният ефект се простира предимно до мозъка и нервните влакна. Неутрализирането на работата на клетките в нервната система може да доведе до мускулна парализа, появата на остра алергична реакция и да повлияе на общото психическо състояние на човек. В тежки случаи отравянето може да причини кома и смърт.

Отровни вещества от този вид се абсорбират в нервните окончания, прехвърлят се в клетките и нарушават жизнените функции. Механизмите на естествената детоксикация на организма са практически безсилни срещу невротоксините: в черния дроб например, чиято основна функционална характеристика е елиминирането на вредни вещества, повечето невротоксини поради специфичната им природа се реабсорбират от нервните влакна.

Невротоксичната отрова може да усложни хода на всяко заболяване, което затруднява поставянето на окончателна диагноза и навременното лечение.

Установяването на точна диагноза непременно включва определяне на предполагаемия източник на инфекция, изучаване на историята на контактите с потенциална отрова, идентифициране на пълна клинична картина и провеждане на лабораторни тестове.

Класификация на най -известните представители на невротоксини

Медицински източници класифицират невротоксините като инхибитори на канали, нервни агенти и невротоксични лекарства. По произход токсичните вещества се разделят на тези, получени от външната среда (екзогенни) и тези, произвеждани от организма (ендогенни).

Класификацията на невротоксини, отравянето на които е вероятно да се получи по време на работа и в ежедневието, включва три групи от най -често срещаните вещества:

Тежки метали. Живак, кадмий, олово, антимон, бисмут, мед и други вещества бързо се абсорбират в храносмилателния тракт, пренасят се с кръвта до всички жизненоважни органи и се депонират в тях.
Биотоксини. Биотоксините включват мощни отрови, които се произвеждат по -специално от морския живот и паяците. Веществата могат да проникнат механично (чрез ухапване или убождане) или като ядат отровни животни. В допълнение, бактериите от ботулизъм се считат за биотоксини.
Ксенобиотици. Отличителна черта на тази група невротоксини е продължителният ефект върху човешкото тяло: периодът на полуразпад на диоксин например е от 7 до 11 години.

Симптоми на увреждане на невротоксините

Невротоксичните разстройства, причинени от токсични вещества, се характеризират с редица симптоми, типични за отравяне по принцип, и специфични признаци, които възникват при интоксикация с определено съединение.

Интоксикация с тежки метали

Така че пациентите имат следните признаци на интоксикация с тежки метали:

дискомфорт в корема;
подуване на корема, диария или запек;
гадене и периодично повръщане.

В този случай отравянето със специфичен метал има свои отличителни черти. Така че, при интоксикация с живак, в устата се усеща метален вкус, характеризиращ се с повишено слюноотделяне и подуване на лимфните възли и се характеризира със силна кашлица (понякога с кръв), сълзене, дразнене на лигавиците на дихателните пътища .

Тежък случай е: развива се анемия, кожата става цианотична, функцията на черния дроб и бъбреците бързо се нарушава.

Отравяне с биотоксин

В случай на отравяне с биотоксини, сред първите признаци на интоксикация могат да възникнат:

повишено слюноотделяне, изтръпване на езика, загуба на чувствителност в краката и ръцете (типично за отравяне с тетродотоксин, съдържащ се в пухена риба);
увеличаване на коремната болка, гадене и повръщане, смущения в изпражненията, „мухи“ пред очите и дихателна недостатъчност (интоксикация с ботулинов токсин);
силна болка в сърцето, хипоксия, парализа на вътрешните мускули (състояние, подобно на инфаркт, възниква при отравяне с батрахотоксин, съдържащ се в жлезите на някои видове жаби).

Ксенобиотична интоксикация

Невротоксична отрова с антропогенен произход е опасна, тъй като в дългосрочен план могат да се появят симптоми на интоксикация, което води до хронично отравяне.

Увреждането с формалдехид или диоксини - странични продукти от производството на пестициди, хартия, пластмаси и т.н. - е придружено от следните симптоми:

загуба на сила, умора, безсъние;
коремна болка, загуба на апетит и изтощение;
дразнене на лигавиците на устата, очите и дихателните пътища;
гадене, повръщане на кръв, диария;
нарушена координация на движенията;
тревожност, делириум, чувство на страх.

