Toksinologi er en videnskab, der studerer egenskaberne af gifte af animalsk, plante- og mikrobiel oprindelse og den toksiske proces forårsaget af deres forgiftning. Det kan betragtes som en del af toksikologi , såvel som en tværfaglig videnskab [11]. Modtagelse, distribution, metabolisme i kroppen såvel som virkningsmekanismen for nogle toksiner såvel som eksisterende og mulige metoder til deres anvendelse studeres af militær toksikologi, da disse giftstoffer kan bruges som kemiske og biologiske våben ( botulinum toksin osv.), samt giftige stoffer til sabotage- og terrorformål [2,3,4,8]. Samtidig er naturlige giftstoffer ( toksiner ) meget brugt i medicin [9].
Zootoksikologi, fytotoksinologi, toksinologi af mikroorganismer er hovedsektionerne (komponenterne) af toksinologien, der studerer den toksiske proces på grund af nederlaget for dyr, planter og patogener af infektionssygdomme med gifte ( toksiner ), henholdsvis den kemiske natur af disse gifte , deres toksikokinetik og toksikodynamik [11]. Toksinbaserede biologiske våben er masseødelæggelsesvåben og er forbudt i henhold til Genève-protokollen fra 1925 [1] .
Zootoksinologi studerer toksiners egenskaber samt toksikokinetikken og toksikodynamikken af giftstoffer fra protozoer (Protozoer), svampe (Spongia), coelenterater (Coelenterata), orme (Vermes), bløddyr (Mollusca), arachnider (Arachnida), insekter (Insekter). ), tusindben (Myriapoda), pighuder (Echinodermata), fisk (Fiske), cyclostomer (Cyclostomata), padder (Amfibier), krybdyr (Reptilia), pattedyr (Mammalia) [11].
Af størst interesse for toksikologer (specialister involveret i toksinologi) er tetrodotoxin , saxitoxin , palytoxin , batrachotoxin , slangegift [3,8]. Tetrodotoxin findes i kønskirtlerne hos havfisk (fugu, pufferfish, puffer fish) og organer fra en række andre dyr. Saxitoxin findes i høje koncentrationer i de marine snegle Sacidomus giganteus og andre, som modtager det sammen med plankton, som indeholder den encellede flagellat Dinoflagelata. Palitoxin isoleret fra koralpolypper Palythoa caribaerum. Batrachotoxin findes i hudkirtlerne hos nogle arter af pilgiftsfrøer fra slægten bladklatrere, hos nogle fugle på New Guinea) [2,8,10,11]. LD 50 af disse toksiner varierer fra 0,15 til 8 µg/kg for gnavere. Disse giftstoffer forstyrrer bevægelsen af ioner i synaptiske membraner [2,3,8,11]. Således øger palytoksin kraftigt frigivelsen af kationer fra axonale og postsynaptiske membraner. Denne gift har en krampagtig effekt, som erstattes af en paralytisk tilstand [2,11,12]. Tetrodotoxin og saxitoxin blokerer frigivelsen af kationer fra ionkanalerne i synaptiske membraner. I tilfælde af forgiftning med disse toksiner udvikles lammelse af de tværstribede muskler uden konvulsivt syndrom [2,8,12]. Slangegifte har curare-lignende (for eksempel bungarotoksiner fra slangen Bungarus multicinctus fra aspidfamilien), hæmatovasotoksiske og andre virkninger [2,13].
Giftstoffer af mikrobiel oprindelse omfatter toksiner fra næsten alle patogene mikroorganismer: patogene clostridier, som forårsager anaerob infektion af blødt væv i lemmer, krop, menneskelig hjerne, såvel som andre infektionssygdomme hos mennesker og dyr (ε-toksin - Clostridium perfringens, β -toksin og leukocidin - Clostridium perfringens, exotoxin - Clostridium oedematoides), forårsagende stoffer til listerellose (Listeria monocytogenes toksin), difteri, enterocolitis (enterotoksin A), lungebetændelse (Streptococcus pneumoniae), koleratoksin (7,1), osv. ,15].
