Termenul de toxine este foarte larg utilizat în mass-media, fiind legat de o mulțime de substanțe și factori din mediu precum: aditivi alimentari, substanțe poluante, substanțe iritante și alți agenți. Această utilizare largă a termenului de toxină este însă incorectă, în lumea științifică toxinele fiind substanțe secretate doar de către organismele vii, substanțe care, prin structura lor antigenică declanșează o reacție imună. În continuare vor fi prezentate cele mai frecvente toxine și afecțiunile determinate de acestea.

Toxinele sunt substanțe antigenice periculoase produse de către organismele vii. Structura lor este formată din lanțuri de aminoacizi, fiind o structură organică proteică ce le conferă caracter antigenic de non-self. Toxinele sunt produse de foarte multe microorganisme precum bacterii, fungi, alge și diverse specii de plante. Majoritatea toxinelor sunt extrem de periculoase, chiar și o cantitate mică putând determina decesul organismului cu care au intrat în contact. Acest lucru a stârnit un mare interes în folosirea lor ca arme biologice.

Toxinele bacteriene
Capacitatea unei bacterii de a produce toxine se numește toxinogeneză. Toxinele bacteriene se împart în două mari categorii în funcție de structura lor chimică:
- Lipopolizaharidele produse de bacteriile gram negative, aceste toxine depozitându-se în peretele bacterian.
- Proteinele produse de majoritatea bacteriilor.

În funcție de locul de acțiune al toxinelor există:
1. Endotoxine care sunt practic componente structurale ale bacteriei respective și sunt localizate intracelular sau intraparietal. Lipopolizaharidele și lipooligozaharidele fac parte din această categorie, ambele tipuri de toxine fiind depozitate în peretele lipidic al bacteriilor gram negative (ex. E-Coli, Klebsiella, Shigella, Salmonella). După ce bacteriile sunt distruse, fie prin moarte celulară programată, fie prin tratament cu antibiotice, endotoxinele sunt eliberate.
2. Exotoxinele sunt secretate de către bacterie și trimise în exterior în permanență, nu doar după moartea bacteriei respective. Structura lor este proteică, au acțiune de tip enzimatic, sunt foarte active și au o toxicitate extrem de ridicată. Structura proteică le conferă caracter antigenic, ele fiind capabile să declanșeze o reacție imună puternică din partea organismului gazdă. Prin prelevara bacteriilor care le secretă și expunerea la formol, exotoxinele se transformă în anatoxine care sunt netoxice, însă capabile să declanșeze răspunsul imun. Anatoxinele sunt baza vaccinurilor împotriva infecției cu bacterii care secretă exotoxine (ex. Clostridium Tetani, Clostridium Botulinum, Bacil Difteric). Toxinogeneza reprezintă un factor important de patogenitate al bacteriilor care secretă exotoxine, moartea organismului expus putând surveni rapid, dacă nu se intervine cu tratament antibiotic. Riscul de șoc toxic este foarte mare.

Tipuri de exotoxine

- Exotoxine care blochează sinteza proteică în celulă - Toxina bacilului difteric. Omoară celula în care au pătruns.
- Neurotoxine - Toxina tetanică și Toxina botuluinică
- Exotoxine modificatoare ale metabolismului celular - Toxina bacilului Holeric, Toxina Termolabilă a E-Coli, toxina Pertusis. Nu omoară celula în care au pătruns, dar îi modifică funcțiile și metabolismul, făcând-o inactivă.
 - Exotoxine care distrug substanța fundamentală a țesutului conjunctiv - Clostridium Perfigens care determină gangrena gazoasă.

Toxina tetanică

Este produsă de către Clostridium Tetani, o bacterie care este patogenă atât prin multiplicarea necontrolată la poarta de intrare în organism, cât și prin procesul de toxinogeneză. Determină boala numită tetanos. Toxina tetanică este neurotropă, fiind toxică pentru celulele neuronale. Se știe că activitatea neuronilor motori spinali este inhibată de către glicină și acidul gama-aminobutiric, astfel încât mișcările sunt controlate și tonusul muscular este constant. Toxina tetanică inhibă eliberarea acestor 2 neuromediatori, fapt ce determină excitarea neuronilor motori spinali, a căror activitate nu mai poate fi inhibată. Rezultă mișcări necontrolate sub formă de spasme severe și dureroase ale musculaturii striate, ce poartă denumirea de paralizie spastică. Starea de conștiență este însă păstrată.

