La toxinología es una ciencia que estudia las propiedades de los venenos de origen animal, vegetal y microbiano y el proceso tóxico que provoca su envenenamiento. Puede considerarse como una sección de la toxicología , así como una ciencia interdisciplinaria [11]. La recepción, distribución, metabolismo en el cuerpo, así como el mecanismo de acción de algunas toxinas , así como los métodos existentes y posibles de su uso, son estudiados por la toxicología militar, ya que estos venenos pueden ser utilizados como armas químicas y biológicas ( botulínico ). toxina , etc.), así como sustancias venenosas con fines de sabotaje y terrorismo [2,3,4,8]. Al mismo tiempo, los venenos naturales ( toxinas ) son ampliamente utilizados en medicina [9].
Zootoxicología, fitotoxinología, toxinología de microorganismos son las principales secciones (componentes) de toxinología que estudian el proceso tóxico debido a la derrota de animales, plantas y patógenos de enfermedades infecciosas por venenos ( toxinas ), respectivamente, la naturaleza química de estos venenos , su toxicocinética y toxicodinámica [11]. Las armas biológicas basadas en toxinas son armas de destrucción masiva y están prohibidas por el Protocolo de Ginebra de 1925 [1] .
La zootoxinología estudia las propiedades de las toxinas, así como la toxicocinética y toxicodinámica de venenos de protozoos (Protozoa), esponjas (Spongia), celenterados (Coelenterata), gusanos (Vermes), moluscos (Mollusca), arácnidos (Arachnida), insectos (Insecta ), ciempiés (Myriapoda), equinodermos (Echinodermata), peces (Pisces), ciclóstomos (Cyclostomata), anfibios (Amphibia), reptiles (Reptilia), mamíferos (Mammalia) [11].
De mayor interés para los toxicólogos (especialistas involucrados en toxinología) son la tetrodotoxina , la saxitoxina , la palitoxina , la batracotoxina y el veneno de serpiente [3,8]. La tetrodotoxina se encuentra en las glándulas sexuales de los peces marinos (fugu, pez globo, pez globo) y en los órganos de otros animales. La saxitoxina se encuentra en altas concentraciones en los gasterópodos marinos Sacidomus giganteus y otros, que la reciben junto con el plancton, que contiene el flagelado unicelular Dinoflagelata. Palitoxina aislada de pólipos de coral Palythoa caribaerum. La batracotoxina se encuentra en las glándulas de la piel de algunas especies de ranas venenosas del género trepadoras de hojas, en algunas aves de Nueva Guinea) [2,8,10,11]. La DL 50 de estas toxinas oscila entre 0,15 y 8 µg/kg para roedores. Estos venenos interrumpen el movimiento de iones en las membranas sinápticas [2,3,8,11]. Por lo tanto, la palitoxina aumenta considerablemente la liberación de cationes de las membranas axonal y postsináptica. Este veneno tiene un efecto convulsivo, que es reemplazado por un estado paralítico [2,11,12]. La tetrodotoxina y la saxitoxina bloquean la liberación de cationes de los canales iónicos de las membranas sinápticas. En caso de intoxicación con estas toxinas , se desarrolla parálisis de los músculos estriados sin síndrome convulsivo [2,8,12]. Los venenos de serpiente tienen efectos similares al curare (por ejemplo, bungarotoxinas de la serpiente Bungarus multicinctus de la familia de los áspidos), hematovasotóxicos y otros efectos [2,13].
Los venenos de origen microbiano incluyen toxinas de casi todos los microorganismos patógenos: clostridios patógenos, que causan infecciones anaerobias de los tejidos blandos de las extremidades, el tronco, el cerebro humano, así como otras enfermedades infecciosas de humanos y animales (ε-toxina - Clostridium perfringens, β -toxina y leucocidina - Clostridium perfringens, exotoxina - Clostridium oedematoides), agentes causantes de listerelosis (toxina de Listeria monocytogenes), difteria, enterocolitis (enterotoxina A), neumonía (Streptococcus pneumoniae), toxina del cólera (colerógeno), etc. [7,14 ,15].
