12.1.1*2.1. Пресинаптические блокаторы высвобождения ацетилхолина

Ботулотоксин

Ботулотоксин — белок, продуцируемый микроорганизмами Clostridi­um botulinum. Эти бактерии способны размножаться в белковой среде в анаэробных условиях, и продуцируемый ими экзотоксин порой является причиной массовых отравлений, при использовании в пищу испорчен­ных консервов, копченостей, грибов и т. д. (ботулизм). Впервые случай ботулизма был зарегистрирован в 1735 г. Первое описание вспышки мас­сового отравления, обусловленного потреблением контаминированной кровяной колбасы, было сделано в Германии в 1793 г. Название — боту­лизм, происходит от латинского слова botulus — колбаса (термин впервые использован для обозначения заболевания в XIX в.). В конце XIX в. Ван Эрменген связал развитие ботулизма с действием водорастворимого ток­сина, вырабатываемого анаэробной бактерией, названной тогда Bacillus botulinus.

Очищенный препарат экзотоксина Clostridium botulinum — ботулоток­син изучался военными специалистами США в качестве возможного отравляющего вещества (шифр — XR).

Физико-химические свойства. Токсичность

В настоящее время известны более 7 серологических типов токсина: А, В, С, D, Е, F и т. д., близких по структуре и токсической активности. Ботулотоксин представляет собой протеины с молекулярной массой 150 ООО дальтон, состоящие из двух субъединиц (MB 100 ООО и 50 ООО), со­единенных дисульфидными связями. Токсин выделен в кристаллической форме. В водных растворах частично гидролизуется; устойчив к кипяче­нию в течение часа.

Вещество проникает в организм через желудочно-кишечный тракт с зараженной водой и пищей, а при применении его в виде аэрозоля — че­рез органы дыхания и раневые поверхности. Смертельная доза токсина для человека при алиментарном способе воздействия составляет около 50 нг/кг массы. При применении в форме аэрозоля среднесмертельная ток­содоза (LQ50) — 2' Ю^-5—5 • Ю^-5 г -мин/м³. Наибольшей токсичностью ботулотоксин обладает при попадании в организм через раневые поверх­ности (LD₅₀ менее 1 нг/кг).

Токсикокинетика

В пищеварительном тракте ботулотоксин не разрушается протеолити-ческими ферментами и всасывается через слизистые оболочки желудка и кишечника. При ингаляции аэрозоля вещество проникает в дыхательные пути и адсорбируется на поверхности слизистой оболочки бронхов, брон­хиол и альвеолоцитов, где также происходит его всасывание. Часть адсор­бированного токсина мерцательным эпителием дыхательных путей вы­носится в ротовую полость, откуда он поступает в желудочно-кишечный тракт. Поскольку молекулярная масса токсина велика, скорость резорб­ции мала. Механизмы проникновения этого белкового токсина через не­поврежденные слизистые оболочки не выяснены.

Циркулирующий в крови токсин постепенно разрушается протеазами плазмы. Точное время нахождения молекулы токсина в крови не известно.

При исследовании радиоизотопным методом распределения токси­канта в организме установлено, что он избирательно захватывается нер­вными терминалиями холинергических волокон; часть введенного токси­на путем ретроградного аксонального тока транспортируется в тела нервных клеток. Об этом свидетельствует, в частности, высокое содержа­ние ¹²⁵J в телах мотонейронов спинного мозга экспериментальных жи­вотных после введения им яда, меченного этим изотопом.

