Мохамад Мошири

1 Катедра по фармакодинамия и токсикология, Факултет по фармация, Университет по медицински науки Машхад, Машхад, Иран

клинични

Фатеме Хамид

2 Катедра по лабораторна медицина, Институт за медицински науки Варастеган, Мешхад, Иран

Лейла Етемад

3 Фармацевтичен изследователски център, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran

Резюме

Въведение

Семената на рициновия боб (CB), Ricinuscommunis (R. communis), съдържат рицин, едно от най-токсичните известни вещества. Рициновият боб е широко разпространен в тропическите региони (1, 2) и е култивиран за нежълтено масло (3). Няколко древни цивилизации, включително тези на Гърция, Рим и Египет, използваха CB маслото като неподходящо и слабително средство. Иранците също са използвали CB за медицински и промишлени цели; като разхлабително средство и съответно гориво на маслена лампа. (3). CB маслото се използва широко за няколко медицински цели и за козметика, бои, смазочни материали и други промишлени продукти (4). Рициновият токсин (RT) е водоразтворим гликопротеин, който не се разпределя в масления екстракт при фазово разделяне (5, 6).

Питър Херман Стилмарк (1860–1923), първият изследовател, който извлича токсичния гликопротеин от CB, го нарече „рицин“. Той също така съобщава, че рицинът предизвиква хемаглутинация и утаяване на серумни протеини; съобщава се обаче, че извлеченият от Stillmark рицин е смес от RT и R.communis agglutinin (7). Поради високата токсичност на RT и лекотата на производство, Военният департамент на Съединените щати го разглежда като потенциално оръжие през 1918 г. и го нарича „съединение W“. Британците и САЩ разработиха „W бомба“ и я изпитаха през Втората световна война; обаче никога не е бил използван (8).

Един от известните случаи на убийство от RT е убийството на Георги Марков, български журналист от Би Би Си, от „Umbrella Murder“. Той е бил опиянен от заразена с RT куршум, изстрелян от чадър в задната част на дясното му бедро (9, 10). По подобен начин бяха убити Робърт Джорджия и Портън Даун (5). Съобщава се, че Ирак е въоръжил RT през 80-те години (11, 12) и го е използвал срещу ирански войници по време на иранско-иракската война (13). В Афганистан са открити следи от RT (11).

През 2003 г. в сортиращо съоръжение в Грийнвил, Южна Каролина, беше открито заразено с RT писмо без адрес (14). Съвсем наскоро писма, изпратени с RT, бяха изпратени и до американския президент Барак Обама и американския сенатор Роджър Уикър от Шанън Ричардсън, актриса от Тексас (15).

Токсичност

Рициновият токсин е мощен инактивиращ рибозома токсин за бозайници; обаче различните видове имат различна чувствителност; конете са силно чувствителни, а жабите и пилетата са по-малко (16, 17). Тежестта на ефектите зависи от начина на експозиция. Вдишването е по-силно от пероралното поглъщане (5). Средната летална доза при вдишване (LD50) е 3-5 µg/kg, докато LD50 през устата е 20 mg/kg. Тази разлика може да се дължи на относително големия молекулен размер на RT и неговото разграждане през стомашно-чревния тракт. Големият молекулен размер и относително високият заряд на RT ограничават неговата абсорбция през непокътната кожа. Не се наблюдава дермална токсичност при 50 μg/петно ​​при кожни тестове върху мишки (17). Размерът на частиците RT е важен фактор, влияещ върху белодробното отлагане и леталността (17).

RT структура и молекулярният механизъм на токсичност

Рицинът, подобно на холерата и коклюшния токсин, принадлежи към семейството на токсините A – B, което има две функционално различни полипептидни вериги, A и B. Веригата A, известна като рицинов токсин A или RTA, има молекулно тегло 32 kDa, и В веригата, известна като рицинов токсин В или RTB, има молекулно тегло от 34 kDa (5). Веригите А и В са свързани с дисулфид. Холорицин и RTA са използвани в имуно-раковата терапия. Рициновият токсин А също се използва като ваксинен антиген за индуциране на антитела (2).