Характеристики на отравяне с невротоксини

Отличителна черта на невротоксините е увреждането на човешката нервна система.

И така, състоянието на пациента се характеризира с:

нарушена координация на движенията;
забавяне на мозъчната дейност;
нарушено съзнание, загуба на памет;
пулсиращо главоболие;
потъмняване в очите.

Симптомите на отравяне от дихателната, храносмилателната и сърдечно -съдовата система обикновено се добавят към общите признаци. Конкретната клинична картина зависи от източника на интоксикация.

Предотвратяване на интоксикация на работното място и у дома

Предотвратяването на отравяне до голяма степен зависи от естеството на потенциалната заплаха. Така че, за да се избегне интоксикация с биотоксини, храната трябва да се готви старателно, да се избягва яденето на продукти с изтекъл срок на годност или некачествени продукти и да се избягва контакт с потенциално отровни животни и растения. Отравянето с тежки метали може да бъде предотвратено, като се използват продукти, направени от тези материали строго по предназначението им, като се спазват мерките за безопасност при работа в опасни индустрии и санитарните правила.

по биохимия

Механизмът на действие на невротоксините от змийска отрова

Въведение

химия змийска отрова

Змийските отрови са група биологично активни съединения, които са уникални по химичен състав и физиологично действие. Техните токсични и лечебни свойства са известни на човечеството от древни времена. Дълго време интересът към изследването на тези токсични продукти беше ограничен до нуждите на медицинската практика. По-голямата част от работата беше посветена на описанието на клиничната картина на отравяне, търсенето на методи за специфична и неспецифична терапия, както и използването на змийски отрови и техните препарати като терапевтични средства. Рационалното използване на змийски отрови в медицината е невъзможно без експериментално проучване и теоретично обосноваване на същността на реакциите, които се развиват в организма в отговор на въвеждането на една или друга отрова. Изследването на отделните механизми на действие на змийските отрови върху тялото е необходимо за създаването на научно обосновани методи за лечение.

Недостатъчното развитие на механизмите на отровното действие на змийските отрови често не позволява на лекарите бързо и ефективно да облекчат състоянието на жертвата. В някои случаи се взема предвид само външната картина на отравяне, а клиничната помощ се ограничава до симптоматични средства, без да се вземат предвид спецификите на действието на отровата върху жизнените системи на организма.

Трябва да се отбележи, че змийските отрови имат силен токсичен ефект само в смъртоносни и сублетални дози. Малките дози не предизвикват никакви клинични прояви на отравяне и отдавна се използват от практическата медицина. Въпреки това, терапевтичните приложения често се извършват емпирично без достатъчно теоретично обосновка, което води до грешки. Няма нужда да се доказва, че ефективното използване на змийски отрови в клиниката трябва да се основава на задълбочени познания за техния състав и свойства и на първо място на експериментални изследвания, които трябва да разкрият физиологичната природа и механизмите на действие на тези отровни вещества и помагат на лекарите да използват отрови научно за терапевтични цели. В изследователските лаборатории интересът към зоотоксините и по -специално към змийските отрови рязко се е увеличил във връзка с производството на редица компоненти от тях в чиста форма, които имат силно специфичен ефект, и определени биологични структури.

Целта на тази работа е да подчертае настоящото състояние на експерименталното изследване на змийските отрови, да разкрие механизмите на патофизиологичните ефекти върху най -важните функционални системи на тялото.

Състоянието на химията на змийските отрови.

Получаване на отрови и неговите физико -химични свойства.

Най -простият начин за получаване на отровни секрети от змии е чрез механичен масаж на отровните жлези. В днешно време вместо механичен масаж често се използва електрическа стимулация.

