II. Механизм действия и патогенез интоксикации

Пары синильной кислоты, поступая в организм с вдыхаемым воздухом, преодолевают легочные мембраны, попадают в кровь и разносятся по органам и тканям. При этом происходит частичная детоксикация яда, главным образом путем образования роданистых соединений (тиоцианатов), которые выводятся из организма с мочой. Детоксикация цианидов путем конъюгации с серой наблюдается как у человека, так и животных. Фермент родоноза, принимающий участие в этой реакции, находится в митохондриях, главным образом, в печени и почках. В процессе обезвреживания цианидов в организме принимают участие углеводы, при этом образуются безвредные циан-гидрины.

По современным представлениям, синильная кислота (цианиды) относится к значительной группе химических веществ, биотрансформация которых не связана с микросомальными монооксигенами, а осуществляется с помощью молекулярных механизмов, обеспечивающих метаболизм эндогенных соединений. Нарушения биоэнергетических процессов под воздействием цианидов являются общебиологическим механизмом реализации токсических эффектов. Эти процессы преимущественно связаны с митохондриальным структурно-метаболическим комплексом.

Еще в 60-х годах XIX столетия обратили внимание на то, что венозная кровь, оттекающая от тканей и органов отравленных цианидами животных, приобретает алый, артериальный цвет. В дальнейшем было доказано, что в ней содержится примерно столько же кислорода, сколько в артериальной крови. Следовательно, под воздействием цианидов организм теряет способность усваивать кислород. Почему же это происходит?

Ответ на этот вопрос был получен в Германии в конце 20-х годов в работах Отто Варбурга, который установил, что, проникая в кровеносное русло, цианиды очень скоро оказываются в клеточных структурах, прежде всего, в митохондриях, где протекают ферментативные процессы тканевого окисления (потребление клетками кислорода).

Во внутренней мембране митохондрий локализованы основные ферментные комплексы, осуществляющие окисление субстратов, перенос электронов по дыхательной цепи и сопряженный с ним механизм аккумулирования энергии. В состав этих ферментных комплексов входят убихинон, цитохромы В, С₁, С, А, А₃, аденозинтрифосфотаза, сукци-натдегидрогеназа, дегидрогеназы альфа-кислот, бетта-оксибутират дегидрогеназа и др. Между криптами в матрице митохондрий локализованы ферменты цикла трикарбоновых кислот, глутаминдегидрогеназа ферменты окисления жирных кислот. Универсальных характер биологического окисления и фосфорилирования, единство функциональной и морфологической организации этих процессов определяют принципиальную общность механизмов токсического действия значительной группы ядов-ингибиторов тканевого дыхания, среди которых могут рассматриваться в первую очередь цианиды. Эти вещества нарушают функционирование митохондральной электронно-транспортной цепи и прерывают окислительные процессы, служащие основным источником энергии в организме.

Дыхательная система митохондрий, осуществляющая окисление таких субстратов, как сукцинат, малат, НАД-Н, альфа-кетоглутаровая, щавелевоуксусная и фумаровая кислота, включает два сопряженных процесса.

Первый связан с переносом электронов к молекулам коферментов, приводящим к их восстановлению, второй связан с последующим окислением восстановительных коферментов путем переноса электронов к кислороду и синтезом АТФ. Дыхательная система митохондрий содержит ряд компонентов, каждый из которых восстанавливает последующий по ходу цепи.

Из всех переносчиков электронов только цитохром А₃ (цитохром-оксидаза) способен непосредственно переносить электроны на кислород, выполняя роль "терминальной" оксидазы дыхательной цепи митохондрий. Через это звено должны пройти электроны, получаемые при окислении самых различных органических молекул, используемых в ми-тохондриях для генерации энергии. Функционирование митохондрий дыхательной цепи сопряжено с окислительным фосфорилированием.

Окисление молекулы НАД-Н одним атомом кислорода в митохондриях сопряжено с образованием трех молекул АТФ. Установлено, что по пути продвижения электронов от
НАД-Н к кислороду по митохондральной цепи существует три пункта сопряжения дыхания и фосфорилирования. Так, одна молекула АТФ образуется при фосфорилировании АДФ во время продвижения пары электронов от НАД-Н к убихинону. Вторая молекула образуется, когда цитохром В восстанавливает цитохром С и третья молекула АТФ образуется на терминальном участке, когда происходит окисление цитохрома А₃ молекулярным кислородом. Процессы дыхания и фосфорилирования связаны между собой через электрохимический потенциал ионов водорода на митохондриальной мембране, причем тканевое дыхание заряжает митохондриальную мембрану, а фосфорилирование разряжает ее, используя энергию мембранного потенциала для синтеза АТФ.

Цианиды, точнее СN-ион, вследствие особого химического сродства к трехвалентному железу, взаимодействуют с железом гема А₃.

Блокирование этого гема препятствует не только его окислению, но и прекращает окислительное превращение гема А, с которым ингибиторы не взаимодействуют. Гемы А и А₃ в дыхательной цепи функционируют последовательно. Цитохром С реагирует с гемом А, с кислородом же реагирует гем А₃. Включение ингибиторами гема А₃ препятствует нормальному функционированию всей дыхательной митохондриальной системы. Таким образом, цианиды, ингибируя цитохромоксидазу путем взаимодействия с трехвалентным железом гема А₃ препятствуют окислению молекулярным кислородом всех остальных компонентов цепи, нарушая в конечном итоге, генерацию энергии, аккумулированной в АТФ.

