Ядовитые вещества, которые содержатся или выделяются живыми организмами, работают как механизм самозащиты или оружие для добычи пищи. Люди веками использовали отравляющие вещества в своих целях — с помощью ядов избавлялись от нежелательных политических противников или просто из ревности. С точки зрения науки токсины, способные практически моментально убить человека, потенциально пригодны для создания лекарств — болеутоляющих и анестетиков. Изучение того, как яды воздействуют на клетки человека, помогает ученым лучше понять механизм функционирования и защиты животных и использовать эти знания для глобальных исследований в области токсикологии и иммунологии. «Хайтек» подготовил подборку ядов, против которых до сих пор пока не изобрели антидот.
Яд кураре или рицин, стрихнин или цианистый калий стали символами человеческих преступлений благодаря своей дурной репутации. Еще Папа Римский Александр VI считал, что нет идеальнее преступления, чем отравление. Яд не оставляет следов, занимает немного места и может начать свое действие спустя несколько часов и даже лет, что снимет любые подозрения с отравителя. Так уж вышло, что человек не всегда может стать жертвой злого умысла, отравить его может странствующий паук или медуза размером с орех.
Волшебные бобы
Рицин ― смертельный яд, который можно получить из семян клещевины. Это белый порошок, без особого вкуса и запаха, легко растворимый в воде. Дозы размером с одно рисовое зернышко достаточно, чтобы убить взрослого человека. Токсин действует путем инактивации рибосом и прекращения производства белка, что в конечном итоге приводит к смерти. Без клеток, производящих белок, ключевые функции организма отключаются — даже у выживших после отравления часто остаются последствия в виде хронических заболеваний печени и почек. Это очень неприятный способ отравления: в течение шести часов у жертв, которые получили дозу рицина, проявятся симптомы в виде сильной рвоты и диареи, которые могут привести к серьезному обезвоживанию. Затем рицин заражает клетки жизненно важных органов желудочно-кишечного тракта, проходя через него, это приводит к отказу почек, печени и поджелудочной железы.
Вдыхание рицина имеет другой эффект, так как белки рицина взаимодействуют с другими частями тела. При вдыхании рицина происходит разложение легких, а затем печени и почек. У отравленного развивается сильный кровавый кашель, легкие наполняются жидкостью, и в конечном итоге он не может вдохнуть, что и приводит к смерти.
Инъекция также отличается по действию в зависимости от того, в какое место ее вводили. Но, как правило, она приводит к рвоте и гриппоподобным симптомам, припухлости вокруг места инъекции и, в конечном итоге, к отказу органов, когда система кровообращения разнесет рицин по всему организму. Смерть от вдыхания или инъекции обычно наступает через три-пять чудовищных, мучительных дней после заражения. Громким случаем отравления рицином в XX веке стало убийство в Лондоне болгарского диссидента Георгия Маркова в 1978 году. Яд был введен ему прямо на улице с помощью хитрого механизма, спрятанного в обычном зонтике. Противоядия от него нет, хотя выжить можно, если доза достаточно мала.
Исследования последних десятилетий привели ученых к небольшим сдвигам в поиске антидота, но эксперименты на мышах пока не демонстрировали достаточно высоких показателей для гарантированного эффекта его применения на людях.
Клещевина ― род однолетних растений или вечнозеленых кустарников, распространенных по всему миру в тропическом и субтропическом климате. Из семян клещевины путем холодного прессования получают касторовое масло.
Улыбка через слезы
Стрихнин ― мощный стимулятор центральной нервной системы, представляет собой растительный алкалоид, содержащийся в семенах растения, называемого nux vomica (чилибуха — тропическое дерево, иначе называемое рвотным орехом — «Хайтек»). Это растение встречается в южной части Азии (Индия, Шри-Ланка и Ост-Индия) и Австралии. Яд представляет собой белый горький кристаллический порошок без запаха, которым отравляют как перорально, так и при вдыхании или смешивании в физрастворе и введении внутривенно. Стрихнин легко растворяется в кипящей воде, но из-за необычайной горечи ему не так-то просто остаться незамеченным.
