Зубной эликсир: как устроен змеиный яд и что делать в случае укуса
---
Состав яда каждой змеи уникален и на жертв эти яды действуют очень по-разному
Грамм сухой слюны стоимостью сотни долларов? Какой легкий путь обогащения! Правда, доступен он не всем. Такую баснословную сумму фармацевтические концерны готовы заплатить только за змеиный яд, который, по сути дела, и есть видоизмененная слюна. В одном случае она может стать причиной смерти, а в другом — лекарством, спасающим жизнь.
Margus Vilbas / Alamy via Legion Media
Зоологам известно более 4000 видов змей (по состоянию на 2023 год. — Прим. Vokrugsveta.ru), и каждый пятый ядовит. Ежегодно в мире от змеиных укусов умирают более 100 000 человек. Основная доля жертв приходится на Индию, страны Юго-Восточной Азии и Южной Америки. Рекорд по числу унесенных человеческих жизней принадлежит семейству аспидовых, к которому относятся кобры, собственно аспиды и африканские мамбы, а по силе действия — морским змеям. Книга рекордов Гиннесса самым ядовитым признала ластохвоста (Hydrophis belcheri), чей яд в тысячу раз сильнее, чем у королевской кобры. Но случаи нападения этой рептилии на человека крайне редки, поэтому в число самых опасных ластохвост не входит.
Зато сухопутная змея тайпан — истинное исчадие ада. От ее укуса смерть может наступить уже через несколько минут, и, согласно статистике, каждый второй пострадавший умирает.
Состав яда каждой змеи уникален, по нему, как по штрихкоду, химики могут определить вид рептилии. Змеиный яд — это сложная смесь органических и неорганических веществ, в том числе коротких пептидов с молекулами из нескольких аминокислотных остатков и белков. Большинство из них работают как ферменты, и у каждого свое амплуа. Набор белков может быть похожим, зато персональный состав и количество различны, поэтому они и действуют по-разному.
Быть укушенным гюрзой или коброй — не одно и то же. Яд гюрзы обезображивает. Россыпи синяков, отеки, черные пятна омертвевших тканей, внутренние кровоизлияния — все это вместе с вялостью из-за нарушения работы сердца и понижения кровяного давления составляет характерную картину тяжелого отравления гемолитическим токсином. Такая же картина после укусов гадюки, эфы и щитомордника. Их яд действует главным образом на кровь и кровеносную систему жертвы.
Совсем иная картина при укусах кобры, ее родни из семейства аспидовых и морских змей. Внешние повреждения незначительны, поскольку в этом случае вся сила «отравы» направлена на нервную систему. Она парализует нервы и мышцы, вызывает судороги, сменяемые вялостью, и далее — самое страшное, отчего обычно наступает смерть, — остановку дыхания.
Вооружившись этими знаниями, можно упрекнуть Шерлока Холмса в ошибке, сделанной им при определении змеи, жертвой которой пала героиня «Пестрой ленты». Судороги у Эллен Стонер могла вызвать змея с нервно-паралитическим ядом, а к ним болотная гадюка (swamp adder, как определил ее Холмс) никакого отношения не имеет, яд гадюк работает по гемолитическому принципу.
Боевой комплекс
Ядовитые железы змеи — это видоизмененные слюнные, выполняющие новую функцию, а белки ядов — это модифицированные пищеварительные ферменты, например ферменты из группы фосфодиэстераз. Их специальность — отрезать от органических молекул фосфатные группы (в любом организме все чужеродные полимеры сначала разбираются на части, чтобы потом из них можно было собирать собственные).
Hydrophis belcheri
mauritius images GmbH / Alamy via Legion Media
Фосфодиэстеразы змеиного яда выполняют похожую работу, но очень энергично и с большим выходом побочного продукта — гистамина, который расширяет кровеносные сосуды, что замедляет ток крови и приводит к ее застою, отеку тканей и падению артериального давления. В результате жертва становится вялой и теряет способность к сопротивлению, что и требуется хищнику.
Один из основных видов оружия кобр и других змей из семейства аспидовых — холинэстераза. У этого фермента специализация очень узкая: он «откусывает» небольшой фрагмент (остаток уксусной кислоты) от ацетилхолина и тем самым дезактивирует его. В электрической схеме нервных цепочек холинэстераза служит своего рода гасящим импульс демпфером, ведь после каждого импульса клетка должна «успокоиться» и приготовиться к восприятию следующего.
В контакте между нервами, как в микросхеме, все элементы микроскопические и количества действующих веществ тоже очень небольшие. Но если в тонко сбалансированную систему запустить избыточное количество одного из реагентов, она перестанет работать: шквал холинэстеразы надолго выведет из строя нервную цепь.
Основным компонентом яда гадюки считается фермент протеаза. Его мирная профессия — быстро расщеплять белки в ходе пищеварения, при перестройке тканей или росте органов. Но в составе змеиного яда протеаза приобретает огромную разрушительную силу. Фермент крушит направо и налево все белки из системы свертывания крови, уничтожая и те, которые отвечают за образование в ранах сгустков, и те, которые поддерживают эритроциты на плаву. Именно благодаря комплексному действию протеазы, а также других пищеварительных ферментов, змеиный яд и представляет особую опасность.
Зачем змее яд?
Пищеварению самой змеи яд не помогает. Зоолог Маршалл Маккью из Университета Арканзаса (США) поставил опыт с техасскими гремучими змеями, сравнив скорость прохождения через змеиный кишечник мышей, пораженных ядом и умерщвленных иными способами. Оказалось, что и с ядом, и без яда на переваривание у змеи уходит одинаковое время.
