Реферат: Механизм действия отравляющих веществ на основе фосфорорганических соединений. Способы определения и защиты

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.

В зависимости от метода активность фермента определяют по разным критериям. В классическом манометрическом способе мерой активности фермента является количество выделяющейся двуокиси углерода.

Для определения активности холинэстеразы разработано много способов. Надёжные результаты дают методы, основанные на определении количества образующегося продукта, в которых соблюдается линейная зависимость между активностью фермента и количеством образующегося продукта.

Электрохимические методы.

В этих методах изменение pH, вызываемое выделяющейся кислотой, измеряется по истечении определённого времени pH-метром. При этом используется специально разработанный Михелем буфер с исходным pH 8,0, буферные свойства которого обеспечивают линейную зависимость между активностью фермента и изменением pH. Другим преимуществом метода является возможность паралельно проводить измерения в нескольких пробах. По полученным изменениям pH можно определить число микромолей разложившегося ацетилхолина. Для этого прибавляют стандартный раствор кислоты к смеси буфер – фермент и измеряют уменьшение значения pH при определённых количествах кислоты, используя эти величины, строят калибровочную кривую, по которой устанавливают количество разложившегося субстрата.

Колориметрические методы с использованием pH – метра. Пробу, содержащую фермент, смешивают с субстратом и соответствующим индикатором и определяют время, в течении которого окраска пробы становится одинаковой с окраской эталона.

Методы с использованием субстрат-индикаторной бумаги.

Эти методы, являющиеся модификацией колориметрического метода, основаны на использовании индикаторной бумаги и применяются для быстрого клинического определения АХЭ и ХЭ.

Способы защиты

Проблема изыскания эффективных средств для лечения интоксикаций ФОС относится к важным задачам современной эксперементальной терапии и фармакологии.

Антидотная терапия.

При изыскании антидотов ФОС используется принцип антагонистических отношений между ядом и противоядием в действии на холинэргические структуры организма и холинэстеразу. В соответствии с этим работы ведутся в направлении изыскания средств:

Блокирующих холинореактивные системы организма (холинолитики);

Восстанавливающих активность холинэстеразы (реактиваторов холинэстеразы).

Холинолитические средства. Первым средством, предложенным для антидотной терапии отравлений ФОС, был атропин. В результате исследований многих авторов было установлено, что, как и следовало ожидать, атропин является антагонистом ФОС в их действии на М-холинореактивные системы организма. Внутривенное или внутримышечное введение атропина в дозе 2мг/кг и более за несколько минут до отравления оказывает выраженное защитное действие.

Для проявления своей антидотной активности в максимальной степени холинолитик должен обладать выраженным центральным действием. Однако, в некоторых случаях это центральное действие не совсем необходимо.

Выбор антидота должен основываться на типе воздействия ФОС. Если оно центрального действия, то и антидот должен принадлежать к группе центральных холинолитиков и наоборот.

Реактиваторы холинэстеразы.

Выше отмечалось, что многие нуклеофильные реагенты обладают способностью реактивировать холинэстеразу, угнетенную ФОС. Естественно, что вскоре после этого возникла мысль, что они могут использоваться как антидоты при поражении ФОС. Основанием для такого предположения послужили данные, согласно которым реактиваторы холинэстеразы восстанавливают не только активность фермента, но и функцию органа, нарушенную в результате воздействия ФОС.

Очень небольшой, но достоверный антидотный эффект был продемонстрирован для никотингидроксамовой кислоты при отравлении мышей зарином. В дальнейшем было установлено, что оксимы являются значительно более эффективными реактиваторами холинэстеразы, чем гидроксамовые кислоты. Поэтому все исследования антидотных свойств реактиваторов, выполненные в последнее время, относятся в большинстве своём к оксимам.

Уже первые работы показали, что антидотный эффект оксимов в очень большой степени зависит от характера применённого яда и от вида подопытного животного.

Кроме того, оксимы способны быстро реагировать с ФОС, образуя нетоксичные продукты гидролиза. Именно эта способность разрушать ФОС до того, как они проявят своё действие, и объясняет профилактический эффект оксимов.

Оценивая оба направления в изыскании антидотов ФОС, первое из которых сводится к нейтрализации действия ацетилхолина или самих ФОС на эффекторные холинэргические клетки, а второе состоит в восстановлении активности холинэстеразы, необходимо указать на целесообразность дальнейших исследований в области комбинированного использования обоих путей.

Патогенетическая и симптоматическая терапия.

Исследования по эксперементальной терапии отравлений ФОС не ограничиваются применением антидотов. Большое значение придаётся искусственному дыханию.

