• Sunday July 21,2019

Masurarea Deadlyness Toxinologie 101

Anonim

Oamenii de știință se referă la studiul toxinelor biologice ca toxinologie. De la toxinele bacteriene, cum ar fi antraxul la veninurile de șarpe cele mai periculoase, toxinologia examinează războiul chimic dintre animale, plante, fungi și bacterii. În seria Toxinology 101, explic și aprofundez fundamentele științei toxinelor pentru a dezvălui lumea neobișnuită, deseori nefamilară și neîntenționată, creată de cei mai cunoscuți biochimisti ai planetei noastre.

Una dintre cele mai frecvente intrebari pe care le primesc ca om de stiinta de venin (atat de mult am dedicat un intreg capitol din cartea mea, Venomous ), este o varianta a Ce este cel mai mortal animal toxic? În timp ce se pare că ar trebui să fie un răspuns ușor, ca și în orice lucru din lumea naturală, definirea mortalității este dezordonată. Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să fii clar cu privire la ceea ce faci cu adevărat. Este subtextul întrebării Ce animal este cel mai probabil să mă ucidă? Sau ce animal ar trebui să mă tem cel mai mult să intru în ? Sau mai simplu, ce animal produce cea mai puternică toxină, pentru că eu nu știu biochimia și sunt doar curios? Fiecare dintre aceste întrebări este răspuns diferit și chiar și mai complicat.

Mirror oglindă pe perete: Ce toxină este cea mai periculoasă dintre ele?

Să spunem că chiar vrei să știi ce specii produce toxina cea mai periculoasă din punct de vedere biochimic. Nu vă pasă să vă calculați riscul personal de a muri în vreun fel, doriți doar să știți ce toxine împachetează cel mai rău pumn. Dacă ai avea un flacon care conține 1 gram din cea mai puternică toxină produsă de o creatură vii, care toxină ar fi aceasta?

Cea mai comună măsură de potență utilizată de toxinologi este ceea ce se numește o doză letală mediană sau LD50 pe scurt. Aceasta este doza pe greutate corporală care ucide 50% dintr-un grup de animale care o primesc. Această valoare poate fi calculată într-un laborator și, prin urmare, teoretic permite compararea standardizată a mortalității diferitelor toxine și amestecuri toxice. Dar, desigur, în practică, chiar și acest lucru este mult mai complicat decât pare.

În primul rând, valorile LD50 nu au fost calculate pentru cele mai multe specii toxice. Dar chiar și cele care au fost calculate pot varia în mod substanțial în funcție de mai mulți factori. Primul este cum se eliberează toxina, deoarece toxinele pot acționa foarte diferit atunci când sunt administrate diferitelor părți ale corpului. Oamenii de știință pot alimenta toxine animalelor de laborator ( oral ) sau pot injecta toxinele în creaturi. Și când o fac, le pot injecta sub piele ( subcutanat ), mai adânc în țesuturile corpului ( intraperitoneal ) sau direct în sânge ( intravenos ). Fiecare dintre aceste căi de administrare poate avea valori LD50 diferite.

Pentru a demonstra acest lucru, să aruncăm o privire la un studiu de caz relativ recent. Înapoi în 2015, oamenii de știință au anunțat descoperirea primelor broaște veninoase. Două specii de broaște, au dezvăluit, posedă toxine puternice care sunt înjunghiate în potențiali prădători prin proeminențe osoase ale scheletului animalului. Articolele de știri care descriu descoperirea conțin adesea descrieri impresionante ale "fatalității" broaștelor. "Amfibienii tropicali au forțat coloane osoase pentru a elibera toxine capabile să omoare 80 de persoane", a atras titlul de la The Daily Mail . "Prima broasca veninoasa a lumii are sarutul mortii", a declarat New Scientist. Sau, conform știrilor NBC, "Printre broaștele veninoase cunoscute s-ar putea să te omoare cu un cap de cap."

