Toksinologia on tiede, joka tutkii eläin-, kasvi- ja mikrobiperäisten myrkkyjen ominaisuuksia ja myrkytyksen aiheuttamaa myrkyllistä prosessia. Sitä voidaan pitää toksikologian osana sekä monitieteisenä tieteenä [11]. Sotilaallinen toksikologia tutkii joidenkin toksiinien vastaanottoa, leviämistä, aineenvaihduntaa elimistössä sekä vaikutusmekanismia sekä olemassa olevia ja mahdollisia käyttömenetelmiä, koska näitä myrkkyjä voidaan käyttää kemiallisina ja biologisina aseina ( botuliini ) toksiini jne.), sekä myrkylliset aineet sabotaasi- ja terroristitarkoituksiin [2,3,4,8]. Samaan aikaan luonnollisia myrkkyjä ( toksiineja ) käytetään laajalti lääketieteessä [9].
Zootoksikologia, fytotoksikologia, mikro-organismien toksikologia ovat toksikologian pääosat (komponentit), jotka tutkivat myrkyllistä prosessia, joka johtuu eläinten, kasvien ja tartuntatautien patogeenien tappiosta myrkyillä ( toksiineilla ), vastaavasti näiden myrkkyjen kemiallista luonnetta , niiden toksikokinetiikka ja toksikodynamiikka [11]. Toksiinipohjaiset biologiset aseet ovat joukkotuhoaseita, ja ne on kielletty vuoden 1925 Geneven pöytäkirjassa [1] .
Zootoksikologia tutkii toksiinien ominaisuuksia sekä alkueläinten (Protozoa), sienien (Spongia), coelenteraattien (Coelenterata), matojen (Vermes), nilviäisten (Mollusca), hämähäkkieläinten (Arachnida), hyönteisten (Insecta) myrkkyjen toksikokinetiikkaa ja toksikodynamiikkaa ), tuhatjalkaiset (Myriapoda), piikkinahkaiset (Echinodermata), kalat (Pisces), syklostomit (Cyclostomata), sammakkoeläimet (Amphibia), matelijat (Reptilia), nisäkkäät (Mammalia) [11].
Toksikologeja (toksikologiaan osallistuvia asiantuntijoita) kiinnostavat eniten tetrodotoksiini , saksitoksiini , palytoksiini , batrakotoksiini ja käärmemyrkky [3,8]. Tetrodotoksiinia löytyy merikalojen sukurauhasista (fugu, pufferfish, puffer fish) ja useiden muiden eläinten elimistä. Saksitoksiinia löytyy korkeina pitoisuuksina merikotiloissa Sacidomus giganteus ja muut, jotka saavat sitä yhdessä planktonin kanssa, joka sisältää yksisoluista siimaleimaa Dinoflagelata. Palitoksiini eristetty korallipolyypeistä Palythoa caribaerum. Batrakotoksiinia löytyy joidenkin lehtikiipeilijöiden suvun myrkkysammakkolajien ihorauhasista, joissakin Uuden-Guinean linnuissa) [2,8,10,11]. Näiden toksiinien LD 50 on jyrsijöillä välillä 0,15-8 µg/kg. Nämä myrkyt häiritsevät ionien liikettä synaptisissa kalvoissa [2,3,8,11]. Siten palytoksiini lisää voimakkaasti kationien vapautumista aksoni- ja postsynaptisista kalvoista. Tällä myrkkyllä on kouristuksia aiheuttava vaikutus, joka korvataan halvaantuneella tilassa [2,11,12]. Tetrodotoksiini ja saksitoksiini estävät kationien vapautumisen synaptisten kalvojen ionikanavista . Näillä myrkkyillä tapahtuva myrkytystapauksessa poikkijuovaisten lihasten halvaantuminen kehittyy ilman kouristusoireyhtymää [2,8,12]. Käärmeen myrkkyillä on curare-tyyppisiä (esim. aspid -heimon käärmeen Bungarus multicinctus bungarotoksiineja), hematovasotoksisia ja muita vaikutuksia [2,13].
Mikrobiperäisiä myrkkyjä ovat lähes kaikkien patogeenisten mikro-organismien toksiinit: patogeeniset klostridit, jotka aiheuttavat raajojen, vartalon, ihmisen aivojen pehmytkudosten anaerobisia infektioita sekä muita ihmisten ja eläinten tartuntatauteja (ε-toksiini - Clostridium perfringens, β -toksiini ja leukosidiini - Clostridium perfringens , eksotoksiini - Clostridium oedematoides), listerloosin (Listeria monocytogenes toksiini), kurkkumätäen, enterokoliitin (enterotoksiini A), keuhkokuumeen (Streptococcus pneumoniae), koleratoksiinin (kolerogeeni14) aiheuttajat. ,15].
