Токсинология (от др.-греч. τοξικός «ядовитый» + λόγος «учение, наука») — наука, изучающая свойства ядов животного, растительного и микробного происхождения и токсический процесс, вызванный отравлением ими. Может рассматриваться, как раздел токсикологии, а также, как междисциплинарная наука. Поступление, распределение, метаболизм в организме, а также механизм действия некоторых токсинов, а также существующие и возможные способы их применения изучается военной токсикологией, так как эти яды могут использоваться в качестве химического и биологического оружия (ботулотоксин и др.), а также как отравляющие вещества для диверсионных и террористических целей. В то же время, природные яды (токсины) широко используются в медицине.
Зоотоксикология, фитотоксинология, токсинология микроорганизмов — основные разделы (составные части) токсинологии, изучающие токсический процесс вследствие поражения соответственно ядами (токсинами) животных, растений и возбудителей инфекционных заболеваний, химическую природу этих ядов, их токсикокинетику и токсикодинамику. Биологическое оружие на основе токсинов является оружием массового поражения и запрещено согласно Женевскому протоколу 1925 годаProtocol for the Prohibition of the Use of Asphyxiating, Poisonous or Other Gases, and of Bacteriological Methods of Warfare . Geneva, 17 June 1925 .
Основные классификации токсинов
1. Классификация источников выделения токсинов 1.1 Токсины животного происхождения (зоотоксины): сакситоксин, тетродотоксин, батрахотоксин, палитоксин, бунгаротоксин и другие яды насекомых, земноводных, пресмыкающихся, различных морских и других животных. 1.2 Токсины растительного происхождения (фитотоксины и микотоксины): мускарин, никотин, аконитин, рицин, абрин, курцин, модецин и другие токсины, выделенные из растений и грибов. 1.3 Токсины бактериального происхождения: ботулинические токсины, столбнячный токсин, дифтерийные токсины, стафилококковые энтеротоксины, шигеллотоксин и др. 2. Классификация по способам выделения микроорганизмами бактериальных токсинов. 2.1 Экзотоксины: ботулинические токсины, дифтерийные токсины, столбнячный токсин и др. 2.2 Эндотоксины: шигеллотоксин, брюшнотифозный токсин и др. 3. Классификация по органоспецифичности и механизмам действия 3.1 Токсины избирательного системного действия. Нейротропные яды и токсины (тубокурарин, физостигмин, тетродотоксин, сакситоксин, ботулинические токсины и другие); кардиотропные яды (строфантин) и др. 3.2 Цитотоксические токсины: рицин, абрин, дифтерийные токсины, гистотоксины и др. 3.3 Токсины комбинированного действия. Яды, содержащие компоненты с различной направленностью действия (нейротоксины и гемагглютинины ядов бактерий, змей, насекомых и т. п.). Токсины-ферменты, характеризующиеся фосфолипазной активностью в смесях с нейротоксинами. Цитотоксины с преимущественным действием на определённые ткани (холероген). «Химерные» токсины, содержащие субъединицы различных токсинов и др.
Яды животного происхождения Зоотоксинология изучает свойства токсинов, а также токсикокинетику и токсикодинамику ядов простейших (Protozoa), губок (Spongia), кишечнополостных (Coelenterata), червей (Vermes), моллюсков (Mollusca), паукообразных (Arachnida), насекомых (Insecta), многоножек (Myriapoda), иглокожих (Echinodermata), рыб (Pisces), круглоротых (Cyclostomata), амфибий (Amphibia), рептилий (Reptilia), млекопитающих (Mammalia).