Електрическата стимулация е не само по -щадящ метод за събиране на отрова, но също така ви позволява да получите повече от нея. Количеството отрова, получено от един индивид, зависи от размера на тялото на змията, нейното физиологично състояние, броя на многократното приемане на отрова, както и от редица условия на околната среда. Трябва да се отбележи, че съдържанието на змии в плен влияе не само върху количеството получена отрова, но и върху нейната токсичност. Така че в отровата на кобрата се наблюдава намаляване на токсичността след шест месеца в плен. Отровата Гюрза променя токсичността си само след 2 години съхранение в детската стая. Що се отнася до малките змии (усойница, корморан, ефа), тяхното съдържание в серпентариите през годината не влияе върху свойствата на отровите. Прясно добитата змийска отрова е леко опалесцираща, вискозна, доста прозрачна течност, цветът на отровата варира от светложълт до лимон.

Активната реакция на отровите обикновено е кисела. Водните им разтвори са нестабилни и губят токсичността си след няколко дни. Те стават много по -устойчиви на фактори на околната среда след изсушаване над калциев хлорид или лиофилизация. Отровите са доста термично стабилни и в кисела среда могат да издържат нагряване до 120 градуса по Целзий, без да губят активност. Химическите реактиви имат разрушителен ефект върху отровите: KMnO 4, етер, хлороформ, етанол от метиленово синьо. Физическите фактори също влияят: UV лъчение, рентгенови лъчи. Химическият анализ показва наличието на органични и неорганични вещества в змийската отрова. Според съвременните концепции токсичната активност и биологичните свойства на змийските отрови са свързани с техните протеинови компоненти.

Основните етапи на изучаване на химичния състав и структурата на токсичните полипептиди на змийските отрови. Въпросите за химическата природа и механизмите на действие на змийската отрова привлякоха вниманието на изследователите. В ранните работи токсичният ефект е свързан с активността на ензимите, присъстващи в отровите. Понастоящем общоприетата гледна точка, според която основните токсични свойства се определят от неензимните полипептиди, заедно с които отровите съдържат мощни ензимни системи, чийто характер и специфичност на действието в повечето случаи определя оригиналността на интегрална картина на отравяне. Постиженията и напредъкът в изследването на химичния състав на отровите са тясно свързани с разработването и усъвършенстването на методи за фракциониране и пречистване на сложни смеси от високомолекулни съединения. До 60 -те години диализата чрез полупропускливи мембрани и електрофоретичното разделяне се използват главно при изследването на отрови. Разработването на методи за гел филтрация, йонообменна хроматография, ултрацентрофугиране, както и разработването и автоматизирането на методи за анализ на първичната структура на макромолекулите направи възможно за относително кратко време да се дешифрира последователността на аминокиселинните остатъци от токсични полипептиди в повечето змии.

1.Терминология и класификация на токсичните полипептиди

химия змийска отрова

Доскоро имаше терминологични трудности при опитите да се сравнят функционалните и структурни характеристики на различни неензимни токсични полипептиди на змийска отрова. Това се отнася главно за полипептиди, изолирани от отровата на змии от семейство Elapidae. На първите етапи от изучаването на химичния състав на отровите подобни трудности бяха неизбежни и се обясняваха с недостатъчната степен на пречистване на отделните полипептиди, което в повечето случаи затрудняваше определянето на специфичния характер на тяхното действие. В резултат на това различни автори имат различни имена за полипептиди, които се оказаха изключително близки, а понякога и еднакви по своята химична структура и фармакологични ефекти. По -специално, групата кардиотоксини е определена като фактор, деполяризиращ скелетните мускули; токсин Y; директен литичен фактор - PLF; кобрамини А и В; цитотоксини 1 и 2.

Някои автори, когато избират име, въз основа на патофизиологични ефекти (кардиотоксин, PLF, цитотоксин), други подчертават някои от химичните свойства на полипептида, например основната му природа (кобрамин), а трети присвояват числово или буквено обозначение на фракцията. едва през последните години е установено близко сходство в химическата структура на тези полипептиди. Получени са доказателства, че хемолитичната, цитотоксичната, кардиотоксичната и други видове дейност са присъщи на повечето от тези токсини. Следователно група от основни полипептиди, които нямат специфична невротоксична активност, но ефективно действат върху биологичните мембрани, се нарича мембранно-активни полипептиди (MAP).