Toate aceste titluri senzaționale sunt derivate din LD50 a veninelor broaștelor. Cele două specii au fost găsite a avea toxine destul de puternice. Aparasphenodon brunoi, mortalul celor două broaște veninoase, a avut LD5os intraperitoneal de 3, 12 μg pe șoarece pentru venin din cap. Deoarece această doză a fost la șoareci care variază între 18 și 20 de grame în greutate, putem calcula o greutate corporală standard pentru fiecare victimă LD50 de 0, 16 până la 0, 24 mg / kg pentru veninul capului de A. brunoi . Speciile mai puțin de moarte, Corythomantis greeningi, au LD50 cuprinse între 2, 5 și 2, 9 mg / kg. Dacă scalați această doză până la omul mediu, înseamnă că 1 gram din cel mai puternic venin de la A. brunoi ar putea ucide teoretic 80 de persoane - de aici limbajul înfricoșător din rapoartele mass-media.

Dar există o capcană. Hârtia descrie animalele ca posedând mici puncte osoase pe scheletul lor care livrează veninul, fiecare dintre ele având o lungime mai mică de câțiva milimetri. Asta inseamna ca pur si simplu nu exista nici un fel ca veninul din aceste broaste sa fie livrat adanc in corp, intraperitoneal, pe masura ce au fost testele LD50. În schimb, în ​​cel mai bun caz, veninurile ar fi eliberate sub straturile exterioare ale pielii , subcutanat . Hârtia nu a calculat LD50 subcutanat, dar a făcut un alt experiment care ne dă un indiciu cu privire la ceea ce ar putea fi LD50 subcutanat. Pentru a studia daca veninul a indus umflaturi (ceea ce doctorii numesc edem ), cercetatorii au injectat diferite doze de venin in labele carnale de soareci (subcutanat) si au monitorizat zona timp de trei zile. Pentru veninul cel mai puternic, aceste doze au variat de la 0, 125 la 32 μg. Rețineți că doza care a ucis jumătate dintre șoareci atunci când au fost injectate intraperitoneal a fost de 3, 12 μg. Deoarece nici unul dintre șoarecii injectați nu a murit subcutanat, putem concluziona că LD50 subcutanat al veninului este mai mult de zece ori mai puțin potențial decât LD50 intraperitoneal. De asemenea, putem concluziona că, având în vedere o asemenea LD50 subcutanată (> 1, 8 mg / kg sau aproximativ 150 mg de toxină într-o singură persoană), aceste broaște puține ar putea omorî o ființă umană chiar și cu multiple cap de cap.

Despre soareci si barbati

Chiar dacă aceste broaște ar putea furniza mai mult de 150 mg de toxine într-un buton de cap (care este o mulțime - la fel de mult ca un venin pe care un rege cobra le oferă într-o singură mușcătură!), Există un alt riducă cu privire la a decide ce toxine sunt cei mai puternici: oamenii nu sunt șoareci.

Aproape fiecare LD50 este calculat la șoareci sau șobolani, deoarece acestea sunt ușor de generat și îngrijit și sunt suficient de mici (în greutate) încât nu aveți nevoie de o cantitate mare de toxine pentru a efectua experimente de letalitate. Acestea fiind spuse, există o mulțime de excepții; Experimentele LD50 au fost difuzate pe totul, de la gandaci la pisici. Și, de fapt, nu poți să presupui că o doză care este letală pentru o specie va fi la fel de letală pentru o altă specie sau, cel mai important, pentru specia noastră. Diferitele tipuri de toxine proceseaza in mod diferit, ceea ce este ceva important pentru proprietarii de animale de companie sa tina cont de faptul ca le stocheaza casa cu Tylenol.

Acetaminofenul, ingredientul activ al analgezicului Tylenol, este considerat unul dintre cele mai sigure medicamente pentru oameni. Se considera atat de sigur incat este pregatit pentru durere pentru femeile insarcinate. Dar la câini și pisici, chiar și cantități mici pot fi mortale. Instrucțiunile privind sticla mea mare de acetaminofen cu eliberare rapidă, cu eliberare rapidă, spun că, în calitate de om adulți, pot lua două comprimate de 500 mg la fiecare șase ore, ceea ce reprezintă o doză de aproximativ 12, 5 mg / kg. Toxicitatea acută nu este probabilă decât dacă ingerăm aproximativ 15 pilule, primind o doză de 93, 75 mg / kg (puteți presupune că dozele letale sunt chiar mai mari decât acestea). Cu toate acestea, la câini și pisici, toxicitatea acută are loc la cantități mult mai mici; 75 mg / kg la câini și doar 10 mg / kg la pisici, cu mult mai mică decât doza recomandată pentru oameni . Dozele letale pot să apară la 500 mg / kg la câini și 50 mg / kg la pisici. Între timp, LD50 la șobolani, iepuri și cobai este de peste 2000 mg / kg.