Различни RT изоформи с разлики в гликозилирането са открити в различни CB, дори в едно растение. Количеството RT е свързано със сорта боб, зрелостта на CB и условията на отглеждане; обаче не е открита връзка между външния вид на CB и типа RT (5). Най-известните RT изоформи включват R. communis аглутинин (RCA), рицин D (RTD) и рицин Е (RTE). Аглутининът на R. communis също се свързва с червените кръвни клетки и предизвиква аглутинация и хемолиза. Хроматографският анализ идентифицира три изоформи на RTD: I, II и III (18).

Рициновият токсин В се свързва с крайните остатъци от галактоза на гликопротеините на клетъчната мембрана и може също да се свърже с маноза. След прикрепването към клетъчната мембрана, RT навлиза в клетката чрез ендоцитоза по зависими от клатрин или -независими пътища; по-голямата част от RT обаче се интернализира чрез неклатринови пътища (19). Повечето от ендоцитираните RT молекули се рециклират обратно към клетъчната повърхност или се разграждат в лизозомите. Малка част от RT молекулите, транспортирани до ендозомите, достигат до мрежата на транс-Голджи и след това се транспортират до ендоплазмения ретикулум (ER). Протеинова дисулфидна изомераза на ER може да разгради RTA и RTB чрез разцепване на дисулфидната връзка. Рициновият токсин А се вкарва в мембраната на ER и избягва цитозолните протеазоми, които могат да го разградят.

RTA се прикрепя към 28S рибозомна РНК в 60S рибозомната субединица и инхибира удължаването на протеина.

Една молекула RTA може да инактивира 1500-2000 рибозоми в минута, което води до клетъчна заболеваемост (5).

Повърхностните рецептори за маноза върху клетките на Kupffer, които са макрофаги, които облицоват стените на синусоидите в черния дроб, ги предразполагат към RT токсичност. Прилагането на адекватна доза RT може да предизвика нараняване и да доведе до чернодробна недостатъчност (17).

Други механизми, предложени за апоптоза от RT, включват калциев и магнезиев дисбаланс, освобождаване на цитокини и оксидативен стрес в черния дроб (18).

Токсикокинетика

Делипидирането и усвояването на CBs са от съществено значение за освобождаването на RT от матрицата на зърната. Ако CB се погълнат, без да се дъвчат, рискът от RT интоксикация се намалява поради твърдото покритие, подобно на CB. Сдъвканите или натрошени семена и незрелите CB са много по-токсични от зрелите непокътнати зърна (20, 21). При проучвания върху животни RT измерванията предизвикват по-тежка токсичност от пероралното приложение. Това откритие може да се отдаде на въглехидратни структури с терминални остатъци от галактоза, изразени от GI микробна флора и захариди, които се секретират от слюнчените или други GI бокалови жлези. Въглехидратите могат да се конкурират с гликолипидите на GI клетките и гликопротеините за свързване с RT (21).

Приет RT се абсорбира в рамките на два часа чрез кръвоносните и лимфните съдове. Токсинът се натрупва в черния дроб и далака (5). Проучванията при животни показват, че RT може да се открие във фекалиите в рамките на два часа след поглъщане и около 45% от погълнатото се екскретира непроменено (22). Рициновият токсин, който се инжектира интрамускулно или подкожно, се екскретира с урината за 24 часа, с фекална екскреция под 2% (16).

Проучванията за разпределение на белязани с йод-125 RT при мишки установяват 46% от входната радиоактивност в черния дроб. Далакът и мускулите съдържат 9,9 и 13%; съответно. Въпреки това, когато тъканите се сравняват по тегло, RT е най-концентриран в далака, който съдържа 33% от инжектираната доза на грам тъкан, докато черният дроб и костният мозък съдържат съответно 7,4 и 5,5%/g. За 24 часа по-малко от 5% от инжектираната RT се секретира в червата чрез жлъчка.

