Opis wydarzenia
wojna biologiczna to celowe użycie żywych organizmów lub pochodzących z nich toksyn, które powodują choroby u ludzi, zwierząt lub roślin, w konflikcie lub ataku terrorystycznym.1 broń biologiczna obejmuje zatem organizmy żywe i wytwarzane przez nie toksyny. Toksyny są związkami biologicznie aktywnymi, ale nie rosną ani nie rozmnażają się, 2 choć raz wyprodukowane mogą działać samodzielnie, nie polegając na organizmie.,3 W przypadku toksycznej broni biologicznej, to trucizna wytwarzana, a nie mikroorganizm, jest uzbrojony.2
kilka bakterii z rodzaju Clostridium wytwarza toksyny i są uważane za potencjalne czynniki bioterroryzmu.4,5 Clostridia są Gram-dodatnie, nieenkapsulowane, zarodnikowe, fermentacyjne, katalazo-ujemne, prostokątne prątki.6,7 spośród około 90 gatunków, mniej niż 20 jest znanych jako związane z chorobami klinicznymi u ludzi,5 w tym botulizm, tężec, zgorzel gazowa i zatrucie pokarmowe.,4,5 Clostridium perfringens, które może być najczęstszym patogenem bakteryjnym, 5 jest wszechobecne i występuje w glebie, wodzie i przewodach pokarmowych ssaków, w tym ludzi.8,9 po raz pierwszy opisany w 1892 przetrwanie tych bakterii w przyrodzie (nawet w trudnych warunkach) wynika z ich odpornych endosporów. Zarodniki te mogą kiełkować w bardzo krótkim czasie, poniżej 10 minut, tworząc organizm wegetatywny.10 istnieje pięć szczepów C. perfringens (oznaczonych typami od A do E4), które produkują ponad 20 toksyn,z czego 11 jest największą liczbą bakterii.,12 głównymi śmiertelnymi toksynami identyfikowanymi z C. perfringens są alfa, beta, epsilon, Jota i enterotoksyna.6 Typ A C. perfringens, który wytwarza toksynę alfa, jest najczęściej związany z niepowikłanym zapaleniem żołądka i jelit u ludzi oraz zapaleniem mięśni i martwicą mięśni, znanym również jako zgorzel gazowa. Typ C C. perfringens powoduje również choroby u ludzi, szczególnie martwicze zapalenie jelit i posocznicę.13 jedynym znanym zgłoszeniem użycia C. perfringens jako broni biologicznej jest podczas ii Wojny Światowej przez japoński program broni biologicznej, Jednostka 731, która używała odłamków zanieczyszczonych C., perfringens w celu zwiększenia częstości występowania i nasilenia zakażeń ran u ludzi.
Toksyna Epsilon, najsilniejsza Toksyna clostridialna po neurotoksynie botulinowej i tężcowej,14 jest toksyną tworzącą pory 9 wytwarzaną przez C. perfringens typu B i D. 4 są to organizmy komensalne, których głównym żywicielem są Owce, chociaż czasami są one izolowane od innych roślinożerców, takich jak kozy i kocięta15, a rzadko ludzie.16 zakażenie Naturalne dotyka zazwyczaj zwierząt gospodarskich, głównie owiec i kóz, 9,15, w których wywołuje enterotoksemia9 i miazgę nerek.,Chociaż nie ma doniesień o zgonach u ludzi z powodu toksyny epsilon15 i tylko nieliczne doniesienia o chorobie u ludzi 12, jej toksyczność i patogeneza kliniczna ekstrapolowana na zwierzęta sprawiają, że jest ona potencjalnym czynnikiem bioterroryzmu.6 z tego powodu amerykańskie Centers for Disease Control and Prevention (CDC) wyznaczyło toksynę epsilon jako czynnik biologiczny kategorii B wraz z enterotoksyną B gronkowcową i rycyną.3,18,19