Возникает парадоксальное явление: в клетках и тканях имеется избыток кислорода, и усвоить его они не могут, так как от химически неактивен. Вследствие этого в организме быстро формируется патологическое состояние, известное под названием тканевой или гистоток-сической гипоксии. Цианиды относятся к числу обратимых ингибиторов цитохромоксидазы. При увеличении напряжения кислорода в тканях их токсический эффект ослабевает. На этом основано использование гипербарической оксигенации при отравлениях цианистыми соединениями. С другой же стороны, если организм адаптирован к низкому уровню кислородного обмена, то его чувствительность к цианидам резко снижается. Выдающимся русским фармакологом Н.П.Кравковым в начале этого века был установлен любопытный факт: во время зимней спячки ежи переносят такие дозы цианида калия, которые во много раз превосходят смертельные. Стойкость ежей к цианиду Н.П.Кравков объяснил тем, что в условиях зимней спячки при низкой температуре тела потребление кислорода значительно снижено и животные лучше переносят торможение его усвоения клетками. В настоящее время известно, что механизм токсического действия синильной кислоты не ограничивается ферментами цитохромной системы. Имеются сообщения о подавлении цианидами активности около 20 различных ферментов, в том числе декарбоксилазы. Последнее существенно осложняет терапию отравлений синильной кислотой, однако, практика показывает, что блокада цитохромоксидазы играет ведущую роль в пусковом звене механизма действия цианидов.

Ряд авторов указывает на то, что при так называемых молниеносных поражениях цианидами реализуются патологические изменения, связанные с рефлекторным угнетающим действием на дыхательный центр, которое опосредованно через перевозбуждение хеморецепторов синока-ротидной и аортальной зон. Это наблюдается при одномоментном поступлении в организм больших количеств цианидов, чаще всего, ингаляционным путем, что как раз и является весьма вероятным при применении боевых отравляющих веществ общеядовитого действия.

Оксид углерода с вдыхаемым воздухом попадает в легкие, а затем в кровь. Проникая в эритроциты оксид углерода связывается с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин. Причем взаимодействие яда происходит как с восстановленной формой гемоглобина, так и с окисленной. Эта реакция резко сдвинута вправо и носит обратимый характер. Сдвиг реакции вправо обусловлен более высоким "сродством" оксида углерода к гемоглобину, по сравнению с кислородом.

Доказано, что повышение сродства гемоглобина к оксиду углерода не означает увеличение скорости присоединения яда к гемоглобину. Экспериментально установлено, что скорость присоединения яда к гемоглобину в 10 раз меньше скорости связывания кислорода с гемоглобином. В тоже время скорость диссоциации карбоксигемоглобина, примерно в 3600 раз меньше скорости диссоциации оксигемоглобина. Поэтому сродство оксида углерода к гемоглобину крови человека превосходит сродство кислорода в 290-360 раз.

Различия в степени сродства оксида углерода к гемоглобину зависят от структуры белковой части гемоглобина. Все это объясняет значительные колебания в чувствительности различных видов животных к токсическому действию оксида углерода. В результате этих особенностей взаимодействия яда с гемоглобином создаются условия, при которых оксид углерода даже в незначительных количествах, содержащихся во вдыхаемом воздухе, вызывает отравления. Например, при содержании оксида углерода в воздухе, равном 0,1%(кислорода 21%), 50% гемоглобина превращается карбоксигемоглобин, в результате развивается тяжелая форма кислородной недостаточности, которая обусловлена выключением значительной части гемоглобина из транспортной функции - переноса кислорода.

Степень развития кислородной недостаточности зависит не только от количественного выключения какой-то части гемоглобина, связанного с оксидом углерода, но и от того влияния, которое оказывает образовавшийся карбоксигемоглобин на процессы окисления и восстановления гемов под влиянием кислорода.

Молекула гемоглобина содержит четыре гема, которые последовательно связываются с оксидом углерода и кислородом. При наличии в крови карбоксигемоглобина диссоциация оксигемоглобина замедляется, и это в значительной степени увеличивает кислородную недостаточность (эффект Холдена).

Длительное время считали, что при отравлении оксидом углерода образование карбоксигемоглобина является единственной причиной развития гемической гипоксии. Однако в настоящее время получены данные, указывающие на определенное значение в развитии интоксикации взаимодействия оксида углерода с миоглобином, цитохромоксидазой, а возможно, и с другими железо- и медь- содержащими биохимическими системами.

Миоглобин (мышечный пигмент) в организме выполняет функцию передачи кислорода из крови к работающей мышце. При взаимодействии миоглобина с окисью углерода образуется карбоксимиоглобин. Нарушается обеспечение работающих мышц кислородом. Этим можно, объяснить развитие у пораженных выраженной мышечной слабости, особенно в мышцах нижних конечностей.

Не исключена возможность взаимодействия железа (в двухвалентной форме) цитохромной системы с оксидом углерода - нарушение тканевого дыхания приводящее к гистотоксической гипоксии.