Toxinologi är en vetenskap som studerar egenskaperna hos gifter av animaliskt, växt- och mikrobiellt ursprung och den giftiga process som orsakas av deras förgiftning. Det kan betraktas som en del av toxikologin , såväl som en tvärvetenskaplig vetenskap [11]. Mottagning, distribution, metabolism i kroppen, såväl som verkningsmekanismen för vissa toxiner , såväl som befintliga och möjliga metoder för deras användning, studeras av militär toxikologi, eftersom dessa gifter kan användas som kemiska och biologiska vapen ( botulinum toxin , etc.), samt giftiga ämnen för sabotage- och terroriständamål [2,3,4,8]. Samtidigt används naturliga gifter ( toxiner ) flitigt inom medicin [9].
Zootoxicologi, fytotoxinologi, toxinologi av mikroorganismer är huvudsektionerna (komponenterna) av toxinologin som studerar den toxiska processen på grund av nederlag av djur, växter och patogener av infektionssjukdomar av gifter ( toxiner ), respektive den kemiska naturen hos dessa gifter , deras toxikokinetik och toxikodynamik [11]. Toxinbaserade biologiska vapen är massförstörelsevapen och är förbjudna enligt 1925 års Genèveprotokoll [1] .
Zootoxinologi studerar egenskaperna hos toxiner, såväl som toxikokinetik och toxikodynamik hos gifter av protozoer (Protozoer), svampar (Spongia), coelenterates (Coelenterata), maskar (Vermes), blötdjur (Mollusca), spindeldjur (Arachnida), insekter (Insekter). ), tusenfotingar (Myriapoda), tagghudingar (Echinodermata), fiskar (Pisces), cyclostomes (Cyclostomata), amfibier (Amfibier), reptiler (Reptiler), däggdjur (Däggdjur) [11].
Av störst intresse för toxikologer (specialister involverade i toxinologi) är tetrodotoxin , saxitoxin , palytoxin , batrachotoxin , ormgift [3,8]. Tetrodotoxin finns i könskörtlarna hos marina fiskar (fugu, pufferfish, puffer fish) och organ hos ett antal andra djur. Saxitoxin finns i höga koncentrationer i de marina snäckorna Sacidomus giganteus och andra, som tar emot det tillsammans med plankton, som innehåller den encelliga flagellaten Dinoflagelata. Palitoxin isolerat från korallpolyper Palythoa caribaerum. Batrachotoxin finns i hudkörtlarna hos vissa arter av pilgiftsgrodor från släktet lövklättrare, hos vissa fåglar på Nya Guinea) [2,8,10,11]. LD 50 för dessa toxiner varierar från 0,15 till 8 µg/kg för gnagare. Dessa gifter stör rörelsen av joner i synaptiska membran [2,3,8,11]. Således ökar palytoxin kraftigt frisättningen av katjoner från axonala och postsynaptiska membran. Detta gift har en krampeffekt, som ersätts av ett paralytiskt tillstånd [2,11,12]. Tetrodotoxin och saxitoxin blockerar frisättningen av katjoner från jonkanalerna i synaptiska membran. Vid förgiftning med dessa toxiner utvecklas förlamning av de tvärstrimmiga musklerna utan konvulsivt syndrom [2,8,12]. Ormgifter har curare-liknande (till exempel bungarotoxiner från ormen Bungarus multicinctus från aspidfamiljen), hematovasotoxiska och andra effekter [2,13].
Gifter av mikrobiellt ursprung inkluderar toxiner från nästan alla patogena mikroorganismer: patogena klostridier, som orsakar anaerob infektion av mjuka vävnader i armar och ben, bål, mänsklig hjärna, såväl som andra infektionssjukdomar hos människor och djur (ε-toxin - Clostridium perfringens, β -toxin och leukocidin - Clostridium perfringens , exotoxin - Clostridium oedematoides), orsakande agens av listerellos (Listeria monocytogenes toxin), difteri, enterokolit (enterotoxin A), lunginflammation (Streptococcus pneumoniae), koleratoxin), [cholerogenes] (7,1) etc. ,15].
