Стрихнин ( / ˈ s t r ɪ k n iː n , - n ɪ n / , STRIK -neen , -nin , в основном в США /- n aɪ n / -nyne ) [6] [7] является высокотоксичным , бесцветный, горький, кристаллический алкалоид , используемый в качестве пестицида , особенно для уничтожения мелких позвоночных, таких как птицы и грызуны . Стрихнин при вдыхании, проглатывании или попадании через глаза или рот вызывает отравление , которое приводит к мышечным судорогам и, в конечном итоге, к смерти от асфиксии . [8] Хотя он больше не используется в медицинских целях, исторически его использовали в небольших дозах для усиления мышечных сокращений, например, в качестве стимулятора сердца и кишечника [9] и препарата, повышающего работоспособность. Наиболее распространенным источником являются семена дерева Strychnos nux-vomica .
Стрихнин — терпеновый индольный алкалоид , принадлежащий к семейству алкалоидов Corynanthe семейства Strychnos и полученный из триптамина и секологанина . [10] [11] Биосинтез стрихнина был решен в 2022 году. [12] Фермент стриктозидсинтаза катализирует конденсацию триптамина и секологанина с последующей реакцией Пикте-Шпенглера с образованием стриктозидина . [13] Многие этапы были выявлены путем выделения промежуточных продуктов из Strychnos nux-vomica . [14] Следующим шагом является гидролиз ацеталя , который открывает кольцо путем отщепления глюкозы (O-Glu) и образует реакционноспособный альдегид. Образующийся альдегид затем подвергается воздействию вторичного амина с образованием гейсошизина, обычного промежуточного соединения многих родственных соединений семейства Strychnos . [10]
Обратная реакция Пикте-Шпенглера разрывает связь C2-C3 с последующим образованием связи C3-C7 посредством миграции 1,2-алкила, окисления фермента цитохрома P450 до спирооксиндола , нуклеофильной атаки енола по положению C16. , а удаление кислорода образует связь C2–C16 с образованием дегидропреакуаммицина. [15] Гидролиз метилового эфира и декарбоксилирование приводит к образованию норфторкурарина. Стереоспецифическое восстановление эндоциклической двойной связи НАДФН и гидроксилирование дает альдегид Виланда-Гумлиха , который был впервые выделен Хеймбергером и Скоттом в 1973 году, хотя ранее синтезирован Виландом и Гамлихом в 1932 году . 2 углерода, ацетил-КоА присоединяется к альдегиду в альдольной реакции с образованием престрихнина. Затем стрихнин образуется путем легкого присоединения амина к карбоновой кислоте или ее активированному тиоэфиру КоА с последующим замыканием кольца путем замещения активированного спирта.
Как отмечали ранние исследователи, молекулярная структура стрихнина с ее специфическим набором колец, стереоцентров и функциональных групп азота представляет собой сложную синтетическую мишень и по этой причине стимулирует интерес, а также интерес к взаимосвязям структура- активность, лежащим в основе его фармакологической активности. . [17] Один из первых химиков-синтетиков, занимавшихся стрихнином, Р.Б. Вудворд , процитировал химика, который определил его структуру путем химического разложения и связанных с ним физических исследований, сказав, что «по размеру молекулы это самое сложное из известных органических веществ» (приписывается сэру Роберту Робинсону). ). [18]
О первом полном синтезе стрихнина сообщила исследовательская группа Р.Б. Вудворда в 1954 году, и он считается классикой в этой области. [19] [10] Отчет Вудворда, опубликованный в 1954 году, был очень кратким (3 стр.), [20] но за ним последовал 42-страничный отчет в 1963 году. [21] С тех пор молекула постоянно привлекала широкое внимание в течение многих лет. поскольку проблемы синтетической органической стратегии и тактики связаны с ее сложностью; его синтез был целенаправленным, а его стереоконтролируемое приготовление независимо было достигнуто более чем дюжиной исследовательских групп с момента первого успеха (см. Основную статью о полном синтезе стрихнина ).