Eri kantojen botuliinibakteerien (Clostridium botulinum) eksotoksiinit ovat kahden bipolymeerin - neurotrooppisen α-toksiinin (polypeptidin) ja hemagglutinoivan α-toksiinin (glykoproteiini) - seoksia. Neurotrooppisia komponentteja kutsutaan botuliinitoksiineiksi. Tällä hetkellä tunnetaan seitsemän tyyppiä botuliinitoksiineja (A, B, C, D, E, F, G), jotka ovat osa eri kantojen botuliinibakteerien eksotoksiineja. Kaikentyyppiset botuliinitoksiinit ovat keskenään samanlaisia nisäkäsorganismiin kohdistuvan vahingollisen vaikutuksen luonteen suhteen, vaikka ne eroavatkin jonkin verran keskenään primäärirakenteiden, toksisuuden asteen ja immunogeenisten ominaisuuksien osalta. Ihmisille erityisen vaarallisia ovat A-, B-, E- ja F-tyypin botuliinitoksiinit, joista suurin myrkyllisyys on botuliinitoksiini tyyppi A. Värittömien neulojen muodossa eristetty kiteinen neurotrooppinen α-toksiini A on kaksinkertainen. -domeenipallo, jonka molekyylipaino on noin 150 tuhatta Da ja joka sisältää jopa 1500 aminohappotähdettä. Botuliinitoksiinin toksisuus johtuu kahden domeenin (A ja B) toiminnasta, jotka ovat yhteydessä toisiinsa yhdellä disulfidisillalla. Botuliinitoksiini estää välittäjäaineen vapautumisen (vapautumisen, vapautumisen) synaptiseen rakoon, minkä seurauksena hermosolujen välinen (neuromuskulaarinen) siirto katkeaa. On halvaantunut vaikutus. Botuliinitoksiineilla on ääreis- ja keskuslihasrelaksanttien ominaisuuksia [14,15]. Botuliinitoksiinin LD 50 on 5 × 10 -6 mg/kg (hiiret, ihonalaisesti), ihmisillä LD 50 on 5 × 10 -5 mg/kg (suun kautta) [8]. Vuonna 1975 Yhdysvaltain armeija hyväksyi botuliinitoksiinin tyypin A koodinimellä "XR agent" [3,4,8]. Huolimatta toksiinin biologisesta luonteesta, "XR-aine" viittaa kemiallisten (eikä biologisten) aseiden komponenttiin [2,3,4]. Voidaan käyttää joukkotuhoaseiden osana maat, jotka eivät ole allekirjoittaneet vuoden 1993 yleissopimusta kemiallisten aseiden kehittämisen, tuotannon, varastoinnin ja käytön kieltämisestä sekä niiden tuhoamisesta ,
Tetanusbacilluksen (Clostridium tetani) eksotoksiinit ovat kahden biopolymeerin seoksia: neurotrooppinen tetanospasmiini (joka aiheuttaa keskusalkuperäisiä kouristuksia) ja hematotrooppinen tetanolysiini (joka tuhoaa punasolukalvoja). Tetanospasmiinia saatiin amorfisessa ja kiteisessä tilassa. Se on kaksidomeenipallo, jossa on 1279 aminohappotähdettä. Domeenit (A ja B) on liitetty toisiinsa yhdellä disulfidisillalla. B-domeeni tarjoaa toksiinin kuljetuksen kehossa, biokohteen "tunnistamisen" (selkäytimen ja aivorungon estohermosolujen presynaptiset kalvot) ja myöhemmän vastaanoton tämän kalvon tiettyihin kohtiin. Suurin vaara on tetanospasmiini, jonka toiminta selittää tetanuksen haitalliset vaikutukset, joita aiheuttavat sekä itse eksotoksiini että sitä tuottavat bakteerit [8,14,15]. Tetanospasmiinin LD 50 on 5 × 10 -6 mg/kg (hiiret, ihonalaisesti), LD 50 ihmisillä on 3,4 × 10 -3 mg/kg (suun kautta). Kun hiirille injektoidaan ihonalaisesti yksi LD50 , kuolema tapahtuu 3-4 päivässä, 500 LD50 : llä - 1 päivässä [8].