Exotoksiner fra botulinumbakterier (Clostridium botulinum) af forskellige stammer er blandinger af to bipolymerer - neurotropisk α-toksin (polypeptid) og hæmagglutinerende α-toksin (glykoprotein). Neurotrope komponenter kaldes botulinumtoksiner. I øjeblikket kendes syv typer af botulinumtoksiner (A, B, C, D, E, F, G), som er en del af eksotoksinerne fra botulinumbakterier af forskellige stammer. Botulinumtoksiner af alle typer ligner hinanden med hensyn til arten af den skadelige virkning på pattedyrsorganismen, selvom de adskiller sig noget indbyrdes i primære strukturer, graden af toksisk virkning og immunogene egenskaber. For mennesker er botulinumtoksiner af type A, B, E og F særligt farlige, hvoraf botulinumtoksin type A er karakteriseret ved den største toksicitet Krystallinsk neurotropisk α-toksin type A, isoleret i form af farveløse nåle, er en to. -domænekugle med en molekylvægt på omkring 150 tusind Da indeholdende op til 1500 aminosyrerester. Toksiciteten af botulinumtoksin skyldes virkningen af to domæner (A og B), som er forbundet med hinanden via en disulfidbro. Botulinumtoksin blokerer frigivelsen (frigivelse, frigivelse) af neurotransmitteren i den synaptiske kløft, som et resultat af hvilken interneuronal (neuromuskulær) transmission afbrydes. Der er en lammende effekt. Botulinumtoksiner udviser egenskaberne af perifere og centrale muskelafslappende midler [14,15]. LD 50 af botulinumtoksin er 5×10 −6 mg/kg (mus, subkutant), for mennesker er LD 50 5×10 −5 mg/kg (oral) [8]. I 1975 blev botulinumtoksin type A adopteret af den amerikanske hær under kodenavnet "XR agent" [3,4,8]. På trods af toksinets biologiske natur refererer "XR-middel" til en komponent af kemiske (i stedet for biologiske) våben [2,3,4]. Kan bruges som et element i masseødelæggelsesvåben af lande, der ikke har underskrevet 1993 -konventionen om forbud mod udvikling, produktion, oplagring og brug af kemiske våben og om deres ødelæggelse ,
Eksotoksiner fra tetanusbacillus (Clostridium tetani) er blandinger af to biopolymerer: neurotropisk tetanospasmin (som forårsager kramper af central oprindelse) og hæmatotrop tetanolysin (som ødelægger erytrocytmembraner). Tetanospasmin blev opnået i en amorf og krystallinsk tilstand. Det er en to-domæne kugle med 1279 aminosyrerester. Domænerne (A og B) er forbundet med hinanden via en enkelt disulfidbro. B-domænet sørger for transport af toksinet i kroppen, "genkendelse" af biotarget (præsynaptiske membraner af inhiberende neuroner i rygmarven og hjernestammen) og efterfølgende modtagelse på specifikke steder af denne membran. Den største fare er tetanospasmin, hvis virkning forklarer de skadelige virkninger af stivkrampe, forårsaget både af eksotoksinet selv og af bakterierne, der producerer det [8,14,15]. LD 50 af tetanospasmin er 5×10 −6 mg/kg (mus, subkutant), LD 50 for mennesker er 3,4×10 −3 mg/kg (oral). Når mus injiceres subkutant med én LD 50 , sker døden i løbet af 3-4 dage, med 500 LD 50 - inden for 1 dag [8].
Staphylococcus exotoxiner er blandinger af biopolymerer. Evnen til at forårsage forgiftning (skadelig evne, når den bruges til militære formål) af stafylokokkeksotoksiner er forbundet med tilstedeværelsen af enterotoksiner i deres sammensætning (græsk enteros - tarm), hvilket forårsager gastrointestinal forgiftning hos de berørte (forgiftede), hvilket fører til midlertidig invaliditet af mandskab. De mest aktive er stafylokokkenterotoksiner produceret af Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) af forskellige stammer (A, B, C1, C2, D, E, F). Disse bakterier er vidt udbredt i naturen og er resistente aerobe. Med stafylokokkforgiftning i fødevarer skyldes toxicodikamika af exotoksiner virkningen af hæmolysiner, som forårsager lysis af erytrocytmembraner; exfoliatiner, som bidrager til ødelæggelsen af kugleformede proteiner i den intercellulære væske; enterotoksiner, der selektivt forstyrrer permeabiliteten af væggene i blodkapillærerne, der trænger ind i tyndtarmens epitel, mens de samtidig stimulerer hjernens emetiske center (ansvarlig for gag-reflekser). Den latente periode er 0,5-6 timer, hvorefter følgende symptomer på læsionen viser sig: smerter i underlivet, overdreven spytsekretion, kvalme, opkastning, ukontrollerbar blodig diarré (diarré); gradvist fald i blodtryk, generel svaghed, fald i kropstemperatur; et kraftigt fald i blodtrykket, depression af centralnervesystemets aktivitet, dyb hypotermi (under 35 ° C). Symptomerne på læsionen er identiske for enhver vej for eksotoksinindtrængning i kroppen (inhalation, subkutan, oral). [14,15].
Et eksotoksin i form af et pulver (fremstillet af Staphylococcus aureus type B) kan bruges i militære og terroristiske formål til midlertidigt at udelukke mandskab i en dag eller mere [8].
