Японские ученые разработали антидот против угарного газа и цианидов, который состоит из двух синтетических гемов. Один искусственный гем присоединяет молекулу угарного газа, не позволяя ей связаться с гемом в гемоглобине, а атом железа в составе второго гема окисляется до степени окисления +3 и нейтрализует цианидную группу. Антидот спас мышей и крыс от смерти в эксперименте с горящей акриловой тканью – источником монооксида углерода и цианидов при пожарах.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

При пожарах люди часто гибнут от вдыхания горючих ядовитых веществ, самыми опасными среди которых считают угарный газ (монооксид углерода, CO) и пары синильной кислоты (цианистый водород, HCN). Их токсическое действие на организм при пожаре определяется материалом, который горит, замкнутостью пространства и концентрацией в воздухе. Из-за большого количества синтетических материалов, таких как пластмасса, акриловые ткани и полиуретан, которые используют в современном строительстве и дизайне, при пожарах образуется большое количество угарного газа и цианидов.

При вдыхании угарного газа молекула монооксида углерода прочно связывается с двухвалентным железом (II) в гемоглобине (образуется карбоксигемоглобин) и миоглобине. Это приводит к тому, что в легких он не отсоединяется от гема в гемоглобине и не позволяет присоединиться туда кислороду. Цианид (CN-) связывается с трехвалентным железом гема (III), преимущественно воздействуя на цитохром-с-оксидазу (IV комплекс дыхательной цепи) в митохондриях, и прерывает кислородозависимое производство энергии. Монооксид углерода также может ингибировать этот фермент.

Врачи знают, как помочь при отравлении этими веществами. Например, при отравлении угарным газом человека с помощью аппарата искусственной вентиляции легких заставляют дышать кислородом и вводят метиленовый синий. Его же вводят при отравлении цианидами, однако для них существуют и другие антидоты. В России в 1990-х годах разработали антидот против угарного газа на основе цинка – ацизол. Несмотря на частое единовременное отравление сразу двумя отравляющими веществами не существует антидота, который действовал бы одновременно и на монооксид углерода, и на цианиды.

Группа под руководством Хироаки Китагиси (Hiroaki Kitagishi) из Университета Дошиша разработала раствор, который эффективен in vivo при одновременном отравлении угарным газом и цианидами у крыс и мышей.

HemoCD-Twins, так они назвали свой комплексный антидот, состоит из четырех соединений: 5,10,15,20-тетрасульфонатофенилпорфирина с железом (II), двух димеров метил-β-циклодекстрина, соединенных пиридином, имидазола и восстановителя – дитионита натрия в фосфатно-буферном физиологическом растворе. Комплексы из порфирина и циклодестрина и порфирина и имидазола ученые рассматривали как синтетические аналоги гема, которые могут взаимодействовать с отравляющими веществами.

При внутривенном введении мышам как отдельных компонентов антидота, так и их смеси, ученые не зафиксировали серьезных побочных эффектов. Затем ученые проверили лечебный эффект антидота на мышах. Для этого их помещали в атмосферу угарного газа на пять минут. При концентрации 10000 миллионных долей (ppm) 86 процентов мышей погибало, 7500 ppm убивали 33 процента мышей, а 5000 ppm оставляли в живых всех животных.

Пероральное введение 0,1, 0,15 и 0,2 миллиграмма цианида натрия (NaCN), растворенного в 0,1 миллилитра восстановителя (дитионита натрия), выявило значительную летальность при высоких дозах цианидов. При этом мыши, выживавшие при введении 0,15 миллиграмма цианида или при нахождении в атмосфере угарного газа с концентрацией 5000 ppm, погибали при одновременном воздействии этих двух факторов в течение 40 минут.

Инъекция мышам HemoCD-Twins значительно снизила летальность при комбинированном воздействии угарного газа и цианидов: примерно 85 процентов мышей выжили через сутки после лечения. Спустя 45 минут после введения антидота максимальные уровни карбоксигемоглобина в крови мышей снизились почти в шесть раз, а цианидов – почти в семь. Уже спустя 15 минут после инъекции препарата мыши показывали удовлетворительную физическую активность после потери сознания. Косвенные показатели тканевой гипоксии также заметно снизились при введении антидота.

В эксперименте с горящей акриловой тканью мыши подверглись воздействию 1600 ppm угарного газа и 700 ppm синильной кислоты в течение шести-семи минут. Затем мышей извлекали из камеры и вводили им антидот HemoCD-Twins. По сравнению с контрольной группой выживаемость мышей была значительно выше среди мышей, которым вводили антидот (p < 0,01). Важно отметить, что антидот вводили только тем мышам, которые дышали после того, как их извлекали из камеры. Такие же эксперименты ученые проводили и с крысами, где они получили аналогичные результаты.

Ученые объясняют эффект антидота тем, что комплекс порфирина и циклодекстрина захватывает молекулу угарного газа и выводит ее с мочой, а комплекс из порфирина и имидазола захватывает цианидную группу и также выводится с мочой. Кроме того, ученые выяснили что антидот можно хранить при комнатной температуре в течение года. Кроме того, его легко приготовить – сухое вещество нужно просто развести физиологическим раствором. Ученые рассчитывают на скорое начало исследований антидота на людях.