Exotoxiner från botulinumbakterier (Clostridium botulinum) av olika stammar är blandningar av två bipolymerer - neurotropiskt α-toxin (polypeptid) och hemagglutinerande α-toxin (glykoprotein). Neurotropa komponenter kallas botulinumtoxiner. För närvarande är sju typer av botulinumtoxiner (A, B, C, D, E, F, G) kända, vilka är en del av exotoxiner från botulinumbakterier av olika stammar. Botulinumtoxiner av alla typer liknar varandra när det gäller arten av den skadliga effekten på däggdjursorganismen, även om de skiljer sig något sinsemellan i primära strukturer, graden av toxisk effekt och immunogena egenskaper. För människor är botulinumtoxiner av typ A, B, E och F särskilt farliga, varav botulinumtoxin typ A kännetecknas av den största toxiciteten. Kristallint neurotropiskt α-toxin typ A, isolerat i form av färglösa nålar, är en tvåa -domänkula med en molekylvikt på cirka 150 tusen Da innehållande upp till 1500 aminosyrarester. Toxiciteten hos botulinumtoxin beror på verkan av två domäner (A och B), som är förbundna med varandra genom en disulfidbrygga. Botulinumtoxin blockerar frisättningen (frisättning, frisättning) av signalsubstansen i den synaptiska klyftan, som ett resultat av vilket internuronal (neuromuskulär) överföring avbryts. Det finns en paralytisk effekt. Botulinumtoxiner uppvisar egenskaperna hos perifera och centrala muskelavslappnande medel [14,15]. LD 50 av botulinumtoxin är 5×10 −6 mg/kg (möss, subkutant), för människor är LD 50 5×10 −5 mg/kg (oralt) [8]. 1975 antogs botulinumtoxin typ A av den amerikanska armén under kodnamnet "XR agent" [3,4,8]. Trots toxinets biologiska natur hänvisar "XR-medel" till en komponent av kemiska (snarare än biologiska) vapen [2,3,4]. Kan användas som en del av massförstörelsevapen av länder som inte har undertecknat 1993 års konvention om förbud mot utveckling, produktion, lagring och användning av kemiska vapen och om deras förstörelse ,
Exotoxiner av stelkrampsbacillus (Clostridium tetani) är blandningar av två biopolymerer: neurotropt tetanospasmin (som orsakar kramper av centralt ursprung) och hematotropt tetanolysin (som förstör erytrocytmembran). Tetanospasmin erhölls i ett amorft och kristallint tillstånd. Det är en tvådomänkula med 1279 aminosyrarester. Domänerna (A och B) är förbundna med varandra genom en enda disulfidbrygga. B-domänen tillhandahåller transport av toxinet i kroppen, "igenkänning" av biomålet (presynaptiska membran av hämmande neuroner i ryggmärgen och hjärnstammen) och efterföljande mottagning vid specifika platser i detta membran. Den största faran är tetanospasmin, vars verkan förklarar de skadliga effekterna av stelkramp, som orsakas både av själva exotoxinet och av bakterierna som producerar det [8,14,15]. LD 50 för tetanospasmin är 5×10 −6 mg/kg (möss, subkutant), LD 50 för människor är 3,4×10 −3 mg/kg (oralt). När möss injiceras subkutant med en LD 50 inträffar döden inom 3-4 dagar, med 500 LD 50 - inom 1 dag [8].
Stafylokockexotoxiner är blandningar av biopolymerer. Förmågan att orsaka förgiftning (skadlig förmåga när den används för militära ändamål) av stafylokockexotoxiner är förknippad med närvaron av enterotoxiner i deras sammansättning (grekiska enteros - tarm), vilket orsakar mag-tarmförgiftning hos de drabbade (förgiftade), vilket leder till tillfällig inkapacitering av arbetskraft. De mest aktiva är stafylokock-enterotoxiner som produceras av Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) av olika stammar (A, B, C1, C2, D, E, F). Dessa bakterier är brett spridda i naturen och är resistenta aerober. Med mat stafylokockförgiftning beror toxicodikamika av exotoxiner på verkan av hemolysiner, som orsakar lys av erytrocytmembran; exfoliatiner, som bidrar till förstörelsen av klotformiga proteiner i den intercellulära vätskan; enterotoxiner som selektivt stör permeabiliteten hos väggarna i blodkapillärerna som penetrerar tunntarmens epitel, samtidigt som de stimulerar hjärnans emetiska centrum (ansvarig för gag-reflexer). Den latenta perioden är 0,5-6 timmar, varefter följande symptom på lesionen uppträder: smärta i buken, överdriven salivutsöndring, illamående, kräkningar, okontrollerbar blodig diarré (diarré); gradvis minskning av blodtrycket, allmän svaghet, minskning av kroppstemperaturen; ett kraftigt blodtrycksfall, depression av aktiviteten i centrala nervsystemet, djup hypotermi (under 35 ° C). Symtomen på lesionen är identiska för alla vägar för exotoxininträde i kroppen (inandning, subkutan, oral). [14,15].
Ett exotoxin i form av ett pulver (framställt av Staphylococcus aureus typ B) kan användas i militära och terroristiska syften för att tillfälligt inaktivera arbetskraft under en dag eller mer [8].
