Нервно-паралитического действия

Открытие механизма действия фосфорорганических соединений (ФОС) стало возможным благодаря одному из величайших достижений биологической науки нашего века - выяснению химической природы передачи нервного возбуждения. За открытие роли медиатора Нобелевская премия в области физиологии (1936 г.) была присуждена Г. Дейлу и О. Леви. Представления о механизме действия ФОС теснейшим образом связаны с современными достижениями в области изучения строения и функции белков, особенно ферментов типа эстераз, кинетики ферментативных процессов, с успехами электрофизиологии и электронной микроскопии.

Поскольку клиническая картина поражения ФОВ носит своеобразный характер, напоминающий действие антихолинэстерзных веществ, и сопровождается значительным снижением ХЭ-активности крови, органов и тканей, широкое распространение получила "антихолинэстеразная" теория, так как с АХЭ связано функционирование холинергитических синапсов, то следует говорить о синаптическом действии нервно-паралитических ядов.

Для обоснования антихолинэстеразной теории механизма действия ФОВ необходимо вспомнить процесс химической передачи нервного импульса.

Процесс медиации начинается с поступления холина в нервные окончания для синтеза ацетилхолина (АХ). Вторым компонентом синтеза АХ является уксусная кислота, образующаяся в митохондриях в виде ацетил-СоА. Перенос его на холин катализируется ферментом холинацетилазой. Синтезированный АХ накапливается в синаптических везикулах, связываясь с белком-везикулином. Причем, АХ, депонированный в везикулах, находится в разной степени готовности к освобождению: готовый к "выходу" – нахо-дится в везикулах вблизи пресинаптическоймембраны, далее - непрочно свя-занный, но не готовый к выходуи, наконец, не готовый к выходу, прочно связанный АХ.

Под действием нервного импульса увеличивается проницаемость пресинаптической мембраны (за счет вхождения в ее толщу Са⁺²), АХ выходит в синаптическую щель и взаимодействует со специализированными белковыми комплексами постсинаптической мембраны - холинорецепторами (ХР).

По предложению отечественного фармаколога С.В. Аничкова в соответствии с избирательной чувствительностью все ХР делятся на М - (мускарино-) и Н - (никотино-) рецепторы. М-ХР расположены на постсинаптической мембране всех постганглионарных парасимпатических нервов, синаптических нервах потовых желез, Н-ХР находятся на постсинаптической мембране скелетных мышц, нейронах спинного и головного мозга, в каротидном клубочке, хромафинных клетках мозгового вещества надпочечников, а также в нервных окончаниях всех холинэргических нервов. АХ вызывает перестройку структуры ХР, через которые проникают ионы. После передачи таким образом нервного импульса АХ гидролизуется ацетилхолинэстеразой (АХЭ), находящейся в синаптической щели.

Взаимодействие АХ с ХР и АХЭ возможно лишь потому, что молекула медиатора включает реакционноспособные центры, группы: катионную (четвертичный атом азота с метильными радикалами) и сложноэфирную (эфирный кислород и карбонильные углерод и кислород). Катионная группа является носителем положительного заряда (распределенного между метильными радикалами). Сложноэфирная группа (благодаря смещению электронов в сторону кислорода) обладает отрицательным зарядом.

Соответственно, реакционным центрам АХ в активных центрах ХЭ и ХР выделяют взаимодействующие с ними участки: анионный и эстеразный в ферменте, анионный и эстерофильный в рецепторе. Эти участки образованы радикалами аминокислот протеина.

В чем же заключается антихолинэстеразный механизм действия 0В нервно-паралитического действия?

Дело в том, что ФОВ имеет структурное сходство с АХ (своими фосфорильными остатками). Это и позволяет отравляющему веществу при взаимодействии с АХЭ имитировать реакционную способность АХ. Некоторые ФОВ (например, зарин) имитируют только эфирную часть АХ, поэтому АХЭ блокируется по одному активному центру. Другие ФОВ (Vx-газы) могут имитировать оба активных центра АХ, поэтому и блокада АХЭ идет по двум центрам. Так объясняется наибольшая токсичность их.

Важно, что и в том, и в другом случае фосфорилированная АХЭ утрачивает присущую ей функцию гидролиза АХ.