Stafylokokin eksotoksiinit ovat biopolymeerien seoksia. Stafylokokkien eksotoksiinien myrkytyksen aiheuttama kyky (haitallinen kyky sotilaallisiin tarkoituksiin käytettyinä) liittyy enterotoksiinien esiintymiseen niiden koostumuksessa (kreikaksi enteros - suolisto), mikä aiheuttaa sairastuneelle (myrkytylle) maha-suolikanavan myrkytyksen, mikä johtaa tilapäiseen toimintakyvyttömyyteen. työvoimaa. Aktiivisimmat ovat Staphylococcus aureuksen (Staphylococcus aureus) eri kantojen (A, B, C1, C2, D, E, F) tuottamat enterotoksiinit. Nämä bakteerit ovat laajalle levinneitä luonnossa ja ovat vastustuskykyisiä aerobeja. Ruoka-stafylokokkimyrkytyksessä eksotoksiinien toksisuus johtuu hemolysiinien vaikutuksesta, jotka aiheuttavat punasolujen kalvojen hajoamista; exfoliatiinit, jotka edistävät solujen välisen nesteen pallomaisten proteiinien tuhoamista; enterotoksiinit, jotka selektiivisesti häiritsevät ohutsuolen epiteelin läpi tunkeutuvien veren kapillaarien seinämien läpäisevyyttä ja samalla stimuloivat aivojen oksennuskeskusta (vastuussa gag-reflekseistä). Piilevä jakso on 0,5-6 tuntia, jonka jälkeen seuraavat vaurion oireet ilmaantuvat: vatsakipu, liiallinen syljeneritys, pahoinvointi, oksentelu, hallitsematon verinen ripuli (ripuli); asteittainen verenpaineen lasku, yleinen heikkous, kehon lämpötilan lasku; jyrkkä verenpaineen lasku, keskushermoston toiminnan lasku, syvä hypotermia (alle 35 ° C). Leesion oireet ovat identtiset kaikille eksotoksiinin kehoon pääsyn reiteille (hengitys, ihonalainen, suun kautta). [14,15].
Jauheen muodossa olevaa eksotoksiinia (B-tyypin Staphylococcus aureus -bakteerin tuottama) voidaan käyttää sotilas- ja terroristitarkoituksiin työvoiman tilapäiseen työkyvyttömyyteen päiväksi tai pidemmäksi ajaksi [8].
Mykotoksiinit (kreikan sanasta μύκης, mykes, mukos - "sieni"; τοξικόν, toxikon - "myrkky") ovat mikroskooppisten sienten (homesien) myrkyllisiä aineenvaihduntatuotteita, joita ne vapauttavat ulkoiseen ympäristöön. Ne kehittyvät kasveissa, maaperässä, elintarvikkeissa sekä ravintoaineissa keinotekoisen viljelyn olosuhteissa. Tällä hetkellä noin 250 erilaisten mikroskooppisten sienilajien tiedetään tuottavan yli 100 myrkyllistä metaboliittia [8, 15]. Rukiin torajyväalkaloideja sisältävien jauhojen syöminen aiheutti vakavia vaurioita elimistölle, mikä oli luonteeltaan epidemiaa. Lähes kaikki kasvit voivat toimia kasvualustana ja mykotoksiinien muodostumiselle. Tämä luo mahdollisuuden ympäristön saastumiseen, mikä voi johtaa henkilövahinkoihin. Mykotoksiinit ovat kiinnostavia sotilaskäytössä [8]. Yleisimpien ja aktiivisimpien mykotoksiinien päätyypit ovat: substituoidut kumariinit (aflatoksiinit, okratoksiinit); trikotekeenit; alkaloidit (lysergihapon johdannaiset); pyraanijohdannaiset (sitriniini, patuliini) [8].
Aflatoksiineja tuottavat Aspergillus-suvun patogeeniset sienet. Näiden sienten luonnollisia substraatteja ovat maapähkinät, maissi, muut jyvät ja palkokasvit, puuvillansiemenet, erilaiset pähkinät, jotkut hedelmät ja vihannekset. Aflatoksiinit ovat kemiallisesti johdettuja substituoiduista kumariineista tai furokumariineista. Aflatoksiinit ovat kiteisiä aineita, joiden sulamispiste on yli 200 °C. Käytännössä niitä ei tuhota saastuneiden elintarvikkeiden tavanomaisen teknologisen tai kulinaarisen käsittelyn aikana [8]. Aflatoksiinien LD 50 eri eläimillä vaihtelee välillä 0,3-18 mg/kg (suun kautta). Niillä on hepatotrooppisia, karsinogeenisia, mutageenisia, teratogeenisiä ja immunosuppressiivisia vaikutuksia [8].