Из клыков плюющейся кобры яд вылетает сильными струями. При удачной атаке они попадают жертве прямо в глаза, вызывая резкую боль и слепоту, тем самым лишая ее шансов на спасение
RIAAN NYSSCHENS / CATERS NEWS via Legion Media
Выигрыш от яда у змей иной. Для этих безногих охотников яд — великолепная компенсация неспособности бегать: если не можешь жертву догнать, останови ее. Хотя среди них есть и весьма проворные: черная мамба, к примеру, способна передвигаться со скоростью галопирующей лошади и долго преследовать жертву. Но все же большинство змей прытью не отличаются. Зато их яд работает быстро.
Орудие нападения — ядовитые зубы — змеи используют по-разному. Гадюка и гюрза в момент укуса выставляют ядовитые зубы вперед — они могут двигать ими и менять угол наклона относительно челюсти. Бросок, укол, и голова змеи возвращается назад. Остается дождаться, когда яд сделает свое дело, и найти погибающую добычу по следу с помощью чуткого к запахам раздвоенного языка.
Кобра действует иначе: она не колет, а действительно кусает, прихватывая жертву всеми зубами. В дальнейшем события разворачиваются так же.
И третья стратегия — у змей с зубами, расположенными в глубине рта: они поражают уже схваченную жертву, а яд лишь обездвиживает, помогает подавить сопротивление жертвы.
Тройственный союз
Отравление змеиным ядом — результат работы ферментов, свойства которых зависят от последовательности аминокислот. На сегодняшний день ученые расшифровали ее для сотен компонентов ядов разных видов.
С помощью рентгеноструктурного анализа и расчетов на мощных компьютерах они строят объемные модели белковых молекул, чтобы понять, какие их участки отвечают за ядовитые свойства и с какими веществами в организме они взаимодействуют.
Змеиный яд при сушке не утрачивает токсичности, он превращается в кристаллы и сохраняет свои свойства на протяжении десятков лет
Witthaya Khampanant / Alamy via Legion Media
Все компоненты животных ядов работают по одному из трех принципов: в организме жертвы они либо разрушают какие-то молекулы, либо связываются с ними и тем самым лишают активности, либо в силу более высокой собственной активности опережают их действие.
Разрушительно действует гиалуронидаза, фермент, содержащийся в яде любой змеи. Его профессия — деструкция мукополисахаридов — своего рода цемента, скрепляющего между собой живые клетки. Нарушение межклеточных связей делает ткань проницаемой и открывает дорогу другим компонентам яда.
Второй принцип у кишечных токсинов, свойственных всем ядовитым рептилиям: они связываются с рецепторами гладкой мускулатуры кишечника, выводят их из строя, что по признакам похоже на тяжелое пищевое отравление.
Третьим способом действуют некоторые из нейротоксинов, например альфа-бунгаротоксин из яда тайваньского бунгара. По реакции он опережает ацетилхолин — медиатор, с помощью которого нервный импульс передается от одной клетки к другой, делает нервные окончания бесчувственными и приводит к параличу мышц. В яде любой опасной змеи есть компоненты со всеми тремя злодейскими наклонностями.
Секрет Рикки-Тикки-Тави
Бесстрашие мангуста объясняется не только ловкостью и быстротой его реакции. Дело в том, что молекулы яда присоединяются к мышечным и нервным клеткам жертв змей в тех местах, где должны присоединяться молекулы медиатора ацетилхолина, переносящие нервные импульсы между клетками (по самому нейрону возбуждение передается электрическим путем). В результате наступает мышечный и нервный паралич, и укушенный змеей погибает от остановки сердца или дыхания.
mauritius images GmbH / Alamy via Legion Media
У мангустов же те участки клеток, с которыми взаимодействуют медиаторы, отличаются по своему составу, поэтому змеи не приносят им особого вреда. Израильские ученые под руководством профессора Сары Фукс из Института Вейцмана в Реховоте около 30 лет потратили на поиск разгадки. Они обнаружили на рецепторе участок из 21 аминокислоты (всего в белке-рецепторе 3000 аминокислот), который, связываясь с токсином змеиного яда, нейтрализует его.
Драгоценные капли
В Институте Бутантан (город Сан-Паулу, Бразилия) — одном из крупнейших биомедицинских исследовательских центров, где разрабатывают вакцины, сыворотки и противоядия от разнообразных токсинов, постоянно содержат около 12 500 змей (в основном каскавела и жарарака), от которых получают до 5–6 литров ядовитых выделений в год (1–1,5 килограмма в сухом весе). Чтобы получить такое количество, змей «доят» каждые 2–3 недели. От мелких экземпляров за один раз получают по 20–40 миллиграммов (в сухом весе), от крупных — по 500–900 миллиграммов.
Наиболее распространенный способ «доения» змей — механический, то есть путем массажа ядовитых желез. Полученные выделения — ценное сырье для фармацевтической промышленности, из которого производят жизненно важные лекарственные препараты
Somdul Pienroj / Alamy via Legion Media
Традиционный способ отбора яда — механический, для чего ядовитые железы рептилии с усилием массируют. Более эффективным признано «электродоение» при помощи легкого электрического удара. Для этого к слизистой оболочке рта змеи прикасаются электродами под напряжением 5–8 В, что вызывает сокращение мышц, окружающих ядовитые железы.
В серпентариях Европы чаще всего содержат гадюк — одна особь за полгода способна произвести целебных выделений, достаточных для получения только одной ампулы препарата. Частые «дойки» сокращают жизнь невольниц. Зоологи считают, что в природе гадюки доживают до 15 лет, но в неволе живут не более двух.
Малая эффективность производства натурального змеиного яда и большой спрос породили идею получения его искусственным путем. В Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН был разработан метод выращивания клеток ядовитой железы на питательной среде. Однако из-за недостаточного финансирования проект был закрыт. Еще один путь — химический синтез отдельных компонентов. Благодаря ему в распоряжении медиков появилось множество лекарственных препаратов на основе искусственного змеиного яда.
В поисках защиты
Самой сильной способностью подавлять действие яда природа наградила самих змей. У одних видов это белки, у других — гликопротеиды. Их работа — нейтрализовать яд в случае укуса сородичами, причем помогает он не только от укусов своего вида, но и других змей. Японские медики выделили из крови китайского щитомордника вещества, которые дезактивируют нейротропный агент фосфолипазу не только в ядах разных змей — гадюк, гремучих змей и кобр, — но даже в пчелином яде.
Сила яда морских змей очень велика, но в отношении человека они редко используют свое смертоносное оружие. Желтогубый крайт (Laticauda colubrina) чаще сам становится объектом охоты ради красивой шкуры и вкусного мяса
Reinhard Dirscherl / Alamy via Legion Media
Однако это не единственная защита от самоотравления. Ядовитые железы гадюк состоят из двух долек с разным содержимым. В одном отделе содержится потенциальный яд, а в другом — его проводник гиалуронидаза, которая открывает ворота межклеточных укреплений. Порознь они бессильны и только при укусе, смешиваясь, превращаются в активный яд.
Устойчивость к змеиному яду можно вырабатывать. Один из первых опытов по выработке подобной устойчивости относится к 1887 году, когда профессор Мичиганского университета физиолог Генри Сьюол, экспериментируя с голубями, добился у них устойчивости к яду гремучей змеи в дозе, шестикратно превышающей смертельную. Для этого потребовалось делать птицам инъекции из яда, разведенного в глицерине, раз за разом повышая дозу.
Несколькими годами позже французы изготовили подобным образом противоядия от укусов обыкновенной гадюки и кобры из сыворотки крови лошади. Так появились препараты первого поколения для лечения пострадавших от змеиных укусов. При всех своих достоинствах они обладают существенным недостатком: могут вызвать у пациента сильную реакцию на чужеродный белок. Следующий шаг на пути создания вакцин: выделение из сыворотки иммуноглобулинов — белков, ответственных за иммунный ответ. И третий — использование не всего белка, а только той его части, которая связывает яд, чтобы не вызывать побочных реакций.
На службе медицины
Испокон веков знахари лечили разные недуги змеиным ядом. Из него делали не только мази, но и микстуры. Однако с уверенностью можно сказать, что принимать подобные лекарства внутрь совершенно бессмысленно. Наши пищеварительные ферменты справляются с белками змеиного яда так же легко, как и с мясным бульоном.
А вот мази и растирания, включающие яды и их компоненты, действительно могут приносить пользу. Например, разогревающая мазь «Випросал» даже названа в честь гадюки, чье латинское название Vipera. Медики давно заметили, что яд действует подобно перцу или горчице, только лучше: он не только разогревает, но и улучшает работу тканей. Тем, кто перенес инфаркт, страдает сердечной недостаточностью или гипертонией, назначают синтетический аналог фермента змеиного токсина, который разрывает цепочку биохимических реакций, приводящих к повышению кровяного давления.
Одно из кровоостанавливающих средств в арсенале стоматологов при лечении пациентов с гемофилией получено из яда гюрзы. Его действие основано на способности протеолитических токсинов стремительно свертывать кровь. Этот же препарат используют для диагностики болезней системы свертывания крови. А лекарство на основе искусственного и слегка модифицированного яда песчаной эфы обладает противоположным эффектом — помогает кровяным сгусткам рассасываться и спасает от тромбофлебита.
Способность блокировать нервные импульсы, присущая нервно-паралитическим ядам кобр и гремучих змей, может пригодиться, если нужно нейтрализовать импульсы, вызванные болезнью, например эпилепсией. Другой нейротропный эффект — обезболивающий — лежит в основе действия наяксина, яда среднеазиатской кобры, разведенного в водном растворе поваренной соли с добавлением новокаина.
И даже онкологические заболевания могут отступать перед ядом змеи. Медики факультета биохимии и молекулярной биологии Университета Южной Калифорнии и Центра исследований рака сумели остановить процесс перерождения опухоли в злокачественную с помощью белка контортростатина из яда мокасиновой змеи, который препятствует образованию стенок кровеносных сосудов и их ветвлению.
Одно из свойств змеиного яда принесло его исследователям Нобелевскую премию. В 1986 году она досталась итальянке Рите Леви-Монтальчини и американцу Стенли Коэну за открытие фактора роста нервов. В эксперименте с опухолью, обработанной змеиным ядом, чтобы разрушить связь между раковыми клетками, Леви-Монтальчини обнаружила неожиданный эффект: в ткань опухоли быстро вросли нервные окончания.
Дальнейшие исследования показали, что все дело в растворе, содержавшем белок из змеиного яда, которым обрабатывали опухоль. Именно он стимулировал рост нервных клеток. Похожие белки нашли в слюне, слезной жидкости и самих нервных клетках, а теперь еще и синтезировали. Биологи исследуют механизм их работы, чтобы направить на лечение повреждений нервной системы, в том числе атеросклероза и болезни Альцгеймера.
А не так давно разработали косметическое средство, которое содержит синтетический аналог змеиного нейротоксина, — крем от морщин. Подобно ботоксу, он вызывает паралич мимических мышц, и можно обойтись без инъекций. Достаточно нанести его на кожу, чтобы временно «парализовать» мимические мышцы, благодаря чему и происходит разглаживание морщин.
Чемпионы ядовитости
Тайпан, или жестокая змея (Oxyuranus microlepidotus)
Обитает в Центральной Австралии
Объем яда (один укус) — 100 мг
Его достаточно, чтобы убить 100 человек
Ken Griffiths / Alamy via Legion Media
Королевская коричневая змея, или мулга (Pseudechis australis)
Обитает в Австралии
Объем яда (один укус) — 150 мг
Его достаточно, чтобы убить 10 человек
Ken Griffiths / Alamy via Legion Media
Малайский крайт (Bungarus candidus)
Обитает в Индонезии
Объем яда (один укус) — 8-20 мг
Его достаточно, чтобы убить 10 человек
Carl Corbidge / Alamy via Legion Media
Что делать ужаленному?
За разъяснением мы обратились к доктору медицинских наук, ведущему научному сотруднику Центра острых отравлений Института скорой помощи имени Н.В. Склифосовского (в 2010-м. — Прим. Vokrugsveta.ru) Сергею Ивановичу Петрову
От укусов каких змей люди чаще всего страдают?
— В наш институт ежегодно поступают 20–30 пострадавших. Чаще всего обращаются люди, укушенные медянками и гадюками в Подмосковье. Большее число случаев приходится на весенне-летний период, когда змеи наиболее активны, а люди часто выезжают на природу.
Как правильно оказывать первую помощь пострадавшему до приезда врача?
— В первую очередь необходимо удалить яд из ранки путем отсасывания. Если это сделать немедленно, то можно удалить около 40% яда. По прошествии 20–30 минут удается извлечь уже не более 10% яда.
Не опасно ли это для того, кто оказывает помощь?
— Вопреки мнению, что яд может проникнуть через зубы, пораженные кариесом, или через повреждения на слизистой оболочке рта или глотки, в литературе не описано ни одного случая, чтобы кто-то при этом отравился. Конечно, нужно не глотать, а сплевывать. После этого следует обработать ранку подручными антисептиками или хотя бы промыть мыльной водой. Потом целесообразно наложить стерильную повязку и придать конечности неподвижность и возвышенное положение. Это замедлит развитие отека.
В старых руководствах рекомендуют наложить выше места укуса жгут, чтобы замедлить распространение яда по крови. Сейчас советуют разное: одни соглашаются с этой рекомендацией, другие категорически против. Что говорит практика вашего института?
— Жгут накладывать нельзя. Нам известны случаи, когда наложение жгута и длительная транспортировка приводили к развитию синдрома позиционного сдавливания, его последствия опасны сами по себе. При этом неважно, какая змея вас укусила — с нейротоксичным или гемотоксичным ядом, все равно развивается отек. Нельзя также прижигать ранку или делать надрезы.
Чем еще можно помочь пострадавшему?
— Дальнейшие действия должны выполнять медицинские работники. Границу поврежденной и здоровой ткани нужно обколоть раствором новокаина с адреналином. Они действуют не только как анальгетики, но и прекращают распространение отека, который останавливается прямо на глазах.
Нейротоксический яд особенно опасных змей, таких как кобра, содержит фермент, разрушающий ацетилхолин. Нарушается проведение нервных импульсов, развивается паралич мышц. Перестает двигаться язык, расстраивается глотание, нарушается функция внешнего дыхания. Если это происходит, нужно обязательно проводить ее коррекцию, иначе человек погибнет от недостатка кислорода. Также пострадавшему вводятся противоаллергические средства: супрастин, тавегил, диазолин или димедрол, а также гормоны. Хорошо, если человек сможет проглотить лекарство, но вполне вероятно, что это не получится — тогда нужны инъекции.
Если начались судороги, необходимо вводить препараты, которые их снимают. Наконец, нужно помочь организму избавиться от яда. Для этого через капельницу вводят соответствующее количество жидкости и мочегонные препараты. В самых тяжелых случаях приходится искусственно очищать кровь от токсинов — проводить гемосорбцию. И еще одно: рана есть рана, и через нее в организм может попасть возбудитель столбняка. Поэтому иногда мы вводим еще и противостолбнячную сыворотку. А при поступлении пострадавшего в стационар назначают кортикостероидные гормоны для борьбы с нарушением проницаемости стенки сосудов и биологических мембран.
А существуют ли какие-нибудь противоядия? Как их применяют?
— Да, существуют. Сыворотки бывают моновалентные, против яда какого-то одного вида змей, и поливалентные, состоящие из нескольких компонентов, их можно применять против разных видов. Сыворотку вводят в тяжелых случаях, внутривенно. Люди, которым по роду деятельности приходится часто встречаться со змеями — геологи, серпентологи, — в аптечке всегда держат такие препараты и стерильные шприцы. Сыворотка эффективна только в первые сутки после укуса.
Насколько действенны все эти меры? Есть ли гарантия, что человек выздоровеет?
— Никаких гарантий никто не даст, поскольку и обстоятельства, и люди бывают очень разные. Яд гадюки, к примеру, не самый опасный, но если змея была крупная и яда у нее много, то состояние может быть очень тяжелым. И наоборот, даже с ядом такой серьезной змеи, как кобра, если все было сделано вовремя и правильно, удается справиться без фатального исхода. Для этих целей даже в зимнее время в отделении токсикологии всегда есть противозмеиные сыворотки. В Институте скорой помощи знают: бывают укусы и зимой, причем любых видов змей, даже таких как гюрза, эфа, вплоть до самых экзотических, которых пациенты разводят в коммерческих целях.
Грамм сухой слюны стоимостью сотни долларов? Какой легкий путь обогащения! Правда, доступен он не всем. Такую баснословную сумму фармацевтические концерны готовы заплатить только за змеиный яд, который, по сути дела, и есть видоизмененная слюна. В одном случае она может стать причиной смерти, а в другом — лекарством, спасающим жизнь.
Margus Vilbas / Alamy via Legion Media
Зоологам известно более 4000 видов змей (по состоянию на 2023 год. — Прим. Vokrugsveta.ru), и каждый пятый ядовит. Ежегодно в мире от змеиных укусов умирают более 100 000 человек. Основная доля жертв приходится на Индию, страны Юго-Восточной Азии и Южной Америки. Рекорд по числу унесенных человеческих жизней принадлежит семейству аспидовых, к которому относятся кобры, собственно аспиды и африканские мамбы, а по силе действия — морским змеям. Книга рекордов Гиннесса самым ядовитым признала ластохвоста (Hydrophis belcheri), чей яд в тысячу раз сильнее, чем у королевской кобры. Но случаи нападения этой рептилии на человека крайне редки, поэтому в число самых опасных ластохвост не входит.
Зато сухопутная змея тайпан — истинное исчадие ада. От ее укуса смерть может наступить уже через несколько минут, и, согласно статистике, каждый второй пострадавший умирает.
Состав яда каждой змеи уникален, по нему, как по штрихкоду, химики могут определить вид рептилии. Змеиный яд — это сложная смесь органических и неорганических веществ, в том числе коротких пептидов с молекулами из нескольких аминокислотных остатков и белков. Большинство из них работают как ферменты, и у каждого свое амплуа. Набор белков может быть похожим, зато персональный состав и количество различны, поэтому они и действуют по-разному.
Быть укушенным гюрзой или коброй — не одно и то же. Яд гюрзы обезображивает. Россыпи синяков, отеки, черные пятна омертвевших тканей, внутренние кровоизлияния — все это вместе с вялостью из-за нарушения работы сердца и понижения кровяного давления составляет характерную картину тяжелого отравления гемолитическим токсином. Такая же картина после укусов гадюки, эфы и щитомордника. Их яд действует главным образом на кровь и кровеносную систему жертвы.
Совсем иная картина при укусах кобры, ее родни из семейства аспидовых и морских змей. Внешние повреждения незначительны, поскольку в этом случае вся сила «отравы» направлена на нервную систему. Она парализует нервы и мышцы, вызывает судороги, сменяемые вялостью, и далее — самое страшное, отчего обычно наступает смерть, — остановку дыхания.
Вооружившись этими знаниями, можно упрекнуть Шерлока Холмса в ошибке, сделанной им при определении змеи, жертвой которой пала героиня «Пестрой ленты». Судороги у Эллен Стонер могла вызвать змея с нервно-паралитическим ядом, а к ним болотная гадюка (swamp adder, как определил ее Холмс) никакого отношения не имеет, яд гадюк работает по гемолитическому принципу.
Боевой комплекс
Ядовитые железы змеи — это видоизмененные слюнные, выполняющие новую функцию, а белки ядов — это модифицированные пищеварительные ферменты, например ферменты из группы фосфодиэстераз. Их специальность — отрезать от органических молекул фосфатные группы (в любом организме все чужеродные полимеры сначала разбираются на части, чтобы потом из них можно было собирать собственные).
Hydrophis belcheri
mauritius images GmbH / Alamy via Legion Media
Фосфодиэстеразы змеиного яда выполняют похожую работу, но очень энергично и с большим выходом побочного продукта — гистамина, который расширяет кровеносные сосуды, что замедляет ток крови и приводит к ее застою, отеку тканей и падению артериального давления. В результате жертва становится вялой и теряет способность к сопротивлению, что и требуется хищнику.
Один из основных видов оружия кобр и других змей из семейства аспидовых — холинэстераза. У этого фермента специализация очень узкая: он «откусывает» небольшой фрагмент (остаток уксусной кислоты) от ацетилхолина и тем самым дезактивирует его. В электрической схеме нервных цепочек холинэстераза служит своего рода гасящим импульс демпфером, ведь после каждого импульса клетка должна «успокоиться» и приготовиться к восприятию следующего.
В контакте между нервами, как в микросхеме, все элементы микроскопические и количества действующих веществ тоже очень небольшие. Но если в тонко сбалансированную систему запустить избыточное количество одного из реагентов, она перестанет работать: шквал холинэстеразы надолго выведет из строя нервную цепь.
Основным компонентом яда гадюки считается фермент протеаза. Его мирная профессия — быстро расщеплять белки в ходе пищеварения, при перестройке тканей или росте органов. Но в составе змеиного яда протеаза приобретает огромную разрушительную силу. Фермент крушит направо и налево все белки из системы свертывания крови, уничтожая и те, которые отвечают за образование в ранах сгустков, и те, которые поддерживают эритроциты на плаву. Именно благодаря комплексному действию протеазы, а также других пищеварительных ферментов, змеиный яд и представляет особую опасность.
Зачем змее яд?
Пищеварению самой змеи яд не помогает. Зоолог Маршалл Маккью из Университета Арканзаса (США) поставил опыт с техасскими гремучими змеями, сравнив скорость прохождения через змеиный кишечник мышей, пораженных ядом и умерщвленных иными способами. Оказалось, что и с ядом, и без яда на переваривание у змеи уходит одинаковое время.
Из клыков плюющейся кобры яд вылетает сильными струями. При удачной атаке они попадают жертве прямо в глаза, вызывая резкую боль и слепоту, тем самым лишая ее шансов на спасение
RIAAN NYSSCHENS / CATERS NEWS via Legion Media
Выигрыш от яда у змей иной. Для этих безногих охотников яд — великолепная компенсация неспособности бегать: если не можешь жертву догнать, останови ее. Хотя среди них есть и весьма проворные: черная мамба, к примеру, способна передвигаться со скоростью галопирующей лошади и долго преследовать жертву. Но все же большинство змей прытью не отличаются. Зато их яд работает быстро.
Орудие нападения — ядовитые зубы — змеи используют по-разному. Гадюка и гюрза в момент укуса выставляют ядовитые зубы вперед — они могут двигать ими и менять угол наклона относительно челюсти. Бросок, укол, и голова змеи возвращается назад. Остается дождаться, когда яд сделает свое дело, и найти погибающую добычу по следу с помощью чуткого к запахам раздвоенного языка.
Кобра действует иначе: она не колет, а действительно кусает, прихватывая жертву всеми зубами. В дальнейшем события разворачиваются так же.
И третья стратегия — у змей с зубами, расположенными в глубине рта: они поражают уже схваченную жертву, а яд лишь обездвиживает, помогает подавить сопротивление жертвы.
Тройственный союз
Отравление змеиным ядом — результат работы ферментов, свойства которых зависят от последовательности аминокислот. На сегодняшний день ученые расшифровали ее для сотен компонентов ядов разных видов.
С помощью рентгеноструктурного анализа и расчетов на мощных компьютерах они строят объемные модели белковых молекул, чтобы понять, какие их участки отвечают за ядовитые свойства и с какими веществами в организме они взаимодействуют.
Змеиный яд при сушке не утрачивает токсичности, он превращается в кристаллы и сохраняет свои свойства на протяжении десятков лет
Witthaya Khampanant / Alamy via Legion Media
Все компоненты животных ядов работают по одному из трех принципов: в организме жертвы они либо разрушают какие-то молекулы, либо связываются с ними и тем самым лишают активности, либо в силу более высокой собственной активности опережают их действие.
Разрушительно действует гиалуронидаза, фермент, содержащийся в яде любой змеи. Его профессия — деструкция мукополисахаридов — своего рода цемента, скрепляющего между собой живые клетки. Нарушение межклеточных связей делает ткань проницаемой и открывает дорогу другим компонентам яда.
Второй принцип у кишечных токсинов, свойственных всем ядовитым рептилиям: они связываются с рецепторами гладкой мускулатуры кишечника, выводят их из строя, что по признакам похоже на тяжелое пищевое отравление.
Третьим способом действуют некоторые из нейротоксинов, например альфа-бунгаротоксин из яда тайваньского бунгара. По реакции он опережает ацетилхолин — медиатор, с помощью которого нервный импульс передается от одной клетки к другой, делает нервные окончания бесчувственными и приводит к параличу мышц. В яде любой опасной змеи есть компоненты со всеми тремя злодейскими наклонностями.
Секрет Рикки-Тикки-Тави
Бесстрашие мангуста объясняется не только ловкостью и быстротой его реакции. Дело в том, что молекулы яда присоединяются к мышечным и нервным клеткам жертв змей в тех местах, где должны присоединяться молекулы медиатора ацетилхолина, переносящие нервные импульсы между клетками (по самому нейрону возбуждение передается электрическим путем). В результате наступает мышечный и нервный паралич, и укушенный змеей погибает от остановки сердца или дыхания.
mauritius images GmbH / Alamy via Legion Media
У мангустов же те участки клеток, с которыми взаимодействуют медиаторы, отличаются по своему составу, поэтому змеи не приносят им особого вреда. Израильские ученые под руководством профессора Сары Фукс из Института Вейцмана в Реховоте около 30 лет потратили на поиск разгадки. Они обнаружили на рецепторе участок из 21 аминокислоты (всего в белке-рецепторе 3000 аминокислот), который, связываясь с токсином змеиного яда, нейтрализует его.
Драгоценные капли
В Институте Бутантан (город Сан-Паулу, Бразилия) — одном из крупнейших биомедицинских исследовательских центров, где разрабатывают вакцины, сыворотки и противоядия от разнообразных токсинов, постоянно содержат около 12 500 змей (в основном каскавела и жарарака), от которых получают до 5–6 литров ядовитых выделений в год (1–1,5 килограмма в сухом весе). Чтобы получить такое количество, змей «доят» каждые 2–3 недели. От мелких экземпляров за один раз получают по 20–40 миллиграммов (в сухом весе), от крупных — по 500–900 миллиграммов.
Наиболее распространенный способ «доения» змей — механический, то есть путем массажа ядовитых желез. Полученные выделения — ценное сырье для фармацевтической промышленности, из которого производят жизненно важные лекарственные препараты
Somdul Pienroj / Alamy via Legion Media
Традиционный способ отбора яда — механический, для чего ядовитые железы рептилии с усилием массируют. Более эффективным признано «электродоение» при помощи легкого электрического удара. Для этого к слизистой оболочке рта змеи прикасаются электродами под напряжением 5–8 В, что вызывает сокращение мышц, окружающих ядовитые железы.
В серпентариях Европы чаще всего содержат гадюк — одна особь за полгода способна произвести целебных выделений, достаточных для получения только одной ампулы препарата. Частые «дойки» сокращают жизнь невольниц. Зоологи считают, что в природе гадюки доживают до 15 лет, но в неволе живут не более двух.
Малая эффективность производства натурального змеиного яда и большой спрос породили идею получения его искусственным путем. В Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН был разработан метод выращивания клеток ядовитой железы на питательной среде. Однако из-за недостаточного финансирования проект был закрыт. Еще один путь — химический синтез отдельных компонентов. Благодаря ему в распоряжении медиков появилось множество лекарственных препаратов на основе искусственного змеиного яда.
В поисках защиты
Самой сильной способностью подавлять действие яда природа наградила самих змей. У одних видов это белки, у других — гликопротеиды. Их работа — нейтрализовать яд в случае укуса сородичами, причем помогает он не только от укусов своего вида, но и других змей. Японские медики выделили из крови китайского щитомордника вещества, которые дезактивируют нейротропный агент фосфолипазу не только в ядах разных змей — гадюк, гремучих змей и кобр, — но даже в пчелином яде.
Сила яда морских змей очень велика, но в отношении человека они редко используют свое смертоносное оружие. Желтогубый крайт (Laticauda colubrina) чаще сам становится объектом охоты ради красивой шкуры и вкусного мяса
Reinhard Dirscherl / Alamy via Legion Media
Однако это не единственная защита от самоотравления. Ядовитые железы гадюк состоят из двух долек с разным содержимым. В одном отделе содержится потенциальный яд, а в другом — его проводник гиалуронидаза, которая открывает ворота межклеточных укреплений. Порознь они бессильны и только при укусе, смешиваясь, превращаются в активный яд.
Устойчивость к змеиному яду можно вырабатывать. Один из первых опытов по выработке подобной устойчивости относится к 1887 году, когда профессор Мичиганского университета физиолог Генри Сьюол, экспериментируя с голубями, добился у них устойчивости к яду гремучей змеи в дозе, шестикратно превышающей смертельную. Для этого потребовалось делать птицам инъекции из яда, разведенного в глицерине, раз за разом повышая дозу.
Несколькими годами позже французы изготовили подобным образом противоядия от укусов обыкновенной гадюки и кобры из сыворотки крови лошади. Так появились препараты первого поколения для лечения пострадавших от змеиных укусов. При всех своих достоинствах они обладают существенным недостатком: могут вызвать у пациента сильную реакцию на чужеродный белок. Следующий шаг на пути создания вакцин: выделение из сыворотки иммуноглобулинов — белков, ответственных за иммунный ответ. И третий — использование не всего белка, а только той его части, которая связывает яд, чтобы не вызывать побочных реакций.
На службе медицины
Испокон веков знахари лечили разные недуги змеиным ядом. Из него делали не только мази, но и микстуры. Однако с уверенностью можно сказать, что принимать подобные лекарства внутрь совершенно бессмысленно. Наши пищеварительные ферменты справляются с белками змеиного яда так же легко, как и с мясным бульоном.
А вот мази и растирания, включающие яды и их компоненты, действительно могут приносить пользу. Например, разогревающая мазь «Випросал» даже названа в честь гадюки, чье латинское название Vipera. Медики давно заметили, что яд действует подобно перцу или горчице, только лучше: он не только разогревает, но и улучшает работу тканей. Тем, кто перенес инфаркт, страдает сердечной недостаточностью или гипертонией, назначают синтетический аналог фермента змеиного токсина, который разрывает цепочку биохимических реакций, приводящих к повышению кровяного давления.
Одно из кровоостанавливающих средств в арсенале стоматологов при лечении пациентов с гемофилией получено из яда гюрзы. Его действие основано на способности протеолитических токсинов стремительно свертывать кровь. Этот же препарат используют для диагностики болезней системы свертывания крови. А лекарство на основе искусственного и слегка модифицированного яда песчаной эфы обладает противоположным эффектом — помогает кровяным сгусткам рассасываться и спасает от тромбофлебита.
Способность блокировать нервные импульсы, присущая нервно-паралитическим ядам кобр и гремучих змей, может пригодиться, если нужно нейтрализовать импульсы, вызванные болезнью, например эпилепсией. Другой нейротропный эффект — обезболивающий — лежит в основе действия наяксина, яда среднеазиатской кобры, разведенного в водном растворе поваренной соли с добавлением новокаина.
И даже онкологические заболевания могут отступать перед ядом змеи. Медики факультета биохимии и молекулярной биологии Университета Южной Калифорнии и Центра исследований рака сумели остановить процесс перерождения опухоли в злокачественную с помощью белка контортростатина из яда мокасиновой змеи, который препятствует образованию стенок кровеносных сосудов и их ветвлению.
Одно из свойств змеиного яда принесло его исследователям Нобелевскую премию. В 1986 году она досталась итальянке Рите Леви-Монтальчини и американцу Стенли Коэну за открытие фактора роста нервов. В эксперименте с опухолью, обработанной змеиным ядом, чтобы разрушить связь между раковыми клетками, Леви-Монтальчини обнаружила неожиданный эффект: в ткань опухоли быстро вросли нервные окончания.
Дальнейшие исследования показали, что все дело в растворе, содержавшем белок из змеиного яда, которым обрабатывали опухоль. Именно он стимулировал рост нервных клеток. Похожие белки нашли в слюне, слезной жидкости и самих нервных клетках, а теперь еще и синтезировали. Биологи исследуют механизм их работы, чтобы направить на лечение повреждений нервной системы, в том числе атеросклероза и болезни Альцгеймера.
А не так давно разработали косметическое средство, которое содержит синтетический аналог змеиного нейротоксина, — крем от морщин. Подобно ботоксу, он вызывает паралич мимических мышц, и можно обойтись без инъекций. Достаточно нанести его на кожу, чтобы временно «парализовать» мимические мышцы, благодаря чему и происходит разглаживание морщин.
Чемпионы ядовитости
Тайпан, или жестокая змея (Oxyuranus microlepidotus)
Обитает в Центральной Австралии
Объем яда (один укус) — 100 мг
Его достаточно, чтобы убить 100 человек
Ken Griffiths / Alamy via Legion Media
Королевская коричневая змея, или мулга (Pseudechis australis)
Обитает в Австралии
Объем яда (один укус) — 150 мг
Его достаточно, чтобы убить 10 человек
Ken Griffiths / Alamy via Legion Media
Малайский крайт (Bungarus candidus)
Обитает в Индонезии
Объем яда (один укус) — 8-20 мг
Его достаточно, чтобы убить 10 человек
Carl Corbidge / Alamy via Legion Media
Что делать ужаленному?
За разъяснением мы обратились к доктору медицинских наук, ведущему научному сотруднику Центра острых отравлений Института скорой помощи имени Н.В. Склифосовского (в 2010-м. — Прим. Vokrugsveta.ru) Сергею Ивановичу Петрову
От укусов каких змей люди чаще всего страдают?
— В наш институт ежегодно поступают 20–30 пострадавших. Чаще всего обращаются люди, укушенные медянками и гадюками в Подмосковье. Большее число случаев приходится на весенне-летний период, когда змеи наиболее активны, а люди часто выезжают на природу.
Как правильно оказывать первую помощь пострадавшему до приезда врача?
— В первую очередь необходимо удалить яд из ранки путем отсасывания. Если это сделать немедленно, то можно удалить около 40% яда. По прошествии 20–30 минут удается извлечь уже не более 10% яда.
Не опасно ли это для того, кто оказывает помощь?
— Вопреки мнению, что яд может проникнуть через зубы, пораженные кариесом, или через повреждения на слизистой оболочке рта или глотки, в литературе не описано ни одного случая, чтобы кто-то при этом отравился. Конечно, нужно не глотать, а сплевывать. После этого следует обработать ранку подручными антисептиками или хотя бы промыть мыльной водой. Потом целесообразно наложить стерильную повязку и придать конечности неподвижность и возвышенное положение. Это замедлит развитие отека.
В старых руководствах рекомендуют наложить выше места укуса жгут, чтобы замедлить распространение яда по крови. Сейчас советуют разное: одни соглашаются с этой рекомендацией, другие категорически против. Что говорит практика вашего института?
— Жгут накладывать нельзя. Нам известны случаи, когда наложение жгута и длительная транспортировка приводили к развитию синдрома позиционного сдавливания, его последствия опасны сами по себе. При этом неважно, какая змея вас укусила — с нейротоксичным или гемотоксичным ядом, все равно развивается отек. Нельзя также прижигать ранку или делать надрезы.
Чем еще можно помочь пострадавшему?
— Дальнейшие действия должны выполнять медицинские работники. Границу поврежденной и здоровой ткани нужно обколоть раствором новокаина с адреналином. Они действуют не только как анальгетики, но и прекращают распространение отека, который останавливается прямо на глазах.
Нейротоксический яд особенно опасных змей, таких как кобра, содержит фермент, разрушающий ацетилхолин. Нарушается проведение нервных импульсов, развивается паралич мышц. Перестает двигаться язык, расстраивается глотание, нарушается функция внешнего дыхания. Если это происходит, нужно обязательно проводить ее коррекцию, иначе человек погибнет от недостатка кислорода. Также пострадавшему вводятся противоаллергические средства: супрастин, тавегил, диазолин или димедрол, а также гормоны. Хорошо, если человек сможет проглотить лекарство, но вполне вероятно, что это не получится — тогда нужны инъекции.
Если начались судороги, необходимо вводить препараты, которые их снимают. Наконец, нужно помочь организму избавиться от яда. Для этого через капельницу вводят соответствующее количество жидкости и мочегонные препараты. В самых тяжелых случаях приходится искусственно очищать кровь от токсинов — проводить гемосорбцию. И еще одно: рана есть рана, и через нее в организм может попасть возбудитель столбняка. Поэтому иногда мы вводим еще и противостолбнячную сыворотку. А при поступлении пострадавшего в стационар назначают кортикостероидные гормоны для борьбы с нарушением проницаемости стенки сосудов и биологических мембран.
А существуют ли какие-нибудь противоядия? Как их применяют?
— Да, существуют. Сыворотки бывают моновалентные, против яда какого-то одного вида змей, и поливалентные, состоящие из нескольких компонентов, их можно применять против разных видов. Сыворотку вводят в тяжелых случаях, внутривенно. Люди, которым по роду деятельности приходится часто встречаться со змеями — геологи, серпентологи, — в аптечке всегда держат такие препараты и стерильные шприцы. Сыворотка эффективна только в первые сутки после укуса.
Насколько действенны все эти меры? Есть ли гарантия, что человек выздоровеет?
— Никаких гарантий никто не даст, поскольку и обстоятельства, и люди бывают очень разные. Яд гадюки, к примеру, не самый опасный, но если змея была крупная и яда у нее много, то состояние может быть очень тяжелым. И наоборот, даже с ядом такой серьезной змеи, как кобра, если все было сделано вовремя и правильно, удается справиться без фатального исхода. Для этих целей даже в зимнее время в отделении токсикологии всегда есть противозмеиные сыворотки. В Институте скорой помощи знают: бывают укусы и зимой, причем любых видов змей, даже таких как гюрза, эфа, вплоть до самых экзотических, которых пациенты разводят в коммерческих целях.
Источник: polonsil.ru
Комментарии (0)
{related-news}
[/related-news]