Проявления интоксикации

Скрытый период интоксикации составляет от нескольких часов до су­ток и более (чаще до 36 ч). Продолжительность периода зависит от пути поступления токсина в организм и подействовавшей дозы. Наименее продолжителен скрытый период при попадании вещества на раневые по­верхности. В клинической картине поражения выделяют общетоксиче­ский, гастроинтестинальный и паралитический синдромы. Первые симп­томы — это вегетативные реакции (тошнота, рвота, слюнотечение) и признаки общего недомогания (головная боль, головокружение). Через 1—2 сут постепенно развивается неврологическая симптоматика. Усили­вается слабость, появляется сухость во рту и сухость кожных покровов. Нарушается зрение (затруднена аккомодация, расширяются зрачки, вы­является их слабая реакция на свет). Основным проявлением интоксика­ции является постепенно развивающийся паралич поперечно-полосатой мускулатуры. Процесс начинается с глазодвигательной группы мышц (диплопия, нистагм). Ранним признаком отравления является птоз век. Позже присоединяется паралич мышц глотки, пищевода (нарушение гло­тания), гортани (осиплость голоса, афония), мягкого неба (речь с носо­вым оттенком, при попытке глотания жидкость выливается через нос). Затем присоединяется парез (а позже и паралич) мимической мускулату­ры, жевательных мышц, мышц шеи, верхних конечностей и т. д. Мышеч­ная слабость нарастает в нисходящем направлении и порой первоначаль­но более выражена в проксимальных мышечных группах конечностей (важный диагностический признак). Токсический процесс постепенно нарастает. Иногда лишь на 10-е сут и в более поздние сроки может на­ступить смерть от паралича дыхательной мускулатуры и асфиксии (при тяжелых поражениях на 3—5-й день заболевания). Расстройств чувствите­льности при поражении ботулотоксином не бывает. Сознание у постра­давшего полностью сохранено весь период интоксикации. Нередко при­соединяются острые пневмонии, токсический миокардит, сепсис (при

раневом процессе). Летальность при отравлении ботулотоксином состав­ляет от 15 до 30%, а при несвоевременном оказании помощи может до­стигать 90%. По данным литературы (И. В. Маркова и соавт., 1999), кар­динальными признаками ботулизма являются:

• отсутствие лихорадки;

• полностью сохраненное сознание;

• нормальная или замедленная частота пульса;

• отсутствие нарушений чувствительности;

• симметричность неврологических нарушений.

Механизм токсического действия

Ботулотоксин оказывает повреждающее действие на различные струк­турно-анатомические образования периферической нервной системы: нервно-мышечный синапс, нервные окончания преганглионарных ней­ронов и парасимпатических постганглионарных нейронов. Токсины из­бирательно блокируют высвобождение ацетилхолина в этих структурах. Наиболее уязвимыми являются нервно-мышечные синапсы.

В опытах in vitro и in vivo, выполненных за рубежом (Пирс и соавт., 1997), установлено, что действие ботулотоксина приводит к угнетению как спонтанного, так и вызванного возбуждением нервного волокна вы­броса нейромедиатора в нервных окончаниях. Чувствительность постси­наптических рецепторов к ацетилхолину не изменяется. Блокада переда­чи сигнала не сопровождается изменением характеристик процессов синтеза и хранения ацетилхолина. При исследованиях in vitro установле­но, что после добавления в инкубационную среду токсина в концентра­ции Ю^-8 М спонтанная и вызванная активность концевой пластинки мо­тонейрона снижается на 90% в течение 60-90 мин. По расчетам, для блокады одного синапса достаточно 10 молекул яда. В экспериментах также установлено, что чем выше нервная активность, тем быстрее разви­вается блок проведения импульса в синапсах.

Полагают, что в основе эффекта лежит нарушение токсином механиз­ма взаимодействия синаптических везикул, в которых депонирован аце-тилхолин, с аксолеммой, — необходимый этап процесса Са²⁺-зависимого экзоцитоза медиатора в синаптическую щель. Электрофизиологические исследования показывают, что в отличие от нормальной реакции нер­вно-мышечного синапса на повышение содержания кальция в инкубаци­онной среде (дозо-зависимый выброс нейромедиатора) увеличение кон­центрации экстрацеллюлярного кальция с 2 до 16 мМ не приводит к усилению выброса ацетилхолина нервным окончанием, обработанным ботулотоксином. Только совместное введение в инкубат Са²⁺ (4 мМ и выше) и некоторых ионофоров (4-аминопиридин, гуанидин и др.) вре­менно усиливает выброс ацетилхолина из нервных окончаний.

Действие вещества продолжительно, до нескольких недель, и потому характер взаимодействия токсина с пресинаптическими структурами-ми­шенями можно рассматривать как необратимое. Полагают, что восста­новЛение нормальной иннервации мышц происходит в результате фор­мирования новых синаптических контактов.

Морфологические изменения в пораженных синапсах не выявляются методами световой и электронной микроскопии.

