Ботулинический токсин

Ботулинический токсин — это нейротоксин белковой природы, вырабатываемый бактериями Clostridium botulinum и некоторыми другими видами рода Clostridium. Является одним из самых сильных известных природных ядов, вызывающим ботулизм — тяжёлое токсикоинфекционное заболевание, поражающее нервную систему. В малых, контролируемых дозах используется в медицине и косметологии для временного расслабления мышц.

История открытия и изучения

Первые описания ботулизма как заболевания, связанного с употреблением колбасных изделий (от лат. botulus — колбаса), относятся к концу XVIII века. В 1793 году в Германии было зафиксировано массовое отравление кровяной колбасой, которое подробно описал врач Юстин Кернер. Именно он в 1817 году впервые систематизировал клиническую картину ботулизма и предположил, что болезнь вызывается особым «животным ядом», образующимся в испорченной колбасе.

В 1895 году бельгийский бактериолог Эмиль ван Эрменгем выделил возбудителя из трупа человека, умершего от ботулизма, и из остатков ветчины, послужившей причиной заражения. Он назвал микроорганизм Bacillus botulinus (позднее переименован в Clostridium botulinum). В 1920-х годах были выделены первые очищенные формы токсина, а в 1946 году американский биохимик Эдвард Шанц впервые получил кристаллический ботулинический токсин типа А.

В 1970-х годах офтальмолог Алан Скотт начал эксперименты по использованию малых доз токсина для лечения косоглазия у животных. В 1989 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило применение ботулинического токсина типа А (препарат «Ботокс») для лечения блефароспазма и косоглазия у взрослых. С этого момента началось широкое медицинское применение токсина.

Химическая природа и механизм действия

Ботулинический токсин представляет собой сложный белок, состоящий из двух полипептидных цепей — тяжёлой (100 кДа) и лёгкой (50 кДа), соединённых дисульфидной связью. Тяжёлая цепь отвечает за связывание с рецепторами на поверхности нервных клеток и проникновение внутрь, лёгкая цепь обладает протеолитической активностью.

Механизм действия токсина заключается в блокировании высвобождения ацетилхолина — нейромедиатора, передающего сигнал от нервного окончания к мышце. Лёгкая цепь токсина расщепляет белки SNARE-комплекса (SNAP-25, синаптобревин, синтаксин), которые необходимы для слияния синаптических пузырьков с мембраной нервного окончания. В результате нервный импульс не может вызвать сокращение мышцы, и наступает её стойкое, но обратимое расслабление.

Эффект токсина развивается в течение нескольких часов — двух суток после попадания в организм и сохраняется от 3 до 12 месяцев, после чего происходит регенерация нервных окончаний и восстановление функции мышцы.

Классификация и типы

Известно 7 серотипов ботулинического токсина, обозначаемых латинскими буквами от A до G. Серотипы A, B, E и F наиболее часто вызывают ботулизм у человека. Серотипы C и D поражают преимущественно животных, серотип G встречается редко.

Серотипы различаются по аминокислотной последовательности, структуре, антигенным свойствам и механизму действия на SNARE-белки. Для медицинского применения используются серотипы A и B, реже — серотип F. Серотип A обладает наибольшей продолжительностью действия и стабильностью, что делает его наиболее распространённым в клинической практике.

Формы ботулизма и токсикология

Ботулизм — заболевание, вызываемое действием ботулинического токсина на организм. Различают следующие формы:

• Пищевой ботулизм — возникает при употреблении продуктов, содержащих накопившийся токсин (консервы, колбасы, копчёности, рыба домашнего приготовления).
• Раневой ботулизм — развивается при попадании спор Clostridium botulinum в открытую рану, где в анаэробных условиях они прорастают и начинают вырабатывать токсин.
• Ботулизм новорождённых — возникает у детей первого года жизни при колонизации кишечника спорами бактерий, попавшими с пищей (чаще всего с мёдом).
• Ингаляционный ботулизм — возможен при вдыхании токсина в аэрозольной форме (рассматривается как потенциальное биологическое оружие).
• Ятрогенный ботулизм — редкое осложнение при передозировке или неправильном введении препаратов ботулинического токсина.

Летальная доза ботулинического токсина типа А для человека составляет около 1 нг/кг массы тела при внутривенном введении, 3 нг/кг при ингаляционном и около 1 мкг/кг при пероральном. Токсин быстро разрушается при нагревании до 80°C в течение 10 минут или при кипячении в течение 5 минут.

Клиническая картина ботулизма

Инкубационный период пищевого ботулизма составляет от 2 часов до 10 суток, чаще 12–36 часов. Первые симптомы — тошнота, рвота, диарея, сменяющаяся запором. Затем развиваются неврологические нарушения:

• Двоение в глазах (диплопия), опущение верхнего века (птоз), расширение зрачков, нарушение аккомодации.
• Нарушение глотания (дисфагия), попёрхивание, гнусавость голоса.
• Слабость мышц шеи, конечностей, дыхательной мускулатуры.
• Сухость во рту, жажда, запор.

При тяжёлом течении развивается острая дыхательная недостаточность, требующая искусственной вентиляции лёгких. Смерть наступает от паралича дыхательного центра или асфиксии. Характерно, что сознание и чувствительность сохраняются на протяжении всего заболевания.