Наибольший интерес для токсикологов (специалистов, занимающихся токсинологией) представляют тетродотоксин, сакситоксин, палитоксин, батрахотоксин, яды змей. Тетродотоксин обнаружен в половых железах морских рыб (фугу, скалозуб, иглобрюх) и органах ряда других животных. Сакситоксин содержится в высокой концентрации в морских брюхоногих моллюсках Saxidomus giganteus и др., которые получают его вместе с планктоном, в котором содержатся одноклеточные жгутиковые Dinoflagelata. Палитоксин выделен из коралловых полипов Palythoa caribaerum. Батрахотоксин содержится в кожных железах некоторых видов лягушек-древолазов из рода листолазов, у некоторых птиц Новой Гвинеи). ЛД50 данных токсинов составляют для грызунов от 0,15 до 8 мкг/кг. Эти яды нарушают движение ионов в синаптических мембранах. Так, палитоксин резко усиливает выход катионов из аксональных и постсинаптических мембран. Этот яд обладает судорожным действием, которое сменяется паралитическим состоянием. Тетродотоксин и сакситоксин блокируют выход катионов из ионных каналов синаптических мембран. При отравлении этими токсинами развиваются параличи поперечно-полосатой мускулатуры без судорожного синдрома. Яды змей обладают курареподобным (например, бунгаротоксины змеи Bungarus multicinctus семейства аспидовых), гемовазотоксическим и другими эффектами.
Яды микробного происхождения К ядам микробного происхождения относятся токсины практически всех патогенных микроорганизмов: патогенных клостридии, вызывающие анаэробную инфекцию мягких тканей конечностей, туловища, мозга человека, а также другие инфекционные заболевания человека и животных (ε-токсин — Clostridium perfringens, β-токсин и лейкоцидин — Clostridium perfringens, экзотоксин — Clostridium oedematoides), возбудителей листереллеза (токсин Listeria monocytogenes), дифтерии, энтероколитов (энтеротоксин A), пневмонии (Streptococcus pneumoniae), холерный токсин (холероген) и др.
1. Ботулотоксин Экзотоксины ботулинических бактерий (Clostridium botulinum) различных штаммов представляют собой смеси двух биполимеров — нейротропного α-токсина (полипептида) и гемагглютинирущего α-токсина (гликопротеида). Нейротропные компоненты получили название ботулотоксинов. В настоящее время известны семь типов ботулотоксинов (A, B, C, D, E, F, G), входящих в состав экзотоксинов ботулинических бактерий различных штаммов. Ботулотоксины всех типов подобны друг другу по характеру поражающего действия на организм млекопитающих, хотя несколько и отличаются между собой первичными структурами, степенью токсического действия и иммуногенными свойствами. Для человека особо опасными являются ботулотоксины типов А, В, Е и F, из которых наибольшей токсичностью характеризуется ботулотоксин типа А. Кристаллический нейротропный α-токсин типа А, выделенный в виде бесцветных игл, представляет собой двудоменную глобулу с молекулярной массой около 150 тыс. Да, включающей до 1500 аминокислотных остатков. Токсичность ботулотоксина обусловлена действием двух доменов (А и В), которые связаны друг с другом одним дисульфидным мостиком. Ботулотоксин блокирует выброс (выделение, освобождение) медиатора в синаптическую щель, в результате чего межнейронная (нервно-мышечная) передача прерывается. Возникает паралитический эффект. Ботулотоксины проявляют свойства периферических и центральных миорелаксантов. ЛД50 ботулотоксина составляют 5•10−6 мг/кг (мыши, подкожно), для человека ЛД50 составляет 5•10−5 мг/кг (орально). В 1975 году ботулотоксин типа А был принят на вооружение армии США под шифром "агент ХR". Несмотря на биологическую природу токсина, «агент ХR» относится к компоненту химического (а не биологического) оружия. Может быть использован в качестве элемента оружия массового поражения странами, не подписавшими Конвенцию о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении 1993 г., 2. Токсин столбняка Экзотоксины столбнячной палочки (Clostridium tetani) представляют собой смеси двух биополимеров: нейротропного тетаноспазмина (вызывающего судороги центрального происхождения) и гематропного тетанолизина (разрушающего мембраны эритроцитов). Тетаноспазмин получен в аморфном и кристаллическом состоянии. Это — двудоменная глобула, в составе которой имеется 1279 аминокислотных остатка. Домены (А и В) связаны друг с другом одним дисульфидным мостиком. В-домен обеспечивает транспорт токсина в организме, «узнавание» биомишени (пресинаптических мембран тормозных нейронов спинного мозга и ствола мозга) и последующую рецепцию на специфичных участках этой мембраны. Наибольшую опасность представляет тетаноспазмин, действием которого и объясняются поражающие эффекты столбняка, вызываемые как самим экзотоксином, так и продуцирующими его бактериями. ЛД50тетаноспазмина составляют 5•10−6 мг/кг (мыши, подкожно),ЛД50 для человека — 3,4•10 −3 мг/кг (орально). При введении мышам подкожно одной ЛД50 летальный исход наступает через 3-4 суток, при 500 ЛД50 — в течение 1 суток.