Стрихнин препятствует правильной работе аминокислотных нейромедиаторов, главным образом, глицина, который контролирует нервные сигналы в мышцах. Под этим контролем нервные сигналы работают как «выключатель» мышц. Когда он работает неправильно, мышцы всего тела испытывают сильные и болезненные спазмы (судороги). Даже если на сознание или мышление человека вначале это не влияет (за исключением того, что человек очень возбудим и испытывает боль), в конце концов наступает колоссальный мышечный парез, и человек перестает дышать. Яд может остановить дыхание и вызвать судороги от незначительных раздражителей.
Первые судороги от смертельной дозы могут появиться через 20–30 минут в случае перорального введения, при интраназальном или внутривенном все произойдет быстрее. Первым симптомом является возбудимость и повышенная тревожность, сопровождаемая рвотой и сокращением мышц. Судороги длятся от 30 секунд до двух минут и принимают форму опистотонического положения: конечности вытянуты и челюсти сжаты. Пациенты могут продемонстрировать risus sardonicus — мышечные сокращения лица, вызывающие постоянную видимость сардонической улыбки. Неконтролируемое сокращение мышц может привести к тахикардии, гипертермии, нарушению дыхательных путей из-за скованности челюсти и шеи, а также к последующим признакам рабдомиолиза, гиперкалиемии, почечной недостаточности и судорог. Судороги будут ухудшаться и могут привести к смерти менее чем через час, в зависимости от размера дозы и других факторов.
Лечение заключается в дезактивации препарата, как правило, в виде промывания желудка, если яд получен перорально, и получении поддерживающей медицинской помощи в условиях больницы. Поддерживающее лечение включает внутривенные инъекции — лекарства от конвульсий и спазмов, а также жаропонижающие препараты.
Не менее известный яд кураре можно получить из растения того же рода, что и чилибуха ― стрихноса ядовитого. Кураре — это смесь из стрихнина и бруцина, возбудителя нервной системы. Механизм действия яда состоит в том, чтобы заблокировать никотиновые ацетилхолиновые рецепторы. Для отравления кураре достаточно, чтобы яд попал в кровоток даже через самую маленькую царапину. А вот перорально яд совершенно безобиден. Коренные жители Южной Америки используют кураре для охоты на диких животных. Их добыча либо умирает от удушья из-за паралича дыхания, либо становится настолько парализованной, что ее можно выследить.
Лягушка, которую не стоит целовать
Батрахотоксин ― яд небелковой природы из группы стероидных алкалоидов. Представляет собой кристаллическое вещество, нерастворимое в воде. Он был впервые выделен из кожи ядовитых лягушек-древолазов (род Phyllobates) из дождевых лесов западной Колумбии, далее подтвердилось содержание этих веществ у двух видов птиц Новой Гвинеи — синешапочной ифриты и дроздовой мухоловки. Нейротоксин содержат жуки Choresine pulchra, которые могут быть в рационе у всех трех животных. Они, скорее всего, и «поставляют» яд — в лабораторных условиях лягушки постепенно теряют ядовитость по причине отсутствия в диете насекомых, позволяющих вырабатывать яд.
Контакт с батрахотоксином вызывает онемение тканей человека. Яд выводит из строя натриевые каналы в нервных и мышечных клетках, тем самым влияя на электрические сигналы, передаваемые по всему телу, парализует конечности и дыхательную систему и вызывает экстрасистолию, аритмию, сердечную недостаточность и, как итог, смерть.
Это свойство яда значительно помогает ученым в исследованиях принципов работы натриевых каналов. В будущем батрахотоксин мог бы использоваться в качестве активного ингредиента в болеутоляющих мазях. При комбинации с ядом скорпиона токсичность яда повышается в 12 раз.
Натриевый канал — мембранный белок, проводящий ионы Li, Na и протоны, он играет огромную роль в поддержании водно-солевого баланса организма. Среди потенциалзависимых натриевых каналов различают уже более девяти подтипов, отличающихся различной чувствительностью к действию блокаторов, которые синтезированы и широко используются в медицине для блокады быстрых потенциалзависимых натриевых каналов вещества, получившие название анестетиков (новокаин, дикаин, лидокаин и другие).
