Нарушение энергообеспечения под действием токсинов. Блокада аэробного окисления
Нарушения процессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, вызываемые химическими веществами, приводят к развитию энергетического дефицита тканей.. Поэтому, обусловленная его глубиной и степенью выраженности, клиническая картина интоксикации связана с избирательностью поражения той или иной физиологической системы организма, в основе деятельности которой лежит ее особая чувствительность к дефициту энергии. На первом месте в этом ряду находится ЦНС, отличающаяся высокой интенсивностью проходящих в ней окислительных процессов. При их угнетении на 65 % возникает реальная угроза летального исхода' отравления. Клиническим проявлением интоксикации никотином, введенным в дозе 40 мкг/кг, является токсический отек мозга, связанный с резким снижением уровня АТФ и возрастанием количества АМФ при неизменном содержании АДФ. Уменьшение одновременно с этим суммарного количества макроэргов и энергетического заряда характеризует глубокое нарушение биоэнергетики мозговой ткани, выражающееся энергетическим дефицитом. На фоне формирования токсического отека мозга развивается недостаток нуклеотидного фонда, что связано с нарушением ресинтеза макроэргов, о чем свидетельствует угнетение главных энергообеспечивающих процессов — гликолиза и окислительного фосфорилирования, а также уменьшение активности Na+-, К+-АТФазы, осуществляющих гидролиз АТФ.
Торможение, вплоть до блокады, аэробного пути окисления является причиной доминирования клинических проявлений со стороны ЦНС при отравлениях цианидами, а также рядом органических соединений (например, нитрилами), образующими в процессе метаболизма свободные циан-ионы (CN-). Присущее мозгу интенсивное кровообращение способствует поступлению в ткани токсического агента, в данном случае — CN-ионов, которые, вступая в высокоспецифическое для них взаимодействие с гемом цитохромоксидазы — терминального участка дыхательной цепи митохондрий, ингибируют активность этого фермента, блокируют тканевое дыхание и вызывают энергетический дефицит в мозговых тканях. Токсический эффект зависит от интенсивности подавления активности цитохромоксидазы. Так, введение пропионитрила вызывает угнетение активности цитохромоксидазы головного мозга на 60 %, приводящее к летальному исходу. То же происходит и при введении животным эквитоксической дозы цианида калия.
Вследствие резкого угнетения цианидами тканевого дыхания, ингибирования окислительного фосфорилирования и энергетических процессов в нервных клетках острое отравление сопровождается клиническими симптомами, связанными с поражением ЦНС. Отмечаются нарушения координации движений, выраженные клонико-тонические судороги, нарастающее расстройство дыхания, одышка, паралич дыхательного центра и смерть от остановки дыхания.
Клиническая симптоматика подострых и хронических интоксикаций химическими соединениями — донорами свободных CN-ионов — определяется степенью совместимости с жизнью блокирования цитохромоксидазы терминального участка митохондриальной дыхательной цепи и возможностью участия дополнительных механизмов обеспечения клеток и тканей энергией, играющих в обычных физиологических условиях незначительную роль в общей схеме снабжения организма необходимой для его жизнедеятельности энергией [10]. Например, при хроническом ингаляционном воздействии 3-диметиламинопропанонитрила нарушения энергетического дыхания и связанных с ним окислительно-восстановительных процессов обусловлены ингибированием отщепляющейся в процессе метаболизма соединения CN-группой конечного акцептора протонов дыхательной цепи митохондрий — цитохромоксидазы на 27 % (при концентрации соединения 290 мг/м3).
В процессе хронического взаимодействия CN-иона с гемом цитохромидазы повышается значение гема а, обеспечивающего так называемое цианрезистентное дыхание и поддерживающего этим совместимый с жизнью уровень тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Другой составляющей этого процесса являются гликолитические механизмы генерирования энергии, которые при острых отравлениях не успевают активизироваться, а при хронических могут получить необходимое развитие и обеспечить, даже при незначительных запасах гликогена в мозговой ткани, ресинтез макроэргических фосфорных соединений в условиях кислородного голодания, вызванного частичной и медленно развивающейся блокадой аэробного пути окисления.