Молекулярный механизм действия токсина окончательно не выяснен. Доказанными являются следующие представления.

Как указывалось ранее, периоду клинических проявлений предшест­вует скрытый период, во время которого происходит взаимодействие ток­сиканта с нервными окончаниями. Выделяют четыре периода действия токсина на синапс:

• связывание его с плазматической мембраной холинергических нервных окончаний;

• интернализация токсина путем эндоцитоза внутрь нервного окончания;

• высвобождение действующей части белковой молекулы токсина и проникновение ее в цитозоль пресинаптического окончания при участии рН-зависимой транслоказы;

• проявление действующей частью токсина свойств металл-зависи­мых эндопротеаз и разрушение специфических белков, участвую­щих в процессе выделения ацетилхолина из нервного окончания.

За процесс связывания с рецептором (акцептором) нервного оконча­ния ответственна прежде всего тяжелая субъединица сложной молекулы токсина. Аффинность окончаний различных холинергических нейронов к молекулам ботулотоксина неодинакова. Наивысшим сродством облада­ют окончания мотонейронов, иннервирующих произвольную мускулату­ру. У различных серологических типов, ботулотоксина сродство к акцеп­торам неодинаково.

Интернализация связавшегося с рецепторами токсина осуществляется путем эндоцитоза. В результате токсин оказывается внутри нервного окон­чания заключенным в мембранные везикулы, называемые эндосомами.

После проникновения внутрь нервного волокна высокомолекулярная субъединица токсина образует пору в мембране эндосомы, которая дей­ствует как канал, через который легкая цепь проникает в цитозоль преси­наптического окончания.

Теперь, свободно передвигаясь в нервном окончании, легкая цепь токсина оказывает воздействие на субстратные белки.

Биохимические исследования показали, что нейротоксины обладают цинк-зависимой эндопептидазной активностью и энзиматически рас­щепляют ряд белков нервных окончаний, важных для нормального вы­свобождения нейротрансмиттеров. Ботулотоксины А и Е расщепляют бе­лок SNAP-25, ботулотоксин С — НРС-1 (синтаксин), токсины D и F расщепляют изоформу VAMP-1 (синаптобревин-1), токсин В — VAMP-2 (синаптобревин-2) и т. д. Протеолитическое расщепление этих специфи­ческих белков в нервных окончаниях приводит к угнетению нормального высвобождения ацетилхолина и в конечном счете к появлению основных признаков ботулизма.

Мероприятия медицинской защиты /

Специальные санитарно-гигиенические мероприятия:

• использование индивидуальных технических средств защиты (средства защиты органов дыхания) в зоне химического зараже­ния;

• участие медицинской службы в проведении химической развед­ки в районе расположения войск; проведение экспертизы воды и продовольствия на зараженность ОВТВ;

• запрет на использование воды и продовольствия из непроверен­ных источников;

• обучение личного состава правилам поведения на зараженной местности.

Специальные профилактические медицинские мероприятия:

• проведение санитарной обработки пораженных на передовых этапах медицинской эвакуации.

Специальные лечебные мероприятия:

• своевременное выявление пораженных;

• применение средств патогенетической и симптоматической те­рапии состояний, угрожающих жизни, здоровью, дееспособно­сти, в ходе оказания первой (само- и взаимопомощь), доврачеб­ной и первой врачебной (элементы) помощи пострадавшим;

• подготовка и проведение эвакуации.

Медицинские средства защиты

Специфическими противоядиями ботулотоксина являются противо-ботулинические сыворотки (А, В, Е). При подозрении на поражение ток­сином возможно профилактическое внутримышечное введение сыворо­ток по 1000-2000 ME каждого типа с последующим наблюдением за пострадавшим в течение 10-12 дней. Решение о назначений сывороток достаточно сложно и требует участия квалифицированного специалиста, поскольку, с одной стороны, эти лекарственные средства не всегда ока­зываются эффективными (иные серологические типы токсина, быстрое необратимое взаимодействие яда с нервными окончаниями), а с другой — достаточно высока вероятность осложнений, связанных с их применени­ем (анафилаксия, сывороточная болезнь).