Принципиальное различие в действии ФОВ и АХ на ХЭ состоит в том, что ФОВ необратимо угнетает ХЭ. Утрата комплексом фермент-ингибитор, т.е. ФОВ-ХЭ, способности к диссоциации, т.е. фосфорилированию, определяется как "старение" ХЭ. В основе механизма "старения" лежит постепенное изменение конформации белковой структуры фосфорилированного фермента ХЭ.

Фосфорилирование ХЭ протекает в две стадии. Первая стадия характеризуется обратимостью процесса, тогда как во вторую стадию ингибирование ХЭ становится необратимым. Реактивация ХЭ, т.е. восстановление ее активности, возможна только в ближайшие часы (от 0,5 до 3-4 часов). Ацидоз, повышение температуры сокращает период обратимости.

Так, ингибированная зоманом ХЭ стареет в течение нескольких минут, зарином – в течение нескольких суток, а Vx-газами – очень медленно.

В результате угнетения ХЭ в организме создаются условия для накопления АХ и перевозбуждения холинэргической системы ацетилхолиноподобными продуктами. В этом - суть отравления ФОВ. Между степенью угнетения холинэстеразы и тяжестью острого отравления ФОВ существует относительный параллелизм, что и дало основание говорить об антихолинэстеразном механизме их действия (установлено в 1941 г. английскими учеными Адрианом, Фельдбергером, Килби).

Ингибирование АХЭ определяется биохимическими и гистохимическими методами.

Ингибирование АХЭ ведёт к накоплению АХ и перевозбуждению холинорецепторов (ХР) в холинергических синапсах. Линейная зависимость степени угнетения АХЭ от дозы ФОВ и тяжести картины отравления является главным доказательством антихолинэстеразной теории механизма действия ФОВ и широко используется в клинике в качестве важного диагностического теста. Схематически это можно изобразить так:

ФОВ

пресинаптическая постсинаптическая

АХЭ ХР

мембрана мембрана

АХ

Таким образом, ФОВ связывает АХЭ, и она уже не может осуществить разрушение АХ (ацетилхолина). АХ накапливается в синапсах и нервно-мышечных окончаниях, вызывая сокращение мышц и усиленную работу выделительных желез. Внешним проявлением нарушения деятельности нервной системы и является клиника поражения ФОВ.

Однако, действие ФОВ и ФОС не исчерпывается угнетением холинэстераз. Условнорефлекторная и безусловнорефлекторная деятельность животных может осуществляться в полном объеме и при нулевой активности ХЭ мозга, которую легко воспроизвести в условиях хронического отравления. Другими словами, постепенное и полное выключение холинэстеразы совместимо с жизнью,и наоборот: американскими авторами было отмечено, что при некото-рых степенях и формах поражения ФОB клиника поражения есть, а угнетения ХЭ нет. Отсюда предположение, что ФОB могут непосредственно блокировать ХР, т.е. если структурное средство ФОB с АХ позволяет взаимодействовать с ХВ, то это же сходство должно обеспечивать взаимодействие ФОB с другими сходными структурами, и прежде всего с холинсрецепторами, т.к., и ХР и ХЭ адаптированы к одному и тому же медиатору.

Предполагается, что на активной поверхности ХР имеется две комплементарные группы. Одна группа анионная - устроена вероятно сходно и в ХР и ХЭ. Возможно, что это карбоксилат анион. Другая группа, предназначенная для взаимодействия со сложноэфирной частью молекулы АХ - эстерофильная группа. Предполагается, что в ХР главную роль играет анионный участок.

В.Б.Прозоровский, Н.В.Саватеев (1976) указывает, что действие ФОВ на ХР может быть холиномиметическим, облегчающим, сенсибилизирующим, в терминальном периоде интокиации - даже холинолитическим.

В схеме синаптического действия ФОВ непосредственное их влияние на ХР можно отразить следующим образом:

ФОВ

АХЭ ХР

АХ

С синаптическим эффектом ФОВ непосредственно связано их действие в целом на холинергическую систему.

Это действие не однозначно, т.к. не однородны структуры ХР, которые подразделяются на мускаринчувствительные (М) и никотинчувствительные (Н).