3 Стафилококковый энтеротоксин Экзотоксины стафилококков представляют собой смеси биополимеров. Способность вызывать отравления (поражающая способность при применении с военными целями) стафилококковых экзотоксинов связана с наличием в их составе энтеротоксинов (греч. enteros — кишка), вызывающих у поражённых (отравленных) желудочно-кишечные интоксикации, что приводит к временному выведению живой силы из строя. Наиболее активны стафилококковые энтеротоксины, продуцируемые золотистыми стафилококками (Staphylococcus aureus) различных штаммов (A, B, C1, C2, D, E, F). Эти бактерии широко распространены в природе, являются устойчивыми аэробами. При пищевых стафилококковых интоксикациях токсикодикамика экзотоксинов обусловлена действием гемолизинов, вызывающих лизис мембран эритроцитов; эксфолиатинов, способствующих разрушению глобулярных белков межклеточной жидкости; энтеротоксинов, избирательно нарушающих водопроницаемость стенок кровеносных капилляров, пронизывающих эпителий тонкого кишечника, с одновременным раздражением эметического центра головного мозга (ответственного за рвотные рефлексы). Скрытый период составляет 0,5-6 ч, после чего проявляются следующие симптомы поражения: боли в области живота, обильное слюнотечение, тошнота, рвота, неудержимый кровавый понос (диаррея); постепенное снижение кровяного давления, общая слабость, снижение температуры тела; резкое падение кровяного давления, угнетение деятельности центральной нервной системы, глубокая гипотермия (ниже 35 °C). Симптомы поражения идентичны при любых путях поступления экзотоксина в организм (ингаляционно, подкожно, орально). [14,15].
Экзотоксин в виде порошка (продуцируемый золотистым стафилококком типа В) может использоваться в военных и террористических цялях для временного выведение живой силы из строя на сутки и более .
4.Микотоксины
Микотоксины (от греч. μύκης, mykes, mukos — «гриб»; τοξικόν, toxikon — «яд») — это токсичные метаболиты микроскопических грибов (плесеней), выделяемые ими во внешнюю среду. Развиваются на растениях, в почве, пищевых продуктах, а также на питательных средах в условиях искусственного культивирования. В настоящее время известно около 250 видов различных микроскопических грибов, продуцирующих более 100 токсичных метаболитов. Употребление в пищу муки, содержащей алкалоиды спорыньи ржи, приводило к тяжелых поражениям организма, которые носили характер эпидемии. Практически все растения могут служить субстратами для роста и последующего образования микотоксинов. При этом создается возможность заражения окружающей среды, что может привести к поражению людей. Микотоксины представляют интерес для использования их с военными целями. Основные типы наиболее распространённых и активных микотоксинов: замещённые кумарины (афлатоксины, охратоксины); трихотецены; алкалоиды (производные лизергиновой кислоты); производные пирана (цитринин, патулин). 4.1. Афлатоксины, охратоксины Продуцентами афлатоксинов являются патогенные грибы рода Aspergillus. Природными субстратами этих грибов являются арахис, кукуруза, другие зерновые и бобовые, семена хлопчатника, различные орехи, некоторые фрукты, овощи. Афлатоксины по химическому строению являются производными замещённых кумаринов или фурокумаринов. Афлатоксины — кристаллические вещества с температурой плавления выше 200 °C. Практически не разрушатся в процессе обычной технологической или кулинарной обработки загрязнённых пищевых продуктов. ЛД50 афлатоксинов для различных животных составляет от 0,3 до 18 мг/кг (орально). Обладают гепатотропным, канцерогенным, мутагенным, тератогенным и иммуносупресивным эффектами.