Въз основа на сравнителен анализ на първичната структура и физиологичното действие, който показа голямо сходство на невротоксичните полипептиди помежду си, те бяха обединени от общия термин - невротоксин. По този начин всички токсични полипептиди, изолирани от отровата на змии от семейство Elapidae, досега нямат ензимни свойства и са разделени на три групи според механизма на действие. Първата група включва полипептиди, които селективно и специфично блокират холинергичните рецептори на субсинаптичната мембрана на нервно -мускулната връзка - постсинаптични невротоксини (пост -NT). Втората група е представена от полипептиди, които селективно действат върху пресинаптичните краища на мионевралните синапси и нарушават процеса на освобождаване на ацетилхолин - пресинаптични невротоксини (пред -NT).

Третата група включва полипептиди, които активно въздействат върху мембранните структури на клетките, включително възбудими, причинявайки тяхната деполяризация - мембранно -активни полипептиди (МАР).

2. Химия на постсинаптичните невротоксини

Въпреки факта, че пост-NT, изолирани от отровата на кобрата, са сходни по своите фармакологични свойства, от гледна точка на химическата структура, те могат да бъдат разделени на два типа.

Тип 1 включва пост-НТ, която е проста полипептидна верига, състояща се от 60-62 аминокиселинни остатъци с 4 дисулфидни моста (фиг. 1. А) и притежаващи основни свойства, молекулно тегло около 7000 (пост-НТ-1).

Тип 2 включва пост-NT, състоящ се от 71-74 аминокиселинни остатъци, имащ 5 дисулфидни моста (фиг. 1, В), молекулно тегло около 8000 (пост-NT-2).

Фигура 1. Първична структура на невротоксин II (А) и невротоксин I (В) от отровата на централноазиатската кобра

Post - NT -1 са изградени от 15 обичайни аминокиселинни остатъка, в техния състав, като правило, Ala, Met и Phen отсъстват. Напротив, по време на гладно - възниква NT -2 аланин. Интересна особеност на отровата на кобрата от Централна Азия е наличието на двата вида невротоксини в нея. Освен това, в невротоксина, съдържащ 73 аминокиселинни остатъка, Arg или Lys 51, типични за всички пост-НТ-2, се заменят с Glu.

Насищането на пост-НТ 1 и 2 с дисулфидни връзки предполага тяхното важно функционално значение за поддържане на биологично активната конформация на молекулата. Възстановяването на дисулфидни връзки води до загуба на 92% от активността след HT-1 и 50% от активността след HT-2. повторното окисление възстановява първоначалната активност на невротоксините. Очевидно по -голямата устойчивост на пост -НТ -2 към химични влияния е свързана с наличието на петата дисулфидна връзка, която стабилизира част от полипептидната верига. В същото време, след NT-1, същата тази област на молекулата е най-продълговата и лишена от дисулфидни мостове. Наличието на мостове определя стабилността на стълба - NT и топлинните ефекти. Така че в кисела среда пост-NT може да издържи нагряване до 100 ° C за 30 минути без забележима загуба на активност или обработка с 8М карбамид за 24 часа, но се инактивира с основи.

Дешифрирането на първичната структура на невротоксичните полипептиди направи възможно поставянето на въпроса за локализацията и структурата на активния център на молекулата, който влиза в връзка с холиновия рецептор. Изследването на структурата на тези полипептиди показва наличието както на а, така и на β-структури в молекулите на невротоксините. Централната част на молекулата след НТ -1, свободна от дисулфидни връзки, може да има по-голяма α-хеликализация. В допълнение, хидрофилната природа на повечето странични вериги от аминокиселинни остатъци, които съставляват последователността от позиции 24-25 до позиции 39-40, може да предизвика проекцията на този контур към външната страна на молекулата; следователно, това е възможно е активният център да е локализиран в този регион.

Анализът на местоположението и химическата модификация на инвариантни аминокиселини, открити в хомоложни невротоксини в същите региони, е от голямо значение. Тези аминокиселини, запазени по време на еволюцията в същите области на полипептидната верига, могат да участват в организацията на активния център или да поддържат активната конформация на молекулата. Наличието на постоянни аминокиселини изисква наличието на инвариантен триплет ген код в молекулата на ДНК, което е необходимо за синтеза на дадена аминокиселинна последователност.