В эксперименте in vitro нервную передачу в синапсах, нарушенную бо-тулотоксином, временно нормализует 4-аминопиридин. Полагают, что действие вещества обусловлено его способностью облегчать транспорт ионов кальция через мембрану нервных окончаний и преодолевать тем самым блок Са²⁺-зависимого экзоцитоза ацетилхолина. При введении летальной дозы токсина экспериментальному животному последующее назначение 4-аминопиридина отчасти восстанавливает двигательную ак­тивность животного на 1-2 ч. К сожалению, из-за высокой токсичности и кратковременности эффекта 4-аминопиридин не может рассматривать­ся как эффективное противоядие. Табельные средства медицинской за­щиты отсутствуют.

При появлении признаков угнетения дыхания необходимо преду­смотреть возможность перевода пострадавшего на искусственную венти­ляцию легких.

12.1.1.2.2. Блокаторы Na⁺-ионных каналов возбудимых мембран

Сакситоксин. Тетродотоксин

В строгом смысле слова вещества этой группы не относятся к «чис­тым» нейротоксикантам, поскольку, блокируя ионные каналы, действу­ют на возбудимые мембраны всех типов клеток организма: нервных, мы­шечных, железистых. Порой не возможно решить, поражение какой из структур является ведущим в патогенезе острой интоксикации. Тем не менее внешние признаки тяжелого поражения очень напоминают дейст­вие миорелаксантов, традиционно относимых к группе нейротоксикан-тов. И поэтому, хотя механизм действия веществ иной, представляется целесообразным рассмотреть их свойства в данном разделе. Достаточно хорошо изученными представителями группы являются сакситоксин и тетродотоксин, признаки поражения которыми, по сути, одинаковы. Бо­евое применение токсинов маловероятно, однако эти вещества рассмат­ривались в качестве возможных диверсионных средств (В. В. Мясников, 1989; Франке, 1973). В 60-70-х гг. XX в. свойства токсинов активно изу­чались военным ведомством США.

Физико-химические свойства. Токсичность

Сакситоксин. В 1957 г. Шантцем с соавт. были изучены свойства так называемого «паралитического яда моллюсков» — одного из наиболее токсичных веществ небелковой природы. По названию морского моллю­ска, из ткани которого токсикант выделили (Saxidomus), вещество полу­чило название сакситоксин. Позже было установлено, что в организме животных сакситоксин не синтезируется, а поступает туда с одноклеточ­ными (жгутиковые) вида Gonyaulax catenella, которыми моллюски пита­ются. Количество вырабатываемого простейшими вещества колеблется в очень широких пределах и зависит от географического региона, времени года и других условий.

В случае массового размножения Gonyaulax целый ряд моллюсков по­глощают их в большом количестве и концентрируют в своих тканях ток­син, который для них практически безвреден. Становясь при этом ядови­тыми, моллюски, съедобные для человека в обычных условиях, при использовании в пищу, вызывают случаи массового отравления людей.

Сине-зеленые водоросли пресноводных водоемов также синтезируют сакситоксин. Наблюдались случаи отравления скота водой, зараженной этими водорослями.

Сакситоксин (МВ-372) - аморфный, хорошо растворимый в воде спирте, метаноле, ацетоне порошок. Вещество устойчиво в водных рас­творах. Химическое строение представлено на рис. 61. Молекулы сакси-токсина, выделенные из разных источников, не полностью идентичны

NH₂

Рис. 61. Структура молекулы сакситоксина

Расчетная смертельная доза сакситоксина для человека составляет по разным данным 0,004—0,01 мг/кг. Токсичность для мышей при внутри-брюшинном способе введения — около 0,009 мг/кг (с регистрацией гибе­ли в течение 30 мин). При назначении вещества через рот смертельная доза — 0,25 мг/кг.

Тетродотоксин обнаружен в тканях целого ряда живых существ, среди которых рыбы (более 70 видов, в том числе семейства Tetrodontidae — четы-рехзубообразные), лягушки (3 вида), моллюски (1 вид). В Японии, где пред­ставитель четырехзубообразных, рыба Фугу, является деликатесом, десятки людей ежегодно отравляются в результате неумелого приготовления блюда.

Вещество выделено в чистом виде, структура его изучена (рис. 62). Это — бесцветный порошок, хорошо растворимый в воде. Раствор стаби­лен при комнатной температуре. Молекулярная масса — 319,3.