Okratoksiinit A, B ja C ovat isokumariinit, jotka on liitetty peptidisidoksella L-fenyylialaniiniin. Ensin eristetty Etelä-Afrikassa. Niillä on munuaistoksisia, teratogeenisiä ja karsinogeenisia vaikutuksia. Akuutissa vaikutuksessa maha-suolikanava ja maksaa vaikuttavat. LD 50 eri eläimillä vaihtelee välillä 3-13 mg/kg (suun kautta) [8].
Tällä hetkellä tunnetaan yli 40 trikotekeenimykotoksiinia (joiden tuottajat ovat pääasiassa Fusarium-suvun mikroskooppisia sieniä). Luonnolliset trikotekeenit ovat värittömiä kiteisiä aineita, joiden sulamispiste on 130–230 °C. T-2-toksiinin LD50 hiirillä on 5,2 mg/kg (IM), 7,0 mg/kg (suun kautta). Trikotekeenit eivät ole nopeasti vaikuttavia myrkkyjä. Kun rotille annetaan tappava annos T-2-toksiinia, kuolema tapahtuu 8 tunnin kuluttua ja ensimmäiset merkit vauriosta havaitaan 6 tunnin kuluttua. Trikotekeenimykotoksiinit vaikuttavat kehon kaikkiin elimiin ja järjestelmiin, niillä on teratogeenisiä ja syöpää aiheuttavia vaikutuksia. Keskushermosto kärsii eniten. Akuutin myrkytyksen oireet: ripuli, pahoinvointi, oksentelu, kehon lämpötilan lasku, motorisen aktiivisuuden lasku. Päivää myöhemmin ilmaantuu samanlainen tila kuin vakavan myrkytyksen jälkeen. Niin sanotun "humalaisen leivän" (valmistettu mykotoksiinien vaikutuksesta viljasta) pitkäaikainen käyttö kokee uupumusta, näön menetystä ja mielenterveyshäiriöitä. Eläimillä myrkytyksen tyypillisiä oireita ovat ruokkimatta jättäminen (erityisesti sioilla ja hevosilla), lisääntynyt kiihtyvyys, jota seuraa heikkous ja refleksien estyminen [8].
Viljatuotteita saastuttavan Claviceps purpurea -sienen tuottamien mykotoksiinien aiheuttama myrkytys on vanhin tunnettu ihmisten ja eläinten mykotoksikoosi. Claviceps purpurea saastuttaa monia (yli 150 lajia) luonnonvaraisia ja viljeltyjä viljoja, mukaan lukien ruis, ohra, kaura ja vehnä. Nämä mykotoksiinit ovat pääasiassa lysergihapon johdannaisia (noin 30 yhdistettä). Kouristukseen liittyvään kliiniseen muotoon liittyy kouristusoireyhtymä ja ripuli. Gangrenoottisessa muodossa kehittyy kuiva gangreeni, pehmytkudosten hylkääminen ja usein kokonaiset raajat (usein alaraajat) nivelnivelten paikoille. Myrkyllisyys vaihtelee ja saavuttaa ergotoksiinien LD50 - arvon 40 mg/kg (ip, hiiret) [8].
Sitriniini eristettiin ensimmäisen kerran Penicillum citrinum -viljelmästä vuonna 1931. Keltainen kiteinen aine, jonka sulamispiste on 170–171 °C. Sitriniiniä esiintyy usein elintarvikeraaka-aineiden ja rehujen (vehnä, ohra, kaura, ruis, maapähkinät, maissijauho) luonnollisena kontaminanttina. Sitriniinillä on selvä nefrotoksinen vaikutus. Patuliini eristettiin ensin Penicillum patilum -viljelmästä. Erittäin myrkyllinen, mutageeninen ja karsinogeeninen. Patuliinia tuottavat sienet vaikuttavat pääasiassa hedelmiin (omenat kärsivät useimmiten) ja joihinkin vihanneksiin. Myrkytykseen liittyy maha-suolikanavan, keuhkojen, maksan, munuaisten ja pernan vaurioita. LD 50 patuliini hiirillä on 10-15 mg/kg (subkutaaninen injektio) [8].
On olemassa valtava määrä erilaisia kasvilajeja, jotka sisältävät toksiineja , joilla on erilainen toksikokinetiikka ja toksikodynamiikka. Kasvimyrkkyihin kuuluvat alkaloidit ja glykosidit sekä suuri määrä erilaisia kemiallisia yhdisteitä (yksinkertaisista - HCN tai FCH2COOH - proteiineihin ja peptideihin). Monia niistä käytetään lääkkeiden valmistukseen, mutta useita myrkkyjä on mahdollista käyttää sotilaallisiin tarkoituksiin [1,5,6].