Несъедобное блюдо
Существуют тысячи видов грибов, но только от 50 до 100 из них токсичны для человека. 95% смертей от употребления грибов во всем мире случается из-за грибов вида Amanita (род мухоморы). Отравление происходит в основном естественным путем — по человеческой глупости или незнанию: люди употребляют ядовитые грибы в пищу, принимая их за съедобные.
Аматоксины уже в концентрации 8–10 моль/л подавляют транскрипцию ДНК, полностью блокируя биосинтез белков печени, и это приводит к отмиранию (некрозу) большей части ее клеток. Этот яд термостабилен, то есть его употребление опасно как в сыром, так и в вареном виде. Начало печеночной недостаточности наступает в течение 48 часов после употребления грибов в пищу.
Позднее (более шести часов после приема) из-за второго компонента в некоторых из этих грибов ― фаллотоксина — начинается рвота и пенистая диарея, что порой является благоприятным фактором для возможного выздоровления.
На второй стадии отравления пациент временно восстанавливается, симптомы нарушений желудочно-кишечного тракта исчезают, но печень продолжает разрушаться. В результате нарушения биосинтеза белка, фосфолипидов, гликогена развиваются некроз и жировое перерождение печени. Эта стадия может длиться два-три дня и характеризуется повышением уровня билирубина, развитием коагулопатии и, в конечном итоге, печеночной энцефалопатией.
На третьей стадии нарушаются как функция печени, так и почек. Смерть в таком случае наступает через три-семь дней. Хотя действие аматоксинов начинается, вероятно, уже через полчаса после употребления в пищу опасных грибов, распад клеток наступает через двое-трое суток после отравления. Особого противоядия от аматоксиновых грибов нет, лечение проявляется преимущественно поддерживающей терапией.
Опасные водоплавающие
Тетродотоксин ― мощный нейротоксин, который содержится в некоторых видах рыб и животных — синекольчатом осьминоге, тихоокеанских моллюсках и лягушках. Считается, что тетродотоксин вырабатывается морскими бактериями, которые живут в симбиозе с этими существами. У рыб фугу максимальная концентрация тетродоксина сосредоточена в печени и коже. «Мякоть» обычно не содержит токсинов. Тем не менее, в грамотно разделанном филе некоторых рыб, например, Yongeichthys nebulosis, также был обнаружен яд. Тетродотоксин термостабилен и, следовательно, остается в тканях рыбы и после ее приготовления. Поэтому употребление в пищу рыбы, содержащей тетродотоксин, например, рыбы фугу и рыбы-ежа, может быть опасным.
Принцип работы тетродоксина аналогичен механизму воздействия батрахотоксина — он блокирует натриевые каналы. Через неповрежденную кожу вещества не проникают. Опасность представляет попадание токсинов на раневые поверхности, а также — потребление воды и пищи, зараженной ядами.
LD50 (смертельная доза, 50%) ― количество, необходимое для уничтожения 50% контрольной (испытуемой) группы, оценка токсичности яда, которая указывается на килограмм веса. В этом масштабе, например, показатели цианида около 6 мг/кг. Для сравнения, LD50 тетродоксотина составляет около 300 мкг/кг при пероральном приеме и всего 10 мкг/кг при введении.
У человека летальная доза тетродотоксина составляет от 1 до 2 мг, а минимальная доза, необходимая для проявления симптомов, оценивается в 0,2 мг. Появление симптомов интоксикации тетродотоксином обычно происходит через 10–45 минут после приема, но отравление может быть отсрочено на три часа. Первыми признаками становятся онемение лица и конечностей, может появиться сильное головокружение. Сопутствующие симптомы включают в себя тошноту, рвоту, диарею и острую боль в области желудка. Далее появляются и респираторные симптомы — учащенное дыхание. Давление падает, сердечный ритм становится нерегулярным, возникают судороги. В большинстве случаев пациенты находятся в полном сознании вплоть до самой смерти, которая обычно наступает в течение первых шести часов после отравления от паралича дыхательной мускулатуры и асфиксии.