Тъй като целта за пост-NT, както и за ацетилхолин, е холинергичният рецептор, очевидно активните места на невротоксините трябва да са подобни на четвъртичните амониеви и карбонилни групи на ацетилхолина. Установено е, че свободните амино групи, включително N-крайните, не са задължени да осигуряват токсична активност. Активирането на 6 амино групи в невротоксина от отровата на тайландската кобра доведе до загуба на 1/3 от активността.

Може да се предположи, че карбонилните групи от пептидния състав, винаги присъстващи в пост-НТ молекулата, могат да бъдат от значение за осигуряване на токсичност. Те обаче не са лесно достъпни в реакцията на взаимодействие с рецептора. Страничните групи на страничните вериги на инвариантната аспарагинова киселина и аспарагин отговарят в по -голяма степен на това изискване. Модифицирането на аспарагинова киселина с глицин метилов естер води до загуба на активност от 75% от първоначалната стойност.

Необратимото свързване между пост -NT и холинергичния рецептор не може да се обясни само с взаимодействието на гуанидиновите и карбонилните групи на пост -NT със съответните области на рецептора. Тяхното взаимодействие трябва да има предимно електростатичен характер, но рецептор-токсинният комплекс не се дисоциира в концентрирани солеви разтвори. Вероятно тези две функционални групи служат като „места за разпознаване“ по време на първичния контакт между пост-НТ и рецептора. Окончателното необратимо свързване се определя от взаимодействието протеин-протеин, което включва други места на пост-НТ и холинергичния рецептор.

3. Химия на пресинаптичните невротоксини

Втората група невротоксини, пресинаптичните невротоксини (преди NT), рядко се срещат в змийските отрови. Само няколко от тях са пречистени и проучени. В семейство Elapidae пресинаптичните НТ се откриват в отровата на австралийския тайпан - тайпоксин, в австралийската тигрова змия - нотексин, и в отровата на крайт - β -бунгаротоксин. Кротоксин - невротоксин от отровата на гърмящи змии има преобладаващ пресинаптичен ефект върху нервно -мускулните връзки при земноводните и постсинаптичен при бозайници. за разлика от пост-NT, невротоксините от група 2 са изградени от по-голям брой аминокиселинни остатъци и съответно имат по-високо молекулно тегло. Освен това някои от тях са комплекс от субединици.

Един от първите предварително NTs, получен чрез зонална електрофореза върху нишестен гел и допълнително пречистен чрез хроматография върху CM-Sephadex с многократна рехроматография, беше β-бунгаротоксин. Β-бунгаротоксинът е изграден от приблизително 179 аминокиселинни остатъци, сред които преобладават аспарагинова киселина (22 остатъка), глицин (16), лизин (13), аргинин (14), тирозин (13). Наличието на 20 цистинови остатъка показва, че молекулата на β-бунгаротоксин се стабилизира с най-малко 10 сулфидни връзки. Молекулното тегло на невротоксина е 28500.

Предполага се, че β-бунгаротоксинът няма ензимни свойства и е хомогенен. Установено е обаче, че β-бунгаротоксинът се състои от две субединици с молекулно тегло 8800 и 12400, докато изучават ефекта на β-бунгаротоксина върху окислителното фосфолилиране в митохондриите на нервните окончания, те стигат до заключението, че токсинът има фосфолипазна активност.

Notexin се получава чрез йонообменна хроматография в градиент на амониев ацетат. Основният невротоксичен компонент на нотексин, 6% от суровата сурова отрова, се изолира като препарат, съдържащ 27% нотексин чрез многократна хроматография.

4. Ефектът на отровите върху предаването на нервно -мускулно предаване

Механизмът на нарушено предаване на възбуждане в мионевралния синапс под въздействието на змийски отрови е най -проучен. Още първите наблюдения на картината на смъртта на отровено животно, при която доминираха симптомите на парализа на скелетната и дихателната мускулатура, наложиха изследването на това явление в строги лабораторни условия. Многобройни експерименти върху изолирани нервно -мускулни препарати показват, че змийските отрови блокират предаването на възбуждане от нерв към мускул, намаляват възбудимостта до директна и индиректна стимулация и причиняват деполяризация на нервните и мускулните мембрани.

