По подсчетам Всемирной организации здравоохранения, в мире ежегодно происходит три миллиона случаев отравления пестицидами; более 200 тысяч таких отравлений заканчиваются летальным исходом. Кроме того, в современном неспокойном мире всегда существует угроза случайного или преднамеренного распространения инсектицидов и нервно-паралитических газов, которые специалисты объединяют под названием фосфорорганические соединения.
Воздействие таких соединений на организм приводит к ингибированию в мозгу и диафрагме ацетилхолинестеразы — фермента, катализирующего гидролиз нейромедиатора ацетилхолина до холина и уксусной кислоты. Эта реакция необходима для дезактивации этого нейромедиатора и возврата нейрона в нормальное состояние после его активации.
В результате блокирования ацетилхолинэстеразы перевозбуждение нейронов приводит к так называемому холинергическому кризису: мышцы тела перестают реагировать на возбуждения, посылаемые с помощью ацетилхолина, что приводит к остановке дыхательной системы и параличу. Что случается с человеческим организмом в следующие несколько минут — догадаться несложно.
Для борьбы с отравлениями фосфорорганическими соединениями (ФОС) в настоящее время применяют различные антихолинергетические препараты и оксим — химическое соединение, способное реактивировать ацетилхолинестеразу, а также антиконвульсивное средство атропин. Подобные меры хоть и действенны в критической ситуации, однако могут привести к массе побочных эффектов, нарушающих работоспособность центральной нервной системы и не поддающихся лечению.
Поэтому усилия многих ученых направлены на разработку биологических молекул, нейтрализующих токсичные фосфорорганические соединения.
Антидотом, согласно определению экспертов Международной gрограммы химической безопасности ВОЗ, является препарат, обладающий способностью устранять или ослаблять специфические эффекты ксенобиотика за счет его иммобилизации, в т.ч. хелатообразователями, уменьшения концентрации (например, адсорбентами) или противодействия на уровне эффективных систем (фармакологические антагонисты).
Учитывая, что специфические антидоты существуют для небольшого числа ксенобиотиков, а механизм антидотного действия сложен и разнообразен, систематизация антидотных средств носит условный характер. В клинической токсикологии считается целесообразным выделение следующих групп антидотов:
Адсорбенты, действие которых базируется на физических процессах (уголь, смола и др.). Так, 1 г активированного угля сорбирует до 800 мг морфина или 700 мг барбитала или 300-350 мг других барбитуратов или этанола.
2. Химические (токсикотропные), обезвреживающие яд в результате химической реакции (восстановители, окислители, хелатообразователи и т.д.).
Хелатообразователи используют при отравлении металлами и металлоидами. Кальций динатриевая соль этилендиаминтетраацетата образует стабильные комплексы с двух- и трехвалентными металлами (свинец, кадмий, медь, цинк), которые выводятся почками. Дефероксамин является хелатообразователем для иона железа (Fe^3+), а Д-пеницилламин (монотиоловый хелатообразователь) - для ионов меди, свинца, висмута и мышьяка. Унитиол образует меркаптаны - комплексы с тяжелыми металлами, связанными с тиоловыми ферментами (способствует извлечению тяжелых металлов из тканей).
3. Антидоты, образующие в организме соединения с высоким сродством к токсиканту (амилнитрит, метиленовый синий, нитрит натрия). Эти средства применяют при отравлении метгемоглобинообразователями, в т.ч. цианидами. Метиленовый синий в плазме частично превращается в обесцвеченную лейкометиленовую форму, способную восстанавливать трехвалентное железо метгемоглобина в двухвалентное, т.е. превращать метгемоглобин в гемоглобин.
4. Биохимические (метаболические, токсико-кинетические), обладающие способностью модифицировать метаболизм яда. Этанол, вступая в быстрое взаимодействие с алкогольдегидрогеназой, препятствует превращениям метанола и этиленгликоля и образованию из них токсических метаболитов. Ацетилцистеин предотвращает формирование гепатотоксического метаболита парацетамола при передозировке или длительном назначении последнего.
5. Фармакологические антагонисты, конкурирующие с ядом в действии на ферменты, рецепторы и физиологические системы. Лекарственные средства этой группы относятся преимущественно к синаптотропным препаратам с антагонистическим типом действия. Представителями специфических антагонистов являются флумазенил (отравление бензодиазепинами), атропин (передозировка м-холиномиметиков, отравление фосфорорганическими соединениями), эсмолол (передозировка агонистов бета-адренорецепторов), налорфин и налоксон (передозировка агонистов опиатных рецепторов). К группе фармакологических антагонистов также относятся аминостигмин, глюкагон, метоклопрамид, пиридоксин, тиамин, рибоксин и др. Использование фармакологических антидотов позволяет купировать многие, но не все симптомы интоксикации, т.к. антагонизм обычно является неполным. Кроме этого, конкурентный характер антагонизма предполагает назначение антидотов в больших дозах, превышающих концентрацию вещества, вызвавшего отравление, что может сопровождаться развитием дополнительных побочных эффектов.Антидотная терапия высокоэффективна на ранней токсикогенной фазе острых отравлений (при условии достоверного клинико-лабораторного диагностирования вида интоксикации) и играет существенную роль в предупреждении состояний необратимости при острых отравлениях.