Toksyna Epsilon jest wytwarzana jako prototoksyna, która jest rozszczepiana przez trypsynę, Alfa-chymotrypsynę i lambda-chymotrypsynę (z których dwa ostatnie są również wytwarzane przez C., perfringens) do postaci aktywnej.8,9,12 ta aktywna forma jest około 1000 razy bardziej toksyczna niż prototoksyna.8,20 w naturalnej infekcji u roślinożerców duża dawka wewnątrz jelitowej toksyny epsilon powoduje zwiększoną przepuszczalność jelit, ułatwiając wejście C. perfringens z jelit do krążenia ogólnoustrojowego z hematogennym rozprzestrzenianiem się na wszystkie narządy,12, 21 przede wszystkim mózg, płuca i nerki.8,9 toksyna nie przedostaje się do komórek i nie wykazuje aktywności wewnątrzkomórkowej.,Wiąże się raczej z receptorem na błonie komórkowej22 i oligomeryzuje tworząc pory, tworząc nieselektywny kanał dyfuzji dla hydrofilowych substancji rozpuszczonych.9,15,21,23 w ten sposób jest podobny do innych toksyn porowatych, w szczególności aerolizyny.Przesunięcia jonów 9,12 przez te pory prowadzą do szybkiego zmniejszenia wewnątrzkomórkowego potasu, zwiększenia wewnątrzkomórkowego chlorku i sodu oraz wolniejszego wzrostu wewnątrzkomórkowego wapnia.9,21 wypływ wewnątrzkomórkowego potasu powoduje blebbing błony plazmowej, obrzęk komórek, lizę, 15 i śmierć komórek.,To zaburzenie śródbłonka naczyniowego prowadzi do zmian osmotycznych, w tym wynaczynienia białek surowicy i krwinek czerwonych oraz masywnego obrzęku18 obejmującego mózg, 24, 25 nerek,płuc, 26 i wątrobę, 27 klinicznie objawiających się obrzękiem mózgu,24,25 obrzękiem płuc,4,24,25 zbiorami płynu osierdziowego,15,25,28 obrzękiem nerek,25 i zaburzeniami żołądkowo-jelitowymi.W badaniach na zwierzętach Toksyna epsilon podawana dożylnie kumuluje się preferencyjnie w mózgu., Oprócz tworzenia porów, Toksyna epsilon zaburza również cytoszkielet komórkowy, 9, który pozwala jej skutecznie przekroczyć barierę krew-mózg.9,30 zmiany patologiczne charakteryzują się ogniskową do rozproszenia14 martwicą upłynniającą i obrzękiem okołonaczyniowym w torebce wewnętrznej, wzgórzu, móżdżku białej materii, 12 i opon mózgowych.7 w dużych dawkach neurotoksyczność toksyny epsilon wynika z stymulacji neuronów presynaptycznych, co prowadzi do nadmiernego uwalniania glutaminianu.12,14,31 w mniejszym stopniu Toksyna epsilonowa powoduje również uwalnianie dopamine14 i kwasu gamma-aminomasłowego (GABA).,31 choć kontrowersyjne, Toksyna epsilon donoszono działać bezpośrednio na mielinę w obwodowym i ośrodkowym układzie nerwowym.Toksyna epsilon, oprócz mózgu,gromadzi się również w nerkach 26, gdzie może wystąpić martwica kory nerkowej (tzw. choroba nerek pulpy).7,17
na podstawie badań na zwierzętach należy ekstrapolować potencjalny wpływ broni biologicznej toksyny epsilon na ludzi., Badania u owiec, kóz i mice4 sugerują, że wdychanie przez ludzi może prowadzić do uszkodzenia komórek śródbłonka naczyń płucnych, powodując obrzęk płuc o wysokiej przepuszczalności i hematogenne rozprzestrzenianie się do nerek, serca i ośrodkowego układu nerwowego.Centralny układ nerwowy jest głównym celem toksyny epsilon.Dlatego też najbardziej klinicznie istotną postacią u ludzi jest stymulacja neurologiczna spowodowana uwalnianiem pobudzającego neuroprzekaźnika glutaminianu.Może to objawiać się ataksją, osłabieniem, zawrotami głowy, drżeniem, drgawkami.,30 Coma to potencjalna późna prezentacja.Objawy płucne wywołane narażeniem wziewnym mogą obejmować podrażnienie dróg oddechowych, kaszel, skurcz oskrzeli,duszność, zespół niewydolności oddechowej u dorosłych i niewydolność oddechową.Zaburzenia układu sercowo-naczyniowego mogą obejmować tachykardię,niedociśnienie tętnicze, 32 lub nadciśnienie tętnicze, 12 prowadzące do późniejszej zapaści sercowo-naczyniowej.Zaburzenia żołądkowo-jelitowe mogą występować jako nudności, wymioty,biegunka,29,32 ciężkie skurcze i wzdęcia brzucha, 29 i zmniejszona ruchliwość jelit.,Toksyczność toksyny Epsilon może prowadzić do hiperglikemii i glikozury12 ze względu na zmieniony metabolizm glikogenu w wątrobie.Pancytopenia jest późnym powikłaniem powodującym krwawienie, siniaki i immunosupresję.Wstępne badania laboratoryjne mogą ujawnić niedokrwistość spowodowaną hemolizą wewnątrznaczyniową, małopłytkowością, zwiększeniem aktywności aminotransferazy w surowicy i niedotlenieniem.W badaniach in vitro z wykorzystaniem ludzkich linii komórkowych nerek wykazano toksyczne działanie na nerki, co sugeruje, że niewydolność nerek może być kliniczną cechą choroby u ludzi.,12,34,35