Если в периферической нервной системе можно четко различать мускариновые и никотиновые эффекты интоксикации ФОС, то в отношении холинергических структур, имеющихся в ЦНС, такая дифференцировка затруднена. Поэтому говорят об общем центральном синдроме возбуждения холинергической системы.

Упрощенную схему действия ФОС на синапсы и холинергическую систему можно представить следующим образом.

ФОВ М

АХЭ ХР Н

АХ Ц

Действие ФОВ на холинергический синапс принято называть специфическим (холинергическим).

Теория прямого или холиномиметического действия ФОВ на ХР - первая в ряду неантихолинэстеразных теорий механизма действия. Экспериментальное подтверждение прямого действия описано в 1941 году. В этот же период было высказано предположение, что антихолинэстеразные вещества, в том числе и ФОВ, уже в малых концентрциях способны проявлять действие, результатом которого является повышение чувствительности ХР и АХ. Факты в пользу та­кого представления были теоретически обощены отечественным токсикологом В.М. Карасиком в 1945-47гг. На основании представлений о строении ХР-х системим сформулирована гипотеза о хо-линосенсибилирующем действии ФОБ, подтвержденная разными авторами в конце 5О-х годов. Доказано, что сенсибилирующее действие ФОС не связано с угнетением ХЭ и воздействием на активный центр ХР (в том числе опыты Валентина Борисовича Прозоровского и Николая Васильевича Саватеева, I966-I970 гг.).

Чем же тогда обосновывается сенсибилизирующее действие ФОВ на ХР?

Еще В.М. Карасиком высказано предположение о том, что ХР могут быть разнородны по функциональной значимости. Он предполагал наличие на ХР не только активных центров (т.н. ХР первого порядка, на которые направлено непосредственное действие АХ, ФОВ), но и центров П порядка регулирующих или аллостерических. Центры I и П порядка отличаются друг от друга только расположением, но не строением.

Механизм регулирующего влияния аллостерических центров на активные центры ХР до конца не изучены. Однако, признано на сегодня, что активация ХР сопровождается вытеснением ионов Са⁺². А взаимодействие ФОВ с аллостерическими центрами как раз и способствует этому, тем самым повышая реакционную способность активных центров ХР.

Кроме антихолинэстеразного, прямого, сенсибилизирующего действия фосфорорганических соединений доказана возможность их пресинаптического действия. В 5О-е годы это действие было детально изучено, и по предложению Рикера (1969г.) названо облегающим. Суть состоит в возникновении повторных потенциалов, усиления их и выделении большего количества АХ. Областью возникновения импульсов, т.е. точкой приложения ФОВ, считается область первого перехвата Ранвье. Импульс генерируется в результате возникновения разностей потенциалов между перехватом и пресинаптической мембраной.

Необходимо учитывть и другие, так называемые, неспецифические (нехолинергические) механизмы действия ФОВ:

1. Поражение мембран, нарушение проницаемости ионных каналов для ионов Са²⁺.

2. Воздействие на холинергические нейромедиаторные системы (адринергическую, дофаминергическую, серотанинергическую, ГАМК-ергическую).

3. Влияние на имунные системы/наличии ДНК и РНК-тропных эффектов в лимфоцитах.

4. Прямое кардиотоксическое действие.

5. Нарушение микроциркуляции, угнетение синтеза макроэргов.

6. Нарушение обмена и баланса тормозных и возбуждающих аминокислот, циклических нуклеотидов и других биологически активных веществ (пептидергическая система).

Следует отметить, что нехолинергические механизмы играют обычно большую роль в действии менее токсичных ФОВ, к которым относятся пестициды и что этот компонент проявляется при повторном поступлении ФОС в организм в небольших дозах.

К нехолинэргическим механизмам действия ФОВ относится их способность угнетать ферменты. В частности, подавляется активность остераз, панкреатической липазы, фосфатазы, протеолитических ферментов, ферментов цикла Кребса.

Ряд авторов на основе экспериментов связывает механизм интоксикации ФОВ с действием продуктов летального синтеза этих соединений, обладающих значительно большей токсичностью, чем сами ФОВ.

Таковы наиболее распространенные взгляды на механизм действия нервно-паралитических 0В.

Дата добавления: 2014-01-07