6. Иммунологические антидоты. Антитоксическая иммунотерапия имеет наибольшее значение при отравлениях животными ядами, укусах змей и насекомых. Она проводится с использованием антитоксических сывороток (противозмеиная, противокаракуртовая и т.д.). В последние годы нашла применение моновалентная антидигоксиновая сыворотка при отравлении дигоксином. Недостатками этой группы антидотов является невысокая эффективность при позднем назначении (через 3-4 ч после отравления) и возможность развития анафилаксии.
Подобные химические агенты могут быть очень эффективны не только в случаях масштабного отравления в условиях боевых действий или террористических актов, но и для индивидуального лечения людей, случайно подвергшихся действию ФОС, используемых для борьбы с сорняками или насекомыми-вредителями, — пестицидов и инсектицидов. Они могут дезактивировать сотни тысяч токсичных молекул, вновь и вновь вступая в реакцию с ФОС, содержащимися в крови пострадавшего.
В качестве такого агента наиболее подходящим является человеческий фермент параоксоназа 1 (PON1), которая способна гидролизовать широкий круг соединений, в том числе и инсектицидные молекулы — параоксон, диазоксон и хлорпирифосоксон, а также боевые отравляющие вещества — зарин, зоман и VX.
Однако на пути подобного решения проблемы отравления ФОС стоит вопрос быстрого и масштабного синтеза большого числа высокоэффективных каталитических молекул PON1.
Профессор центра генетических исследований Университета американского штата Вашингтон Клемент Фурлонг заставил производить антидоты кишечную палочку.
В 1885 году Эшерих открыл микроорганизм, который получил название Escherichia coli (кишечная палочка). Этот микроорганизм является постоянным обитателем толстого отдела кишечника человека и животных. Кроме Е. coli, в группу кишечных бактерий входят эпифитные и фитопатогенные виды, а также виды, экология (происхождение) которых пока не установлена.
К бактериям группы кишечных палочек относят роды Escherichia (типичный представитель – Е. coli), Citrobacter (типичный представитель – Citr. coli citrovorum), Enterobacter (типичный представитель – Ent. aerogenes), которые объединены в одно семейство Enterobacteriaceae благодаря общности морфологических и культуральных свойств. Они характеризуются различными ферментативными свойствами и антигенной структурой.
Бактерии группы кишечных палочек - это короткие (длина 1-3 мкм, ширина 0,5-0,8 мкм) полиморфные подвижные и неподвижные грамотрицательные палочки, не образующие спор. Бактерии группы кишечных палочек обезвреживаются обычными методами пастеризации (65 - 75° С). При 60° С кишечная палочка погибает через 15 минут. 1% раствор фенола вызывает гибель микроба через 5-15 минут, сулема в разведении 1:1000 - через 2 минуты, устойчивы к действию многих анилиновых красителей.
Санитарно-показательное значение отдельных родов бактерий группы кишечных палочек неодинаково. Обнаружение бактерий рода Escherichia в пищевых продуктах, воде, почве, на оборудовании свидетельствует о свежем фекальном загрязнении, что имеет большое санитарное и эпидемиологическое значение. Считается, что бактерии родов Citrobacter и Enterobacter являются показателями более давнего (несколько недель) фекального загрязнения и поэтому они имеют меньшее санитарно-показательное значение по сравнению с бактериями рода Escherichia.
Фурлонг поступил на первый взгляд тривиально, попросту привив бактериям человеческий ген PON1Q192, ответственный за синтез фермента параоксоназы. Полученный таким образом фермент он внутривенно вводил мышам, полностью лишённым активности параоксоназы в крови.
Более двух суток фермент поддерживался в крови в концентрации, способной сохранить жизнь своим хозяевам при отравлении пестицидом диаксозоном в концентрации, втрое превышающей среднюю смертельную дозу.
Более того, Фурлонг не ограничился человеческой версией параоксоназы PON1R192. Модифицированный им катализатор rHuPON1K192, в котором в позицию 192-пептидной цепи первичной структуры фермента помещена аминокислота лизин, оказался значительно активнее «оригинала».
Работы Фурлонга, как можно догадаться из их специфики, не являются пионерскими, однако только ему удалось наладить выпуск антидота к сильнейшим отравляющим веществам с помощью бактерий E. coli. Неудачи, которые претерпевали одна за одной конкурирующие лаборатории, обусловлены сложностью подбора методики выращивания «антидотоносных» бактерий: необходимо не только тщательно подобрать питательную среду для них, но и терпеливо дожидаться роста и размножения культуры при пониженной для этих микробов температуре в 37о С.
Фурлонгу всё это удалось. Остается надеяться, что разработанная американским профессором методика производства антидотов нам и нашим близким никогда не понадобится.