Несмотря на большое разнообразие симптомов отравления ФОС и вовлечения в патологический процесс различных функциональных систем, вся картина интоксикации протекает под знаком превалирования дыхательных расстройств, которые и являются непосредственной причиной смерти.

Многочисленными опытами на животных было установлено, что под искусственным дыханием они переносят отравление несколькими смертельными дозами ФОС, а в случае введения антидота количество переносимых смертельных доз возрастает.

В итоге исследований по эксперементальной терапии тяжёлых отравлений ФОС наиболее обоснованным следует считать комбинированное лечение, состоящее в раннем применении искусственного дыхания совестно со своевременным введением пострадавшему антидота и назначением средств патогенетической и симптоматической терапии по показаниям.

Симптоматическая терапия. При разработке способов симптоматической терапии интоксикации ФОС следует учитывать возможность повышения чувствительности организма к некоторым лекарственным препаратам.

Первая помощь при отравлениях ФОС

Первая помощь может иметь разнообразный характер и зависит от ОВ, которое вызвало поражение. Однако существует одно общее правило, которое надо соблюдать при поражении любым ОВ: необходимо немедленно надеть на пораженного противогаз и вывести (вынести) его из зараженной зоны.

Для оказания пораженному первой помощи на него одевают противогаз и вводят с помощью шприц - тюбика или путем приема таблетки противоядие. При попадании ХВ нервно - паралитического действия на кожу или одежду пораженные места обрабатываются жидкостью из индивидуального противохимического пакета.

 Для разложения жидких ФОВ на кожных покровах и поверхностях мелких предметов существуют индивидуальные противохимические пакеты, которые необходимо использовать как можно быстрее: обработка участков тела через 2 мин после попадания на них ОВ обеспечивает безопасность в 80% случаев, через 5 мин — в 30% случаев, а через 10 мин она уже практически неэффективна. При появлении первых признаков поражения ФОВ необходимо самостоятельно или с посторонней помощью ввести подкожно или внутримышечно раствор лекарственного средства (атропин, афин, будаксим) из шприц-тюбика одноразового или многократного использования. Содержимое шприц-тюбика, введенное не позднее чем через 10 мин. после поражения, способно нейтрализовать по крайней мере одну смертельную дозу отравляющего вещества. В случае необходимости пораженному следует сделать искусственное дыхание и направить его в лечебное учреждение для оказания врачебной помощи.

Заключение

Российское химическое оружие хранится на семи объектах, шесть из которых расположены к западу и один - к востоку от Уральских гор. Пять из этих площадок являются объектами хранения смертоносных фосфорорганических отравляющих веществ (т.е. отравляющих веществ нервно-паралитического действия), таких как зарин, зоман и VX (около 32 500 метрических тонн или 80% общих запасов химического оружия в России). На двух других хранятся отравляющие вещества кожно-нарывного действия, такие как иприт, люизит и смесь иприта и люизита (порядка 5 500 метрических тонн или 20 % общих запасов). В то время, как большая часть отравляющих веществ нервно-паралитического действия остаются в корпусах боеприпасов - артиллерийских снарядах, ракетах и ракетных боеголовках, авиабомбах и выливных приборах, отравляющие вещества кожно-нарывного действия хранятся в наливных емкостях.

После 1-й мировой войны неоднократно делались попытки запрещения химических и бактериологических средств ведения войны. Первым международно-правовым актом, запрещающим применение этих средств, является женевский протокол.

Женевский протокол о запрещении на войне удушливых, ядовитых или других подобных газов и бактериологических средств (1925), основное международное соглашение, касающееся запрещения химической и бактериологической войны. Государства — участники Ж. п. подтвердили, что они признают запрещение применения химического оружия и соглашаются распространить это запрещение на бактериологические средства ведения войны.

На 1 января 1972 Ж. п. подписали и ратифицировали 29 государств, 36 государств подписали протокол или присоединились к протоколу, не ратифицировав его.

СССР ратифицировал Женевский протокол в 1928, сделав при подписании его две оговорки: а) протокол обязывает правительство СССР только по отношению к государствам, которые его подписали и ратифицировали или к нему окончательно присоединились; б) протокол перестанет быть обязательным для правительства СССР в отношении всякого неприятельского государства, вооруженные силы которого, а также его формальные или фактические союзники не будут считаться с воспрещением, составляющим предмет этого протокола. Действие Ж. п. не ограничено во времени: государства, подписавшие его, обязались приложить все усилия для того, чтобы побудить др. страны присоединиться к протоколу.