о

Рис. 62. Структура молекулы тетродотоксина

бе в1еле^ия otn^m ^ ^6елых_тт^мыи«* "Р^и внугрибрюшинном спосо- v ccSJ ' ^{МГ/КГ МаССЬЬ Доза в} °'⁰⁰⁵ ^Асг (подкожно) вызывает

Jcf ™ ^Р ^ ^наРУшение дыхания, а дозы более 0,006 мг/кг в течение часа приводят к гибели в результате прекращения дыхания и асфиксии

Токсикокинетика

Через неповрежденную кожу вещества не проникают. Опасность пред­ставляет попадание токсинов на раневые поверхности, а также (прежде всего) потребление воды и пищи, зараженной ядами. Вещества быстро абсорбиру­ются в кишечнике и столь же быстро выводятся из организма с мочой. Дета­льно токсикокинетика токсинов не изучена. Дискуссионным остается вопрос о способности веществ проникать через гематоэнцефалический барьер.

Основные проявления интоксикации

Независимо от способа поступления в организм симптомы отравле­ния практически одинаковы.

Спустя 10—45 мин появляются тошнота, рвота, боли в животе, понос. Ранними признаками поражения являются парестезии в области рта, губ, языка, десен, распространяющиеся на область шеи, покалывание, ощу­щение жжения кожи конечностей. Позже развиваются бледность кожных покровов, беспокойство, общая слабость, онемение конечностей, возни­кает ощущение невесомости тела. Зрачок сначала сужен, затем расширя­ется. В тяжелых случаях взгляд фиксирован, зрачковый и корнеальный рефлексы отсутствуют, появляются признаки бульбарных нарушений: за­труднение глотания, речи (иногда — афония), нарастают брадикардия и гипотензия, отмечаются гиперсаливация, профузная потливость, пони­жение температуры тела. Дыхание учащается, становится поверхност­ным, развивается цианоз губ и конечностей.

Двигательные расстройства проявляются все отчетливее: появляются подергивания отдельных групп мышц, тремор, координация движений на­рушается. Начавшись в области конечностей, постепенно развивающийся паралич распространяется на другие мышечные группы, охватывая все бо­льшие группы мышц. Сознание, как правило, сохраняется весь период ин­токсикации. Смерть наступает от паралича дыхательной мускулатуры и ас­фиксии в течение 6—24 ч от начала интоксикации. Если больной выжива­ет, в течение последующих суток наступает практически полная нормали­зация состояния, в большинстве случаев, без отдаленных последствий.

Помимо типичной паралитической формы выделяют также гаст-ро-интестинальный и аллергический варианты течения отравления. Пер­вый вариант проявляется признаками общего недомогания, чувством жажды, саливацией, болями в животе, тошнотой, рвотой, поносом.

Аллергическая форма отравления развивается у отдельных лиц с по­вышенной чувствительностью к токсинам. Характерно появление экзан­тем (эритематозная форма). Иногда на коже и слизистых оболочках обра­зуются пузыри.

Механизм токсического действия

Тетродотоксин, как и сакситоксин, оказывает избирательное действие на возбудимые мембраны нервов и мышц. Как известно, градиент концен­трации ионов между внутренней и внешней средой клетки формирует по­тенциал покоя возбудимой мембраны, равный примерно 90 мВ (табл. 52).

Таблица 52

Распределение ионов внутри и вне возбудимых клеток, мМ/л (по Katz, 1971)

Градиенты концентраций калия и хлора примерно уравновешивают друг друга. Поэтому проницаемость мембраны для этих ионов хотя и ограничена, но относительно высока. Проницаемость натриевых каналов в покое ничтожно мала. Более того, Na⁺ постоянно «выкачивается» за пределы нейрона с помощью энергозависимых механизмов против высо­кого электрохимического градиента. Таким образом, потенциал покоя представляет собой не что иное, как готовый к использованию источник накопленной энергии, необходимой для генерации сигнала (потенциала действия). Если возбудимая мембрана деполяризуется примерно на 15 мВ, электровозбудимые натриевые каналы открываются, проницаемость их для ионов резко возрастает, Na⁺устремляется в клетку, разница потенци­алов по обе стороны мембраны падает, деполяризация мембраны еще бо­лее усиливается, формируется потенциал действия и возбуждение пере­дается по нервному (или мышечному) волокну. Затем в течение около 0,8 мс потенциал на мембране возвращается к исходному уровню, глав­ным образом за счет выхода ионов калия из клетки. Усиление проницае­мости для К⁺ необходимо для полной реполяризации мембраны и восста­новления исходного потенциала покоя. При этом восстанавливается и исходная проницаемость мембраны для натрия.

