beskrivning av händelse
biologisk krigföring är avsiktlig användning av levande organismer eller toxiner som härrör från dem, som orsakar sjukdom hos människor, djur eller växter, i konflikt eller terroristattack.1 biovapen innehåller därför levande organismer och de toxiner de producerar. Toxiner är biologiskt aktiva föreningar men växer inte eller reproducerar,2 men när de produceras kan de agera ensamma utan att förlita sig på organismen.,3 i fallet med ett toxinbiovapen är det giftet som produceras, snarare än mikroorganismen, som är weaponized.2
flera bakterier i släktet Clostridium producerar toxiner och anses vara potentiella bioterrorismmedel.4,5 Clostridia är grampositiva, icke-kapslade, sporbildande, fermenterande, katalas-negativa, rektangulära baciller.6,7 av cirka 90 arter är färre än 20 kända för att vara associerade med klinisk sjukdom hos människor, 5 inklusive botulism, stelkramp, gasgangren och matförgiftning.,4,5 Clostridium perfringens, som mycket väl kan vara den vanligaste bakteriepatogen, 5 är allestädes närvarande och finns i jord, vatten och mag-tarmkanalen hos däggdjur, inklusive människor.8,9 beskrivs först i 1892 överlevnaden av dessa bakterier i naturen (även i hårda miljöer) beror på dess fjädrande endosporer. Dessa sporer kan gro i en extremt kort varaktighet på mindre än 10 minuter i en vegetativ organism.10 Det finns fem stammar av C. perfringens (utsedda typer A till E4) som producerar mer än 20 toxiner,11 det största antalet av alla bakterier.,12 de viktigaste dödliga toxinerna som identifierats med C. perfringens är alfa, beta, epsilon, iota och enterotoxin.6 Typ A C. perfringens, som producerar alfa-toxin, är oftast associerad med okomplicerad gastroenterit hos människor och myosit och myonekros, även känd som gasgangren. Typ C C. perfringens orsakar också sjukdom hos människor, speciellt nekrotiserande enterit och septikemi.13 Den enda kända rapporterade användningen av C. perfringens som biovapen är under andra världskriget av det japanska biologiska vapenprogrammet, enhet 731, som använde Splitter förorenad med C., perfringens i ett försök att öka incidensen och svårighetsgraden av sårinfektioner hos människor.
Epsilontoxin, det mest potenta clostridiala toxinet efter botulinum och tetanusneurotoxiner,14 är en porbildande toxin9 gjord av C. perfringens typ B och D. 4 dessa är commensala organismer vars primära värd är får, även om de ibland isoleras från andra växtätare, såsom getter och cattle15 och sällan människor.16 naturlig infektion påverkar vanligtvis boskap, främst får och getter,9,15 där den producerar enterotoxemi9 och pulpy njursjukdom.,7,17 även om det inte finns några rapporter om dödsfall hos människor från epsilon toxin15 och endast ett fåtal rapporter om sjukdom hos människor,12 dess toxicitet och klinisk patogenes extrapolerad från djur gör det till ett potentiellt bioterrorismmedel.6 av denna anledning U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) har utsett epsilon toxin som ett Kategori B biologisk agent tillsammans med stafylokock enterotoxin B och ricin.3,18,19
Epsilontoxin produceras som ett prototoxin, som klyvs av trypsin, alfa-chymotrypsin och lambda-chymotrypsin (varav de två senare också produceras av C., perfringens) i den aktiva formen.8,9,12 denna aktiva form är ungefär 1000 gånger mer giftig än prototoxinet.8,20 I en naturlig infektion i växtätare en stor dos av intraintestinal epsilon toxiner som resulterar i ökad intestinal permeabilitet, för att underlätta inmatning av C. perfringens från tarmen in i den systemiska cirkulationen med hematogen spridning till alla organ,12,21 främst hjärnan, lungor och njurar.8,9 toxinet kommer inte in i cellerna och har ingen intracellulär aktivitet.,21 snarare binder den till en receptor på cellmembranet22 och oligomeriserar för att bilda en por, vilket skapar en icke-selektiv diffusionskanal för hydrofila lösningar.9,15,21,23 på detta sätt liknar det andra porbildande toxiner, särskilt aerolysin.9,12 Jonskift genom denna por leder till en snabb minskning av intracellulärt kalium, ökning av intracellulär klorid och natrium och en långsammare ökning av intracellulärt kalcium.9,21 utflödet av intracellulärt kalium orsakar plasmamembranblödning, cellsvullnad,Lys, 15 och celldöd.,21 denna störning i det vaskulära endotelet leder till osmotiska förändringar, inklusive extravasering av serumproteiner och röda blodkroppar och massiv ödema18 som involverar hjärnan,24,25 njurar, lungor,26 och lever,27 kliniskt manifesterade som hjärnödem,24,25 lungödem,4,24,25 hjärtsäcksvätskesamlingar,15,25,28 njurödem,25 och gastrointestinal nöd.29
i djurstudier ackumuleras epsilontoxin som administreras intravenöst företrädesvis i hjärnan., Förutom porbildning stör epsilontoxin också det cellulära cytoskelettet, 9 vilket gör det möjligt att effektivt korsa blod-hjärnbarriären.9,30 patologiska förändringar kännetecknas av fokal till diffus14 flytande nekros och perivaskulärt ödem i den inre kapseln, talamus, cerebellär vit substans,12 och meninges.7 vid höga doser beror neurotoxiciteten hos epsilontoxin på stimulering av presynaptiska neuroner, vilket leder till överdriven frisättning av glutamat.12,14,31 i mindre grad orsakar epsilontoxin också frisättning av dopamin14 och gamma-aminosmörsyra (GABA).,31 även om det är kontroversiellt har epsilontoxin rapporterats agera direkt på myelin i perifera och centrala nervsystemet.12.30 annat än hjärnan, Epsilon toxin ackumuleras också i njurarna, 26 där nekros av njurbarken (så kallad ”pulpy njursjukdom”) kan förekomma.7, 17