Când toxina ajunge la sistemul nervos central prin propagare pe cale axonală se vor produce spasme ale mușchilor masticatori denumite trismus (gura nu se mai poate deschide din cauza încleștării maxilarelor de către contracțiile musculare) și risus sardonicus (facies caracteristic tetanosului) prin spasme ale musculaturii faciale. Moartea se produce prin asfixia cauzată de paralizia spastică a mușchilor respiratori (diafragm, mușchi intercostali). Poziția pe care o adoptă pacientul în timpul contracțiilor tetanice spastice este caracteristică și se numește opistotonus (spasm generalizat a musculaturii striate a întregului corp care determină arcuirea trunchiului, care devine curbat, sprijinul realizându-se pe ceafă și călcâie).

Simptomatologia apare în general la 4-5 zile de la contaminare începând cu spasme ale musculaturii din zona contaminată care se extind către mușcii masticatori și faciali apoi către întregul corp cu declanșarea opistotonusului. Atacul de tetanos este declașat de orice stimul extern. Sursa de bacili tetanici este reprezentată de intestinul omului și al animalelor care sporulează o dată ajunși pe sol generând spori foarte rezistenți la condițiile de mediu extern. Poarta de intrare a bacililor tetanici în organism este de obicei o plagă contaminată cu pământ.
Răspunsul imun este de tip umoral cu anticorpi specifici anti-toxină tetanică însă este slab și ineficient.

Prevenția tetanosului se face prin tratarea imediată a plăgilor cu risc tetanigen și eventual toaleta chirurgicală a acestora cu dezinfectare în profunzime. Se face un rapel cu ATPA (anatoxină tetanică purificată și adsorbită) cu apariția anticorpilor specifici în aproximativ 2 zile. Administrarea de anatoxină tetanică este indicată o dată la 10 ani.

Cazurile de tetanos propriu-zis sunt destul de rare, însă în cazul confruntării cu un astfel de caz atitudinea este similară celei din profilaxie, cu toaleta plăgii și vaccinarea ATPA dar evoluția spre deces este frecventă.

Toxina botulinică

Este tot o toxină neurotropă, cu afinitate către sistemul nervos periferic. Este secretată de către Clostridium Botulinum, o bacterie care, spre deosebire de Clostridium Tetani nu se multiplică la poarta de intrare în organism ci se multiplică în alimente producând o exotoxină. Fierberea alimentelor la 100 grade celsius timp de 20 de minute distruge exotoxina. Botulismul este practic o toxiinfecție alimentară întrucât organismul este contaminat de exotoxinele din alimente, contaminarea făcându-se strict pe cale digestivă.

Alimentele susceptibile la infecția cu Clostridium Botulinium sunt în principal conservele pregătite în gospodăria proprie neambalate și nedepozitate corect. Condițiile de anaerobioză determină multiplicarea bacteriei cu producere de spori, unul din semne fiind capacul conservei care bombează, care semnifică multiplicarea și producerea de gaz de către microorganismele respective. Acestea conserve nu vor fi sub nicio formă consumate.

Toxina botulinică este cea mai otrăvitoare toxină cunoscută până în momentul actual. Doza letală pentru om este de 2 micrograme.
Spre deosebire de tetanos care este o paralizie spastică, toxina botuluinică inhibă eliberarea de acetilcolină de la nivelul plăcilor neuromotorii și cauzează paralizia flască. Aceasta începe de la extremitatea celfalică (paralizia mușchilor globilor oculari, imposibilitatea de a vorbi sau a înghiți) și se extinde apoi la întregul corp. Moartea se produce tot prin paralizia mușchilor respiratori ce determină asfixie. Conștiența este păstrată.
Tratamentul se face cu ser antibotulinic.

Toxina perfigens

Este secretată de un grup de clostridii denumit Clostridiile Gangrenei Gazoase sau Clostridium Perfigens. Aceștia sporulează în condiții de anaerobioză și elaborează enzime toxice care prezintă tropism pentru țesuturi pe care le distrug și le necrozează producând gaz. Germenul se multiplică la poarta de intrare și invadează țesuturile înaintând din aproape în aproape având efecte necrolitice și hemolitice cu caracter letal pe țesuturi. Starea generală este grav alterată.