Потискането на нервно -мускулното предаване под въздействието на отрова може да се осъществи с помощта на два механизма. Един от тях е свързан с блокиращия ефект на отровата върху крайната плоча. Вторият се основава на деполяризиращ ефект върху възбудимите мембрани. Въпреки това, когато се използва цяла отрова, е трудно да се разграничат тези два механизма, тъй като нейният деполяризиращ ефект води до блокиране на разпространяващото се възбуждане в нервните влакна, а при високи концентрации отровата причинява мускулна контрактура. Отровата предотвратява деполяризиращия ефект на ацетилхолина върху изолирани мускули, докато съединенията на ацетилхолинестеразата намаляват неговия блокиращ ефект.

В експерименти кротоксинът блокира мускулната контракция за непряка стимулация и не повлиява мембранния потенциал. Изследването на действието на два вида отрови (със и без кротамин) съобщава за почти необратим блокиращ ефект върху нервно -мускулното предаване при котки и плъхове на отрова без кротамин, както върху мускулните мембрани, така и върху специфичните рецептори на постсинаптичната мембрана. Невромускулният блок под въздействието на отрова, съдържаща кротамин, се постига чрез деполяризиране на мускулните мембрани. Отровата на усойница също е способна да наруши нервно -мускулното предаване, причинявайки периферна парализа поради необратима блокада на специфични ацетилхолинови рецептори. Той също така инхибира електрическата активност на мускулните влакна. Имунохимичният анализ показа наличието в отровата на протеинова фракция, подобна на постсинаптичната α- токсин от отровата на кобра с черна врата.

В Института по биоорганична химия. академици М.М. Шемякина<#"justify">5. Постсинаптични невротоксини (след NT)

За разлика от цялата отрова на кобрата, пост-NT селективно блокира предаването на възбуждане в нервно-мускулната връзка, без да засяга електрическите свойства на нерва и мускула. Инкубирането в продължение на час на изолирани нервно -мускулни препарати в разтвор, съдържащ пост -NT в концентрация от около 1 μg / ml, води до прогресивно намаляване на амплитудата на потенциала на крайната плоча - EPP. Потискащият ефект се увеличава с увеличаване на честотата на стимулация; в същото време амплитудата на EPP намалява без значителни промени в тяхната честота. Дори при високи концентрации, пост-NT няма ефект върху почивката и мускулните и двигателните терминални потенциали.

Холинорецепторните мембрани на скелетните мускули на гръбначните са най-чувствителни към действието на пост-NT. В същото време соматичните мускули на морските мекотели и сърцето на миногите са устойчиви на действието на невротоксините на кобрата. Видови разлики в чувствителността на холинергичните рецептори при различни гръбначни животни (жаби, пилета, котенца, плъхове). Предполага се, че пост-НТ не са директни конкуренти на ацетилхолина за активното място на холинергичния рецептор.

6. Пресинаптични невротоксини (преди NT)

Невротоксините с пресинаптичен характер на действие селективно въздействат върху механизма на освобождаване на ацетилхолин, без да засягат чувствителността към медиатора на постсинаптичните структури. Лечение на изолиран нервно -мускулен препарат β- бунгаротоксин след началния период на повишена честота води до пълно елиминиране на PCP. Скоростта на настъпване на инхибиторния ефект зависи както от концентрацията на пред-NT, така и от честотата на стимулация. Също така е установена зависимостта на времето на настъпване на нервно -мускулния трансмисионен блок от температурата на околната среда. По този начин, тайпоксин (1 μg / ml) при температура 37 ° C предизвиква инхибиране на лекарството за един час, с понижаване на температурата до 28 ° C, проводимостта остава до 4 часа инкубация. Предварителните НТ не намаляват отговора на изолираните мускули към екзогенен ацетилхолин и не влияят върху провеждането на възбуждане през нервните терминали. Други доказателства за селективно пресинаптично действие β- бунгаротоксин са получени върху тъканна култура, лишена от нервни окончания, получена от миобласти на 10 -дневни пилешки ембриони. Предварителна инкубация α- бунгаротоксин напълно елиминира деполяризацията, причинена от последващото въвеждане на ацетилхолин в средата. При тези условия β- бунгаротоксинът не е ефективен. В по -късните етапи на действие β- бунгаротоксин се наблюдава разрушаване на везикули с ацетилхолин до пълното им изчезване. Отбелязва се и вакуолизация на митохондриите на терминалите на двигателните нерви.