Стрихнин — нейротоксин , действующий как антагонист рецепторов глицина и ацетилхолина . В первую очередь это влияет на двигательные нервные волокна спинного мозга, которые контролируют сокращение мышц. Импульс запускается на одном конце нервной клетки за счет связывания нейротрансмиттеров с рецепторами. В присутствии тормозного нейромедиатора, такого как глицин , большее количество возбуждающих нейротрансмиттеров должно связываться с рецепторами, прежде чем генерируется потенциал действия . Глицин действует главным образом как агонист глицинового рецептора, который представляет собой лиганд-управляемый хлоридный канал в нейронах, расположенных в спинном и головном мозге. Этот хлоридный канал пропускает отрицательно заряженные ионы хлорида в нейрон, вызывая гиперполяризацию, которая отодвигает мембранный потенциал дальше от порогового значения. Стрихнин – антагонист глицина; он нековалентно связывается с тем же рецептором, предотвращая ингибирующее действие глицина на постсинаптический нейрон. Следовательно, потенциалы действия запускаются при более низких уровнях возбуждающих нейротрансмиттеров. Когда тормозные сигналы предотвращены, мотонейроны легче активируются, и у пострадавшего возникают спастические сокращения мышц, что приводит к смерти от удушья. [8] [22] Стрихнин связывает ацетилхолинсвязывающий белок Aplysia Californica (гомолог никотиновых рецепторов ) с высоким сродством, но низкой специфичностью, и делает это в нескольких конформациях. [23]
В высоких дозах стрихнин очень токсичен для человека (минимальная смертельная пероральная доза для взрослых составляет 30–120 мг) и многих других животных (пероральная ЛД 50 = 16 мг/кг для крыс, 2 мг/кг для мышей) [24]. а отравление при вдыхании, проглатывании или попадании через глаза или рот может привести к летальному исходу. Семена S. nux-vomica обычно эффективны в качестве яда только в том случае, если их раздавить или разжевать перед проглатыванием, поскольку околоплодник довольно твердый и неперевариваемый; Поэтому симптомы отравления могут не проявиться, если семена проглотить целиком. [25] [26]
Отравление стрихнином у животных обычно происходит при употреблении в пищу приманок, предназначенных для борьбы с сусликами, кротами и койотами. Стрихнин также используется в качестве родентицида , но он не специфичен для таких нежелательных вредителей и может убить других мелких животных. [27] В США с 1990 года большинство приманок, содержащих стрихнин, были заменены приманками на основе фосфида цинка . В Европейском Союзе родентициды со стрихнином запрещены с 2006 года. Некоторые животные невосприимчивы к стрихнину; обычно это такие виды, как фруктовые летучие мыши , у которых развилась устойчивость к ядовитым алкалоидам стрихноса, содержащимся в съеденных ими фруктах. У аптечного жука есть симбиотические кишечные дрожжи, которые позволяют ему переваривать чистый стрихнин.
Токсичность стрихнина у крыс зависит от пола. Он более токсичен для женщин, чем для мужчин при введении подкожно или внутрибрюшинно . Различия обусловлены более высокой скоростью метаболизма микросомами печени самцов крыс. Собаки и кошки более восприимчивы среди домашних животных, считается, что свиньи так же восприимчивы, как и собаки, а лошади способны переносить относительно большие количества стрихнина. У птиц, отравленных стрихнином, наблюдаются опущение крыльев, слюнотечение , тремор , напряжение мышц и судороги . Смерть наступает в результате остановки дыхания . Клинические признаки отравления стрихнином связаны с его воздействием на центральную нервную систему . К первым клиническим признакам отравления относятся нервозность, беспокойство, подергивание мышц и ригидность шеи. По мере прогрессирования отравления мышечные подергивания становятся более выраженными и внезапно появляются судороги во всех скелетных мышцах. Конечности вытянуты, шея изогнута до опистотонуса . Зрачки широко расширены. По мере приближения смерти судороги следуют друг за другом с увеличением скорости, тяжести и продолжительности. Смерть наступает от асфиксии вследствие длительного паралича дыхательных мышц. После приема стрихнина симптомы отравления обычно появляются в течение 15–60 мин. Значения LD 50 для стрихнина у животных указаны ниже в таблице 1 .