Risiini on kasviperäinen toksoalbumiini. Sisältyy risiinin siementen kuoreen (0,1%). Risiiniöljyn valmistuksen jälkeen jäljelle jäävä kakku sisältää 3 % risiiniä. Tappavat risiiniannokset eri eläimille vaihtelevat 1-100 µg/kg [3,4,8]. Risiini koostuu 18 aminohaposta, jotka muodostavat kaksi polypeptidiketjua. Ne ovat yhteydessä toisiinsa pyridiinirenkaan kautta. Vaikutusmekanismi liittyy toksiinimolekyylin tuhoutumiseen solun sisällä ja ribosomeihin (60-S-alayksiköihin) vaikuttavan A-ketjun vapautumiseen, informaation, siirto-RNA:n, aminoasyylikuljetus-RNA-syntetaasin, proteiinitekijöiden toimintaan. osallistuvat polypeptidiketjun synteesiin sekä tämän prosessin loppuun saattamiseen. Risiini estää ribosomeihin muodostuneiden polypeptidiketjujen pidentymisen, mikä johtaa solun proteiinisynteesin rikkomiseen ja johtaa sen kuolemaan [4]. 18-24 tunnin kuluttua risiinin pääsystä kehoon ilmaantuu verenvuotoinen enterokoliitti , sitten ilmenee heikkoutta, kuumetta, näöntarkkuushäiriötä, kouristuksia. Toisena tai kolmantena päivänä kehittyy halvaustila ja kuolema tapahtuu. Myrkky pystyy aiheuttamaan punasolujen agglutinaation, mikä johtaa mikroverenkierron häiriintymiseen eri elimissä [3,4,8].
Abrin on erittäin myrkyllinen proteiini, jota löytyy intialaisista lakritsinsiemenistä. Se on hieman myrkyllisempää kuin risiini, mutta paljon vähemmän saatavilla [8].
Arrow myrkkykurare , jonka Etelä-Amerikan intiaanit ovat saaneet Chondodendron tomentosumin kuoresta, on nykyaikaisten seka-aseiden edelläkävijä. Aiheuttaa luurankolihasten halvaantumista, näkö- ja kuuloanalysaattoreiden toimintahäiriöitä. Kuraremyrkkyyn perustuvia yhdisteitä käytetään laajalti lääketieteessä, villieläinten pyydystämiseen, ja niitä voidaan käyttää sotilaallisiin tarkoituksiin [5,8].
Akonitiini on alkaloidi, joka on uutettu sinisestä painijakasvista (Aconite). Natsi-Saksan keskitysleirivangit, jotka haavoittuivat akonitiiniluoteja, kuolivat kahden tunnin kuluessa vakavaan hermoparalyyttiseen myrkytykseen [16].
Kasviperäisiä toksiineja, joita voidaan käyttää sotilaallisiin tarkoituksiin, ovat strykniini , brusiini , bibukuliini , pikrotoksiini [8].
Kutrovye-perheestä (Apocynaceae) kuuluva Cerberus (Cerbera odollam) on melko yleinen kasvi, jonka kotimaana pidetään Intiaa. Se kasvaa kuitenkin myös Vietnamissa, Kambodžassa, Sri Lankassa, Myanmarissa ja Tyynenmeren trooppisilla saarilla. Intiassa Cerbera odollamia kutsutaan nimellä othalanga maram (othalanga maram) tai tamiliksi kattu arali (kattu arali). Idässä sen levinneisyysalue rajoittuu Ranskan Polynesiaan. Kaikki Cerbera odollamin osat ovat erittäin myrkyllisiä, mutta suurin määrä myrkkyä löytyy siemenöljystä. Siemenöljy sisältää alkaloidi cerberiiniä, joka on rakenteeltaan samanlainen kuin digoksiini, digitaaliksen (digitalis) toksiini, sekä glykosidi cerberosidia. Nämä myrkyt estävät solun Na+/K+-ATPaasia olemalla vuorovaikutuksessa entsyymin alfa-alayksikön kanssa. Natrium-ionien kertyminen solun sisään johtaa solunsisäisen kalsiumin lisääntymiseen. Cerberiini ja serberosidi hidastavat sydämen sykettä asteittain sen täydelliseen pysähtymiseen saakka. Kuolema tapahtuu 3-4 tuntia sen jälkeen, kun myrkky on päässyt kehoon. Aktiivisin myrkky on cerberiini. Lisäksi, jos uhrit eivät tienneet Cerberuksen käytöstä, sydämenpysähdyksen syytä on käytännössä mahdotonta määrittää [17].