produkcja toksyny epsilon jako broni biologicznej najprawdopodobniej zależałaby od syntezy chemicznej, a nie fermentacji z C. perfringens z powodu ograniczeń czasu i finansów.36 przewidywane główne drogi masowego rozprzestrzeniania toksyny epsilon byłyby w aerozolu,15,24,32, 37 w środkach spożywczych lub w wodzie.32 ponieważ Toksyna epsilon jest pobierana z jelit u chorych zwierząt, skażenie żywności może być najważniejszą i naturalną drogą ataku bioterrorystycznego., W ataku toksyny aerozolowej zakłada się, że toksyna zachowuje swój szkodliwy potencjał przez 8 godzin po uwolnieniu.38 aby wykorzystać toksynę epsilon jako skuteczną broń biologiczną w aerozolu, terroryści musieliby wyprodukować aerozol respirabilny oczyszczonej toksyny 39 z cząstkami o średnicy od 0,5 do 5 µm—” idealną ” wielkość cząstek do absorpcji do układu krążenia drogą inhalacyjną., Cząstki w tym zakresie wielkości pozostają w powietrzu przez dłuższy czas i są optymalne do przenoszenia do dystalnych dróg oddechowych, gdzie zatrzymywanie i wchłanianie toksyny są zmaksymalizowane. Ponadto środki aerozolizowane muszą być powlekane w celu przezwyciężenia sił elektrostatycznych i stabilizowane przed stresorami środowiskowymi, takimi jak światło ultrafioletowe, zmiany wilgotności i temperatura. Podobnie, aerozolized zakaźnych czynników biologicznych (na przykład zarodniki wąglika) osiągnąć swoje najwyższe wskaźniki zakażenia w dystalnych dróg oddechowych.,Jednakże, w przeciwieństwie do zarodników Bacillus anthracis, nie ma dowodów na to, że zarodniki clostridia mogą być aerozolizowane w celu wywołania choroby. Ważne jest, aby pamiętać, że toksyna epsilon nie wykazano, że osoba do osoby transmisji.6
szacowana dawka śmiertelna toksyny epsilon wynosi 0, 1 µg/kg dożylnie20 i 1 µg/kg15 inhalacyjnie, chociaż dokładna dawka śmiertelna dróg oddechowych lub doustnych zależy częściowo od interakcji toksyny z błoną śluzową dróg oddechowych lub żołądkowo-jelitowych20 ludzi. Oczekuje się, że początek choroby nastąpi w ciągu 1 do 12 godzin od ekspozycji.,Zgon może nastąpić w ciągu 30 do 60 minut od pojawienia się objawów u dotkniętych zwierząt 20; tak więc nagły początek choroby klinicznej może szybko rozwinąć się do śmierci u ludzi.15,20,32
rozpoznanie polega na wnikliwości klinicznej i docenieniu kontekstu prezentacji, zwłaszcza gdy grupa pacjentów występuje z tą samą formą choroby.Natychmiastowa diagnoza ataku Epsilon-Toksyna byłaby kliniczna i epidemiologiczna. Kultura C. perfringens jest przydatna tylko wtedy, gdy w ataku użyto samego organizmu, a nie samej toksyny.,Toksyna Epsilon może być zidentyfikowana poprzez reakcję łańcuchową polimerazy, test immunosorbentu enzymatycznego (ELISA), spektroskopię masową 9,39,3, 9 lub za pomocą przeciwciał monoklonalnych.39,41 wymazów z błony śluzowej nosa, 39 ostrej surowicy i ewentualnie próbek tkanek należy jak najszybciej pobrać we współpracy z lokalnym lub stanowym Departamentem Zdrowia lub CDC i przesłać do odpowiedniego ośrodka referencyjnego33,42 za pośrednictwem sieci odpowiedzi laboratoryjnej. Muszą być odpowiednio zapakowane, aby zachować ich strukturę biologiczną i/lub aktywność., Ponieważ próbki te są również dowodem przestępstwa, muszą być przewożone w sposób utrzymujący odpowiedni łańcuch dowodowy, wymagany dla każdego takiego ataku bioterroryzmu.