Клинични и параклинични прояви на токсичност при животни

Клиничното представяне на RT токсичността зависи от начина на приложение. Интрамускулното инжектиране причинява силна локализирана болка и некроза на регионалните лимфни възли и мускули с умерени системни признаци. Вдишването предизвиква дихателен дистрес с лезии на белите дробове и дихателните пътища. Оралното поглъщане причинява GI кръвоизлив и некроза на черния дроб, далака и бъбреците (16, 19, 23). В допълнение към пероралните начини на приложение (сондажи и хранене), чистотата на токсините и обема на стомашното съдържание влияят върху степента на токсичност на RT (21). Мускулно или подкожно инжектиране на RT в достатъчна доза предизвиква некроза на мястото на инжектиране, както и тежка локална лимфоидна некроза, GI кръвоизлив, дифузен нефрит и спленит и чернодробна некроза (16). Интрамускулното RT приложение на достатъчна доза за мишки предизвиква метаболитни аномалии, хипогликемия, миоглобинурия, бъбречна недостатъчност и повишена креатинин киназа, чернодробна трансаминаза и амилаза (16).

В модел на животни на плъхове интравенозната RT инжекция предизвиква увреждане на бъбреците, Kupffer и чернодробните клетки в рамките на четири часа и води до увреждане на ендотелните клетки, чернодробни съдови тромби, хепатоцелуларна некроза и дисеминирана вътресъдова коагулация (16, 24). Алвеоларните макрофаги, ресничестите бронхиални клетки и пневмоцитите улавят аерозолизираната RT. Белодробни възпалителни биомаркери като общ протеин и броят на възпалителните клетки на бронхо-алвеоларната течност се увеличават в рамките на половин ден. Повишава се пропускливостта на въздушно-кръвната бариера, което води до алвеоларно наводнение и последващ некардиогенен белодробен оток. Тези събития правят животните хипоксични и ацидотични, което води до дихателна недостатъчност и смърт. Белодробните хистопатологични находки при интоксикирани с RT животни показват дифузна некротизираща пневмония, интерстициално и алвеоларно възпаление, оток и алвеоларно наводнение (25). Аерозолизираният RT, абсорбиран през белодробния тракт, предизвиква системно възпаление, вторично на освобождаването на цитокини и хемокини, артралгии и треска (21); модел на интоксикация на маймуни обаче не показва системно усвояване (25). Очни приложения от 1: 1 000 до 1: 10 000 разреждания на RT разтвори предизвикват псевдомембранозен конюнктивит и дразнене на конюнктивата (16).

Рициновият токсин е неспецифичен клетъчен токсин; въпреки това причината за смъртта при интоксикирани с RT животни зависи от начина на излагане (5). Съобщава се за хипотония и съдов колапс вследствие на стомашно-чревна некроза и хеморагия с бъбречна и чернодробна недостатъчност като основна причина за смърт при орално интоксикирани животни, докато индуцираната от белодробно увреждане хипоксия може да бъде причина за смърт след инхалация с RT (5). Няма преки доказателства, че RT е кардиотоксичен или причинява аритмии (26).

Клинична и параклинична проява на човешка токсичност

В литературата са докладвани повече от 1000 случая на отравяне с RT, вторични за консумацията на CB. Пациенти с орофарингеално дразнене, коремна болка, повръщане, диария 4-6 часа след поглъщане на CB и различни видове стомашно-чревни кръвоизливи, като хематемеза, мелена и хематохезия, вторични за стомашно-чревната некроза (27).

Хипогликемията и хемолизата са други често срещани прояви (5). Симптомите могат да започнат пет дни след излагане, дори при асимптоматични индивиди (21). Според доклад от 2002 г. млад мъж инжектира подкожно екстракт от CB и е приет в клиниката 36 часа по-късно. Страдал е от гадене, болки в гърба и гърдите, главоболие, тежка слабост, световъртеж, хематохезия, анурия и метаболитна ацидоза. Неговите прояви прогресират до вазоконстриктор-резистентна хипотония и чернодробна и бъбречна недостатъчност. Кървещите диатези направиха пациента устойчив на реанимация след спиране на сърцето. При аутопсия плеврата, мозъкът и миокардът са имали хеморагични огнища (28).