Mykotoxiner (från grekiskan μύκης, mykes, mukos - "svamp"; τοξικόν, toxikon - "gift") är giftiga metaboliter av mikroskopiska svampar (mögel) som släpps ut av dem till den yttre miljön. De utvecklas på växter, i jord, livsmedelsprodukter, såväl som på näringsmedier under konstgjorda odlingsförhållanden. För närvarande är cirka 250 arter av olika mikroskopiska svampar kända för att producera mer än 100 toxiska metaboliter [8, 15]. Att äta mjöl innehållande rågmjölk-alkaloider ledde till allvarliga skador på kroppen, vilket hade karaktären av en epidemi. Nästan alla växter kan fungera som substrat för tillväxt och efterföljande bildning av mykotoxiner. Detta skapar möjlighet till förorening av miljön, vilket kan leda till skador på människor. Mykotoxiner är av intresse för militära ändamål [8]. Huvudtyperna av de vanligaste och mest aktiva mykotoxinerna är: substituerade kumariner (aflatoxiner, ochratoxiner); trichothecener; alkaloider (derivat av lyserginsyra); pyranderivat (citrinin, patulin) [8].
Aflatoxiner produceras av patogena svampar av släktet Aspergillus. De naturliga substraten för dessa svampar är jordnötter, majs, andra spannmål och baljväxter, bomullsfrön, olika nötter, vissa frukter och grönsaker. Aflatoxiner är kemiskt härledda från substituerade kumariner eller furokoumariner. Aflatoxiner är kristallina ämnen med en smältpunkt över 200 °C. De kommer praktiskt taget inte att förstöras under den vanliga tekniska eller kulinariska bearbetningen av kontaminerade livsmedelsprodukter [8]. LD 50 för aflatoxiner för olika djur varierar från 0,3 till 18 mg/kg (oralt). De har hepatotropa, cancerframkallande, mutagena, teratogena och immunsuppressiva effekter [8].
Ochratoxiner A, B och C är isokumariner kopplade med en peptidbindning till L-fenylalanin. Först isolerad i Sydafrika. De har nefrotoxiska, teratogena och cancerframkallande effekter. Vid akut verkan påverkas mag-tarmkanalen och levern. LD 50 för olika djur varierar från 3 till 13 mg/kg (oralt) [8].
För närvarande är mer än 40 trichothecene mykotoxiner kända (vars producenter huvudsakligen är mikroskopiska svampar av släktet Fusarium). Naturliga trichothecener är färglösa kristallina ämnen med smältpunkter på 130–230 °C. LD50 för T-2-toxin för möss är 5,2 mg/kg (IM), 7,0 mg/kg (oralt). Trichothecener är inte snabbverkande gifter. När en dödlig dos av T-2-toxin administreras till råttor, inträffar döden efter 8 timmar, och de första tecknen på skada observeras efter 6 timmar. Trichothecene mykotoxiner påverkar alla organ och system i kroppen, har teratogena och cancerframkallande effekter. Det centrala nervsystemet är mest påverkat. Symtom på akut förgiftning: diarré, illamående, kräkningar, minskad kroppstemperatur, minskad motorisk aktivitet. Ett dygn senare inträder ett tillstånd som liknar tillståndet efter kraftigt berusning. Vid långvarig användning av det så kallade "fyllebrödet" (gjort av spannmål som påverkats av mykotoxiner) upplever människor utmattning, synförlust och psykiska störningar. Hos djur är de karakteristiska symtomen på förgiftning matvägran (särskilt hos grisar och hästar), ökad excitabilitet, följt av svaghet och hämning av reflexer [8].
Förgiftning av mykotoxiner som produceras av svampen Claviceps purpurea, som förorenar spannmålsprodukter, är den äldsta kända mykotoxikosen hos människor och djur. Claviceps purpurea infekterar många (mer än 150 arter) vilda och odlade spannmål, inklusive råg, korn, havre och vete. Dessa mykotoxiner är huvudsakligen derivat av lyserginsyra (cirka 30 föreningar). Den konvulsiva kliniska formen åtföljs av konvulsivt syndrom och diarré. Med gangrenös form utvecklas torr gangren, avstötning av mjuka vävnader och ofta hela lemmar (ofta nedre) på ställena för ledleder. Toxiciteten varierar och når LD 50 för ergotoxiner är 40 mg/kg (ip, möss) [8].