Диагностика и лечение

Диагноз ботулизма устанавливается на основании клинической картины, эпидемиологического анамнеза (употребление консервов, колбас) и лабораторного подтверждения. Основной метод лабораторной диагностики — биологическая проба на мышах: материал от больного (сыворотка крови, промывные воды желудка, испражнения) вводят лабораторным мышам и наблюдают за развитием симптомов. Также применяют иммуноферментный анализ (ИФА) и ПЦР для выявления токсина и возбудителя.

Специфическое лечение — введение противоботулинической сыворотки (антитоксина), которая нейтрализует свободный токсин, не связавшийся с нервными окончаниями. Сыворотка эффективна только в первые 1–3 суток заболевания. Применяют поливалентную сыворотку, содержащую антитела к серотипам A, B, E, или моновалентные сыворотки. Проводится интенсивная терапия, направленная на поддержание жизненно важных функций, в первую очередь дыхания. При необходимости назначают искусственную вентиляцию лёгких, парентеральное питание, антибактериальную терапию для подавления роста бактерий в кишечнике.

Медицинское применение

В современной медицине ботулинический токсин используется в качестве лекарственного средства под различными торговыми названиями: «Ботокс» (США), «Диспорт» (Великобритания), «Ксеомин» (Германия), «Лантокс» (Китай), «Релатокс» (Россия). Препараты представляют собой очищенный и стабилизированный токсин, вводимый внутримышечно в микродозах.

Неврология и офтальмология

• Блефароспазм — непроизвольное сокращение круговой мышцы глаза.
• Гемифациальный спазм — односторонние судороги мышц лица.
• Косоглазие — коррекция положения глазного яблока.
• Цервикальная дистония — спастическая кривошея.
• Спастичность после инсульта, при детском церебральном параличе, рассеянном склерозе.
• Хроническая мигрень — профилактика приступов (введение в мышцы головы и шеи).

Урология

• Гиперактивный мочевой пузырь — снижение сократимости детрузора.
• Детрузорно-сфинктерная диссинергия — нарушение согласованной работы мышц мочевого пузыря.
• Доброкачественная гиперплазия предстательной железы (в качестве экспериментального метода).

Гастроэнтерология

• Ахалазия кардии — расслабление нижнего пищеводного сфинктера.
• Дискинезия сфинктера Одди.
• Анальная трещина — снятие спазма внутреннего сфинктера заднего прохода.

Дерматология и косметология

• Коррекция мимических морщин — наиболее распространённое применение. Введение токсина в мышцы лица (лоб, межбровье, вокруг глаз) временно расслабляет их, разглаживая морщины.
• Лечение гипергидроза (повышенной потливости) — введение в подмышечные впадины, ладони, стопы блокирует выделение пота.
• Лечение рубцов (келоидных, гипертрофических) — снижение натяжения тканей.

Побочные эффекты и противопоказания

Побочные эффекты при медицинском применении, как правило, локальны и временны: боль, отёк, гематома в месте инъекции, опущение века (птоз), асимметрия лица, головная боль, гриппоподобный синдром. Системные реакции (слабость, тошнота, нарушение глотания) встречаются редко, в основном при передозировке.

Противопоказания к применению:

• Беременность и период грудного вскармливания.
• Нервно-мышечные заболевания (миастения, синдром Ламберта-Итона, боковой амиотрофический склероз).
• Воспалительные процессы в месте инъекции.
• Повышенная чувствительность к компонентам препарата.
• Приём антикоагулянтов (повышенный риск гематом).
• Возраст до 18 лет (для косметологических целей).

Ботулинический токсин как биологическое оружие

Из-за чрезвычайно высокой токсичности и стабильности ботулинический токсин рассматривается как потенциальное биологическое оружие. Он включён в список агентов, подлежащих контролю в рамках Конвенции о запрещении биологического и токсинного оружия (КБТО). В 1990-х годах было установлено, что Ирак производил ботулинический токсин в военных целях. Японская секта «Аум Синрикё (террористическая организация, запрещена в РФ)» (организация признана террористической и запрещена в РФ) предпринимала попытки распыления токсина в Токио. В настоящее время разработка, производство и накопление ботулинического токсина в военных целях запрещены международным правом.

Интересные факты

• Ботулинический токсин — самое токсичное вещество из известных науке. Его LD50 для мышей составляет 0,3 нг/кг при внутрибрюшинном введении, что в 10 000 раз токсичнее цианида калия.
• Один грамм кристаллического токсина типа А, равномерно распределённый по воздуху, теоретически способен убить около 1 миллиона человек.
• В 2017 году FDA одобрило применение ботулинического токсина для лечения хронической мигрени у взрослых.
• Споры Clostridium botulinum чрезвычайно устойчивы к внешним воздействиям: они выдерживают кипячение в течение нескольких часов и сохраняются в почве десятилетиями.
• В России зарегистрированы и применяются отечественные препараты ботулинического токсина — «Релатокс» (производства ФГБУ «НМИЦ гематологии» Минздрава России) и «Ботулакс» (производства ООО «НПО «Микроген»).