Все люди подвержены отравлению тетродотоксинами. В настоящее время нет известных антидотов к тетродотоксину.
Сакситоксин действует практически так же, как и тетродоксин. Это тоже токсичное вещество небелковой природы, выделенное из тканей морского моллюска Saxidomus, его еще называют паралитическим моллюском. На самом деле, моллюски сами по себе яда не вырабатывают, он поступает в их организм вместе с пищей — одноклеточными рода Gonyaulax catenella. Для самих животных токсин не представляет никакой опасности. Но эти раковины считаются съедобными и нередко оказываются в тарелке у людей. Отравления сакситоксином также часто связывают с цветением водоемов — яд был обнаружен и в сине-зеленых водорослях. Симптомы отравления сакситоксином аналогичны интоксикации тетрадоксином. При проглатывании смертельной дозой считается 0,25 мг/кг.
Майтотоксин является одним из самых смертоносных морских ядов, он имеет смертельную дозу в ~0,0002 мг/кг. Вырабатываемый простейшим Gambierdiscus toxicus, разновидностью морского планктона, яд имеет очень сложную структуру, из-за чего его чрезвычайно сложно синтезировать даже учеными-асами в лабораторных условиях.
Морской планктон является пищей для многих рыб, потому майтотоксин представляет реальную угрозу для людей, так как остается в тканях морских обителей надолго.
Симптомы отравления могут проявиться почти сразу или в течение первых 24 часов после отравления. Внешние проявления начинаются с обильной рвоты, через 10–18 часов за ней следуют головная боль, миалгия и потеря сухожильных рефлексов. Через 24 часа проявляются онемение всего тела, полная или частичная потеря чувствительности конечностей и сильный зуд. Эти симптомы постепенно развиваются в течение последующих двух-пяти дней вместе со скачками температуры. Майтотоксин проявляет себя как кардиотоксин, он увеличивает поток ионов кальция через мембрану сердечной мышцы, вызывая сердечную недостаточность, от которой и наступает летальный исход.
Противоядия против майтотоксина не существует.
Рыба фугу и синекольчатый осьминог входят в рейтинг самых смертоносных обитателей моря. Вместе с ними не менее опасной, но менее летальной можно назвать крылатку (рыбу-зебру). Ядовитые шипы этой с виду красивой рифовой рыбки прячутся в плавниках. Отравление сложным по составу ядом крылатки протекает очень тяжело: оно сопровождается судорогами, нарушением деятельности сердца, случается, что на месте прокола развивается гангрена. В теории рыба-зебра способна убить человека, однако такие случаи документально не зафиксированы ни в одном из мест, где она обитает.
В отличие от крылатки, медуза икуранджи совершенно не привлекает внимания, потому и отравление ее ядом представляет большую угрозу. Эта очень маленькая медуза с диаметром купола всего в 2-3 см бороздит побережье Австралии, волоча за собой метровые смертоносные щупальца, по всей длине которых располагаются жалящие стрекательные клетки. Сам «укус» совершенно безболезненный. Первые симптомы возникают только через 30–60 минут. Ужаленный человек испытывает сильные боли в мышцах, тошноту и головокружение, острую головную боль. При сильных ожогах возможен отек легких. Этот эффект назвали синдромом икуранджи. Яд медузы не изучен достаточно хорошо, чтобы создать эффективное противоядие. Более того, яд из стрекательных клеток на куполе икуранджи отличается от яда щупалец. Потому единственной терапией против яда является поддержание жизни жертвы и ускорение вывода яда естественным путем.
Не куколка, а оружие
Диамфотоксин — яд из гемолимфы личинок и куколок жуков рода Diamphidia. Они откладывают яйца на стеблях кустарников рода Commiphora, широко известного как ладан и мирра. Затем самки покрывают свои яйца своими собственными экскрементами, которые затвердевают, превращаясь в защитную броню. После вылупления личинки зарываются на метровую глубину, где делают себе кокон из песка и могут пролежать так несколько лет, прежде чем закончить превращение в следующую фазу развития. Охотники-бушмены ищут эти личинки в земле, чтобы выдавить из них насыщенную ядом гемолимфу и смазать ядом поверхность стрел (не само острие) для охоты.
