Mechanism of Toxicity
Pit viper venoms are a complex combination of enzymatic and nonenzymatic proteins (Box 75-1). Het gif is niet in de eerste plaats bedoeld om te doden, maar veeleer om de prooi te immobiliseren en het weefsel te predigesteren. Het gif is afkomstig van gemodificeerde speekselklieren. Het gif bestaat voor 90% uit water en bevat minimaal 10 enzymen en 3 tot 12 niet-enzymatische eiwitten en peptiden in elke individuele slang. De niet-enzymatische componenten, de “dodende fractie” genoemd, hebben een mediane dodelijke dosis (LD50) die meer dan 50 keer kleiner is dan die van het ruwe gif.
Meer dan 60 gezuiverde polypeptiden zijn geïdentificeerd in het crotalid-gif. Ongeveer 50 enzymatische crotalid-giffracties zijn gekarakteriseerd. Proteolytische trypsine-achtige enzymen, die gekatalyseerd worden door metalen (b.v. calcium, magnesium en zink), zijn veel voorkomende bestanddelen van het gif van pitadders en veroorzaken duidelijke weefselvernietiging. Arginine ester hydrolase is een bradykinine-vrijmakend agens dat de stollingsactiviteit ongunstig kan beïnvloeden. Trombineachtige enzymen kunnen ook een verhoogde stollingsactiviteit bewerkstelligen. Het gifenzym protease H van de oostelijke diamantrugratelslang (C. adamanteus) induceert systemische bloedingen.6 Vijf proteolytische toxinen uit het gif van de westelijke diamantrugratelslang (C. atrox) induceren bloedingen door laminine en het keldermembraan bij band A te splitsen.7,8 Crotavirine, gevonden in prairie ratelslang (C. viridis viridis) gif, is een krachtige trombocyten aggregatie remmer en voorkomt trombocyten-collageen interactie door binding aan collageen vezels. Verstoring van de bloedplaatjes-collageen interactie heeft als netto effect dat de door collageen gemedieerde bloedplaatjesfuncties, zoals adhesie, loslatingreactie, thromboxaanvorming en aggregatie, worden geblokkeerd.9 Het overheersende mechanisme van afibrinogenemie bij een patiënt na een Western Diamondback Ratlesnake (C. atrox) envenomatie is een weerspiegeling van fibrinogenolyse en niet van een primaire consumptieve coagulopathie. De fibrinogenolyse is het gevolg van indirecte activering van plasminogeen door vasculaire plasminogeen activator.10
Verschillen in gif binnen een soort veroorzaakt door de leeftijd van de slang worden duidelijk in een studie van noordelijke Pacifische ratelslangen (Crotalus viridis organus) waarin het volwassen gif een ongeveer vijf maal hogere fibrinogenolytische proteaseactiviteit bleek te hebben. Twee protease-banden werden geïdentificeerd in juveniele en subadulte slangen, en vier banden werden geïdentificeerd in volwassen gif met behulp van gelfiltratie.11 Zinkmetalloproteïnase met fibrinolytische activiteit werd geïsoleerd uit het gif van koperkoppen (Agkistrodon contortrix) en wordt fibrolase genoemd. Een specifieke splitsingsplaats van fibrolase bevindt zich in de alfaketen van fibrine. De complexiteit van de kwestie van de variatie van gifbestanddelen blijkt uit de verschillen die zijn gevonden in fibrinolyse en complementinactivering van gif van verschillende zwartstaartratelslangen (Crotalus molossus molossus). In een studie van 72 individuele zwartstaartratelslangengiffen werd de volgende conclusie getrokken: er waren geen gifverschillen als functie van de geografische spreiding; de individuele variabiliteit van het gif was echter groot genoeg om te worden geïdentificeerd als een belangrijke klinische realiteit.12
Hyaluronidase, aanwezig in het meeste gif, katalyseert de splitsing van interne glycosidebindingen en mucopolysacchariden, wat leidt tot een afname van de viscositeit van het bindweefsel. Hyaluronidase wordt ook wel de “verspreidingsfactor” genoemd, omdat deze afbraak de penetratie van andere gifbestanddelen in het weefsel vergemakkelijkt. Collagenase wordt ook aangetroffen in gif, en zijn belangrijkste functie is het verteren van collageen, waardoor bindweefsel wordt afgebroken.
Het enzym fosfolipase A komt overal voor in het gif van adders. Dit enzym katalyseert de hydrolyse van vetesterbindingen in diacylfosfatiden, waarbij lysofosfatiden worden gevormd en onverzadigde en verzadigde vetzuren vrijkomen. Er zijn veel antigenisch verschillende isoenzymen. Er bestaat enige controverse over de omvang van de eventuele neurotoxische effecten die deze isoenzymen kunnen hebben. Veel cellulaire stoffen kunnen door dit enzym worden vrijgemaakt, waaronder histamine, kinines, langzaam reagerende stof, serotonine en acetylcholine. De mate waarin deze fysiologisch actieve stoffen vrijkomen, hangt waarschijnlijk af van het vermogen van fosfolipase A om membranen af te breken. Het enzym fosfolipase B kan ook aanwezig zijn en is verantwoordelijk voor het hydrolyseren van lysofosfatiden. De fosfodiësterases, zoals diesterfosfohydrolase, breken het 5′-mononucleotide af en vallen daarbij DNA en RNA en arabinosederivaten aan. l-Aminozuuroxidase katalyseert de oxidatie van l-alfa-aminozuren en l-alfa-hydroxyzuren. Dit is de meest actieve van de bekende aminozuur-oxidases en is aangetroffen in alle onderzochte gifstoffen van adders; het is verantwoordelijk voor de gele kleur van het gif. Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD)-nucleotidase wordt aangetroffen in het gif van Agkistrodon, maar niet in dat van Crotalus. Het enzym katalyseert de hydrolyse van nicotinamide N-ribosidische bindingen van NAD, waarbij adenosinedifosfaatriboside en nicotinamide worden gevormd. Andere enzymen die mogelijk aanwezig zijn in addergif zijn RNAse, DNAse, 5′-nucleotidase, en lactaatdehydrogenase. Directe cardiotoxische effecten van gifproteïnen zijn aangetoond in het gif van sommige adders, met name de diamantrugratelslangen.
Een belangrijk punt is dat het envenomatiesyndroom de complexiteit van het gif weerspiegelt. Het lichaam moet reageren op de effecten van meerdere giffracties, elke fractie metaboliseren en omgaan met de resulterende myriade van metabolieten. Naast de individuele farmacologische eigenschappen van deze eiwitten en hun metabolieten, is aangetoond dat sommige componenten synergetisch werken bij het veroorzaken van specifieke effecten of reacties. Het netto-effect van deze interactie tussen het gif en de reactie van het slachtoffer is een metabolische stoofpot van toxische peptiden en spijsverteringsenzymen. Bovendien moet de traditionele indeling van pitadders in categorieën met alleen hematotoxisch gif opnieuw worden geëvalueerd, omdat sommige subpopulaties van ratelslangen alleen neurotoxisch gif bezitten.
De gemiddelde ratelslang heeft 21 dagen nodig om verbruikt gif aan te vullen. De “dodelijke fractie” peptiden regenereren als eerste. Dit voegt nog een variabele toe aan een gegeven gifvergiftiging.