Las exotoxinas de la bacteria botulínica (Clostridium botulinum) de varias cepas son mezclas de dos bipolímeros: la toxina α neurotrópica (polipéptido) y la toxina α hemaglutinante (glucoproteína). Los componentes neurotrópicos se denominan toxinas botulínicas. Actualmente se conocen siete tipos de toxinas botulínicas (A, B, C, D, E, F, G), que forman parte de las exotoxinas de bacterias botulínicas de diversas cepas. Las toxinas botulínicas de todos los tipos son similares entre sí en términos de la naturaleza del efecto dañino sobre el organismo de los mamíferos, aunque difieren algo entre sí en las estructuras primarias, el grado del efecto tóxico y las propiedades inmunogénicas. Para los humanos, las toxinas botulínicas de los tipos A, B, E y F son especialmente peligrosas, de las cuales la toxina botulínica tipo A se caracteriza por la mayor toxicidad. -glóbulo de dominio con un peso molecular de alrededor de 150 mil Da que contiene hasta 1500 residuos de aminoácidos. La toxicidad de la toxina botulínica se debe a la acción de dos dominios (A y B), que están conectados entre sí por un puente disulfuro. La toxina botulínica bloquea la liberación (liberación, liberación) del neurotransmisor en la hendidura sináptica, como resultado de lo cual se interrumpe la transmisión interneuronal (neuromuscular). Hay un efecto paralizante. Las toxinas botulínicas muestran las propiedades de los relajantes musculares periféricos y centrales [14,15]. La LD 50 de la toxina botulínica es de 5 × 10 −6 mg/kg (ratones, por vía subcutánea), para los seres humanos la LD 50 es de 5 × 10 −5 mg/kg (oral) [8]. En 1975, el ejército de los EE. UU. adoptó la toxina botulínica tipo A con el nombre en clave de "agente XR" [3,4,8]. A pesar de la naturaleza biológica de la toxina, "agente XR" se refiere a un componente de armas químicas (en lugar de biológicas) [2,3,4]. Puede ser utilizado como elemento de armas de destrucción masiva por países que no hayan firmado la Convención de 1993 sobre la prohibición del desarrollo, la producción, el almacenamiento y el uso de armas químicas y sobre su destrucción .
Las exotoxinas del bacilo del tétanos (Clostridium tetani) son mezclas de dos biopolímeros: la tetanoespasmina neurotrópica (que provoca convulsiones de origen central) y la tetanolisina hematotrópica (que destruye las membranas de los eritrocitos). La tetanoespasmina se obtuvo en estado amorfo y cristalino. Es un glóbulo de dos dominios con 1279 residuos de aminoácidos. Los dominios (A y B) están conectados entre sí por un único puente disulfuro. El dominio B proporciona el transporte de la toxina en el cuerpo, el "reconocimiento" del biodiana (membranas presinápticas de neuronas inhibidoras de la médula espinal y el tronco encefálico) y la posterior recepción en sitios específicos de esta membrana. El mayor peligro es la tetanoespasmina, cuya acción explica los efectos dañinos del tétanos, causados tanto por la propia exotoxina como por las bacterias que la producen [8,14,15]. La DL50 de la tetanoespasmina es de 5 x 10-6 mg/kg (ratones, por vía subcutánea), la DL50 para seres humanos es de 3,4 x 10-3 mg /kg (oral). Cuando a los ratones se les inyecta por vía subcutánea una LD 50 , la muerte se produce en 3 o 4 días, con 500 LD 50 en 1 día [8].
Las exotoxinas estafilocócicas son mezclas de biopolímeros. La capacidad de causar envenenamiento (capacidad dañina cuando se usa con fines militares) de las exotoxinas estafilocócicas está asociada a la presencia de enterotoxinas en su composición (del griego enteros - tripa), provocando intoxicación gastrointestinal en el afectado (envenenado), lo que lleva a la incapacitación temporal de mano de obra. Las más activas son las enterotoxinas estafilocócicas producidas por Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) de varias cepas (A, B, C1, C2, D, E, F). Estas bacterias están ampliamente distribuidas en la naturaleza y son aerobios resistentes. Con la intoxicación alimentaria por estafilococos, la toxicodikamika de las exotoxinas se debe a la acción de las hemolisinas, que provocan la lisis de las membranas de los eritrocitos; exfoliatinas, que contribuyen a la destrucción de las proteínas globulares del líquido intercelular; enterotoxinas que interrumpen selectivamente la permeabilidad de las paredes de los capilares sanguíneos que penetran en el epitelio del intestino delgado, al mismo tiempo que estimulan el centro emético del cerebro (responsable de los reflejos nauseosos). El período de latencia es de 0,5 a 6 horas, después de lo cual aparecen los siguientes síntomas de la lesión: dolor en el abdomen, salivación excesiva, náuseas, vómitos, diarrea sanguinolenta incontrolable (diarrea); disminución gradual de la presión arterial, debilidad general, disminución de la temperatura corporal; una caída brusca de la presión arterial, depresión de la actividad del sistema nervioso central, hipotermia profunda (por debajo de 35 ° C). Los síntomas de la lesión son idénticos para cualquier vía de entrada de la exotoxina al organismo (inhalación, subcutánea, oral). [14,15].
Una exotoxina en forma de polvo (producida por Staphylococcus aureus tipo B) se puede utilizar con fines militares y terroristas para incapacitar temporalmente a la mano de obra durante un día o más [8].