Boala produsă de acești germeni se numește gangrena gazoasă iar leziunile specifice sunt caracterizate de edeme dure, crepitante (bacteriile au un metabolism anaerob producând gaz prin fermentarea zaharurilor din țesuturi) necroză și gangrenă. Pătrunderea clostridiilor se face ca și în cazul tetanosului, tot pe calea unei plăgi contaminate. Datorită multiplicării bacteriei și apariției de gaz se va produce distensia țesuturilor, obstrucția mecanică a capilarelor și creșterea sintezei de hialuronidază care determină diseminarea infecției. Necroza tisulară se extinde treptat odată cu creșterea multiplicării bacteriene și rezultă anemie hemolitică, toxemie cu evoluție spre deces în până la 80% din cazuri.

Tratamentul trebuie făcut de urgență și constă în toaleta chirurgicală a plăgii, administrarea de ser antigangrenos, penicilină și oxigen hiperbar care distruge bacteriile fiind letal pentru ele deoarece bacilii au metabolism anaerob.

Toxina difterică

Este produsă de către Corynebacterium Diphteriae, agent patogen identificat în secreții din tractul respirator uman. Este patogen atât prin multiplicarea la poarta de intrare cât și prin toxinogeneză. Poarta de intrare este reprezentată de tractul respirator, leziunile tegumentare sau mucoasa genitală. Inflamația locală se produce post-multiplicare apoi începe sinteza toxinei difterice care poate afecta orice celulă din organism. Are însă tropism special pentru celulele cardiace determinând miocardită, celulele neuronale determinând demielinizare, celulele renale determinând necroză tubulară cu insuficiență renală, celulele suprarenaliene, musculare și hepatice. Toxina are ca efect major oprirea bruscă a sintezei proteice cu efecte necrotice asupra celulelor din țesutul pentru care are tropism.

În câteva zile de la debutul infecției, bacteria va sintetiza o structura tip membrană alcătuită din fibrină, leucocite, eritrocite și celule epiteliale respiratorii distruse, la care se adaugă bacteriile moarte. Această structură are caracter de falsă membrană. (diphtera = membrană). Dacă se încearcă îndepărtarea acestei membrane, rezultă sângerări ale mucoasei din cauza ruperii capilarelor. Falsa membrană se poate forma amigdalian, faringian, nazal sau genital și se va extinde cu obstrucționarea arborelui traheo-bronșic și asfixie mecanică, determinând crupul difteric. Sub falsa membrană are loc multiplicarea bacilului cu sinteza de toxină și producerea de tulburări la distanță (miocardită, demielinizări, insuficiență renală). Mortalitatea crește cu cât diagnosticul este mai tardiv.
În ultimii 17 ani nu au mai fost înregistrate cazuri în România.

Tratamentul constă în administrarea de ser antiddifteric (anatoxină difterică), însă această anatoxină va neutraliza numai toxina difterică circulantă. Se adaugă deci antibiotice precum eritromicina sau penicilina G pentru neutralizarea organismului care nu va mai produce astfel toxină. Tratamentul durează 2 săptămâni.

Vaccinarea DTP (diftero- tetano- pertusis) este obligatorie la orice nou-născut în țara noastră.

Endotoxinele

Sunt trimise în organismul gazdă doar după moartea bacteriei care le-a produs, întrucât sunt parte a structurii peretelui celular lipidic al bacililor gram negativi. Structura primară a endotoxinelor acestor bacili constă în lipidul A care este un glicofosfolipid ce înconjoară miezul (core) alcătuit din zaharuri, etanolamină și acid fosforic. O altă componentă este Antigenul O care este specific fiecărei specii de bacil, fiind un lanț lung de zaharide.

Lipidul A este partea activă a tuturor endotoxinelor. Celelalte componente joacă rol de carrier (purtător), fapt dovedit de aceea că lipidul A este inactiv când este separat de antigenul O și de miez.

Spre deosebire de exotoxine, care au efecte specifice în funcție de specia de bacterie care le sintetizează, endotoxinele au aceleași acțiuni asupra gazdei, indiferent de bacilul gram negativ care le secretă.