Efectele specifice speciilor sunt observate în tot felul de toxine, deci, dacă vă întrebați ce este cel mai periculos venin sau otravă, contează ce animale au fost folosite pentru a efectua studiile LD50. Putem compara studiile făcute în aceleași creaturi, dar asta nu ne spune ce toxină este cea mai periculoasă din speciile de care ne pasă mai mult: noi. Deoarece nu efectuăm testele LD50 la om (din motive etice evidente), de fapt, nu știm ce este cea mai periculoasă toxină pentru om, intravenos, subcutanat sau oricum. (Putem face presupuneri educate, dar, în cele din urmă, nu suntem 100% siguri, motiv pentru care agenții precum FDA și EPA construiesc marje de eroare expansive în calculele lor privind cantitatea de substanță chimică care este "sigură" - de obicei, cel puțin de zece ori mai mică decât doza cea mai mică observată pentru a provoca orice fel de deteriorare la animale.)

Dar aș susține că, chiar dacă judecăm "cel mai mortal" printr-o anumită cale de administrare într-o anumită specie de animal, titlul este încă lipsit de sens. Doar pentru că broaștele posedă o toxină care poate ucide șoarecii în laborator, nu înseamnă că ar trebui să ne bântuim dacă suntem blocați într-o cameră cu unul sau chiar luăm o mână cu mâna goală. Prin estimările mele privind cantitatea de toxină pe care o are fiecare animal, ar fi nevoie de sute de cap de amfibieni pentru a se apropia chiar de a oferi o doză letală unei persoane - probabil mai mult ca mii. Există o mulțime de specii cu mult mai multe șanse să te omoare dacă ajungi la sfârșitul greșit al armei toxice.

Jocurile de noroc cu viața ta

Poate că o măsură mai bună a mortalității este ceea ce se numește mortalitate sau mortalitate: probabilitatea de deces după expunerea la toxine. Sau, în termeni mai groși: dacă creatura din fața mea mă mușcă sau mă înghită, care sunt șansele mele?

Este clar prin această măsură, broaștele pe care le-am discutat în ultima secțiune sunt inofensive. Alte animale veninoase nu sunt cu siguranță. Ca grup, șerpii veninoși sunt cei care probabil se tem cel mai mult, iar o parte din această teamă este pentru un motiv întemeiat: netratați, multe dintre speciile de "mușcături" transportă rate de mortalitate între 60 și 100%. Cu toate acestea, de la apariția antivenomului, aceste rate au scăzut dramatic în multe domenii. De exemplu, în Australia, deși țara este cunoscută pentru faptul că are unii dintre cei mai periculoși șerpi din lume (prin măsuri LD50), doar aproximativ 0, 001% din cei 1.000 de persoane care sunt envenomați de șerpi mor anual datorită eficienței și îngrijire medicală adecvată. Desigur, există părți ale lumii în care astfel de resurse sunt mult mai greu de trecut, iar politica medicală, practicile culturale și lipsa accesului rapid la o îngrijire accesibilă fac ca șarpele să fie mult mai periculoase. Și unele specii au încă șanse mari de a te ucide fie din cauza naturii veninelor, fie a cantității pe care o injectează. Deci, dacă vă faceți griji pentru un șarpe, depinde într-adevăr de locul unde vă aflați și de resursele pe care le aveți la dispoziție.

Șerpii deoparte, există alte animale ale căror mușcături și intepări sunt urgențe care pun în pericol viața. Conul geografului ( Conus geographus ) are o rată a mortalității estimate de 70%, ceea ce reflectă viteza veninului său paralizant: moartea prin intepatura melcului tinde să apară în câteva minute. Injecțiile de octopus albastru ( Hapalochlaena spp.) Pot duce, de asemenea, la o paralizie incurabilă, care poate pune viața în pericol, datorită prezenței tetrodotoxinei în veninul lor. Dar cele mai multe specii veninoase, indiferent dacă vorbești despre creaturi marine, păianjeni, scorpioni sau șerpi, au rate de fatalitate destul de scăzute - adesea sub 1% (deși 1% șanse de deces este încă suficient de mare pentru a Atenţie!).

