Toxinologia este o știință care studiază proprietățile otrăvurilor de origine animală, vegetală și microbiană și procesul toxic cauzat de otrăvirea lor. Poate fi considerată ca o secțiune a toxicologiei , precum și o știință interdisciplinară [11]. Primirea, distribuția, metabolismul în organism, precum și mecanismul de acțiune al unor toxine , precum și metodele existente și posibile de utilizare a acestora, sunt studiate de toxicologie militară, deoarece aceste otrăvuri pot fi folosite ca arme chimice și biologice ( botulină ). toxină etc.), precum și substanțe otrăvitoare în scopuri de sabotaj și terorism [2,3,4,8]. În același timp, otrăvurile naturale ( toxine ) sunt utilizate pe scară largă în medicină [9].
Zootoxicologia, fitotoxinologia, toxinologia microorganismelor sunt principalele secțiuni (componente) toxinologiei care studiază procesul toxic ca urmare a înfrângerii animalelor, plantelor și agenților patogeni ai bolilor infecțioase de către otrăvuri ( toxine ), respectiv natura chimică a acestor otrăvuri , a acestora. toxicocinetică și toxicodinamică [11]. Armele biologice pe bază de toxine sunt arme de distrugere în masă și sunt interzise în conformitate cu Protocolul de la Geneva din 1925 [1] .
Zootoxinologia studiază proprietățile toxinelor, precum și toxicocinetica și toxicodinamica otrăvurilor de protozoare (Protozoa), bureți (Spongia), celenterate (Coelenterata), viermi (Vermes), moluște (Mollusca), arahnide (Arachnida), insecte (Insecta). ), centipede (Myriapoda), echinoderme (Echinodermata), pești (Pești), ciclostomi (Cyclostomata), amfibieni (Amphibia), reptile (Reptilia), mamifere (Mammalia) [11].
De cel mai mare interes pentru toxicologi (specialiști implicați în toxinologie) sunt tetrodotoxina , saxitoxina , palitoxina , batrachotoxina , veninul de șarpe [3,8]. Tetrodotoxina se găsește în glandele sexuale ale peștilor marini (fugu, pufferfish, pufferfish) și în organele unui număr de alte animale. Saxitoxina se găsește în concentrații mari la gasteropodele marine Sacidomus giganteus și altele, care o primesc împreună cu planctonul, care conține flagelatul unicelular Dinoflagelata. Palitoxină izolată din polipii de corali Palythoa caribaerum. Batrachotoxina se găsește în glandele pielii unor specii de broaște otrăvitoare din genul leaf Climbers, la unele păsări din Noua Guinee) [2,8,10,11]. DL 50 a acestor toxine variază de la 0,15 la 8 µg/kg pentru rozătoare. Aceste otrăvuri perturbă mișcarea ionilor în membranele sinaptice [2,3,8,11]. Astfel, palitoxina îmbunătățește puternic eliberarea de cationi din membranele axonale și postsinaptice. Această otravă are un efect convulsiv, care este înlocuit cu o stare paralitică [2,11,12]. Tetrodotoxina și saxitoxina blochează eliberarea de cationi din canalele ionice ale membranelor sinaptice. În caz de otrăvire cu aceste toxine , paralizia mușchilor striați se dezvoltă fără sindrom convulsiv [2,8,12]. Veninurile de șarpe au efecte de tip curare (de exemplu, bungarotoxine ale șarpelui Bungarus multicinctus din familia aspidelor), hematovasotoxice și alte efecte [2,13].
Otrăvurile de origine microbiană includ toxine ale aproape tuturor microorganismelor patogene: clostridiile patogene, care provoacă infecția anaerobă a țesuturilor moi ale membrelor, trunchiului, creierului uman, precum și alte boli infecțioase ale oamenilor și animalelor (ε-toxina - Clostridium perfringens, β -toxină și leucocidină - Clostridium perfringens , exotoxină - Clostridium oedematoides), agenți cauzali ai listerelozei (toxina Listeria monocytogenes), difterie, enterocolită (enterotoxina A), pneumonie (Streptococcus pneumoniae), toxina holeric (colerogen), etc. ,15].