Citrinin isolerades först från en kultur av Penicillum citrinum 1931. En gul kristallin substans med en smältpunkt på 170–171 °C. Citrinin finns ofta som en naturlig förorening av livsmedelsråvaror och foder (vete, korn, havre, råg, jordnötter, majsmjöl). Citrinin har en uttalad nefrotoxisk effekt. Patulin isolerades först från en kultur av Penicillum patilum. Mycket giftig, mutagen och cancerframkallande. Patulinproducerande svampar drabbar främst frukt (äpplen drabbas oftast) och vissa grönsaker. Förgiftning åtföljs av skador på mag-tarmkanalen, lungorna, levern, njurarna och mjälten. LD 50 patulin för möss är 10-15 mg/kg (subkutan injektion) [8].
Det finns ett stort antal olika växtarter som innehåller toxiner med olika toxikokinetik och toxikodynamik. Växtgifter inkluderar alkaloider och glykosider , såväl som ett stort antal olika typer av kemiska föreningar (från enkla sådana - HCN eller FCH2COOH - till proteiner och peptider). Många av dem används för tillverkning av läkemedel, men det finns en möjlighet att använda ett antal gifter för militära ändamål [1,5,6].
Ricin är ett toxoalbumin av vegetabiliskt ursprung. Ingår i skalet av ricinfrön (0,1%). Kakan som blir kvar efter tillverkningen av ricinolja innehåller 3 % ricin. Dödliga doser av ricin för olika djur varierar från 1 till 100 µg/kg [3,4,8]. Ricin består av 18 aminosyror som bildar två polypeptidkedjor. De är kopplade till varandra genom en pyridinring. Verkningsmekanismen är associerad med förstörelsen av toxinmolekylen inuti cellen och frisättningen av A-kedjan som påverkar ribosomer (60-S subenheter), funktionen av informations-, överförings-RNA, aminoacyltransport-RNA-syntetas, proteinfaktorer involverad i syntesen av polypeptidkedjan, såväl som i fullbordandet av denna process. Ricin blockerar förlängningen av polypeptidkedjor som bildas på ribosomer, vilket resulterar i en kränkning av proteinsyntesen i cellen leder till dess död [4]. 18-24 timmar efter att ricin kommer in i kroppen uppstår hemorragisk enterokolit , sedan uppträder svaghet, feber, synskärpa, kramper. På den andra eller tredje dagen utvecklas ett paralytiskt tillstånd och döden inträffar. Giftet kan orsaka erytrocytagglutination, vilket leder till störningar av mikrocirkulationen i olika organ [3,4,8].
Abrin är ett mycket giftigt protein som finns i indiska lakritsfrön. Det är något giftigare än ricin, men mycket mindre tillgängligt [8].
Arrow poison curare , erhållen av sydamerikanska indianer från barken av Chondodendron tomentosum, är föregångaren till moderna blandade vapen. Orsakar förlamning av skelettmuskler, dysfunktion av visuella och auditiva analysatorer. Föreningar baserade på curaregift används ofta inom medicin, för att fånga vilda djur och kan användas för militära ändamål [5,8].
Aconitine är en alkaloid som utvinns från den blå brottareväxten (Aconite). Koncentrationslägerfångar i Nazityskland, som skadades av akonitinkulor, dog inom två timmar av allvarligt berusning av den nervparalytiska typen [16].
Toxiner av vegetabiliskt ursprung som kan användas för militära ändamål inkluderar stryknin , brucin , bibuculin , pikrotoxin [8].
Cerberus (Cerbera odollam) från familjen kutrovye (Apocynaceae) är en ganska vanlig växt, vars hemland anses vara Indien. Men den växer också i Vietnam, Kambodja, Sri Lanka, Myanmar och på Stilla havets tropiska öar. I Indien kallas Cerbera odollam för othalanga maram (othalanga maram) eller på tamil kattu arali (kattu arali). I öster är dess utbredningsområde begränsat till Franska Polynesien. Alla delar av Cerbera odollam är mycket giftiga, men den största mängden av toxinet finns i fröoljan. Fröolja innehåller alkaloiden cerberin, som till sin struktur liknar digoxin, ett toxin från digitalis (digitalis), samt glykosiden cerberosid. Dessa gifter hämmar det cellulära Na+/K+-ATPaset genom att interagera med enzymets alfasubenhet. Ansamlingen av natriumjoner inuti cellen leder till en ökning av intracellulärt kalcium. Cerberin och cerberosid orsakar en gradvis avmattning av hjärtslag till dess att det stannar helt. Döden inträffar 3-4 timmar efter att giftet kommit in i kroppen. Det mest aktiva toxinet är cerberin. Dessutom, om det inte var känt om offrens användning av Cerberus, är det praktiskt taget omöjligt att fastställa orsaken till hjärtstoppet [17].