После инъекции, вдыхания или проглатывания первыми симптомами являются генерализованные мышечные спазмы . Они появляются очень быстро после вдыхания или инъекции – всего в течение пяти минут – и проявляются после приема внутрь несколько дольше, обычно примерно через 15 минут. При очень высокой дозе возникновение дыхательной недостаточности и смерть мозга могут произойти через 15–30 минут. При приеме более низкой дозы начинают развиваться другие симптомы, включая судороги , спазмы, скованность , [39] повышенную бдительность и возбуждение . [40] Судороги, вызванные отравлением стрихнином, могут начаться уже через 15 минут после воздействия и продолжаться 12–24 часа. Они часто провоцируются взглядами, звуками или прикосновениями и могут вызывать другие неблагоприятные симптомы, включая гипертермию , рабдомиолиз , миоглобинуриальную почечную недостаточность , метаболический ацидоз и респираторный ацидоз . Во время судорог могут возникнуть мидриаз (аномальное расширение глаз), экзофтальм (выпучивание глаз) и нистагм (непроизвольные движения глаз). [27]
По мере прогрессирования отравления стрихнином возникают тахикардия (учащенное сердцебиение), гипертония (повышенное кровяное давление), тахипноэ (учащенное дыхание), цианоз (посинение), потоотделение (потливость), водно-электролитный дисбаланс , лейкоцитоз (высокое количество лейкоцитов ). Могут возникнуть тризм ( тризм ), risus sardonicus (спазм мышц лица) и опистотонус (резкий спазм мышц спины, вызывающий выгибание спины и шеи). В редких случаях у пострадавшего может возникнуть тошнота или рвота . [27]
Непосредственной причиной смерти при отравлении стрихнином может быть остановка сердца , дыхательная недостаточность , полиорганная недостаточность или повреждение головного мозга . [27]
Значения минимальных смертельных доз, рассчитанные по различным случаям отравления стрихнином, приведены в таблице 2.
Что касается профессионального воздействия стрихнина, Управление по безопасности и гигиене труда и Национальный институт безопасности и гигиены труда установили пределы воздействия на уровне 0,15 мг/м 3 в течение 8-часового рабочего дня. [2]
Поскольку стрихнин вызывает одни из самых ярких и болезненных симптомов из всех известных токсических реакций, отравление стрихнином часто изображается в литературе и кино, включая авторов Агаты Кристи и Артура Конан Дойля . [48]
Стрихнин можно вводить в организм перорально, ингаляционно или инъекционно. Это сильно горькое вещество, и было показано, что у людей он активирует рецепторы горького вкуса TAS2R10 и TAS2R46 . [49] [50] [51] Стрихнин быстро всасывается из желудочно-кишечного тракта. [52]
Стрихнин транспортируется плазмой и эритроцитами . Благодаря незначительному связыванию с белками стрихнин быстро покидает кровоток и распределяется по тканям. Примерно 50% принятой дозы может попасть в ткани за 5 минут. Также через несколько минут после приема стрихнин можно обнаружить в моче. Небольшая разница была отмечена между пероральным и внутримышечным введением стрихнина в дозе 4 мг. [53] У лиц, погибших от стрихнина, самые высокие концентрации обнаруживаются в крови, печени, почках и стенке желудка. Обычная смертельная доза составляет 60–100 мг стрихнина и приводит к летальному исходу через 1–2 часа, хотя смертельные дозы варьируются в зависимости от человека.
Стрихнин быстро метаболизируется микросомальной ферментной системой печени, требуя НАДФН и О 2 . Стрихнин конкурирует с тормозным нейромедиатором глицином , что приводит к возбуждающему состоянию. Однако токсикокинетика после передозировки недостаточно подробно описана. В наиболее тяжелых случаях отравления стрихнином больной умирает, не доехав до больницы. Биологический период полураспада стрихнина составляет около 10 часов.