Mykotoksiner (fra græsk μύκης, mykes, mukos - "svamp"; τοξικόν, toksikon - "gift") er giftige metabolitter af mikroskopiske svampe (skimmel) frigivet af dem til det ydre miljø. De udvikler sig på planter, i jord, fødevarer, såvel som på næringsmedier under kunstig dyrkning. I øjeblikket er omkring 250 arter af forskellige mikroskopiske svampe kendt for at producere mere end 100 toksiske metabolitter [8, 15]. At spise mel indeholdende rugmælk-alkaloider førte til alvorlige skader på kroppen, som havde karakter af en epidemi. Næsten alle planter kan tjene som substrater for vækst og efterfølgende dannelse af mykotoksiner. Dette skaber mulighed for forurening af miljøet, hvilket kan føre til skader på mennesker. Mykotoksiner er af interesse til militære formål [8]. Hovedtyperne af de mest almindelige og aktive mykotoksiner er: substituerede coumariner (aflatoksiner, ochratoksiner); trichothecener; alkaloider (derivater af lyserginsyre); pyranderivater (citrinin, patulin) [8].
Aflatoksiner produceres af patogene svampe af slægten Aspergillus. De naturlige substrater for disse svampe er jordnødder, majs, andre korn og bælgfrugter, bomuldsfrø, forskellige nødder, nogle frugter og grøntsager. Aflatoksiner er kemisk afledt af substituerede coumariner eller furocoumariner. Aflatoksiner er krystallinske stoffer med et smeltepunkt over 200 °C. De vil praktisk talt ikke blive ødelagt under den sædvanlige teknologiske eller kulinariske forarbejdning af kontaminerede fødevarer [8]. LD 50 for aflatoksiner for forskellige dyr varierer fra 0,3 til 18 mg/kg (oralt). De har hepatotropiske, kræftfremkaldende, mutagene, teratogene og immunsuppressive virkninger [8].
Ochratoksiner A, B og C er isocoumariner forbundet med en peptidbinding til L-phenylalanin. Først isoleret i Sydafrika. De har nefrotoksiske, teratogene og kræftfremkaldende virkninger. Ved akut handling påvirkes mave-tarmkanalen og leveren. LD 50 for forskellige dyr varierer fra 3 til 13 mg/kg (oral) [8].
I øjeblikket er mere end 40 trichothecene mykotoksiner kendt (hvis producenterne hovedsageligt er mikroskopiske svampe af slægten Fusarium). Naturlige trichothecener er farveløse krystallinske stoffer med smeltepunkter på 130-230 °C. LD50 for T-2-toksin til mus er 5,2 mg/kg (IM), 7,0 mg/kg (oral). Trichothecener er ikke hurtigtvirkende toksiner. Når en dødelig dosis af T-2-toksin administreres til rotter, sker døden efter 8 timer, og de første tegn på skade observeres efter 6 timer. Trichothecene mykotoksiner påvirker alle organer og systemer i kroppen, har teratogene og kræftfremkaldende virkninger. Centralnervesystemet er mest påvirket. Symptomer på akut forgiftning: diarré, kvalme, opkastning, fald i kropstemperatur, nedsat motorisk aktivitet. Et døgn senere indtræder en tilstand, der ligner tilstanden efter alvorlig beruselse. Ved længere tids brug af det såkaldte "drukbrød" (lavet af korn påvirket af mykotoksiner) oplever folk udmattelse, synstab og psykiske lidelser. Hos dyr er de karakteristiske symptomer på forgiftning fodervægring (især hos grise og heste), øget excitabilitet efterfulgt af svaghed og hæmning af reflekser [8].
Forgiftning med mykotoksiner produceret af svampen Claviceps purpurea, som forurener kornprodukter, er den ældste kendte mykotoksikose hos mennesker og dyr. Claviceps purpurea inficerer mange (mere end 150 arter) vilde og dyrkede kornsorter, herunder rug, byg, havre og hvede. Disse mykotoksiner er hovedsageligt derivater af lyserginsyre (ca. 30 forbindelser). Den konvulsive kliniske form er ledsaget af konvulsivt syndrom og diarré. Med den gangrenøse form udvikles tør koldbrand, afstødning af blødt væv og ofte hele lemmer (ofte nederste) på steder med ledled. Toksiciteten varierer og når LD 50 for ergotoksiner er 40 mg/kg (ip, mus) [8].
