Механизм токсического действия, патогенез интоксикации.
Цианиды угнетают окислительно-восстановительные процессы в тканях, нарушая последний этап передачи протонов (Н+) и электронов (е) цепью дыхательных ферментов от окисляемых субстратов на кислород, вследствие чего развивается тканевая гипоксия.
Дыхание является одним из самых распространенных способов запасания энергии, которым обладает большинство организмов. Как известно, в организме человека в процессе дыхания энергия запасается по механизму окислительного фосфорилирования. Источником, запасаемой в форме АТФ энергии, является биологическое окисление субстратов, образующихся в ходе метаболизма питательных веществ, поступающих из окружающей среды.
Процесс биологического окисления (рис. 3) состоит в отщеплении с помощью ферментов дегидрогеназ от субстратов биологического окисления (изоцитрата, малата, сукцината, а- кетоглютарата), образующихся в цикле трикарбоновых кислот, атомов водорода и переносе их в форме протонов и электронов по цепи дыхательных ферментов на кислород. В цепи передачи протонов и электронов имеется перепад электрохимического потенциала. В точках наибольших перепадов редокспотенциалов происходят, согласно хемиосмотической гипотезе Питера Митчелла (1961г.), реакции сопряженного окислительного фосфорилирования с образованием АТФ.
Рис. 3 Механизм нарушения биологического окисления синильной кислотой
Этот процесс происходит на внутренней мембране митохондрий в которой, в строго определенной очередности, расположены компоненты дыхательной цепи (электрон-транспортная система) и катализирующий образование АТФ фермент (АТФ-синтаза). В дыхательной цепи осуществляются реакции, представляющие собой биохимический аналог горения водорода. Дыхательная цепь – это последовательность связанных друг с другом окислительно- восстановительных пар молекул-переносчиков протонов и электронов, электрохимический потенциал которых постепенно снижается. При таком «постепенном» окислении организму удается обеспечить высокий КПД утилизации химической энергии, запасенной в окисляющихся субстратах (в форме АТФ утилизируется ~ 42% энергии, около 58% рассеивается в форме тепла).
Компоненты дыхательной цепи представлены переносчиками протонов чередующимися с переносчиками электронов. Поскольку транспорт электронов и транспорт Н+ являются сопряженными и эквивалентными процессами, дыхательную цепь можно рассматривать как цепь переноса электронов (электрон-транспортную цепь). Ее основными компонентами являются: флавопротеины, железосерные белки (Fe/S-белок), хиноны (убихинон) и цитохромы. Цитохромы являются переносчиками е непосредственно на молекулярный кислород.
В процессе биологического окисления наиболее важную роль играют цитохромы b, c1s c, aa3. Все они имеют простетическую геминовую группу, близкую к гему гемоглобина. Атом Fe в геме участвует в переносе электронов, при этом валентность железа обратимо изменяется (с двухвалентного на трехвалентное):
Цитохромы b, c1, c выполняют функцию промежуточных переносчиков электронов, а цитохром aa3 (называется цитохромоксидазой) является терминальным тканевым дыхательным ферментом, осуществляющим передачу электронов на кислород, доставляемый к тканям кровью.
Установлено, что циан-ионы (CN-) с током крови достигают тканей, где вступают во взаимодействие с трехвалентной формой Fe цитохрома а3 цитохромоксидазы* (с Fe2+ цианиды не взаимодействуют). Функциональная единица цитохромоксидазы состоит из 4-х единиц гема «a», 2-х единиц гема «a3». Цианиды реагируют в основном с цитохромом «a3» и лишь частично с цитохромом «a». Последнее может служить объяснением известному факту, что в условиях отравления синильной кислотой не наблюдается тотального угнетения тканевого дыхания. Сохранившуюся окислительную активность принято обозначатть как «цианрезистентное» дыхание. При стремительно развивающейся интоксикации цианрезистентное дыхание не может обеспечить выживаемость животного организма, однако при замедленном развитии отравления значение цианрезистентного дыхания может значительно возрастать. Соединившись с цианидом, цитохромоксидаза утрачивает способность переносить электроны на молекулярный кислород. Это приводит к мгновенному восстановлению всей цепи дыхательных ферментов «выше» выведенного из строя звена. При этом транспорт электронов и Н+ по цепи переносчиков прекращается, нарушается процесс синтеза макроэргов (АТФ), развивается тканевая гипоксия. Кислород с артериальной кровью доставляется к тканям в достаточном количестве, но ими не усваивается и переходит в неизмененном виде в венозное русло.