den potentiella effekten av ett epsilontoxin biovapen på människor måste extrapoleras från djurstudier., Studier på får, getter och mice4 tyder på att inandning av människor kan leda till skador på lungkärl endotelceller, vilket resulterar i högpermeabilitet lungödem och hematogen spridning till njurar, hjärta och centrala nervsystemet.15 centrala nervsystemet är det primära målet för epsilontoxin.14 Därför är den mest kliniskt signifikanta presentationen hos människor neurologisk stimulering på grund av frisättningen av den excitatoriska neurotransmittorn glutamat.30 Detta kan manifesteras som ataxi, svaghet,yrsel,32 darrande, 27 och anfall.,30 koma är en potentiell sen presentation.Lungmanifestationer på grund av inhalationsexponering kan inkludera irritation i luftvägarna, hosta, bronkospasm,dyspné, 32 andnödssyndrom hos vuxna och andningssvikt.Kardiovaskulära abnormiteter kan inkludera takykardi,hypotension,32 eller hypertoni, 12 som leder till efterföljande kardiovaskulär kollaps.Gastrointestinal distress kan förekomma som illamående, kräkningar,diarré,29,32 svåra magkramper och distention, 29 och minskad tarmmotilitet.,12 Epsilon-toxintoxicitet kan leda till hyperglykemi och glykosuri12 på grund av förändrad levermetabolism av glykogen.Pancytopeni är en sen komplikation som resulterar i blödning, blåmärken och immunosuppression.32,33 inledande laboratoriestudier kan avslöja anemi orsakad av intravaskulär hemolys, trombocytopeni, förhöjning av serumaminotransferasnivåer och hypoxi.Njurcellstoxicitet har visats i in vitro studier med humana njurcellslinjer, vilket tyder på att njursvikt kan vara ett kliniskt kännetecken för human sjukdom.,12,34,35
produktion av epsilontoxin som biovapen skulle sannolikt bero på kemisk syntes snarare än jäsning från C. perfringens på grund av tidsbegränsningar och finanser.36 de förväntade primära vägarna för massspridning av epsilontoxin skulle vara som aerosol, 15, 24,32, 37 i livsmedel eller i vatten.32 eftersom epsilontoxin tas upp från tarmen hos sjuka djur kan livsmedelskontaminering vara den viktigaste och naturliga avenyn för en bioterroristattack., I en aerosol toxinattack är antagandet att toxinet behåller sin skadliga potential i 8 timmar en gång släppt.38 för att använda epsilontoxin som ett effektivt aerosoliserat biologiskt vapen skulle terrorister behöva tillverka en respirabel aerosol av det renade toxinet, 39 med partiklar som sträcker sig från 0,5 till 5 µm i diameter – den ”ideala” partikelstorleken för absorption i cirkulationssystemet via inhalationsvägen., Partiklar inom detta storleksområde förblir luftburna under en längre tid och är optimala för att transporteras till de distala luftvägarna, där retention och absorption av ett toxin maximeras. Dessutom måste aerosoliserade medel beläggas för att övervinna elektrostatiska krafter och stabiliseras mot miljöbelastningar, såsom ultraviolett ljus, fuktskift och temperatur. På samma sätt uppnår aerosoliserade infektiösa biologiska medel (t.ex. mjältbrandssporer) sina högsta infektionsnivåer i de distala luftvägarna.,38 till skillnad från sporer av Bacillus anthracis finns det emellertid inga bevis för att sporer av clostridia kan aerosoliseras för att producera sjukdom. Det är viktigt att notera att epsilontoxin inte har visat sig ha överföring från person till person.6
den uppskattade dödliga dosen av epsilontoxin är 0, 1 µg/kg intravenös20 och 1 µg/kg15 inhalationsmässigt, även om den exakta dödliga dosen av inhalations-eller orala vägar delvis beror på interaktionen mellan toxinet och respiratoriska eller gastrointestinala slemhinnor20 av människor. Insjuknandet förväntas ske inom 1 till 12 timmar efter exponering.,Död kan inträffa inom 30 till 60 minuter efter symtomdebut hos drabbade djur20; således kan den abrupta uppkomsten av klinisk sjukdom utvecklas snabbt till döds hos människor.15,20,32
erkännande bygger på klinisk skarpsinne och uppskattning av sammanhanget av presentationen, särskilt när ett kluster av patienter presenterar med samma form av sjukdom.40 omedelbar diagnos av en epsilon-toxinattack skulle vara klinisk och epidemiologisk. Kultur av C. perfringens är bara användbar om organismen själv, inte toxinet ensam, användes i attacken.,4 Epsilontoxin kan identifieras via polymeraskedjereaktion, enzymbunden immunosorbentanalys (ELISA), 9,39 masspektroskopi,3, 9 eller med användning av monoklonala antikroppar.39,41 Svabbprover i nässlemhinnan, 39 akut serum och eventuellt vävnadsprover bör samlas in så snart som möjligt42 i samarbete med den lokala eller statliga hälso-och sjukvårdsavdelningen eller CDC och skickas till en lämplig referensanpassning33,42 via laboratoriets svarsnätverk. De måste vara ordentligt förpackade för att bevara sin biologiska struktur och/eller aktivitet., Eftersom dessa prover också är bevis på ett brott måste de transporteras på ett sätt som upprätthåller en lämplig vårdnadskedja, vilket krävs för en sådan bioterrorismattack.
