Mechanism of Toxicity
Jady żmij są złożoną kombinacją białek enzymatycznych i nieenzymatycznych (Ramka 75-1). Głównym celem jadu nie jest zabicie, ale raczej unieruchomienie ofiary i drastyczne zniszczenie jej tkanek. Źródłem jadu są zmodyfikowane gruczoły ślinowe. Jad składa się w 90% z wody i zawiera minimum 10 enzymów oraz od 3 do 12 nieenzymatycznych białek i peptydów u każdego węża. Składniki nieenzymatyczne, zwane „frakcją zabijającą”, mają medianę dawki śmiertelnej (LD50) ponad 50 razy mniejszą niż surowy jad.
W jadach krotalidów zidentyfikowano ponad 60 oczyszczonych polipeptydów. Scharakteryzowano około 50 enzymatycznych frakcji jadu krotalidów. Proteolityczne enzymy podobne do trypsyny, które są katalizowane przez metale (np. wapń, magnez i cynk), są powszechnymi składnikami jadu żmii i powodują znaczne zniszczenie tkanek. Hydrolaza estrów argininy jest czynnikiem uwalniającym bradykininę, który może negatywnie wpływać na aktywność układu krzepnięcia. Enzymy trombinopodobne również mogą pośredniczyć w zwiększonej aktywności krzepnięcia. Enzym z jadu grzechotnika wschodniego (C. adamanteus), proteaza H, wywołuje krwotok ogólnoustrojowy.6 Pięć toksyn proteolitycznych z jadu grzechotnika zachodniego (C. atrox) wywołuje krwotok poprzez rozszczepianie lamininy i błony podstawnej w paśmie A.7,8 Krotawiryna, występująca w jadzie grzechotnika preriowego (C. viridis viridis), jest silnym inhibitorem agregacji płytek krwi i zapobiega interakcji płytek krwi z kolagenem poprzez wiązanie się z włóknami kolagenowymi. Zakłócenie interakcji płytka-kolagen ma efekt netto w postaci blokowania pośredniczących w kolagenie funkcji płytek krwi, takich jak adhezja, reakcja uwalniania, tworzenie tromboksanu i agregacja.9 Przeważający mechanizm afibrynogenemii obserwowany u pacjenta po ukąszeniu grzechotnika zachodniego (C. atrox) jest odzwierciedleniem fibrynogenolizy, a nie pierwotnej koagulopatii konsumpcyjnej. Fibrynogenoliza wynika z pośredniej aktywacji plazminogenu przez naczyniowy aktywator plazminogenu.10
Różnice w jadzie w obrębie gatunku, wywołane wiekiem węża, są podkreślone w badaniu grzechotników północnopacyficznych (Crotalus viridis organus), w którym wykazano, że jady dorosłych mają około pięciokrotnie wyższą aktywność proteazy fibrynogenolitycznej. Dwa pasma proteazy zostały zidentyfikowane u młodych i niedorosłych węży, a cztery pasma zostały zidentyfikowane w jadzie dorosłych przy użyciu filtracji żelowej.11 Metaloproteinaza cynkowa o aktywności fibrynolitycznej została wyizolowana z jadu miedzianogłowów (Agkistrodon contortrix) i nazwana fibrolazą. Specyficzne miejsce rozszczepienia fibrolazy znajduje się w łańcuchu alfa fibryny. Złożoność zagadnienia zmienności składników jadu podkreślają różnice stwierdzone w zakresie fibrynolizy i inaktywacji dopełniacza w jadach różnych grzechotników blacktail (Crotalus molossus molossus). W badaniu 72 jadów grzechotnika tarnogłowego wyciągnięto następujący wniosek: nie stwierdzono różnic w składzie jadu w zależności od rozmieszczenia geograficznego, jednak indywidualna zmienność jadu była na tyle znacząca, że została uznana za istotny czynnik kliniczny.12
Hialuronidaza, obecna w większości jadów, katalizuje rozszczepianie wewnętrznych wiązań glikozydowych i mukopolisacharydów, co prowadzi do zmniejszenia lepkości tkanki łącznej. Hialuronidaza jest powszechnie nazywana „czynnikiem rozprzestrzeniającym”, ponieważ rozkład ten ułatwia penetrację innych składników jadu do tkanek. Kolagenaza jest również obecna w jadzie, a jej główną funkcją jest trawienie kolagenu, a tym samym rozbijanie tkanki łącznej.
Ezym fosfolipaza A jest rozpowszechniony w jadach żmij. Enzym ten katalizuje hydrolizę wiązań estrów tłuszczowych w diacylowych fosfatydach, które tworzą lizofosfatydy i uwalniają nienasycone i nasycone kwasy tłuszczowe. Istnieje wiele antygenowo różnych izoenzymów. Istnieją pewne kontrowersje co do zakresu wszelkich efektów neurotoksycznych, jakie mogą posiadać te izoenzymy. Wiele substancji komórkowych może być uwalnianych przez ten enzym, w tym histamina, kininy, substancja wolno reagująca, serotonina i acetylocholina. Zakres uwalniania tych fizjologicznie aktywnych związków zależy najprawdopodobniej od zdolności fosfolipazy A do degradacji błon. Obecny może być również enzym, fosfolipaza B, który odpowiada za hydrolizę lizofosfatydów. Fosfodiesterazy, takie jak fosfohydrolaza diestrowa, uwalniają 5′-monononukleotyd, atakując w ten sposób DNA i RNA oraz pochodne arabinozy. Oksydaza l-aminokwasowa katalizuje utlenianie l-alfa-aminokwasów i l-alfa-hydroksykwasów. Jest to najbardziej aktywna ze znanych oksydaz aminokwasowych i została wykryta we wszystkich badanych jadach żmii; jest odpowiedzialna za żółty kolor jadu. Nukleotydaza nikotynamidowo-adeninowa (NAD) występuje w jadzie Agkistrodon, ale nie Crotalus. Enzym ten katalizuje hydrolizę nikotynamidowych wiązań N-rybozydowych NAD, tworząc rybozyd adenozyno-difosforanu i nikotynamid. Inne enzymy, które prawdopodobnie są obecne w jadzie żmii to RNAza, DNAza, 5′-nukleotydaza i dehydrogenaza mleczanowa. Bezpośrednie działanie kardiotoksyczne białek jadowych zostało wykazane w niektórych jadach żmij, szczególnie grzechotników diamondback.
Kluczową kwestią jest to, że zespół objawów zakażenia odzwierciedla złożoność jadu. Organizm musi reagować na efekty wielu frakcji jadu, metabolizować każdą z nich i radzić sobie z niezliczoną ilością metabolitów. Oprócz indywidualnych właściwości farmakologicznych tych białek i ich metabolitów, wykazano, że niektóre składniki działają synergistycznie w wywoływaniu określonych efektów lub reakcji. Efektem netto tej interakcji jadu z reakcją ofiary jest metaboliczny gulasz toksycznych peptydów i enzymów trawiennych. Dodatkowo tradycyjna kategoryzacja pit viperów jako posiadających tylko hematotoksyczne jady powinna być ponownie oceniona, ponieważ niektóre subpopulacje grzechotników posiadają tylko neurotoksyczne jady.
Przeciętny grzechotnik potrzebuje 21 dni na uzupełnienie zużytego jadu. Peptydy „frakcji śmiertelnej” regenerują się jako pierwsze. To dodaje jeszcze jedną zmienną do każdej danej envenomacji.