Тетродотоксин и сакситоксин полностью блокируют проникновение ионов Na⁺ по ионным каналам возбудимых мембран внутрь клеток. При этом становится невозможным формирование потенциала действия возбу­димых мембран — нарушается проведение нервных импульсов по нейро­нам, сокращение миоцитов. В эксперименте показано, что вещества дейст­вуют только при экстрацеллюлярной аппликации. В соответствии с расчета­ми одна молекула токсинов полностью блокирует один ионный канал. По­лагают, что взаимодействие токсикантов с белковыми молекулами, форми­рующими ионный канал, осуществляется за счет группы гуанидина, содер­жащейся в структуре как сакси-, так и тетродотоксина. Взаимодействие ток­синов с белками ионных каналов обратимо. In vitro яды могут быть удалены с поверхности возбудимой мембраны простым отмыванием биопрепарата.

Исчерпывающих данных о причинах развивающихся эффектов нет. Так, до конца не определено, возбудимые мембраны каких структур, нер­вных клеток (ЦНС, периферии) или миоцитов, являются более чувствите­льными к действию токсинов. Так, по мнению одних исследователей,' остановка дыхания является следствием действия токсинов на нейроны

дыхательного центра, другие полагают, что основным является нарушение проведения нервного импульса по дыхательным нервам или возбудимости дыхательных мышц. Вероятно, более справедливо последнее предположе­ние, поскольку электровозбудимость диафрагмы блокируется меньшими дозами токсикантов, чем проведение нервного импульса по диафрагмаль-ному нерву. Кроме того, в опытах на анестезированных кошках показано, что при введении вещества в смертельной дозе проведение нервных импу­льсов по диафрагмальному нерву не прекращается даже тогда, когда элект-ромиограмма диафрагмальной мышцы уже безмолвствует.

Развивающееся снижение артериального давления также связывают как с блокадой проведения нервных импульсов по симпатическим нер­вным волокнам, так и с параличом гладкомышечных клеток сосудистой стенки. Сердечная мышца вовлекается в процесс при введении токсикан­та лабораторным животным в дозе 0,007 мг/кг.

Нарушение чувствительности (парестезии с последующим онемени­ем) — следствие поражения возбудимых мембран чувствительных ней­ронов.

Многие центральные эффекты, такие как атаксия, головокружение, нарушение речи и т. д., могут быть связаны с действием вещества непо­средственно на нейроны ЦНС.

Мероприятия медицинской защиты

Специальные санитарно-гигиенические мероприятия:

• участие медицинской службы в проведении химической развед­ки в районе расположения войск; проведение экспертизы воды и продовольствия на зараженность ОВТВ;

• запрет на использование воды и продовольствия из непроверен­ных источников.

Специальные лечебные мероприятия:

• своевременное выявление пораженных;

, . • применение средств патогенетической и симптоматической те­рапии состояний, угрожающих жизни, здоровью, дееспособно­сти, в ходе оказания первой (само- и взаимопомощь), доврачеб­ной и первой врачебной (элементы) помощи пострадавшим;

• подготовка и проведение эвакуации. Медицинские средства защиты

В порядке оказания доврачебной и первой врачебной помощи у по­страдавшего необходимо вызвать рвоту, провести зондовое промывание желудка. Специфических средств профилактики и терапии интоксикации нет. Поскольку при тяжелых формах поражения единственным надежным способом сохранения жизни является перевод пострадавшего на искусст­венную вентиляцию легких, необходимо принять меры к скорейшей эва­куации пострадавших в лечебные учреждения. В случае сохранения жизни прогноз благоприятный: выздоровление бывает быстрым и полным.

ЗОВ

3Q9