Exotoxinele bacteriilor botulinice (Clostridium botulinum) din diferite tulpini sunt amestecuri de doi bipolimeri - α-toxina neurotropă (polipeptidă) și α-toxina hemaglutinantă (glicoproteina). Componentele neurotrope se numesc toxine botulinice. În prezent, sunt cunoscute șapte tipuri de toxine botulinice (A, B, C, D, E, F, G), care fac parte din exotoxinele bacteriilor botulinice ale diferitelor tulpini. Toxinele botulinice de toate tipurile sunt similare între ele în ceea ce privește natura efectului dăunător asupra organismului mamifer, deși diferă oarecum între ele în structurile primare, gradul de efect toxic și proprietățile imunogene. Pentru om, toxinele botulinice de tipurile A, B, E și F sunt deosebit de periculoase, dintre care toxina botulină de tip A se caracterizează prin cea mai mare toxicitate.A-toxina neurotropă cristalină de tip A, izolată sub formă de ace incolore, este un -globul de domeniu cu o greutate moleculară de aproximativ 150 mii Da conţinând până la 1500 de resturi de aminoacizi. Toxicitatea toxinei botulinice se datorează acțiunii a două domenii (A și B), care sunt legate între ele printr-o punte disulfurică. Toxina botulinică blochează eliberarea (eliberarea, eliberarea) neurotransmițătorului în fanta sinaptică, drept urmare transmiterea interneuronale (neuromusculară) este întreruptă. Există un efect paralizant. Toxinele botulinice prezintă proprietățile relaxantelor musculare periferice și centrale [14,15]. DL 50 a toxinei botulinice este de 5×10 −6 mg/kg (șoareci, subcutanat), pentru oameni LD 50 este de 5×10 −5 mg/kg (oral) [8]. În 1975, toxina botulină de tip A a fost adoptată de armata SUA sub numele de cod „agent XR” [3,4,8]. În ciuda naturii biologice a toxinei, „agent XR” se referă la o componentă a armelor chimice (mai degrabă decât biologice) [2,3,4]. Poate fi folosit ca element al armelor de distrugere în masă de către țările care nu au semnat Convenția din 1993 privind interzicerea dezvoltării, producerii, stocării și utilizării armelor chimice și asupra distrugerii acestora ,
Exotoxinele bacilului tetanic (Clostridium tetani) sunt amestecuri de doi biopolimeri: tetanospasmina neurotropă (care provoacă convulsii de origine centrală) și tetanolizina hematotropă (care distruge membranele eritrocitare). Tetanospasmina a fost obținută în stare amorfă și cristalină. Este un globul cu două domenii cu 1279 de resturi de aminoacizi. Domeniile (A și B) sunt conectate între ele printr-o singură punte disulfurică. Domeniul B asigură transportul toxinei în organism, „recunoașterea” bioțintei (membranele presinaptice ale neuronilor inhibitori ai măduvei spinării și trunchiului cerebral) și recepția ulterioară la anumite locuri ale acestei membrane. Cel mai mare pericol este tetanospasmina, a cărei acțiune explică efectele nocive ale tetanosului, cauzate atât de exotoxina în sine, cât și de bacteriile care o produc [8,14,15]. DL 50 a tetanospasminei este de 5 × 10 -6 mg/kg (șoareci, subcutanat), LD 50 pentru oameni este de 3,4 × 10 -3 mg/kg (oral). Când șoarecii sunt injectați subcutanat cu o DL50 , moartea are loc în 3-4 zile, cu 500 LD50 - în decurs de 1 zi [8] .
Exotoxinele stafilococice sunt amestecuri de biopolimeri. Capacitatea de a provoca otrăvire (capacitate dăunătoare atunci când sunt utilizate în scopuri militare) a exotoxinelor stafilococice este asociată cu prezența enterotoxinelor în compoziția lor (enteros grecesc - intestin), provocând intoxicație gastro-intestinală la cei afectați (otrăviți), ceea ce duce la incapacitatea temporară a forța de muncă. Cele mai active sunt enterotoxinele stafilococice produse de Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) din diferite tulpini (A, B, C1, C2, D, E, F). Aceste bacterii sunt larg distribuite în natură și sunt aerobe rezistente. Cu intoxicația alimentară cu stafilococ, toxicodikamika exotoxinelor se datorează acțiunii hemolizinelor, care provoacă liza membranelor eritrocitare; exfoliatine, care contribuie la distrugerea proteinelor globulare ale fluidului intercelular; enterotoxine care perturbă selectiv permeabilitatea pereților capilarelor sanguine care pătrund în epiteliul intestinului subțire, stimulând în același timp centrul emetic al creierului (responsabil de reflexele de gag). Perioada de latentă este de 0,5-6 ore, după care apar următoarele simptome ale leziunii: durere în abdomen, salivație excesivă, greață, vărsături, diaree sângeroasă incontrolabilă (diaree); scăderea treptată a tensiunii arteriale, slăbiciune generală, scăderea temperaturii corpului; o scădere bruscă a tensiunii arteriale, deprimarea activității sistemului nervos central, hipotermie profundă (sub 35 ° C). Simptomele leziunii sunt identice pentru orice cale de intrare a exotoxinei în organism (inhalatorie, subcutanată, orală). [14,15].
O exotoxină sub formă de pulbere (produsă de Staphylococcus aureus tip B) poate fi utilizată în scopuri militare și teroriste pentru a incapacita temporar forța de muncă pentru o zi sau mai mult [8].