Las micotoxinas (del griego μύκης, mykes, mukos - "hongo"; τοξικόν, toxikon - "veneno") son metabolitos tóxicos de hongos microscópicos (mohos) liberados por ellos en el ambiente externo. Se desarrollan en plantas, en el suelo, productos alimenticios, así como en medios nutritivos en condiciones de cultivo artificial. Actualmente, se sabe que alrededor de 250 especies de diversos hongos microscópicos producen más de 100 metabolitos tóxicos [8, 15]. Comer harina que contenía alcaloides del cornezuelo de centeno provocó graves daños en el cuerpo, que tenían la naturaleza de una epidemia. Casi todas las plantas pueden servir como sustratos para el crecimiento y posterior formación de micotoxinas. Esto crea la posibilidad de contaminación del medio ambiente, lo que puede provocar lesiones a las personas. Las micotoxinas son de interés para fines militares [8]. Los principales tipos de micotoxinas más comunes y activas son: cumarinas sustituidas (aflatoxinas, ocratoxinas); tricotecenos; alcaloides (derivados del ácido lisérgico); derivados de pirano (citrinina, patulina) [8].
Las aflatoxinas son producidas por hongos patógenos del género Aspergillus. Los sustratos naturales de estos hongos son maní, maíz, otros granos y legumbres, semillas de algodón, nueces varias, algunas frutas y verduras. Las aflatoxinas se derivan químicamente de las cumarinas o furocumarinas sustituidas. Las aflatoxinas son sustancias cristalinas con un punto de fusión superior a 200 °C. Prácticamente no serán destruidos durante el procesamiento tecnológico o culinario habitual de los productos alimenticios contaminados [8]. La DL 50 de las aflatoxinas para varios animales oscila entre 0,3 y 18 mg/kg (por vía oral). Tienen efectos hepatotrópicos, cancerígenos, mutagénicos, teratogénicos e inmunosupresores [8].
Las ocratoxinas A, B y C son isocumarinas unidas por un enlace peptídico a la L-fenilalanina. Primero aislado en Sudáfrica. Tienen efectos nefrotóxicos, teratogénicos y cancerígenos. En acción aguda, el tracto gastrointestinal y el hígado se ven afectados. La LD 50 para varios animales oscila entre 3 y 13 mg/kg (oral) [8].
Actualmente se conocen más de 40 micotoxinas tricotecenas (cuyos productores son principalmente hongos microscópicos del género Fusarium). Los tricotecenos naturales son sustancias cristalinas incoloras con puntos de fusión de 130 a 230 °C. La DL50 de la toxina T- 2 para ratones es de 5,2 mg/kg (IM), 7,0 mg/kg (oral). Los tricotecenos no son toxinas de acción rápida. Cuando se administra una dosis letal de toxina T-2 a ratas, la muerte se produce después de 8 horas y los primeros signos de daño se observan después de 6 horas. Las micotoxinas tricotecenas afectan a todos los órganos y sistemas del cuerpo, tienen efectos teratogénicos y cancerígenos. El sistema nervioso central es el más afectado. Síntomas de intoxicación aguda: diarrea, náuseas, vómitos, disminución de la temperatura corporal, disminución de la actividad motora. Un día después, se presenta un estado similar al estado después de una intoxicación severa. Con el uso prolongado del llamado "pan borracho" (elaborado con cereales afectados por micotoxinas), las personas experimentan agotamiento, pérdida de la visión y trastornos mentales. En los animales, los síntomas característicos del envenenamiento son la negativa a comer (especialmente en cerdos y caballos), aumento de la excitabilidad, seguido de debilidad e inhibición de los reflejos [8].
La intoxicación por micotoxinas producidas por el hongo Claviceps purpurea, que contamina los cereales, es la micotoxicosis humana y animal más antigua conocida. Claviceps purpurea infecta muchos (más de 150 especies) cereales silvestres y cultivados, incluidos el centeno, la cebada, la avena y el trigo. Estas micotoxinas son principalmente derivados del ácido lisérgico (alrededor de 30 compuestos). La forma clínica convulsiva se acompaña de síndrome convulsivo y diarrea. Con la forma gangrenosa, se desarrolla gangrena seca, rechazo de tejidos blandos y, a menudo, extremidades enteras (a menudo inferiores) en los lugares de las articulaciones. La toxicidad varía y alcanza la DL 50 de las ergotoxinas que es de 40 mg/kg (ip, ratones) [8].
La citrinina se aisló por primera vez de un cultivo de Penicillum citrinum en 1931. Una sustancia cristalina amarilla con un punto de fusión de 170–171 °C. La citrinina se encuentra a menudo como un contaminante natural de las materias primas alimentarias y los piensos (trigo, cebada, avena, centeno, maní, harina de maíz). La citrinina tiene un efecto nefrotóxico pronunciado. La patulina se aisló por primera vez de un cultivo de Penicillum patilum. Altamente tóxico, mutagénico y cancerígeno. Los hongos productores de patulina afectan principalmente a las frutas (las manzanas son las más afectadas) y algunas verduras. La intoxicación se acompaña de daños en el tracto gastrointestinal, los pulmones, el hígado, los riñones y el bazo. La DL50 de patulina para ratones es de 10-15 mg/kg (inyección subcutánea) [8].
Hay una gran cantidad de diferentes especies de plantas que contienen toxinas con diferentes toxicocinéticas y toxicodinámicas. Los venenos de las plantas incluyen alcaloides y glucósidos , así como una gran cantidad de diferentes tipos de compuestos químicos (desde los simples, HCN o FCH2COOH, hasta proteínas y péptidos). Muchos de ellos se utilizan para la fabricación de medicamentos, sin embargo, existe la posibilidad de utilizar una serie de toxinas con fines militares [1,5,6].
La ricina es una toxoalbúmina de origen vegetal. Contenido en la cáscara de las semillas de ricino (0,1%). La torta que queda después de la producción de aceite de ricino contiene un 3% de ricina. Las dosis letales de ricino para varios animales oscilan entre 1 y 100 µg/kg [3,4,8]. La ricina está compuesta por 18 aminoácidos que forman dos cadenas polipeptídicas. Están unidos entre sí a través de un anillo de piridina. El mecanismo de acción está asociado con la destrucción de la molécula de toxina dentro de la célula y la liberación de la cadena A que afecta a los ribosomas (subunidades 60-S), la función de información, ARN de transferencia, ARN sintetasa de transporte de aminoacil, factores proteicos involucrados en la síntesis de la cadena polipeptídica, así como en la finalización de este proceso. La ricina bloquea el alargamiento de las cadenas polipeptídicas formadas en los ribosomas, lo que resulta en una violación de la síntesis de proteínas en la célula que conduce a su muerte [4]. 18-24 horas después de que la ricina ingresa al cuerpo, se produce enterocolitis hemorrágica , luego aparecen debilidad, fiebre, trastorno de la agudeza visual, convulsiones. Al segundo o tercer día se desarrolla un estado paralítico y se produce la muerte. El veneno puede causar aglutinación de eritrocitos, lo que conduce a la interrupción de la microcirculación en varios órganos [3,4,8].
La abrina es una proteína altamente tóxica que se encuentra en las semillas de regaliz de la India. Es un poco más tóxico que la ricina, pero mucho menos disponible [8].
El curare del veneno de flecha , obtenido por los indios sudamericanos a partir de la corteza de Chondodendron tomentosum, es el precursor de las armas mixtas modernas. Causa parálisis de los músculos esqueléticos, disfunción de los analizadores visuales y auditivos. Los compuestos basados en el veneno del curare se usan ampliamente en medicina, para atrapar animales salvajes y pueden usarse con fines militares [5,8].
La aconitina es un alcaloide extraído de la planta luchadora azul (Aconite). Los prisioneros de los campos de concentración de la Alemania nazi, que fueron heridos por balas de aconitina, murieron dentro de dos horas por intoxicación severa del tipo paralizante nervioso [16].
Las toxinas de origen vegetal que se pueden utilizar con fines militares incluyen estricnina , brucina , bibuculina , picrotoxina [8].
Cerberus (Cerbera odollam) de la familia kutrovye (Apocynaceae) es una planta bastante común, cuya patria se considera India. Sin embargo, también crece en Vietnam, Camboya, Sri Lanka, Myanmar y en las islas tropicales del Océano Pacífico. En India, Cerbera odollam se llama othalanga maram (othalanga maram) o en tamil kattu arali (kattu arali). En el este, su área de distribución se limita a la Polinesia Francesa. Todas las partes de Cerbera odollam son altamente tóxicas, sin embargo, la mayor cantidad de toxina se encuentra en el aceite de semilla. El aceite de semilla contiene el alcaloide cerberina, que tiene una estructura similar a la digoxina, una toxina de la digital (digitalis), así como el glucósido cerberósido. Estos venenos inhiben la Na+/K+ -ATPasa celular al interactuar con la subunidad alfa de la enzima. La acumulación de iones de sodio en el interior de la célula conduce a un aumento del calcio intracelular. La cerberina y el cerberósido provocan una disminución gradual de los latidos del corazón hasta detenerse por completo. La muerte ocurre de 3 a 4 horas después de que el veneno ingresa al cuerpo. La toxina más activa es la cerberina. Además, si no se supiera sobre el uso de Cerberus por parte de las víctimas, es prácticamente imposible determinar la causa del paro cardíaco [17].