Meccanismo di tossicità
I veleni di vipera sono una complessa combinazione di proteine enzimatiche e non enzimatiche (Box 75-1). Lo scopo primario del veleno non è quello di uccidere, ma piuttosto di immobilizzare la preda e predigerirne i tessuti. Il veleno deriva da ghiandole salivari modificate. Il veleno è composto per il 90% di acqua e contiene un minimo di 10 enzimi e da 3 a 12 proteine e peptidi nonenzimatici in ogni singolo serpente. I componenti non enzimatici, chiamati “frazione killer”, hanno una dose letale mediana (LD50) più di 50 volte inferiore a quella del veleno grezzo.
Sono stati identificati più di 60 polipeptidi purificati nei veleni di crotalid. Circa 50 frazioni enzimatiche di veleno di crotalid sono state caratterizzate. Gli enzimi proteolitici simili alla tripsina, che sono catalizzati da metalli (ad esempio, calcio, magnesio e zinco), sono costituenti comuni del veleno della vipera del pozzo e causano una marcata distruzione dei tessuti. L’arginina estere idrolasi è un agente che rilascia bradichinina e può influenzare negativamente l’attività di coagulazione. Anche gli enzimi simili alla trombina possono mediare l’aumento dell’attività di coagulazione. L’enzima del veleno del crotalo diamantino orientale (C. adamanteus), la proteasi H, induce l’emorragia sistemica.6 Cinque tossine proteolitiche del veleno del crotalo diamantino occidentale (C. atrox) inducono l’emorragia tagliando la laminina e la membrana basale a livello della banda A.7,8 La crotavirina, presente nel veleno del crotalo delle praterie (C. viridis viridis), è un potente inibitore dell’aggregazione piastrinica e impedisce l’interazione piastrina-collagene legandosi alle fibre di collagene. L’interferenza con l’interazione piastrina-collagene ha l’effetto netto di bloccare le funzioni piastriniche mediate dal collagene, come l’adesione, la reazione di rilascio, la formazione di trombossano e l’aggregazione.9 Il meccanismo preponderante dell’afibrinogenemia osservato in un paziente dopo l’envenomation del serpente a sonagli diamondback occidentale (C. atrox) è un riflesso della fibrinogenolisi e non una coagulopatia primaria di consumo. La fibrinogenolisi risulta dall’attivazione indiretta del plasminogeno da parte dell’attivatore vascolare del plasminogeno.10
Le differenze nel veleno all’interno di una specie indotte dall’età del serpente sono evidenziate da uno studio sui serpenti a sonagli del Pacifico settentrionale (Crotalus viridis organus) in cui è stato dimostrato che i veleni degli adulti hanno un’attività proteasica fibrinogenolitica circa cinque volte superiore. Due bande di proteasi sono state identificate nei serpenti giovani e subadulti, e quattro bande sono state identificate nel veleno degli adulti usando la filtrazione su gel.11 La zinco metalloproteinasi con attività fibrinolitica è stata isolata dal veleno dei copperheads (Agkistrodon contortrix) ed è chiamata fibrolasi. Uno specifico sito di scissione della fibrolasi si trova nella catena alfa della fibrina. La complessità della questione della variazione dei componenti del veleno è evidenziata dalle differenze trovate nella fibrinolisi e nell’inattivazione del complemento dei veleni di diversi serpenti a sonagli blacktail (Crotalus molossus molossus). In uno studio su 72 veleni di serpenti a sonagli con la coda nera, si è giunti alla seguente conclusione: non vi erano differenze di veleno in funzione della distribuzione geografica; tuttavia, la variabilità individuale del veleno era abbastanza significativa da essere identificata come un’importante realtà clinica.12
La ialuronidasi, presente nella maggior parte dei veleni, catalizza la scissione dei legami glicosidici interni e dei mucopolisaccaridi, portando alla diminuzione della viscosità del tessuto connettivo. La ialuronidasi è comunemente chiamata “fattore di diffusione” poiché questa scissione facilita la penetrazione di altri componenti del veleno nel tessuto. Anche la collagenasi si trova nel veleno e la sua funzione principale è quella di digerire il collagene, rompendo così il tessuto connettivo.
L’enzima fosfolipasi A è distribuito in tutti i veleni delle vipere. Questo enzima catalizza l’idrolisi dei legami esteri grassi nei fosfatidi diacilici, che formano lisofosfatidi e rilasciano acidi grassi insaturi e saturi. Ci sono molti isoenzimi antigenicamente diversi. Esiste una certa controversia sull’entità degli effetti neurotossici che questi isoenzimi possono avere. Molte sostanze cellulari possono essere rilasciate da questo enzima, tra cui istamina, chinine, sostanza a reazione lenta, serotonina e acetilcolina. L’entità del rilascio di questi composti fisiologicamente attivi dipende molto probabilmente dalla capacità della fosfolipasi A di degradare le membrane. Anche l’enzima fosfolipasi B può essere presente ed è responsabile dell’idrolisi dei lisofosfatidi. Le fosfodiesterasi, come la diester fosfoidrolasi, rompono il 5′-mononucleotide, attaccando così il DNA e l’RNA e i derivati dell’arabinosio. l-Aminoacido ossidasi catalizza l’ossidazione di l-alfa-amminoacidi e l-alfa-idrossiacidi. Questa è la più attiva delle aminoacidasi conosciute ed è stata trovata in tutti i veleni di vipera del pozzo studiati; è responsabile del colore giallo del veleno. La nicotinamide adenina dinucleotide (NAD)-nucleotidasi si trova nel veleno di Agkistrodon ma non di Crotalus. L’enzima catalizza l’idrolisi dei legami N-ribosidici del NAD, formando adenosina difosfato riboside e nicotinamide. Altri enzimi possibilmente presenti nel veleno di vipera includono RNAse, DNAse, 5′-nucleotidasi e lattato deidrogenasi. Effetti cardiotossici diretti delle proteine del veleno sono stati esibiti in alcuni veleni di vipera della fossa, in particolare i serpenti a sonagli diamondback.
Un punto chiave è che la sindrome da avvelenamento riflette la complessità del veleno. Il corpo deve rispondere agli effetti di più frazioni di veleno, metabolizzare ognuna di esse e gestire la miriade di metaboliti che ne risultano. Oltre alle proprietà farmacologiche individuali di queste proteine e dei loro metaboliti, è stato dimostrato che alcuni componenti agiscono sinergicamente nel produrre effetti o reazioni specifiche. L’effetto netto di questa interazione del veleno con la risposta della vittima è uno stufato metabolico di peptidi tossici ed enzimi digestivi. Inoltre, la tradizionale categorizzazione dei serpenti a sonagli come aventi solo veleni ematotossici dovrebbe essere rivalutata perché alcune sottopopolazioni di serpenti a sonagli possiedono solo veleno neurotossico.
Il serpente a sonagli medio ha bisogno di 21 giorni per reintegrare il veleno consumato. I peptidi della “frazione letale” sono i primi a rigenerarsi. Questo aggiunge un’altra variabile a qualsiasi avvelenamento.