Механизм действия отравляющих веществ на основе фосфорорганических соединений. Способы определения и защиты (стр. 3 из 4)
АХЭ – фермент высокой специфичности по отношению к субстрату и гидролизует в основном ацетилхолин;
ХЭ – смесь различных эстераз.
По современным представлениям, активная поверхность холинэстеразы имеет два центра – анионный и эстератический.
Анионный центр за счёт электростатических сил притягивает к себе положительно заряженный азот ацетилхолина. Помимо этого в образующейся связи участвуют и Ван дер Ваальсовы силы, так как характер и количество алкильных радикалов на азоте играют существенную роль в прочности комплекса.
Эстератический центр в свою очередь состоит из основной (нуклеофильной) группы Е и кислотной группы, обозначенной Н.
Нуклеофильная группа обеспечивает образование комплекса фермент-субстрат, а кислотная группа необходима для осуществления реакции гидролиза.
Механизм гидролиза ацетилхолина можно представить себе следующим образом:
Здесь R обозначает остаток холина. На этом этапе образуется ацетилированный фермент (А) и отщепляется холин.
Ацетилированный фермент представляет собой весьма нестойкое соединение и легко разрушается под действием воды.
При этом, в конечном счёте, образуется активный фермент Н---Е и уксусная кислота.
Совершенно аналогично происходит взаимодействие холинэстеразы с ФОС.
Только в этом случае образуется не ацетилированный, а фосфорилированный фермент (Ф). В отличие от ацетилированного фермента этот комплекс остаётся прочным и, таким образом, фермент остаётся угнетённым.
Существует мнение, что разные ферменты реагируют с ФОС различными функциональными группами.
В случае чувствительных к ФОС ферментов фосфорильный остаток быстро переносится на гидроксильную группу серина, прочно закрепляется там и, таким образом, инактивирует фермент. У ферментов, гидролизирующих ФОС, в активном центре нет серинового остатка, благодаря чему фосфорсодержащая часть яда гидролитически отщепляется, а фермент восстанавливает свою активность.
При отравлениях ФОС может происходить снижение активности ХЭ, которое, однако, не находится в определённой связи с тяжестью клинических симптомов поражения. Стоит заметить, что определение активности ХЭ в сыворотке крови даёт хорошую возможность диагностировать отравления ФОС для профилактики или терапевтических целях.
Реактивирование холинэстеразы, угнетённой ФОС
Из данных, изложенных выше, вытекает, что реакция фермента с ФОС состоит в присоединении фосфорильного остатка к нуклеофильной группе эстератического центра. Можно было подумать, что если подействовать на фосфорилированный фермент более сильным нуклеофильным реагентом, то удастся вытеснить остаток ФОС из его соединения и тем самым реактивировать фермент.
Было показано, что все изученные соединения по своей активности могут быть разбиты на 4 группы:
1) Вещества, обеспечивающие более чем 50%-ное реактивирование за 1 час: диизонитрозоацетон, ПАМ, фенилглиоксим.
2) Вещества, обеспечивающие 50%-ное реактивирование за 24 часа: глюоксим, пиридин-4-альдоксим, пиколингидроксамовая кислота.
3) Вещества, обеспечивающие 20%-ное реактивирование за 24 часа: диацетилмоноксим, метилглиоксим.
4) Вещества, которые за 24 часа реактивируют фермент менее чем на 10%: ацетоксим, тропогидроксамовая кислота.
Реактивирующий эффект зависит не только от строения самого реактиватора, но и от химической природы игибитора.
Продолжительность контакта фермента с ингибитором также играет важную, а иногда даже определяющую роль в процессе реакцивирования.
Общие представления о механизме действия ФОС
Согласно антихолинэстеразной теории, угнетение холинэстеразы является единственным патогенетическим фактором в действии ФОС. Благодаря прекращению или значительному уменьшению разрушения ацетилхолина, последний накапливается в тканях в токсической концентрации и обусловливает всё многообразие клинической картины отравления. Возрастание концентрации свободного ацетилхолина в крови и тканях животных, отравлённых ФОС, в частности в ЦНС, было показано прямыми определениями.
В пользу этой теории многие авторы приводят также факты, указывающие на существование параллелизма между степенью угнетения холинэстеразы различных органов и выраженностью соответствующих эффектов.
В соответствии с этой теорией находятся и другие важные наблюдения, свидетельствующие о существовании конкуренции между обратимыми ингибиторами холинэстеразы и ФОС за активные центра фермента.