Dacă doriți cu adevărat să vorbiți despre cele mai ridicate rate de fatalitate din cauza expunerii la toxine, multe specii otrăvitoare fac ca omologii lor veninoși să pară benign. Făcând un pufferfish fără a-și îndepărta organele (tetrodotoxina), ciupercile "magice" (amatoxine) greșit sau pur și simplu sterilizările necorespunzătoare ( toxina botulinică ), și șansele tale de supraviețuire ar putea fi subțiri. Acestea fiind spuse, deoarece expunerea la otrăvuri necesită, în general, un efort de partea victimei (sau din partea unui asasin), chiar și cele mai mortale creaturi otrăvitoare pe Pământ rar inspiră același fel de frică ca cele veninoase mai puțin moarte .

Dar există o problemă evidentă cu măsurarea mortalității prin rata mortalității: în timp ce șansele de a muri o dată expuse la toxină pot fi ridicate, șansele de a se confrunta cu toxinele multor specii mortale este puțin redusă. Șansele ca omul mediu să-și petreacă orice timp în viața lor, la mai puțin de 10 metri de cobra rege sau de un melc conifer al geografului, să nu mai vorbim de veninul unuia, sunt subțiri. Apelarea acestor specii la "cel mai mortal" în comparație cu alte specii toxice este un fel de a spune că câștigați bani, ar trebui să plasați întotdeauna un pariu direct mai degrabă decât un pariu de zeci sau de coloane în ruleta. Sigur, cu o miză dreaptă, vei câștiga mare dacă mingea va ajunge pe numărul tău, dar șansele de a se întâmpla acel eveniment sunt mult mai mici decât cotele de aterizare a mingii pe unul dintre cele 12 numere într-un pariu de zeci sau coloane . Pariurile pentru mai multe numere plătesc mai puțin pentru fiecare lovitură, dar acele hituri sunt mult mai probabil să se întâmple.

Jocul unui număr

Din punct de vedere statistic, titlul celui mai mortal animal toxic de pe planetă ar trebui să meargă la cel care provoacă cele mai multe decese în fiecare an, deoarece șansele de a muri de acel animal sunt numeric cele mai mari. Dacă animalul A ucide zece oameni în fiecare an, iar animalul B ucide 10 milioane, atunci persoana medie este mult mai probabil să fie ucisă de animalul B. Perioadă.

Putem rupe aceste numere în funcție de țară sau regiune; la urma urmei, nu aveți de ce să vă temeți de un animal care nu locuiește acolo unde faceți. Dacă facem asta, atunci locuri precum SUA, Australia și Europa nu au nimic de temut de șerpi, deoarece ucid doar o mână de oameni în fiecare an. Mai mult mortali sunt albine, furnici și viespi - membri ai ordinului insectelor Hymenoptera - ale căror veninuri ucid zeci de oameni în fiecare din aceste regiuni în fiecare an datorită reacțiilor alergice. Dar există chiar ucigași morți, găsiți pe toate continentele, cu excepția Antarcticii, ale căror mușcături toxice provoacă anual mai multe decese decât alte animale: țânțarii.

Dacă vorbim de numere, atunci țânțarii de țânțari - datorită agenților patogeni morți, ei pot distruge undeva între 750.000 și 1.000.000 de oameni în fiecare an (și da, țânțarii sunt veninoși - și proteinele lor de venin pot chiar să faciliteze transmiterea bolilor). Chiar și în SUA, unde cele mai mari amenințări legate de vectori precum malaria și febră galbenă sunt efectiv eradicate, se produc zeci și sute de decese din alte boli provocate de țânțari, cum ar fi Virusul Nilului de Vest, punându-i pe țânțarii înaintea păianjenilor, scorpioni, albine și viespi combinate . Și în alte părți ale lumii, chiar și cele în care snakebitele au o taxă devastatoare, țânțarul mușcă afară - ucide orice alt grup toxic. În Africa, de exemplu, șarpele de șarpe ar putea avea o uluitoare între 30.000 și 40.000 de vieți în fiecare an. Dar acest numar ramane in comparatie cu cei aproximativ 400.000 de oameni care mor acolo ca rezultat al malariei purtate de tantari - iar malaria este doar una dintre bolile posibile de tantari pe care africanii trebuie sa le faca griji.