Георги Марков, български журналист, е убит с инжекция "Убийство на чадър". Той получи около 500 μg RT. Той веднага усети локализирана болка на мястото на инжектиране и изпита генерализирана слабост след пет часа. При приемането симптомите включват треска, гадене, повръщане, тахикардия и нормално кръвно налягане. Мястото на инжектиране се втвърдява и регионалните лимфни възли се подуват. На втория ден пулсът му се увеличи до 160 удара в минута и той стана хипотензивен и левкоцитотичен (26 300 клетки/mm3). На следващия ден отделянето на урина му беше намалено. Впоследствие хематемезата и пълният атриовентрикуларен блок на проводимостта доведоха до смърт (9, 16, 29).

Въпреки че няма данни за интоксикация с човешки RT чрез вдишване, са докладвани скорошни опити за убийство на двама американски президенти и сенатор по този път (Ref). Типичен алергичен ринит, включително уртикария, запушване на гърлото и носа, сърбеж в очите и стягане в гърдите са докладвани от работници, изложени на CB прах (30). Има съобщения за случаи на опити за самоубийство, използващи самостоятелно направени екстракти от семена на CB чрез интравенозни, интрамускулни и подкожни инжекции и поглъщане през устата (4).

Тестване за откриване и диагностика

Диагнозата на RT-медиирана белодробна токсичност обикновено се установява въз основа на клинични прояви и презентации. Белодробен дистрес, кръвоизлив в стомашно-чревния тракт, хипотония, бързо настъпване на синдромите на съдови течове (VLS) и оток правят рицин подходящ за използване като биологичен боен агент BWA) (5).

Както бе споменато по-горе, RT интоксикацията няма специфични прояви (5). Клиничните симптоми варират от леки до агресивни, както при интоксикация от подобни токсини, като абрин, и общи белодробни заболявания, като обостряне на хронична обструктивна белодробна болест или астма. В допълнение, клиничните прояви на перорална интоксикация са зависими от дозата и през първите шест часа след поглъщането различни видове инфекциозни гастроентерити са в списъците с диференциални диагнози (16).

Рициновият токсин в животински тъкани и течности може да бъде открит чрез ензимно-свързани имуносорбентни анализи (ELISA). Този метод се прилага и при човешки образци с долна граница на откриване от 0,1 ng/mL (1,54 pmol/L) (20). Рицининът, алкалоид на CB, може да бъде открит в урината на плъх в продължение на 48 часа след излагане на RT (31). Конюгатите на рицин-антитела също могат да бъдат открити при оцелели пациенти две седмици след поглъщане (20, 32).

Предложени са различни методи за откриване на RT в телесни течности, тъкани, храна, вода и материали или оборудване, които са били в контакт с рицин, но понастоящем не съществува стандартен и одобрен метод за откриване на RT.

Медицински мениджмънт

Бързото и необратимо действие на RT затруднява ефективното лечение на интоксикирани пациенти; следователно високорисковите групи като военен и дипломатически персонал трябва да бъдат ваксинирани (Ссылка). Протоколите за обеззаразяване за BWA се използват и за случаи на интоксикация с RT. Поддържащите грижи са основното лечение за интоксикация с рицин, което зависи от начина на експозиция (Ref). Корекцията на дисбаланса на течности и електролити и проследяването на чернодробните и бъбречните функции са първите стъпки на лечение. Коагулопатиите също трябва да бъдат коригирани. При отравяне с рицин чрез вдишване също са показани дихателни грижи, като приложение на противовъзпалителни лекарства, аналгетици, дишане с положително налягане и изкуствена вентилация (16, 33-35).

Дексаметазон и дифлуорометилорнитин са по-ефективни от антиоксидантите бутилиран хидроксианизол и витамин Е сукцинат при удължаване на времето за оцеляване при интоксикирани мишки (36). Анти-RTA, анти-RTB и анти-RT антителата са в състояние да защитят клетките срещу RT, като предотвратяват свързването, интернализацията или насочването на RTA към ендозомното отделение, променяйки вътреклетъчния трафик и неутрализирайки рицина вътре в клетката. Анти-RT антитяло защитени животни 8-12 часа след излагане на рицин (32, 37)

Заключение

Благодарности

Това проучване не получи конкретни безвъзмездни средства от нито една финансираща агенция в публичния, търговския или нестопанския сектор