După liza bacteriilor secretante, endotoxinele produc diverse efecte în organismul gazdă, în funcție de cantitatea lor care depinde de numărul de bacili distruși.

Cantitățile mici de endotoxine rezultate în urma distrugerii unui număr mic de bacterii declanșează reacții de alarmă precum febra. Experimental s-a determinat că febra se produce la injectarea a 100 nanograme de endotoxină intravenos, această cantitate corespunzând distrugerii a 10 milioane de bacterii. Macrofagele detectează imediat emisia de endotoxină și declanșează sinteza de substanțe pirogene endogene reprezentate de Interleukina 1 și Tumor Necrosis Factor alfa care vor declanșa răspunsul inflamator.

Reacția imună după eliberarea de endotoxine are loc ca urmare a următorilor factori:
- Activarea sistemului complement, atât pe cale clasică cât și pe cale alternativă, fapt care va determina chemotaxia celulelor citotoxice către țesutul inflamat și depozitant de bacili morți care au eliberat endotoxina. Se activează complexul de atac al membranelor cu liza osmotică a bacteriilor moarte ce eliberează endotoxine. Se produce chemotactismul neutrofilelor sub acțiunea fracțiunii C5a, iar fracțiunea C3b va determina opsonizarea bacteriilor moarte cu îndepărtarea lor din sistem de către fagocite și celulele citotoxice. Creșterea cantității fracțiunilor C3a și C5a cu rol de anafilatoxine determină creșterea permeabilității capilarelor din microcirculația țesutului afectat cu degranularea mastocitelor și apariția răspunsului inflamator.
- Activarea macrofagelor se va produce imediat, acestea având o mare capacitate de fagocitoză determinată de creșterea titrului de enzime lizozomale. Endotoxina activează direct macrofagele fiind puternic antigenică, macrofagele fiind primele celule care ajung în țesutul ce conține bacterii moarte.
- Activarea limfocitelor B se face de către interleukina 1 secretată de macrofagele activate de endotoxină. Proliferarea limfocitelor B și diferențierea lor în plasmocite va avea ca rezultat final producerea de anticorpi specifici anti-toxină. Prin urmare endotoxina poate fi considerată un imunomodulator.

Șocul endotoxic

Se produce în momentul în care cantitatea de toxină secretată și numărul de bacterii moarte sunt foarte mari și depășesc cu mult capacitatea de apărare și de răspuns imun prin citotoxicitate și anticorpi al organismului. Septicemiile cu bacili gram negativi au ca rezultat șocul endotoxic caracterizat prin hipotensiune, tahicardie, acidoză metabolică (creșterea potasemiei și amoniemiei) și coagulare intravasculară diseminată cu evoluție gravă. Hemoleucograma exprimă inițial leucocitoză cu creșterea alarmantă a numărului de neutrofile, apoi, în fazele avansate se va produce pancitopenia cu neutropenie, scăderea numărului de eritrocite și scăderea numărului de tromobocite. Se ajunge la insuficiență circulatorie acută și la prăbușirea tensiunii arteriale.

Șocul endotoxic sau septic debutează brusc cu febră foarte ridicată (depășește 39 de grade Celsius), frison, creșterea frecvenței respiratorii, hipotensiune cu extremități reci și paloare a tegumentelor ce evoluează apoi spre cianoză datorită scăderii aportului vascular către țesuturile periferice, oligurie sau anurie, confuzie și chiar comă. Riscul de deces este foarte mare.
Internarea este obligatorie și se începe imediat tratamentul medical care cuprinde stabilizarea hemodinamică și hidroelectrolitcă a pacientului cu cantități mari de lichide administrate prin perfuzie endovenoasă, tratamentul insuficiențelor de organ și a tensiunii scăzute și antibiotice în doze mari.

Aflatoxinele

În afară de toxinele bacteriene, care sunt cele mai răspândite și dau cel mai frecvent afecțiuni infecțioase, există și toxine secretate de către alte microorganisme precum fungii.
Una dintre cele mai importante toxine fungice este aflatoxina, o exotoxină secretată de mucegaiurile din clasa Aspergillus. Există mai multe tipuri de aflatoxină, cea mai periculoasă fiind aflatoxina B1 care este toxică și cu un rol important în carcinogeneză.