В качестве первых симптомов отравления диамфотоксином у жертв начинается онемение конечностей, и им становится трудно дышать, что перерастает в цианоз (синюшность кожных покровов — «Хайтек») и остановку дыхания. Диамфотоксин повышает проницаемость клеточных мембран в красных клетках крови. Это не влияет на нормальный поток ионов между клетками, но позволяет всем маленьким ионам легко проходить через клеточные мембраны, что смертельно нарушает их уровень в клетках. Хотя диамфотоксин не обладает нейротоксическим действием, его гемолитический эффект летален, так как может снизить уровень гемоглобина на целых 75%. Крупные млекопитающие, на которых охотятся таким образом, медленно умирают даже от небольшой инъекции яда.
Умирает жертва диамфотоксина долго и мучительно, изгнанный из организма гемоглобин фильтруется почками и выводится естественным путем. Бушмены ищут умирающую жертву по следам — вывод гемоглобина придает моче почти черный цвет. Смертельная доза этого яда равна 0,000025 мг/кг.
Смертоносная улитка
Улитка географический конус обитает в тропической части Тихого океана. Она охотится двумя способами: выпускает токсины в воду или кусает зубами, отравляя ядом. Конотоксин, яд географического конуса, имеет сложный состав и включает до 50 пептидов и аминокислот, причем у каждого подвида улиток эти компоненты специфические и по-разному действуют на нервную систему жертв. Токсины большинства конусов вызывают лишь резкое ухудшение самочувствия и боль, и только яды нескольких видов — текстильного, мраморного, полосатого — абсолютно смертельны. Яд этих видов действует как анестетик, поэтому после укуса человек не чувствует боли, но паралич и смерть наступают очень быстро — в течение пяти минут. За это конотоксин иногда называют «ядом выкуренной сигареты», подразумевая, что после укуса у человека остается времени лишь на одну затяжку. Ежегодно в мире умирает более десятка дайверов при попытке поднять красивый конус со дна.
В яде улитки, которым она отравляет воду вокруг себя, — уникальный инсулин. Во время испытаний, синтетическая версия гормона — сделанная из более коротких белковых цепей, чем обычный инсулин — снизила уровень сахара в крови у взрослых рыбок данио. Инсулин — лишь часть ядовитой смеси, известной как «полная нирвана». Этот яд позволяет улитке охотиться на целые стаи рыб, отправляя их в гипогликемический шок ― состояние, вызванное резким снижением уровня сахара в крови. Не существует противоядия от него, так как он содержит смесь нервных агентов. Но есть и плюсы ― из яда этих моллюсков уже выделен компонент, который в сверхмалых дозах отлично обезболивает, но не вызывает привыкания подобно морфию.
Легендарный отравитель
Кантаридин — яд небелковой природы, который в природе встречается в гемолимфе у представителей семейства жуков-нарывников, в частности, у небезызвестной своими свойствами афродизиака шпанской мушки. В чистом виде яд ― порошок коричневого или черного цвета либо тонкие пластинки, напоминающие чешуйки. В древности он использовался в качестве противовоспалительного средства и везикулянта. В некоторых странах, где популярна традиционная медицина, его до сих используют для удаления бородавок. Его компоненты входят в состав мазей для лечения контагиозного моллюска. Сейчас кантаридин исследуют в лабораториях в качестве экспериментального противоопухолевого средства.