Специфическое (цианидное) действие в отношении цитохромоксидазы присуще не всем нитрилам. Так, при 3-дневном введении диметиламинопропионитрила (ДМПН) в дозе, близкой к среднесмертельной, ее активность составляла 73 % от контроля, что приводило к развитию признаков интоксикации, характерных для действия свободных CN-ионов (судорожные явления, покраснение кожных покровов и видимых слизистых) с последующей гибелью животных в относительно ранние сроки. В то же время эти симптомы не отмечаются при острых интоксикациях, вызываемых двумя другими нитрилами, — диметилцианэтилпропандиамином (ДМЦПД) и N-P-цианэтиддиэтилентриамином (N-P-ЦЭДТА) — при введении их в изоэффективных дозах. Клиническая картина отравлений этими соединениями развивается вяло, гибель животных происходит в более поздние сроки (на 2—3-й сутки). Активность цитохромоксидазы составляет 119% от уровня контроля, т.е. отсутствует специфическое для цианидов угнетение фермента.
Показано, что отличия в действии нитрилов — производных алифатических соединений — на цитохромоксидазу обусловлены особенностью их метаболизма. При остром воздействии на уровне смертельных доз скорость отщепления CN-группы от молекулы нитрила тем выше, чем меньше его молекулярная масса и лучше растворимость вещества в воде. Острая токсичность нитрилов с высокой скоростью метаболизма обусловлена комбинированным действием целой молекулы вещества и его метаболита — CN-иона. Нитрилы с низкой скоростью превращения действуют в основном целой молекулой. Это прослежено по кинетическим константам накопления метаболитов (роданидов) в моче животных при внутрижелудочном однократном введении им ДМПН и N-p-ЦЭДТА в динамике нарастающих доз (0,025; 0,03; 0,05; 0,1; 0,3). При введении ДМПА в сравнении с другим нитрилом ускорение процесса образования роданидов в 3 раза выше при меньшей дозе вещества, при которой скорость накопления роданидов равна 1/2 максимальной скорости их накопления, что свидетельствует о высокой скорости отщепления CN-группы ДМПН и эффективности механизма детоксикации цианида в широком диапазоне вводимых доз нитрила. Однако, начиная с определенных доз каждого вводимого нитрила, происходит падение скорости накопления роданидов. Торможение этого процесса при поступленииДМПН в дозах свыше 0,1 LD5o обусловливается прежде всего ингибированием свободными CN-ионами, которые не успевают связываться и выводиться парными соединениями энергетического дыхания. В результате развивающегося снижения активности цитохромоксидазы происходит снижение содержания гликогена в гепатоцитах, падение активности цианрезистентного микросомального окисления, снижение содержания цитохрома P-450.
Ингибирование образования роданидов при введении N-ЦЭДТА начинается при относительно небольшой дозе (в 1,3 раза меньшей, чем при введении ДМПН) и низкой скорости их накопления (0,18 мкг/мл/ч), т.е. в условиях, когда возможности организма по связыванию CN-иона еще далеко не исчерпаны. Предполагают, что, так же как при метаболизме пропионитрила и изовалеронитрила, лимитирующим звеном отщепления цианида является предшествующий метаболизм молекулы N-p-ЦЭДТА по какой-либо другой связи, который быстро начинает тормозиться избытком субстрата — целой молекулой нитрила, в результате чего падает скорость последующей реакции отщепления CN-иона. Именно с этим связано отсутствие признаков специфического (цианидного) угнетения цитохромоксидазы при действии данного нитрила.
Отсутствие специфического цианидного действия ДМПН и N-ЦЭДТА обнаруживается при хроническом ингаляционном воздействии этих нитрилов на уровне пороговых (25 и 2,8 мг/м3 соответственно) и выраженных токсических (290 и 9 мг/м3 соответственно) концентраций. Важно отметить, что вещество с более высокой скоростью метаболизма (ДМПН), в процессе которого освобождаются CN-ионы, оказывается в условиях хронического воздействия менее опасным, чем N-ЦЭДТА, метаболизм которого происходит с гораздо меньшей скоростью. Это указывает на ведущую роль целой молекулы вещества в процессе хронической интоксикации, тогда как образование свободных CN-ионов не оказывает существенного влияния на развитие хронического отравления.