Aflatoxinele fac parte din grupa micotoxinelor și sunt un subiect de mare actualitate întrucât sunt agenți puternic implicați în declanșarea anumitor tipuri de cancere precum carcinomul hepatic. Se găsesc în alimente și sunt foarte greu de detectat biochimic, sunt termostabile (nu se descompun nici la temperaturi ridicate, nici la temperaturi scăzute) și nu se degradează biochimic ușor. Aflatoxina B1 este considerată „ucigașul tăcut din alimente”.

Există 4 tipuri majore de aflatoxine: B1, B2, G1 și G2 care prin metabolizare dau dihidroxiderivați toxici. Există mai multe tipuri de aspergillus care produc aflatoxine dintre care cei mai cunoscuți sunt Aspergillus flavus care produce aflatoxinele din categoria B și Aspergillus parasiticus care produce aflatoxinele din categoria G și B.

Alimente purtătoare de aflatoxine

Aflatoxinele contaminează alimentele depozitate în condiții improprii sau ținute îndelungat într-un mediu umed. Recoltele de grâu și porumb sunt susceptibile la infecția cu aspergillus mai ales dacă sunt cultivate într-un mediu cald și umed care favorizează dezvoltarea germenului în sol.

Cel mai frecvent găsim aflatoxine în alune și produse din alune, porumb și produse asociate, grâu, ovăz, orez, nuci, arahide și chiar în produsele lactate animaliere. Ingestia alimentelor ce conțin aceste toxine determină metabolizarea aflatoxinelor cu eliberarea de metaboliți activi toxici, cu rol foarte important în producerea anumitor afecțiuni precum: cancer hepatic, sindrom Reye (apare și ca efect secundar la aspirină având ca manifestări: steatoză hepatică, hipoglicemie, edem cerebral, acidoză respiratorie și hiperamoniemie fiind frecvent fatal), hepatită acută, ciroză hepatică, colangiocarcinom (carcinom de ducte biliare) și hemoragii importante. Aflatoxina este considerată un agent carcinogen de clasa I, foarte periculos.

Aflatoxinele nu ajung în organism doar prin ingestia alimentelor infectate cu aspergillus, ci pot fi contactate și pe cale inhalatorie, mai ales de către muncitorii care lucrează în hambarele unde sunt depozitate recoltele de cereale. Aflatoxinele care intră în organism prin inhalație declanșează cancer bronhopulmonar sau cancer esofagian.

Efectele biologice ale aflatoxinelor alimentare

O dată ce micotoxinele au intrat în organism, dacă sunt în cantitate mare, ele nu vor putea fi îndepărtate de către sistemul imunitar. Astfel se declanșează aflatoxicoza, al cărei tablou clinic este constituit din: vărsături, dureri abdominale cu caracter colicativ, edem pulmonar, convulsii, edem cerebral care conduce la comă și frecvent la deces, steatoză hepatică și afectare renală. Aflatoxicoza este declanșată de expunerea acută la aflatoxine, caracterizată prin contactul cu o cantitate foarte mare de toxină într-un timp foarte scurt.

Expunerea cronică, îndelungată la aflatoxine este un factor major de risc pentru carcinomul hepatocelular (hepatom), acestea fiind puternici agenți carcinogeni. Tot în expunerea cronică, aflatoxinele sunt agenți teratogeni, mutageni, imunosupresanți și inhibitori ai sintezei proteice.

Cele mai susceptibile la contaminarea cu aflatoxine sunt porumbul, alunele, semințele de bumbac și cocosul, contaminarea fiind mai frecventă în Asia și Africa însă în întreaga lume s-au raportat recolte contaminate cu aflatoxine. Prin urmare este necesară testarea acestora înainte de procesare, limita inferioară a cantității de aflatoxină din alimente fiind stabilită la 20 ppb (parts per bilion) în Statele Unite și 5 ppb în Europa.

Testarea recoltelor de cereale înainte de procesare și supravegherea alimentelor este foarte importantă, întrucât există o legătură certă și demonstrată științific între expunerea cronică la aflatoxina B1 și carcinomul hepatocelular.