Через несколько минут после приема стрихнин выводится с мочой в неизмененном виде и составляет от 5 до 15% сублетальной дозы, введенной в течение 6 часов. Примерно от 10 до 20% дозы выводится с мочой в неизмененном виде в течение первых 24 часов. Процент выведения уменьшается с увеличением дозы. Из количества, выведенного почками, около 70% выводится в первые 6 часов, а почти 90% — в первые 24 часа. Выведение практически завершается через 48–72 часа. [54]
Специфического противоядия от стрихнина не существует , но восстановление после воздействия возможно при раннем поддерживающем лечении. Отравление стрихнином требует агрессивного лечения с ранним контролем мышечных спазмов, интубацией при потере контроля над дыхательными путями, удалением токсинов ( обеззараживанием ), внутривенной гидратацией и потенциально активными усилиями по охлаждению в контексте гипертермии, а также гемодиализа при почечной недостаточности (стрихнин не показан). удаляются с помощью гемодиализа). [27] В настоящее время отравление стрихнином обычно происходит в результате применения лекарственных трав и родентицидов, содержащих стрихнин. [55] Более того, лечение должно быть адаптировано к истории основных жалоб пациента и результатам обследования, чтобы исключить другие причины. Если отравившийся человек может выжить в течение 6–12 часов после приема первой дозы, прогноз для него хороший. [27] Пациента следует содержать в тихой и затемненной комнате, поскольку чрезмерные манипуляции и громкие звуки могут вызвать судороги. Поскольку эти судороги чрезвычайно болезненны, следует применять соответствующие анальгетики. Лечение отравления стрихнином включает пероральный прием активированного угля , который адсорбирует стрихнин в пищеварительном тракте; неабсорбированный стрихнин удаляют из желудка промыванием желудка вместе с растворами дубильной кислоты или перманганата калия для окисления стрихнина. Активированный уголь может быть полезным, но его польза остается недоказанной, и его использования следует избегать у пациентов с ослабленными дыхательными путями или измененным психическим статусом. [56] Активированный уголь — это вещество, которое может связываться с некоторыми токсинами в пищеварительном тракте и предотвращать их всасывание в кровоток. [57] Он может быть полезен в случаях отравления стрихнином, если его вводить вскоре после приема внутрь, но его эффективность не гарантирована. Согласно одному источнику, [58] активированный уголь следует дать в течение одного часа после приема, чтобы получить значительный эффект, тем не менее, этот источник дает общие рекомендации по использованию древесного угля, эти советы не относятся конкретно к отравлению стрихнином. Поэтому другие источники, рассматривающие именно отравление стрихнином, [59] [26] утверждают, что активированный уголь можно рассматривать даже после одного часа приема внутрь, в зависимости от дозы и типа стрихнинсодержащего продукта. Свойства древесного угля в стрихнине являются предметом исследования. [60] В любом случае, древесный уголь является рекомендуемым средством при отравлении стрихнином, поскольку существует специфический противоядие. [61] [26] Поэтому решение об использовании активированного угля должно основываться на индивидуальных обстоятельствах каждого случая и наличии других вариантов лечения. [26] Тем не менее, использование угля не должно заменять поддерживающую терапию, которая включает внутривенное введение жидкости и лекарства от судорог и спазмов, если это необходимо. [62] Судороги контролируются противосудорожными препаратами , такими как фенобарбитал или диазепам , [27] наряду с миорелаксантами, такими как дантролен, для борьбы с мышечной ригидностью. Исторически для сдерживания судорог использовались хлороформ или большие дозы хлорала , бромида , уретана или амилнитрита . [63] [64] [65] [66] Поскольку такие лекарства, как диазепам , не эффективны для облегчения судорог во всех случаях, можно использовать одновременное применение барбитуратов и/или пропофола . [67]
Непременным условием токсичности стрихнина является припадок «бодрствования», при котором возникает тонико-клоническая активность, но пациент насторожен и ориентирован в течение всего приступа и после него. [68] Соответственно, Джордж Харли (1829–1896) показал в 1850 году, что кураре (вурали) эффективен для лечения столбняка и отравления стрихнином.
Стрихнин был первым алкалоидом, обнаруженным в растениях рода Strychnos семейства Loganiaceae . Стрихнос , названный Карлом Линнеем в 1753 году, — род деревьев и вьющихся кустарников порядка Gentianales . Род насчитывает 196 различных видов и распространен в теплых районах Азии (58 видов), Америки (64 вида) и Африки (75 видов). Семена и кора многих растений этого рода содержат стрихнин.