Но есть и другая возможность использования столь мощного лекарственного средства — изощренные жестокие убийства. Кантаридин очень токсичен, так как представляет собой нервно-паралитический яд. Его побочным эффектом у мужчин является очень сильная, даже болезненная эрекция. Хотя вряд ли это может обрадовать жертву. Наряду с ядами еще некоторых, менее смертельных насекомых, отравление кантаридином называется колептеризмом. Уже в первые минуты отравления у жертвы начинаются ощущения покалывания и жжения, краснеет кожа, через 40–60 минут появляются волдыри. Если доза кантаридина не летальна (смертельная доза 1мг/кг), то волдыри могут начать гнить, а ткани вокруг них мертвеют. Через два-три часа после отравления пузыри вздуваются на слизистой гортани, носа и полости рта. Вскоре после их появления жертва ощущает сильную головную боль, клонические и тетанические судороги, затруднение дыхания, падение сердечного ритма и понижение температуры в конечностях. Кантаридин выводится естественным путем, вызывая воспалительные процессы по всему пути выведения.
Настоящим мастером отравлений прослыл Папа Римский Александр VI — Родриго Борджиа. Семья Борджиа использовала несколько видов ядов, лидером среди них была кантарелла — разновидность яда, состав которого так и остался доподлинно неизвестным. Идеальный яд, по мнению Папы, должен быть надежным, эффективным, легко скрываемым и медленно действующим, но достаточно сильным, чтобы убить жертву. По-видимому, кантарелла представляла собой сложную смесь, содержащую мышьяк в сочетании с кантаридином и другими опасными органическими веществами, не оставляющими следов.
Итальянский врач и историк Паоло Джовио в XVI веке писал, что кантарелла представляла собой белесый порошок с приятным вкусом, напоминающим сахар, и что у современников не было никаких сомнений: в ряде громких смертей был виновен именно этот яд. По желанию заказчика кантарелла может убить за день, месяц или год. Также считалось, будто яд настолько силен, что противоядия не существует. Современники писали, что у жертв проявлялись различные симптомы: спутанность сознания, рвота, боль в животе и диарея, которые вполне походили на достаточно распространенные заболевания того времени, например, дизентерию. Более того, похоже, что папа Александр VI и его сын Чезаре и сами стали жертвами отравления кантареллой.
Бродяга из джунглей
Бразильские странствующие пауки — самые ядовитые пауки на планете. Они принадлежат к роду Phoneutria, который состоит из нескольких видов пауков. Эти пауки печально известны своей агрессивностью и токсичностью их укуса. Такое поведение на самом деле является защитным механизмом. Когда им угрожают или они подвергаются нападению, они поднимают передние пары ног, показывая своим хищникам, что они готовы атаковать. Поэтому их укусы фактически являются актом самообороны, и они делают это только тогда, когда их провоцируют, случайно или намеренно.
Но так как пауки в прямом смысле ходят по земле и нередко забираются, например, в бананы (австралийский банановый паук — тоже из рода Phoneutria, — «Хайтек»), контакты с людьми неизбежны. Яд пауков данного рода содержит мощный нейротоксин, PhTx3. В течение 30 минут после укуса симптомы отравления становятся очевидными, но четкой их градации нет. Они включают в себя перепады сердцебиения, высокое или низкое кровяное давление, спазмы в животе, тошноту, головокружение, затуманенное зрение и судороги. Яд представляет собой сложную смесь токсинов, пептидов и белков, которая влияет на ионные каналы и химические рецепторы в нервно-мышечной системе. Он содержит несколько нейротоксичных полипептидных фракций. Из-за моментального заражения лимфатической системы попадание в кровеносную систему в 85% случаев приводит к остановке сердца. Смерть может наступить настолько быстро, что на нее не успеют среагировать даже при наличии врача с мощными антивоспалительными и кардиостимулирующими средствами в шаговой доступности.
Яды природного происхождения — механизм защиты живых существ от угроз, встающих перед ними. Такие токсины не предназначены для того, чтобы убивать, хотя люди и научились их умело использовать для этих целей. Но как показывают исследования некоторых вышеупомянутых ядов, они или их компоненты могут помогать лечить, значительно облегчать различные заболевания или выступать в качестве верного помощника для изучения работы той или иной системы организма. В дикой природе от людей не требуется ничего сверхъестественного — просто не трогать, не вдыхать и не глотать ядовитые растения и животных. Это не так сложно, как кажется.