Inhalarea aflatoxinelor

Tutunul este o sursă importantă de aflatoxină, deoarece poate fi contaminat ușor cu micotoxine dacă este depozitat în condiții improprii. Prin urmare fumul de țigară poate conține aflatoxine în cantitate mare, întrucât acestea sunt extrem de stabile termic, începând să se descompună la temperaturi foarte ridicate, de 269 grade Celsius. Un alt carcinogen din fumul de țigară este gudronul (conține hidrocarburi aromatice printre care și benzopireni), a cărui legătură cu cancerul bronhopulmonar de tip scuamos a fost certificată, însă aflatoxina B1 este un carcinogen de 200 de ori mai puternic decât gudronul. Aflatoxina a fost incriminată și în declanșarea cancerelor de mucoasă oro-faringiană la fumători ce au fumat tutun infectat cu aspergillus.

Aflatoxina B1 determină cancer bronhopulmonar. Ea pătrunde în organism inhalator, fiind purtată de fumul produs de tutunul infectat și determină supresia genei P53 și mutații ale genelor din familia ras cu inducerea modificărilor genetice cauzate de malignitate, rezultând astfel proliferarea clonală, anarhică și continuă a celulelor maligne. Nu numai cancerul bronhopulmonar poate fi produs prin acest tip de mutații genetice, întrucât s-au observat corelații între aflatoxina inhalatorie și cancerele de esofag, sân, ficat, ovar, prostată și piele, toate acestea fiind datorate supresiei genei P53 care este o genă reglatoare ce oprește multiplicarea anarhică a celulelor. În momentul în care activitatea genei supresoare P53 este blocată, are loc proliferarea clonală necontrolată a celulelor maligne și începerea procesului de carcinogeneză.

Nu numai la fumători s-a detectat cancer bronhopulmonar produs de aflatoxine, ci și la muncitorii din agricultură, care inhalează aflatoxina produsă de culturile infectate cu aspergillus, depozitate impropriu în hambare cu temperatură și umiditate crescută.

Cea mai importantă cale prin care aflatoxinele pătrund în organismul uman este însă cea digestivă, dar efectele expunerii cronice la aflatoxine sunt similare, indiferent de calea de contaminare și de proveniența aflatoxinei.

Detoxifierea

Discordanța dintre sensul termenului de toxină folosit în mass-media și termenul științific de toxină este foarte mare. Detoxifierea organismului este un termen de mare actualitate însă utilizarea lui este de cele mai multe ori eronată. Substanțe toxice sunt și substanțele chimice toxice precum metalele grele, unii aditivi alimentari sau citostaticele însă acestea nu au caracterul științific propriu-zis de toxine. Tratamentele de detoxifiere propuse de medicina alternativă care se referă la indepărtarea „toxinelor” din organism prin diverse tratamente naturiste sau prin Yoga, nu au nicio bază științifică, întrucât substanțele toxice produse prin metabolism (uree, acid uric, resturi metabolice) sunt eliminate cu succes de către rinichi sau prin neutralizarea lor de către ficat. Dacă rinichiul nu mai funcționează din cauza insuficienței renale de diverse etiologii, eliminarea toxinelor se va face prin dializă. Când ficatul este afectat de o anumită patologie și devine nefuncțional, singurul tratament este transplantul hepatic.

Singurele procese de detoxifiere cu bază științifică certă sunt reprezentate de dezintoxicarea organismului în cazul dependenței de droguri, alcool, substanțe halucinogene sau diverse tipuri de medicamente, terapia de chelare în cazul intoxicației cu metale grele și antidoturile diverselor otrăvuri (antidot contra veninului de șarpe, scorpion etc), în clasa antidoturilor intrând și anatoxinele tetanică și botulinică.

Terapia de chelare

Este tratamentul efectuat în cazul intoxicației cu metale grele. Se adminstrează intravenos, oral sau intramuscular un agent care se va lega de metalul respectiv și va facilita eliminarea acestuia din organism. Exemple de agenți chelatori:
- Dmercaprolul și acidul dimercaptosuccinic, utilizați în intoxicația cu arsen, mercur și plumb
- Penicilamina - intoxicația cu cupru, aur, plumb și arsen
- Deferoxamina - intoxicația cu fier.