Токсическое и лекарственное действие Strychnos nux-vomica было хорошо известно еще со времен древней Индии, хотя само химическое соединение не было идентифицировано и охарактеризовано до 19 века. Жители этих стран имели исторические знания о видах Strychnos nux-vomica и бобах Святого Игнатия ( Strychnos ignatii ). Strychnos nux-vomica — дерево, произрастающее в тропических лесах Малабарского побережья Южной Индии, Шри-Ланки и Индонезии, достигающее высоты около 12 метров (39 футов). У дерева кривой, короткий и толстый ствол, древесина мелковолокнистая и очень прочная. Плод оранжевого цвета, размером с большое яблоко, с твердой кожурой , содержит пять семян, покрытых мягким шерстяным веществом. Созревшие семена имеют вид сплюснутых дисков, очень твердых. Эти семена являются основным коммерческим источником стрихнина и впервые были импортированы и проданы в Европе как яд для уничтожения грызунов и мелких хищников . Strychnos ignatii — древесный вьющийся кустарник, произрастающий на Филиппинах. Плод растения, известного как боб святого Игнатия, содержит до 25 семян, заключенных в мякоть. Семена содержат больше стрихнина, чем другие коммерческие алкалоиды. Свойства S. nux-vomica и S. ignatii по существу аналогичны свойствам алкалоида стрихнина.
Стрихнин был впервые обнаружен французскими химиками Жозефом Бьенеме Каванту и Пьером-Жозефом Пеллетье в 1818 году в бобах Сен-Игнатия. [69] [70] В некоторых растениях стрихноса также присутствует 9,10-диметоксипроизводное стрихнина, алкалоид бруцин . Бруцин не так ядовит, как стрихнин. Исторические записи показывают, что препараты, содержащие стрихнин (предположительно), использовались для убийства собак, кошек и птиц в Европе еще в 1640 году. [54] Он якобы использовался осужденным убийцей Уильямом Палмером, чтобы убить свою последнюю жертву, Джона Кука. [71] Он также использовался во время Второй мировой войны бригадой Дирлевангера против гражданского населения. [72]
Структура стрихнина была впервые определена в 1946 году сэром Робертом Робинсоном , а в 1954 году этот алкалоид был синтезирован в лаборатории Робертом Б. Вудвордом . Это один из самых известных синтезов в истории органической химии. Оба химика получили Нобелевскую премию (Робинсон в 1947 году и Вудворд в 1965 году). [54]
Стрихнин использовался в качестве сюжета в детективных убийствах писательницы Агаты Кристи . [73]
Стрихнин широко использовался в качестве средства для улучшения спортивных результатов и рекреационного стимулятора в конце 19-го и начале 20-го веков из-за его конвульсивного действия. Один печально известный случай его использования произошел во время Олимпийского марафона 1904 года, когда легкоатлету Томасу Хиксу его помощники неохотно давали смесь яичных белков и бренди с небольшим количеством стрихнина, чтобы повысить его выносливость. Хикс выиграл гонку, но к тому времени, когда достиг финиша, у него были галлюцинации [ не удалось проверить ] , и вскоре после этого он потерял сознание. [74] [75] Примерно в то же время Максимилиан Теодор Бух предложил его как лекарство от алкоголизма. Считалось, что это похоже на кофе. [76] [77] Его действие хорошо описано в новелле Герберта Уэллса «Человек-невидимка »: в заглавном герое говорится: «Стрихнин — это великолепное тонизирующее средство... избавляющее человека от дряблости». Доктор Кемп, его знакомый, отвечает: «Это дьявол. Это палеолит в бутылке». [78]
Была предпринята попытка поставить мыльную клизму, но сфинктер не действовал.
После подкожной инъекции 1/45 грана [1,44 мг] стрихнина была предпринята вторая попытка, за которой последовала хорошая эвакуация кишечника, после чего было введено и сохранено полпинты [284 мл] физиологического раствора.
[...] Мы решили придерживаться уже начатого лечения, а именно периодического ректального введения физиологического раствора и забора мочи катетером, с ингаляциями кислорода при цианозе и подкожно стрихнином по мере ослабления пульса.
{{cite book}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка )