KLINIČNI PRIMER

Prej zdravo, 35 let staro žensko, so našli v stanju splošne zmedenosti. Dihala je plitko in upočasnjeno in je bila cianotična. Zaradi poskusov samomora v preteklosti so takoj posumili na samozastrupirev. Po sprejemu v bolnišnico je prenehala dihati, imela je znižan krvni tlak ter upočasnjen srčni utrip. Opazili so tudi zoženje zenic.
Analiza plinov v arterijski krvi je pokazala hudo, kombinirano respiratorno in metabolno acidozo: pH 6.25 (normalno 7,4), pO2 54 mmHg (normalno 95 mmHg), pCO2 79 mmHg (normalno 40 mmHg). Na koži niso opazili nobenih vidnih sprememb.
Bolnico so intubirali, jo umetno ventilirali, ji izprali želodec, dobila pa je tudi odvajala ter aktivno oglje. Zaradi nenadnega zastoja srca, so začeli s srčno masažo. V več odmerkih je dobila intravensko atropin sulfat, natrijev bikarbonat in metilprednisolon. Zdravili so jo tudi z fenitoinom, diazepamom in fenobarbitonom. Kasneje je prejela tudi obidoksim.

1. NAČINI ZASTRUPITVE

Organofosfati so kemično estri fosforne kisline ter njenih derivatov. Njihovi biološki učinki so predvsem posledica inhibicije encima acetilholinesteraze in posledičnega dviga koncentracije acetilholina v holinergičnih sinapsah, kar je hkrati tudi skupni imenovalec vseh znakov zastrupitve. Organofosfati in razne druge antiholinesterazne učinkovine se uporabljajo kot insekticidi v kmetijstvu (paration, malation), v majhnih količinah kot zdravila za glavkom in Alzheimerjevo bolezen, po kemični strukturi pa so organofosfati tudi živčni bojni strupi kot je npr. v terorističnih napadih že uporabljeni sarin.

Zastrupitev je lahko:
1. naključna: npr. ob uporabi insekticidov z neustrezno zaščito (kmetje) ali pa zastrupitve otrok, ki pridejo v stik z insekticidi, ki niso pravilno shranjeni.
2. namerna: npr. samomori in pa uporaba živčnih bojnih strupov v teroristične namene. V teh primerih je slika zastrupitve običajno hujša.

Z načinom zastrupitve je običajno povezana tudi vstopna pot organofosfatov v telo, kjer gre bodisi za:
• peroralno pot preko sluznice prebavil pri samomorilcih, otrocih,
• perkutano prehajanje preko kože in veznic (bojni strupi, škropljenje z insekticidi),
• inhalacijo aerosolov prek sluznice dihal (škropljenje, bojni strupi).

Na mestu vstopa organofosfata v telo se lahko razvijejo lokalni znaki (npr. povečana sekrecija sluzi, spazem gladkih mišic v bronhih pri inhalaciji), že čez nekaj minut pa pride do razvoja sistemskih znakov zastrupitve.

Glede na svojo kemično strukturo so lahko organofosfati bolj ali manj vodotopni oziroma lipidotopni. Spojine z nabojem, npr. tiste, ki vsebujejo kvartarno amonijevo skupino, so bolj vodotopne, ne prehajajo pa skozi celične membrane in se zato slabo absorbirajo skozi gastrointestinalni trakt in kožo. Toksičnost se pri teh ob oralnem zaužitju kaže pri veliko višjih dozah kot parenteralno. Vodotopne, nabite molekule tudi težko prehajajo hematoencefalno bariero, zato so učinki na ravni CŽS manj izraženi, delujejo pa na periferne holinergične sinapse avtonomnega živčevja in na živčnomišični stik.
Lipidotopni organofosfati se dobro absorbirajo tudi preko kože, hlapljivi pa se prenesejo tudi preko alveolarne membrane. Učinkujejo tako na periferiji kot tudi v CŽS.

2. ZNAKI ZASTRUPITVE Z ORGANOFOSFATI

Znake zastrupitev delimo na primarne in sekundarne. Primarni znaki so tisti, ki se razvijejo kot neposredna posledica zvečane koncentracije acetilholina (ACh) v holinergičnih sinapsah, do česar pripelje inhibicija acetilholinesteraze (AChE). Sekundarni znaki so tisti, ki se razvijejo kot posledica primarnih. Znaki zastrupitve so, skladno z opisano razdelitvijo, prikazani na spodnji razpredelnici. V krepkem tisku so navedeni znaki, ki so bili prisotni v našem kliničnem primeru.





PRIMARNI ZNAKI MEHANIZEM DELOVANJA
ŽIVČNOMIŠIČNI STIK (motorična ploščica) Oslabelost mišic, tetanične kontrakcije, ki preidejo v paralizo, hipoventilacija Trajna prisotnost ACh v ŽMS povzroči na začetku zvečano frekvenco AP in tako tetanične kontrakcije, sčasoma pa pride do desentizacije nikotinskih ACh receptorjev, kar vodi v paralizo
CŽS Motnje zavesti, konvulzije (klonični krči), fascikulacije (krčenje skeletnih mišičnih vlaken v območju posamezne motorične enote), hipoventilacija, hipotermija, hipotenzija Kombinacija primarnih učinkov povečane koncentracije ACh v sinapsah CŽS in sekundarnih znakov
AVTONOMNO ŽIVČEVJE SYM
Bledica, znojenje, tahikardija Prevlada vpliva sym kot odgovor na stres s konstrikcijo arteriol v koži, stimulacija znojnic; lahko tudi posledica delovanja v ganglijskih sinapsah
PSY Bradikardija, hipotenzija Zmanjšan ritem SA vozla
Dispnea, hipoksemija
bronhosekrecija, bronhokonstrikcija
Solzenje, slinjenje stimulacija eksokrinih žlez
Mioza konstrikcija m.sfinktra pupile
motnje akomodacije konstrikcija ciliarne mišice
nehoteno uriniranje in defekacija kontrakcija gladkih mišic GIT in sečnega mehurja


SEKUNDARNI ZNAKI MEHANIZEM NASTANKA
Centralna cianoza Povečan delež deoksigeniranega hemoglobina v arterijski krvi (pljučni vzrok: bronhosekrecija, bronhokonstrikcija, paraliza dihalnih mišic)
Periferna cianoza Povečan delež deoksigeniranega hemoglobina v kapilarni krvi zaradi slabe perfuzije in oksigenacije perifernih tkiv (srčni vzrok: bradikardija)
Respiratorna acidoza Hipoventilacija
Metabolna acidoza Anaerobni metabolizem zaradi hipoksije perifernih tkiv
Motnje zavesti Vsaj deloma so motnje zavesti tudi rezultat hipoksemije in acidoze


3. HOLINERGIČNI SISTEM

3. 1 HOLINERGIČNA SINAPSA

Holinergične sinapse najdemo v centralnem in perifernem živčevju. V perifernem živčevju jih najdemo na živčno mišičnih stikih (motoričnih ploščicah) in v postganglionarnem parasimpatičnem nitju ter v ganglijskih sinapsah tako simpatičnega kot tudi parasimpatičnega nitja. V postganglijskem simpatičnem živčevju, kjer so sinapse sicer adrenergičnega tipa, predstavljajo izjemo stiki postganglijskega nevrona z celicami žlez znoinic, ki so tudi holinergične. V centralnem živčnem sistemu najdemo holinergične sinapse na različnih mestih, npr. v hipokampusu in amigdali, kjer imajo pomembno vlogo v spominskih funkcijah, ter v internevronih v korpusu striatumu.


3. 2 HOLINERGIČNI RECEPTORJI

Poznamo dva tipa holinergičnih receptorjev, in sicer nikotinske in muskarinske.

1. Nikotinski receptorji

Delujejo kot kemični receptorji, ki jih stimulirata ACh in nikotin, in hkrati kot kationski kanalčki, ki, kadar se pod vplivom ACh odprejo, prepuščajo Na+ in K+ ione. Nahajajo se v motorični ploščici, avtonomnih ganglijih in CŽS. Sestavljeni so iz 5 podenot, in sicer iz dveh α ter ene β, γ in δ podenote. Na receptorju sta dve vezavni mesti za ACh. Imata različno afiniteto za NT. Pri dovolj visoki in dalj časa trajajoči koncentraciji
ACh v sinaptični špranji, pride do desenzibilizacije in torej neodzivnosti receptorja za opisane učinke ACh. Po eni od razlag pride pri tem do vezave ACh na mesto na receptorju z manjšo afiniteto in s tem do alosterične, konformacijske spremembe receptorja, ki onemogoči odpiranje kanalčka ob vezavi ACh na prej omenjeni dve mesti z visoko afiniteto. To onemogoči nastanek EPSP (glej predavanje »Patofiziologija živčnomišičnega prenosa«) in posledično AP, kar povzroči prehod iz tetaničnih kontrakcij v paralizo skeletnega mišičja.

2. Muskarinski receptorji

Spadajo v družino G-proteinskih receptorjev. Za razliko od nikotinskih receptorjev ne pride do desenzibilizacije receptorja. Poznamo več podtipov:
• M1 prevladujejo v živčnem tkivu: preko Gq proteina aktivirajo fosfolipazo C. Sekundarna obveščevalca IP3 in DAG povzročita vdor Ca++,
• M2 najdemo v miokardu sesalcev (SA, AV vozel in atrijske celice): preko Gi proteinov stimulirajo K+-kanale, posledica je izhajanje K+ iz celice in hiperpolarizacija. To je vzrok za bradikardijo,
• M3 – najdemo v gladkem mišičju in žlezah: po stimulaciji se poveča vdor Ca++ kar sproži kontrakcijo. Hkrati pa stimulirajo Ca++-odvisno NO sintazo in tako vplivajo na relaksacijo mišičja.

4. DELOVANJE ACETILHOLINESTERAZE (AChE)

AP v presinaptičnem nevronu povzroči dvig citosolne koncentracije Ca++ in s tem proces, ki se konča s sproščanjem ACh v sinaptično špranjo in z njegovo vezavo na receptorje na postsinaptični membrani. Signal se prekine z odstranitvijo ACh iz sinaptične špranje, to vlogo pa opravlja poleg difuzije encim acetilholinesteraza (AChE).

Obstajata dve skupini molekularnih oblik AChE:
• homomeri – sestavljeni samo iz katalitičnih podenot,
• heteromeri – sestavljeni iz katalitičnih in strukturnih podenot.

Katalitska podenota je odgovorna za hidrolizo ACh, strukturna pa omogoča pričvrstitev katalitskih podenot bodisi na celično membrano, kar je način vezave v CŽS, ali pa na bazalno lamino, ki se nahaja v sinaptični špranji živčno-mišičnega stika.

AChE se nahaja tudi v plazmi in na membrani eritrocitov, torej na mestih, kjer ni drugih komponent holinergičnega sistema. Vloga AChE na takih mestih ni poznana, še posebej, ker inhibicija te AChE ne povzroči nobenih vidnih kliničnih znakov, ima pa pomembno zaščitno vlogo pri zastrupitvah z OP, saj se z vezavo nanje zmanjša delež OP molekul, ki bi se sicer vezale na vitalno pomembno AChE v holinergičnih sinapsah.
Aktivno mesto se nahaja na dnu ozke špranje oziroma žepa na površini katalitske podenote AChE. Katalitično triado sestavljajo serin, histidin in glutamat. Slednja povečata nukleofilnost hidroksilne skupine serina, ki je ključna za napad te OH skupine na estrsko vez ACh. Po nastanku encim-substrat kompleksa pride do acetilacije encima (nukleofilna substitucija) in sprostitve holina. Sledi hidroliza acetiliranega encima,, sprostitev acetata in reaktivacija AChE. AChE je ena izmed najučinkovitejših encimov, saj ena molekula encima razgradi 6x105 ACh molekul v eni minuti

5. ORGANOFOSFATI

Splošna formula organofosfatov je:.



R1 in R2 (bazični skupini) sta lahko alkilni, amino, alkoholni ali amidni skupini. Dolžina in naboj vplivata na lipidotopnost inhibitorja in s tem na zmožnost prehajanja molekule preko celične membrane in hematoencefalne bariere.
Y predstavlja zapuščajočo skupino (angl. »leaving group«), ki se v reakciji nukleofilne substitucije zamenja s kisikovim atomom serinskega ostanka v aktivnem centru encima. Zapuščajoča skupina določa hitrost inhibicije AChE in s tem v veliki meri tudi toksičnost inhibitorja. Večja kot je tendenca k zapuščanju, večja je afiniteta inhibitorja do encima, zato za zastrupitev zadostuje nižja doza. V zelo toksičnih živčnih bojnih strupih kot Y komponenta nastopa fluorid, ki je zelo obstojen kot anion in se zato rad zamenja z O atomom serina v aktivnem centru AChE.

Reakcija organofosfatov z AChE je analogna reakciji AChE z naravnim substratom ACh in prav tako poteka v treh stopnjah:

1. Nastanek kompleksa encim-substrat
2. Nukleofilna substitucija
3. Hidroliza acetilirane (substrat je ACh) oziroma fosforilirane (substrat je organofosfat) AChE



Slika 1: Reakcija ACh z aktivnim centrom AChE




Slika 2: Reakcija organofosfata z aktivnim centrom AChE

Razlika med reakcijama je v hitrosti poteka 3. stopnje, kjer je deacetilacija zelo hitra, defosforilacija pa zelo počasna, zato govorimo o psevdoireverzibilnem tipu inhibicije AChE. Fosforilirana AChE ni zmožna hidrolizirati svojega naravnega substrata, ki se zato kopiči v sinaptičnih režah holinergičnih sinaps.

Pomemben del detoksifikacije OP poteka v jetrih in plazmi s skupino encimov A-esteraze, ki cepijo fosfoestrsko vez. Strukturno niso sorodne AChE in ne formirajo stabilnih intermediatov z OP. Pri detoksifikaciji sodelujejo tudi plazemske in jetrne karboksilesteraze, ki jih OP ireverzibilno inhibirajo. S tem se zmanjša koncentracija prostih OP. Poleg tega hidrolizirajo OP, ki vsebujejo karboksilestrske vezi.

6. PREPOZNAVANJE ZASTRUPITVE Z ORGANOFOSFATI

Zastrupitev z OP ima akuten potek in lahko pri visokih dozah že v nekaj minutah privede do smrtnega izida. Ob pomanjkanju časa za laboratorijska testiranja sta zato zelo pomembni natančna anamneza in heteroanamneza. Pri sumu na zastrupitev skušamo ugotoviti, kakšen je bil način zastrupitve, za kateri strup gre, kolikšna je bila količina zaužitega strupa, kakšen je bil bolnik, ko so ga našli, kakšen je bil med prevozom do zdravnika, ali in kako se je spreminjala klinična slika.
Mnoge zastrupitve potekajo dokaj tipično v obliki toksikoloških sindromov (toksindromov). Pri zastrupitvi z OP so značilni znaki, ki smo jih opisali zgoraj. V pomoč je akronim SLUD (angl. »salivation, lacrimation , urination, defecation«), pri čemer pa je pri mlajših otrocih težko ločevati med nehoteno defekacijo in mikcijo kot posledico zastrupitve in normalno razvojno pogojeno inkontinenco. Prav tako je solzenje lahko posledica joka zaradi strahu in bolečin. Zastrupljenci ponavadi nimajo vseh znakov, ki so značilni za zastrupitev z OP, poleg tega pa so nekateri znaki včasih prikriti ali maskirani s spremljajočimi pojavi (npr. pri nizki dozi organofosfata je pri prestrašenem bolniku zaradi aktivacije simpatika bradikardija lahko slabo izražena ali celo preide v tahikardijo).
Pri zaužitju OP je pri zastrupljencu prisoten zadah po topilih, v katerih so raztopljeni organofosfati, zlasti pri sredstvih, ki se uporabljajo v kmetijstvu (insekticidi), česar ne smemo zamenjati z npr. zadahom po alkoholu pri alkoholikih ali zadahom po acetonu pri diabetični ketoacidozi.

Laboratorijske preiskave najzanesljiveje potrdijo zastrupitev z OP, vendar zaradi akutnega poteka, ki zahteva takojšnje ukrepanje, služijo bolj kot potrditev te zastrupitve kot napotek za zdravljenje. Meri se plazemska in eritrocitna AChE pri čemer predstavljajo do neke mere problem razlike, ki so jih ugotovili na ravni normalnih aktivnosti med posamezniki. Izkušnje so pokazale, da je znižanje aktivnosti eritrocitne ChE za 20 do 25 zanesljiv znak sistemske zastrupitve. .

7. ZDRAVLJENJE

Zastrupitev z OP po eni strani zdravimo simptomatsko, kjer torej blažimo ogrožujoče znake in simptome po drugi pa z vzročnim zdravljenjem, ki je v tem primeru reaktivacija AChE, skušamo povrniti normalno stanje.

Prvi ukrepi – prva pomoč
Prvi ukrepi, ki jih moramo izvesti pri zastrupljencu so:
• prekinitev stika s strupom (evakuacija s kontaminiranega območja, aplikacija plinske maske, če ostane zrak onesnažen)
• dekontaminacija (pri perkutani in inhalacijski zastrupitvi moramo čimprej odstraniti kontaminirano obleko in zastrupljencu temeljito umiti kontaminirano kožo in sluznice z vodo in milom ali Na-bikarbonatom; pri oralni zastrupitvi moramo izpirati želodec ali izzivati bruhanje, vendar le pri zastrupljencu, ki je pri polni zavesti, saj lahko drugače povzročimo druge motnje; zastrupljenca moramo zaradi morebitnega izločanja strupa z znojem večkrat umiti)
• vzpostavitev ali vzdrževanje osnovnih življenjskih funkcij (ohranjanje prostih dihalnih poti, vključno z endobronhialno aspiracijo; umetno dihanje, če je potrebno; dajanje kisika; ohranjanje krvnega obtoka in ob morebitnem zastoju srca izvajanje masaže srca)
Paziti moramo, da se pri izvajanju terapije ne zastrupimo sami.

Simptomatsko zdravljenje
V ta namen uporabljamo atropin, ki je antagonist muskarinskih receptorjev in zato odpravi ali ublaži znake povečanega tonusa parasimpatika. Atropin torej zmanšuje bronhokonstrikcijo, sekrecijo traheobronhialnih žlez in žlez slinavk, bradikardijo, abdominalne krče, slabost in bruhanje in malenkostno zmanjša aktivnost perifernih ganglijev in učinke v CŽS.

Najpogosteje se uporablja atropin sulfat, ki ga dajemo intravenozno, intramuskularno ali endotrahealno, vsakih 5-10 minut po 1 mg, po začetnem 2-4 mg odmerku. Apliciramo ga, dokler ne izginejo muskarinski znaki in se začnejo pojavljati znaki atropinizacije (prenehanje bronhialne sekrecije, midriaza, suha usta, tahikardija). Takrat z dajanjem prenehamo, da ne povzročimo dodatne zastrupitve z atropinom.
Atropin ne deluje na nikotinske receptorje in zato ne vpliva na aktivnost perifernih živčno-mišičnih stikov, kjer desenzibilizacija receptorjev privede do paralize.
Po potrebi je v farmakološko zdravljenje treba vključiti tudi antikonvulzante in glukokortikoidne preparate za ustrezen antistresni odgovor (glej seminar »Patofiziologija skorje nadledvičnice«).

Vzročno zdravljenje
Pomeni odpravo vzroka zastrupitve, v tem primeru inhibicije AChE. Uporabljamo reaktivatorje AChE, kot imenujemo skupino spojin, ki jim je skupna oksimska funkcionalna skupina v molekuli. Oksimi se vežejo v aktivni center AChE, nakar oksimska skupina kot dober nukleofil napade fosforjev atom v aktivnem centru vezanega organofosfata. Nastane konjugat med oksimom in fosfatom-oksimofosfat, ki se odcepi; katalitska serinska OH-skupina encima je sproščena in encim je tako obnovljen in sposoben hidrolizirati ACh.
Klinično so uporabni oksimi, katerih oksimofosfati niso toksični. Največkrat uporabljeni spojini sta pralidoksim in obidoksim. Dajemo jih intravensko 1-2 g po 5 minutah in po potrebi še v 20-60 minutah.
Pomembno je hitro dajanje oksimov, preden na encimu poteče reakcija »staranja«, pri kateri gre za odcep ene alkilne skupine z organofosfata, kar vodi v bolj stabilno obliko monoalkilne-fosforilirane AChE, in je regeneracija z oksimi nemogoča.