Micotoxinele (din greacă μύκης, mykes, mukos - „ciupercă”; τοξικόν, toxikon - „otravă”) sunt metaboliți toxici ai ciupercilor microscopice (mucegaiuri) eliberați de aceștia în mediul extern. Se dezvoltă pe plante, în sol, produse alimentare, precum și pe medii nutritive în condiții de cultivare artificială. În prezent, se știe că aproximativ 250 de specii de diverse ciuperci microscopice produc peste 100 de metaboliți toxici [8, 15]. Consumul de făină care conține alcaloizi de ergot de secară a dus la deteriorarea gravă a organismului, ceea ce era de natură a unei epidemii. Aproape toate plantele pot servi ca substraturi pentru creșterea și formarea ulterioară a micotoxinelor. Acest lucru creează posibilitatea contaminării mediului, care poate duce la rănirea oamenilor. Micotoxinele prezintă interes în scopuri militare [8]. Principalele tipuri de micotoxine cele mai comune și active sunt: cumarinele substituite (aflatoxine, ochratoxine); tricotecene; alcaloizi (derivați ai acidului lisergic); derivați de piran (citrinină, patulină) [8].
Aflatoxinele sunt produse de ciupercile patogene din genul Aspergillus. Substraturile naturale ale acestor ciuperci sunt arahide, porumb, alte cereale și leguminoase, semințele de bumbac, diverse nuci, unele fructe și legume. Aflatoxinele sunt derivate chimic din cumarine sau furocumarine substituite. Aflatoxinele sunt substanțe cristaline cu un punct de topire peste 200 °C. Practic, acestea nu vor fi distruse în timpul prelucrării tehnologice sau culinare obișnuite a produselor alimentare contaminate [8]. DL 50 a aflatoxinelor pentru diferite animale variază de la 0,3 la 18 mg/kg (pe cale orală). Au efecte hepatotrope, cancerigene, mutagene, teratogene și imunosupresoare [8].
Ocratoxinele A, B și C sunt izocumarine legate printr-o legătură peptidică la L-fenilalanină. Mai întâi izolat în Africa de Sud. Au efecte nefrotoxice, teratogene și cancerigene. În acțiune acută sunt afectate tractul gastrointestinal și ficatul. DL 50 pentru diferite animale variază de la 3 la 13 mg/kg (oral) [8].
În prezent, sunt cunoscute peste 40 de micotoxine tricotecene (ai căror producători sunt în principal ciuperci microscopice din genul Fusarium). Trichotecenele naturale sunt substanțe cristaline incolore cu puncte de topire de 130–230 °C. DL50 a toxinei T-2 pentru șoareci este de 5,2 mg/kg (IM), 7,0 mg/kg (oral) . Trichotecenele nu sunt toxine cu acțiune rapidă. Când se administrează șobolanilor o doză letală de toxină T-2, moartea are loc după 8 ore, iar primele semne de deteriorare sunt observate după 6 ore. Micotoxinele tricotecene afectează toate organele și sistemele corpului, au efecte teratogene și cancerigene. Cel mai afectat este sistemul nervos central. Simptome de intoxicație acută: diaree, greață, vărsături, scăderea temperaturii corpului, scăderea activității motorii. O zi mai târziu, se instalează o stare asemănătoare cu starea după o intoxicație severă. Cu utilizarea prelungită a așa-numitei „pâini beate” (fabricată din cereale afectate de micotoxine), oamenii se confruntă cu epuizare, pierderea vederii și tulburări mentale. La animale, simptomele caracteristice ale otrăvirii sunt refuzul de a se hrăni (în special la porci și cai), excitabilitatea crescută, urmată de slăbiciune și inhibarea reflexelor [8].
Otrăvirea cu micotoxine produse de ciuperca Claviceps purpurea, care contaminează produsele cerealiere, este cea mai veche micotoxicoză umană și animală cunoscută. Claviceps purpurea infectează multe (mai mult de 150 de specii) cereale sălbatice și cultivate, inclusiv secară, orz, ovăz și grâu. Aceste micotoxine sunt în principal derivați ai acidului lisergic (aproximativ 30 de compuși). Forma clinică convulsivă este însoțită de sindrom convulsiv și diaree. Odată cu forma cangrenoasă, se dezvoltă gangrena uscată, respingerea țesuturilor moi și adesea membre întregi (adesea cele inferioare) în locurile articulațiilor articulare. Toxicitatea variază și atinge DL 50 a ergotoxinelor este de 40 mg/kg (ip, șoareci) [8].