Действие β- бунгаротоксинът е подобен на действието на токсините от ботулизма, което също влияе върху механизма на освобождаване на ацетилхолин от нервните окончания. Има обаче разлики: токсинът от ботулизъм не причинява първоначално повишаване на PCP; за разлика от токсина на ботулизма β- бунгаротоксин взаимодейства само с холинергични окончания; под действието на токсина на ботулизма не са наблюдавани промени в пресинаптичната област.

Синаптозомите от мозъка на плъхове показват способността β- бунгаротоксин за намаляване на натрупването на GABA, серотонин, норепинефрин и холин. Дотолкова доколкото β- бунгаротоксин основно измества вече натрупаните невротрансмитери, може да се предположи, че неговото действие е свързано с поражението на процеса на съхранение, а не с транспорта на медиаторите.

Заключение

Механизмът на действие на змийските отрови все още не е напълно дешифриран от учените. Но прозрачна капка отрова, след като попадне в кръвта, се пренася по цялото тяло и в определена доза има благоприятен ефект върху тялото на пациента. Установено е, че малки количества отрова от кобра имат аналгетичен ефект и дори могат да се използват като заместител на морфина при пациенти, страдащи от злокачествени новообразувания. В същото време, за разлика от морфина, змийската отрова действа по -дълго време и най -важното не предизвиква пристрастяване. Освен това са създадени препарати на базата на отровата на кобрата, които подобряват общото състояние на пациентите, страдащи от бронхиална астма, епилепсия и ангина пекторис.

Нуждата от змийска отрова се увеличава от година на година и разсадниците за змии, създадени в редица региони на страната ни, все още не могат да задоволят тази нужда. Следователно има нужда от защита на отровните змии в естествени условия, както и от постигане на тяхното размножаване в плен.

Трябва да се помни, че в ръцете на неопитни хора змийската отрова се превръща не в съюзник в борбата за запазване на здравето, а в опасен враг и може да причини тежко отравяне. Теофраст Парацелз говори за необходимостта от правилния избор на дозата на терапевтично вещество, като твърди, че „... всичко е отрова, нищо не е лишено от отровност и всичко е лекарство. Единична доза прави веществото отрова или лекарство. " Това изречение на известния учен не е загубило значението си в наши дни и, използвайки отровата на змиите, пациентите са длъжни стриктно да следват инструкциите на лекуващия лекар.

Змийските отрови са известни като опасни за много видове бозайници. Но сред по-ниско организираните животни, особено сред насекомите, са известни видове, които не са податливи на действието на змийска отрова, което прави възможно използването им като противоотрова.

Обобщавайки разглеждането на редица въпроси, обхващащи особеностите на химичната структура и механизмите на действие на отровите, не може да не споменем, че Природата - този най -умел експериментатор - е дала на изследователите уникални инструменти за изучаване на фундаментални въпроси на структурата и функционирането на жива клетка.

Зоотоксините са отлични модели за молекулярна биология за справяне с връзката между структурата и функцията в биомолекулите.

Библиография

1. Орлов Б. Н. "Отровни животни и растения на СССР". М.: Висше училище, 1990. - 272 стр.

G.I. Oxendendler "Отрови и противоотрова" Л.: Наука, 1982. - 192 с.

Е. Дунаев, И. Кауров „Влечуги. Земноводни ". М.: Астрел, 2010. - 180 -те.

Б.С. Туниев, Н.Л. Орлов "Змии от Кавказ". М.: Партньорство на научни публикации КМК, 2009. - 223с.

Www.floranimal.ru

Http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed