Зоотоксины

1. Поня тия “яд” и “токсин” При описании ядовитых животн ых и продуцируемых ими биологически активных веществ наиболее часто приходится оперироват ь терминами “яд” и “токсин” . Являются ли они синонимами или же несут разную смысловую нагрузку ? Токсикологи к ядам от носят химические соединения , отличающиеся высокой токсичностью , т . е . способные в минимальны х количествах вызывать тяжелые нарушения жизн едеятельности (отравление ) или гибель животного организма. Токсинами традиционно называют белковые вещества , образуемые преимущественно м икроорганизмами и некоторыми животными и обла дающие ядовитым действием . Одним из характерн ых качеств токсинов считается наличие антиген ных свойств . Значительное расширение числ а токсинов , выделенных из природных объ ектов , среди которых оказалось и много не белковых , заставляет пересмотреть критерии т ермина “токсин” . В настоящее время термин “токсин” чаще всего относят к индивидуальном у химическому веществу (независимо от е г о природы ), выделенного из того или иного яда или тканей ядовитого жив отного . Тем самым разграничивается действующее начало яда и целый яд , являющийся , как правило , многокомпонентной смесью различных био логических веществ . Обычно термин “яд” примен яют к с екретам специализированных я довитых желез животных (змей , насекомых , амфиби й и пр .). В свою очередь слово “ токсин ” широко используе тся при образовании новых терминов , подчеркив ающих источник происхождения данного токсина (зоотоксины , фитотоксины , тетродот оксин , аплизи атоксин , батрахотоксин ) либо особенности его ф изиологического или фармакологического эффекта (н ейротоксины , цитотоксины , кардиотоксины ). В дальнейшем под термином “токсин” будет пониматься индивидуа льное химическое соединение природного проис хождения , характеризующееся высокой биологиче ской активностью . 2. Основные методы экспериментального изучен ия зоотоксинов. Экспериментальное изучение зоото ксинов связано с двумя основными направлениям и : изучением химической природы зоотоксинов и выяс нением механизмов их токсического действия . Эти два направления – химическое (биохимическое ) и патофизиологическое взаимосвяза ны , поскольку механизм действия химического с оединения в первую очередь обуславливается ос обенностями его структуры. Изучение механизмов действия зооток синов основано на классических методах токсик ологии , фармакологии , биохимии и других наук , позволяющих количественно оценить действие ток синов как на организм в целом , так и на его отдельные функциональные системы и органы . Наибо л ее важные характери стики зоотоксинов можно получить при изучени и их токсикометрии , фармакокинетики и фармако динамики. 2.1. Токсикометрия . В токсикометрии зоотоксинов важнейшей и х характеристикой является токсичность – сво йство химического вещества в мини мальном количестве вызывать патологические изменения , ведущие к нарушению основных процессов жиз недеятельности организма и приводящие к его гибели . Токсичность – один из основных количественных параметров , отражающих биологичес кую активность зоотоксинов . В современ ной токсикологии и фармакологии токсичность п ринято выражать в величинах , кратных средней смертной дозе ( DL 50 ), т.е . дозе , вызы вающей гибель 50% экспериментальных животных в т ечение фиксированного интервала времени (обычно 12 или ). Следует за метить , что DL 50 – частный случай средней эффективной дозы ( ED 50 ), вызывающей изучаемый эффект в 50% случаев . Последняя в различных вариантах довольно часто используется в токсикологиче ских исследованиях , когда для выявления специ фического эффекта удобнее регистрировать не смертность , а нарушение или выключение ка кой-либо физиологической функции . При характеристи ке токсичности экстрактов тканей или органов ядовитых животных часто пользуются мышиными единицами (м . е .) – количество вещества , которое необход и мо , чтобы убить мышь массой 20 г в течении 20 мин . Обычно активность экстракта выражается в количестве м . е ., содержащихся в 1 мг продукта . Наприм ер , активность тарихотоксина из яиц калифорни йского тритона Taricha tarosa составляет 3000 м е ./мг . Это означа ет , что 1 мг вещества достаточно , чтобы убить 3000 мышей массой 20 г. Из-за высокой токсичности зоотоксины ино гда включают группу ультраядов – химические вещества , токсичность которых выше цианистог о калия и не превышает 1 мг /кг (табл . 1). Таблица 1 . Сравнительная токсичность различных ядов. Яд (токсин ) и источник его получения DL 50 мыши , мкг /кг Цианид калия 10000 Муск арин (алкалоид мухоморо в ) 1000 Зоман (бое вое отравляющее вещество ) 100 Нейротоксин кобры ( Naja oxiana ) 75 Нейротоксин скорпиона ( Androctonus australis ) 9 Тетродотоксин (из рыбы фугу Tetradon ) 8 Сакситоксин (из динофлагеллят Gonyaulax sp .) 8 Батрахото ксин (кожный яд амфибий Phyllobates sp .) 2 Тайпоксин (из яда змеи Oxyuranus scutellatus ) 2 Пилитоксин (из кишечнополостных Palythoa sp .) 0,15 2.2. Фармакокинетика. Фармакокинетика зоотоксинов изуч ает закономерности всасывания , распределения , мета боли зма и выведения токсинов из орган измов. При оценке токсичности зоотоксинов важн ое значение приобретают пути их введения в организм . Существующие пути введения обычно подразделяются на энтеральные (через пищевар ительный тракт ) и парентеральные (минуя пище варительный тракт ). В естественных условия х пути введения зоотоксинов в организм же ртвы определяются особенностями жертвы определяе тся особенностями биологии организма – проду цента и химической природой токсинов . Как правило , белковые токсины (змей , насе к омых , паукообразных ) вводятся с помощью вооруженного ядовитого аппарата парантерально , так как многие из них разрушаются пищевар ительными ферментами . Напротив токсины небелковой природы эффективны и при энтеральном вве дении (токсические алкалоиды амфибий, т оксины рыб , моллюсков и др .). Некоторые живо тные , защищаясь , разбрызгивают свои яды в виде аэрозоля , эффективность которых зависит от состояния покровов жертвы и локальной концентрации токсических веществ . В эксперименте способ введения токсинов определя е тся задачей исследования. Попавший в организм яд распределяется весьма неравномерно . Существенное влияние на распределение оказывает биологические барьеры , к которым относят стенки капилляров , клеточны е (плазматические мембраны ), гематоэнцефалический и пл ацентарный барьеры . При парентеральном введении (укусы , ужаления ) в месте инокуля ции образуется первичное депо яда , из кото рого происходит поступление токсинов в лимфат ическую и кровеносную систему . Скорость дрени рования яда во многом определяет быстрот у развития токсического эффекта . Большинство зоотоксинов подвергается в организме определенным химическим превращениям . К сожалению , биотрансформация зоотоксинов в ор ганизме реципиента – наименее разработанная область токсикологии . Биотрансформация в опре деленной мере обуславливает биологическую резистентность некоторых животных к зоотоксина м . В последнее время в крови некоторых грызунов были обнаружены белковые факторы , инактивирующие геморрагическое действие змеиных ядов. При выделении зоотоксинов из о рг анизма основную тяжесть на себя принимают почки – отсюда и широкая распространеннос ть нефритов при отравлении зоотоксинами . Част ично зоотоксины могут выводиться и с друг ими веществами , например с молоком кормящей матери . 2.3. Фармакодинамика Фармакод инамика з оотоксинов изучает наиболее типичные эффекты этих веществ , локализацию и механизм действия . Действие зоотоксинов может носить местный и резорбтивный (поглощающий ) характер . И в том и в другом случае зоотоксины оказы вают прямое и рефлекторное влия н и е . Действие зоотоксинов развивающееся в месте его первичного воздействия называется местны м . В зависимости от химической природы ядо в местное действие может быть сильным (яды кишечнополостных , гадюк , гремучников , жалоносных насекомых ); в тяжелых случаях п р иводящие к некрозу (омертвению ) пораженной тка ни . В других случаях превалируют общие сим птомы отравления , развивающиеся после всасывания яда из первичного депо (яды элапид , к аракуртов ). Нужно заметить , что истинно местное действие , как правило , не набл ю даются , так как определенное количество токсинов всасывается и оказывает резорбтивный эффект . Скорость проявления резорбтивного эф фекта зависит от путей введения токсинов и их способности проникать через биологически е барьеры. Важное значение в формирован ии и нтегральной картины отравления зоотоксинами имее т и их рефлекторное действие , связанное с влиянием на экстерорецепторы или интерорецеп торы и с соответствующим изменением функциона льного состояния нервных центров либо эффекто рных органов. При изучении действия зоотоксинов на организменном , органном , клеточном и молекулярном уровне в первую очередь выявляют биологический субстрат , на который направлено действие того или иного токсина . Иными словами - обнаружение рецепторов зоотоксинов в сложных биоси с темах , что позволяет не только понять патогенез отравления , но и использовать з оотоксины для выделения и характеристики эти х рецепторных структур . Примерами такого испо льзования зоотоксинов может служить характеристи ка холинорецептора с помощью нейротокс и нов змеиных ядов и компонентов натрие вых каналов нервных мембран с использованием токсинов амфибий , рыб и скорпионов . В случае , когда эффект зоотоксинов на рецепторы аналогичен физиологическому , говорят о дейст вии токсинов как агонистов . Это действие м оже т быть стимулирующим или угнетаю щим данную физиологическую функцию . Часто зоо токсины выступают в роли антагонистов эндоген ных физиологических регуляторов , вызывая нарушени е деятельности системы , органа или всего о рганизма . Высокая специфичность действия зо о токсинов определяет во многих сл учаях конкурентный характер их антагонизма п о отношению к эндогенным веществам (например , к медиаторам ). Обратимый или необратимый хар актер действия токсина зависит от связи л иганд – рецептор , которая может быть проч ной (к овалентной ) или менее прочной (эл ектростатической , гидрофобной и др .). Важной хар актеристикой зоотоксинов является избирательность их действия , т . е . способность повреждать определенные клетки-мишени , не затрагивая други е , даже если оба вида клеток наход я тся в непосредственном контакте . В ос нове избирательности лежит сродство токсина к рецептору . Сродство токсина к данному т ипу рецепторов определяется структурно-пространственн ой организацией молекулы и ее активных фу нкциональных группировок , обеспечиваю щ их узнавание рецептора и связывание с его активным центром . В простейшем случае , когд а одна молекула токсина [ T ] соединяется с одним рецептором [ P ] (при избытке токсина ), образование компл екса “токсин-рецептор” [ TP ] описывается уравнением [ T ] + [ P ] [ TP ], где k 1 - конста нта скорости образования комплекса [ TP ] k -1 - конста нта скорости диссоциации этого комплекса Отношение констант прямой и обратной реакции : k 1 / k – 1 = К С назыв ают константой сродства , а обратную ей величину – кон стантой диссоциации К Д . Численно К Д равна концентрации вещества , дающе го 50% эффекта , и может быть найдена по г рафику зависимости доза – эффект . Причем чем меньше значение К Д , тем выше сродство токсина к данному рецептору (К Д – аналогич на константе Михаэлиса (К М ), характеризующей диссоциацию ко мплекса фермент – субстрат при описании кинетики обратимых ферментативных реакций ). 2.4. Некоторые особ енности фармакодинамики зоотоксинов Высокая поражающая с пособ ность большинства ядов животного происхождения связана с присутствием в их составе то ксинов , характеризующихся высокой специфичностью действия на определенные биосубстраты . Таковы , например , нейротоксины змей , нарушающие передачу возбуждения в нервно- мышечных синапсах ; токсины амфибий (батрахотоксин ), рыб (тетродотокс ин ), простейших (сакситоксин ), блокирующие распростр анение нервного импульса по нервному волокну ; ферменты ядов гадюк и гремучников , возде йствующие на систему свертывания крови , и др . П о своей химической структуре токсины природного происхождения весьма разноо бразны , в их числе можно встретить алифати ческие и гетероциклические соединения , алколоиды , стероиды , неэнзиматические полипептиды и фер ментативные белки . Некоторые из этих соедине н ий можно условно назвать “истинн ыми токсинами” в том смысле , что они н е встречаются в организме реципиента и яв ляются для него ксенобиотиками ( чужеродными в еществами ). В этом случае , по выражению Бар бье (1978): “Отравление выглядит как несчастный слу ча й , вызванный столкновением двух не совместимых типов метаболизма”. Другая группа компонентов природных ядо в образована химическими веществами , встречающими ся и в организме реципиента . К ним отн осятся ацетилхолин , гистамин , катехоломины (адренал ин , норадрен алин , дофамин ), производные индо ла , различные ферменты и их ингибиторы . То ксический эффект этих соединений обусловлен и збыточностью дозировки , значительно превышающей ф изиологические приделы их действующих концентрац ий в организме . Важное значени е в ме ханизме действия зоотоксинов им еют аутофармакологические реакции , обусловленные гиперсекрецией эндогенных физиологических активных веществ под влиянием компонентов ядов . Напр имер , высвобождение гистоминов из тучных клет ок под влиянием гистаминлибераторны х пептидов ядов перепончатокрылых ; массивное высв обождение нейромедиаторов при действии токсина каракурта и нейротоксинов скорпиона ; брадикинин либераторное действие змеиных ядов . Аутофармаколо гические реакции играют большую роль в па тогенезе отравления зоо т оксинами. Биологическое значение зоотоксино в для их продуцентов связано с использова нием ядов как оружия защиты или нападения . Защитное действие реализуется с помощью различных механизмов : алкогенного (болевого ), репел лентного (отпугивающего ) и некоторых других . При нападении на жертву на первый пл ан выступают паралитическое (обездвиживающее ) дейс твие. При экспериментальном изучении зоотоксинов важное значение приобретает адекватный выбор объекта исследований . Как правило , изучение зоотоксинов проводят н а стандартных ла бораторных животных (мышах , крысах , кроликах и др .). это позволяет получить сопоставимые результаты исследований , проводимых в различных лабораториях . Однако следует учитывать , что имеется корреляция между особенностями действия ядов и био л огией их продуцен тов . Поэтому важно знать , кто является тип ичной жертвой или врагом данного ядовитого животного .