Citrinina a fost izolată pentru prima dată dintr-o cultură de Penicillum citrinum în 1931. O substanță cristalină galbenă cu un punct de topire de 170–171 °C. Citrina este adesea găsită ca un contaminant natural al materiilor prime alimentare și al furajelor (grâu, orz, ovăz, secară, alune, făină de porumb). Citrinina are un efect nefrotoxic pronunțat. Patulin a fost mai întâi izolat dintr-o cultură de Penicillum patilum. Foarte toxic, mutagen și cancerigen. Ciupercile producătoare de patulină afectează în principal fructele (cel mai des sunt afectate merele) și unele legume. Intoxicația este însoțită de leziuni ale tractului gastrointestinal, plămânilor, ficatului, rinichilor și splinei. LD 50 patulina pentru șoareci este de 10-15 mg/kg (injecție subcutanată) [8].
Există un număr mare de specii diferite de plante care conțin toxine cu toxicocinetică și toxicodinamică diferite. Otrăvurile plantelor includ alcaloizi și glicozide , precum și un număr mare de tipuri diferite de compuși chimici (de la cei simpli - HCN sau FCH2COOH - la proteine și peptide). Multe dintre ele sunt folosite pentru fabricarea medicamentelor, cu toate acestea, există posibilitatea utilizării unui număr de toxine în scopuri militare [1,5,6].
Ricina este o toxoalbumină de origine vegetală. Conținut în coaja semințelor de ricin (0,1%). Tortul rămas după producerea uleiului de ricin conține 3% ricină. Dozele letale de ricină pentru diferite animale variază de la 1 la 100 µg/kg [3,4,8]. Ricina este compusă din 18 aminoacizi care formează două lanțuri polipeptidice. Ele sunt legate între ele printr-un inel piridinic. Mecanismul de acțiune este asociat cu distrugerea moleculei de toxină din interiorul celulei și eliberarea lanțului A care afectează ribozomii (subunități 60-S), funcția informațională, ARN de transfer, ARN sintetazei aminoacil-transport, factori proteici. implicate în sinteza lanțului polipeptidic, precum și în finalizarea acestui proces. Ricina blochează alungirea lanțurilor polipeptidice formate pe ribozomi, ceea ce duce la o încălcare a sintezei proteinelor în celulă care duce la moartea acesteia [4]. La 18-24 de ore de la intrarea ricinei în organism, apare enterocolita hemoragică , apoi apar slăbiciune, febră, tulburări de acuitate vizuală, convulsii. În a doua sau a treia zi, se dezvoltă o stare paralitică și apare moartea. Otrava este capabilă să provoace aglutinarea eritrocitelor, ceea ce duce la întreruperea microcirculației în diferite organe [3,4,8].
Abrin este o proteină extrem de toxică găsită în semințele de lemn dulce din India. Este puțin mai toxic decât ricina, dar mult mai puțin disponibil [8].
Arrow poison curare , obținut de indienii din America de Sud din scoarța de Chondodendron tomentosum, este precursorul armelor mixte moderne. Provoacă paralizia mușchilor scheletici, disfuncția analizatoarelor vizuale și auditive. Compușii pe bază de otravă de curare sunt folosiți pe scară largă în medicină, pentru prinderea animalelor sălbatice și pot fi utilizați în scopuri militare [5,8].
Aconitina este un alcaloid extras din planta luptătorului albastru (Aconite). Prizonierii din lagărele de concentrare din Germania nazistă, care au fost răniți de gloanțe aconitine, au murit în două ore din cauza unei intoxicații severe de tip nervos paralitic [16].
Toxinele de origine vegetală care pot fi utilizate în scopuri militare includ stricnina , brucina , bibuculina , picrotoxina [8].
Cerberul (Cerbera odollam) din familia kutrovye (Apocynaceae) este o plantă destul de comună, a cărei patrie este considerată India. Cu toate acestea, crește și în Vietnam, Cambodgia, Sri Lanka, Myanmar și pe insulele tropicale din Oceanul Pacific. În India, Cerbera odollam se numește othalanga maram (othalanga maram) sau în tamilă kattu arali (kattu arali). În est, aria sa este limitată la Polinezia Franceză. Toate părțile Cerbera odollam sunt foarte toxice, totuși, cea mai mare cantitate de toxină se găsește în uleiul de semințe. Uleiul de semințe conține alcaloidul cerberină, care este similară ca structură cu digoxina, o toxină a digitalicei (digitalis), precum și glicozidul cerberozid. Aceste otrăvuri inhibă Na+/K+-ATPaza celulară prin interacțiunea cu subunitatea alfa a enzimei. Acumularea ionilor de sodiu în interiorul celulei duce la o creștere a calciului intracelular. Cerberina și cerberozidul provoacă o încetinire treptată a bătăilor inimii până la oprirea completă. Moartea are loc la 3-4 ore după ce otrava intră în organism. Cea mai activă toxină este cerberina. Mai mult, dacă nu se știa despre utilizarea Cerberusului de către victime, este practic imposibil să se determine cauza stopului cardiac [17].