Citrinin blev først isoleret fra en kultur af Penicillum citrinum i 1931. Et gult krystallinsk stof med et smeltepunkt på 170-171 °C. Citrinin findes ofte som en naturlig forurening af fødevarers råvarer og foder (hvede, byg, havre, rug, jordnødder, majsmel). Citrinin har en udtalt nefrotoksisk virkning. Patulin blev først isoleret fra en kultur af Penicillum patilum. Meget giftig, mutagen og kræftfremkaldende. Patulin-producerende svampe påvirker hovedsageligt frugt (æbler er oftest ramt) og nogle grøntsager. Forgiftning er ledsaget af skader på mave-tarmkanalen, lunger, lever, nyrer og milt. LD 50 patulin til mus er 10-15 mg/kg (subkutan injektion) [8].
Der er et stort antal forskellige plantearter, der indeholder toksiner med forskellig toksikokinetik og toksikodynamik. Plantegifte omfatter alkaloider og glykosider samt en lang række forskellige typer kemiske forbindelser (fra simple - HCN eller FCH2COOH - til proteiner og peptider). Mange af dem bruges til fremstilling af medicin, dog er der mulighed for at bruge en række toksiner til militære formål [1,5,6].
Ricin er et toxoalbumin af planteoprindelse. Indeholdt i skallen af ricinusfrø (0,1%). Den kage, der er tilbage efter fremstillingen af ricinusolie, indeholder 3% ricin. Dødelige doser af ricin til forskellige dyr varierer fra 1 til 100 µg/kg [3,4,8]. Ricin er sammensat af 18 aminosyrer, der danner to polypeptidkæder. De er forbundet med hinanden gennem en pyridinring. Virkningsmekanismen er forbundet med ødelæggelsen af toksinmolekylet inde i cellen og frigivelsen af A-kæden, der påvirker ribosomer (60-S underenheder), funktionen af informations-, transfer-RNA, aminoacyl-transport-RNA-syntetase, proteinfaktorer involveret i syntesen af polypeptidkæden, såvel som i fuldførelsen af denne proces. Ricin blokerer forlængelsen af polypeptidkæder dannet på ribosomer, hvilket resulterer i en krænkelse af proteinsyntesen i cellen fører til dens død [4]. 18-24 timer efter , at ricin kommer ind i kroppen, opstår hæmoragisk enterocolitis , derefter opstår svaghed, feber, synsstyrkeforstyrrelser, kramper. På den anden eller tredje dag udvikles en paralytisk tilstand, og døden indtræffer. Giften er i stand til at forårsage erytrocytagglutination, hvilket fører til forstyrrelse af mikrocirkulationen i forskellige organer [3,4,8].
Abrin er et meget giftigt protein, der findes i indiske lakridsfrø. Det er lidt mere giftigt end ricin, men meget mindre tilgængeligt [8].
Arrow poison curare , opnået af sydamerikanske indianere fra barken af Chondodendron tomentosum, er forløberen for moderne blandede våben. Forårsager lammelse af skeletmuskler, dysfunktion af visuelle og auditive analysatorer. Forbindelser baseret på curare-gift bruges i vid udstrækning i medicin, til at fange vilde dyr og kan bruges til militære formål [5,8].
Aconitine er et alkaloid udvundet af den blå wrestler-plante (Aconite). Koncentrationslejrfanger fra Nazityskland, som blev såret af akonitinkugler, døde inden for to timer af alvorlig forgiftning af den nervelammende type [16].
Toksiner af vegetabilsk oprindelse, der kan bruges til militære formål, omfatter stryknin , brucin , bibuculin , picrotoxin [8].
Cerberus (Cerbera odollam) fra kutrovye-familien (Apocynaceae) er en ret almindelig plante, hvis hjemland anses for at være Indien. Den vokser dog også i Vietnam, Cambodja, Sri Lanka, Myanmar og på de tropiske øer i Stillehavet. I Indien kaldes Cerbera odollam othalanga maram (othalanga maram) eller på tamilsk kattu arali (kattu arali). I øst er dens rækkevidde begrænset til Fransk Polynesien. Alle dele af Cerbera odollam er meget giftige, dog findes den største mængde af toksinet i frøolien. Frøolie indeholder alkaloidet cerberin, som i struktur ligner digoxin, et toksin fra digitalis (digitalis), samt glycosidet cerberosid. Disse giftstoffer hæmmer den cellulære Na+/K+ -ATPase ved at interagere med enzymets alfa-underenhed. Ophobningen af natriumioner inde i cellen fører til en stigning i intracellulært calcium. Cerberin og cerberosid forårsager en gradvis opbremsning af hjertebanken, indtil den stopper fuldstændigt. Døden indtræffer 3-4 timer efter, at giften kommer ind i kroppen. Det mest aktive toksin er cerberin. Desuden, hvis det ikke var kendt om ofrenes brug af Cerberus, er det praktisk talt umuligt at fastslå årsagen til hjertestop [17].