Все эти факты хорошо согласуются с многочисленными эксперементальными данными о действии ФОС на отдельные переферические органы и системы органом, где в большинстве случаев все явления нарушения функции удаётся связать с замедленным распадом ацелилхолина и накоплением его в соответствующих тканях. Действительно, картина изменений деятельности сердца, желудочно-кишечного тракта, бронхов сходна с тем, что наблюдается при раздражении блуждающего нерва.
В полном соответствии с этим находится тот факт, что многие холинолитики (атропин) обладают выраженным лечебным действием при отравлениях ФОС.
На основании этого многие авторы пришли к заключению, что антихолинэстеразное действие ФОС является не только основным, но и единственным фактором, лежащим в основе токсического влияния этих веществ на организм животных.
Однако, вместе с тем, в ходе изучения действия ФОС ядов на организм постепенно стали накапливаться данные, которые не поддаются объяснению с точки зрения антихолинэстеразной теории. Оказалось, что не всем исследователям удаётся подтвердить отмеченную выше корреляцию между токсичностью соединений и их антихолинэстеразной активностью.
Следующая группа фактов, не укладывающаяся в вышеупомянутую теорию, состоит в возможности существования животных при условии полного угнетения холинэстеразной активности мозга.
Из сказанного видно, что признание за антихолинэстеразной теорией исключительной роли в патогенезе интоксикации ФОС в настоящее время уже не может считаться оправданным в связи с наличием достаточно веских доказательств в пользу существования прямого, помимо влияния на холинэстеразу, действия ФОС на холинореактивные системы.
При изучении механизма действия ФОС необходимо учитывать многие факторы, каждый из которых может оказывать более или менее выраженное влияние на пути развития патологического процесса. Среди этих факторов наибольшее значение имеют следующие:
Химическое строение и физико-химические свойства препарата, в особенности его способность проникать в клетки мозга.
Доза ФОС.
Особенности физиологического действия препарата
Вид животного. Известно, что различные виды животных характеризуются определённым своеобразием развития патологического процесса.
Симптомы отравления
В случае малой дозы нервно-паралитического средства в газообразной или аэрозольной форме типичными симптомами являются сильный насморк, ненормальное сокращение глазного зрачка, нарушение аккомодации зрения и ощущение давления в груди. При более сильном отравлении эти симптомы получают более выраженное проявление. Другие симптомы – тошнота и рвота, спазмы, судороги и самопроизвольные дефекация и мочеиспускание, конвульсии и кома. За этим следуют остановка дыхания и смерть.
У легко пораженных наблюдается сужение зрачков (миоз), спазм аккомодации, сопровождающиеся резким ослаблением зрения в сумерках и при искусственном освещении, боль в глазах, слюнотечение, отделение слизи из носа, ощущение тяжести в груди. При поражении через кожу и пищеварительный тракт сужение зрачков нередко отсутствует, так как оно обуславливается местным действием или поступлением больших доз ОВ в общий кровоток.
При поражении средней тяжести развивается резкая отдышка вследствие сужения просвета бронхов, синюшная окраска слизистых оболочек и кожи. Наблюдается нарушение координации движений (шаткая походка), нередко рвота, частое мочеиспускание, понос. Признаки поражения легкой степени выражены сильнее.
При тяжелом поражении наступают клинико-тонические судороги приступообразного характера, сильнейшая отдышка. Изо рта выделяется пенистая мокрота (слюна). Кожа и слизистые оболочки приобретают резко выраженную синюшную окраску. В более тяжелых случаях наступает потеря сознания и остановка дыхания.
При поражении нервно-паралитическими ОВ к первой помощи в порядке само- и взаимопомощи следует прибегать в возможно ранние сроки, как только появился миоз или ощущение тяжести в груди.
Способы проникновения
Отравление ФОВ происходит при любом способе проникновения его в организм: при вдыхании пара, в результате всасывания парообразного или жидкого вещества через неповрежденную или поврежденную кожу и слизистые оболочки глаз, при приеме зараженной воды или пищи, при контакте с зараженными поверхностями.
Способы идентификации ФОС
ФОС являются конкурентными ингибиторами и, аналогично субстрату, находятся во взаимодействии по меньшей мере с одним из одинаковых участков фермента. Из этого следует, что в присутствии субстрата с увеличением его концентрации скорость реакции ингибитора с ферментом уменьшается. Следовательно, при определении ингибитора вначале необходимо фермент инкубировать с ингибитором, и после этого ввести субстрат для определения остаточной активности фермента. Следующим, также важным для аналитических методов обстоятельством является различная скорость взаимодействия ФОС с ферментом, что следует учитывать при установлении продолжительности инкубации.
Определение активности холинэстеразы.Можно определять активность АХЭ или ХЭ. Для определения активности АХЭ в большинстве случаем подвергают гемолизу эритроциты; ХЭ определяют в сыворотке крови.