Deci este cel mai mortal, mortal sau mortal?

Acolo îl aveți: cele trei căi principale de evaluare a mortalității și speciile sau grupurile toxice care le domină. Specii toxice pot fi mortale de doză, letale dacă sunt expuse și / sau mortale în viața noastră de zi cu zi. Deci, data viitoare când vă întrebați ce este cea mai periculoasă plante sau animal din afară, întrebați-vă ce doriți cu adevărat să știți. Determinarea academică a toxinelor care au efecte puternice asupra organismului nostru este foarte diferită de evaluarea riscului personal. Ia-ți mângâiere pe faptul că, în general, te poți proteja împotriva creaturilor toxice cel mai probabil să te omoare în fiecare zi cu un lucru simplu: insecte repulsiv.


Articole Interesante

Cyborg Bugs!  Cercetătorul controlează gandacii cu antenă radio

Cyborg Bugs! Cercetătorul controlează gandacii cu antenă radio

Ideea organismelor cibernetice, cunoscută sub numele de cyborgs, devine din ce în ce mai puțin ficțiune științifică și mai multă realitate. Cercetarea de la Cyborg a ajutat la "mersul paralizat, vorbirea mutei și revenirea la viață". Dar cyborgs nu trebuie întotdeauna să fie umani. Universitate

În timp ce unele părți ale SUA sunt umede și înghețate, sud-vestul este uscat și încă așteaptă să ajungă iarna

În timp ce unele părți ale SUA sunt umede și înghețate, sud-vestul este uscat și încă așteaptă să ajungă iarna

O arie largă în jurul regiunii Four Corners din sud-vestul SUA este acum în secetă severă - iar perspectivele de trei luni sunt sumbre În timp ce străzile din centrul orașului Boston au fost inundate și apoi înghețate ca urmare a ciclonei puternice de bombe care a împușcat Costul de Est al SUA, oamenii din SUA de Sud-Vest au fost fără îndoială întrebați când ar putea primi chiar și un mic gust de iarnă. Din 1 octombrie până

Purtătorii de păsări britanici au împărțit coșurile negre în două grupuri distincte genetic

Purtătorii de păsări britanici au împărțit coșurile negre în două grupuri distincte genetic

În pădurile din Germania trăiesc un număr mare de coșuri negre, o mică specie de păsări de cântătoare. Toate arată foarte asemănătoare, dar aparțin de fapt unor două grupuri distincte din punct de vedere genetic care devin din ce în ce mai disparate în timp. Pentru moment, cel mai bun mod de a le spune în afară este să aștepți iarnă. Pe măsură ce se răceș

O viață reală R2-D2 se îndreaptă spre spațiu

O viață reală R2-D2 se îndreaptă spre spațiu

Dacă ați fost fantezii despre o realitate Hal sau R2-D2, atunci visele tale sunt pe cale să se întâmple. Sau cel puțin, parțial. Centrul German de Aerospace a cerut producătorilor de aeronave Airbus și designerilor de inteligență artificială la IBM să creeze CIMON (Crew Interactive Mobile Companion), primul asistent de astronaut pe baza AI. CIMON, care

Explorarea lunilor pierdute ale sistemului nostru solar

Explorarea lunilor pierdute ale sistemului nostru solar

Marți, Jupiter a câștigat oficial 10-12 luni. Dar asta nu se face pentru zecile de luni pe care sistemul solar le-a pierdut în timp. Spre deosebire de recolta recentă, lungii lungi pierduți aveau o dimensiune destul de substanțială. Aceasta include chiar și câteva luni dispărute pentru Jupiter. Regele pl

Citirea ceasului corpului cu un calendar molecular, inspirat de flori

Citirea ceasului corpului cu un calendar molecular, inspirat de flori

Cât este ceasul? Acest lucru este ușor de verificat: uita-te doar la un ceas sau la un ceas. Ce oră este în interiorul corpului tău ? Asta eo intrebare mai grea. Organismul își păstrează timpul. Are un ceas "circadian" de 24 de ore care conduce creșterea și căderea multor molecule. Totul, de