Nitrogenoxid som mulig modgift mod cyanid?
Gennem mange år er cyanidforgiftning blevet behandlet med en cocktail af tre modgifte, men virkningsmekanismen er ikke fuldt forstået. Nye forsøg med cellekulturer tyder på, at nitrogenoxid spiller en vigtig rolle i afgiftningen.
Af Mads Skak Jensen og Erling Sonnich Thomsen
Fra Lægemiddelforskning 1999
Cyanid er et af de klassiske giftstoffer, der måske bedst er kendt under navnene blåsyre eller cyankalium. Cyanider er ekstremt giftige og hurtigtvirkende; der er ofte tale om minutter, før døden indtræder. Udover de mere dystre anvendelsesområder som brug til mord og selvmord, benyttes cyanid også til et utal af fredelige anvendelser, f.eks. metalforarbejdning, produktion af syntetisk gummi og plastic, organisk syntese osv.
Cyanidforgiftning forekommer ikke sjældent, om end antallet af cyanidrelaterede dødsfald i Danmark på årsplan formentlig er ret begrænset. Størst forgiftningsrisiko er der naturligvis ved direkte håndtering af cyanider, men også brandrøg udgør en stor potentiel risiko, specielt når der er tale om nitrogenholdige syntetiske materialer. En yderligere komplikation er, at en sådan brandrøg ofte også indeholder kulilte. I USA er cyanid sammen med kviksølv, arsen og bly de uorganiske stoffer, der hyppigst er involverede i forgiftninger, hvorfor en hurtig og effektiv behandling med modgift er uhyre væsentlig.
Virkningsmekanismen klarlagt - troede man...
I cellerne binder cyanid sig til enzymet cytochrom-c-oxidase og hæmmer derved sidste led i respirationskæden. Det bevirker, at cellerne ikke kan udnytte ilten i blodet, selv om der er rigeligt med ilt tilstede.
Den traditionelle modgiftsbehandling omfatter amylnitrit til inhalation efterfulgt af intravenøs indgift af natriumnitrit og natriumthiosulfat. Amylnitrit og natriumnitrit omdanner blodets hæmoglobin, der sørger for ilttransporten til kroppens organer, til methæmoglobin, som ikke er i stand til at transportere ilt, men som derimod binder cyanid, hvorved cytochrom-c-oxidase genaktiveres. Hermed er cyanid bundet i en ugiftig form, hvilket giver kroppens egne afgiftningsmekanismer bedre tid til at klare forgiftningen. Funktionen af det sidste stof i den modgiftscocktail, der anvendes, nemlig natriumthiosulfat er at supplere kroppens egne lagre af svovlforbindelser.
Denne behandling har med held været brugt i mange år. Problemet er blot, at amylnitrit i den normale dosering ikke er i stand til at danne klinisk effektive mængder af methæmoglobin. Men behandlingen virker, oven i købet inden den beskedne mængde methæmoglobin er dannet, hvorfor der må være en anden, yderligere effekt.
Dette betyder, at tendensen til at forklare cyanids virkningsmekanisme som værende udelukkende hæmning af cytochrom-c-oxidase, er oversimplificeret.
- Nerveceller fra kyllingefostre er blevet anvendt til at undersøge effekten af nitrogenoxid på cyanidforgiftning. Her ses kyllingsfostrene umiddelbart efter udtagning fra æggene.
Hvilken rolle spiller nitrogenoxid?
Amylnitrit frigiver det lille signalmolekyle nitrogenoxid, der de seneste år er fundet at spille en betydelig rolle i en lang række biologiske processer. Høje koncentrationer af nitrogenoxid anses normalt at være giftigt for cellerne, men alligevel kunne dette stof tænkes at spille en væsentlig rolle for amylnitrits virkning som modgift mod cyanid.
For at undersøge nitrogenoxids rolle er en model med nerveceller fra kyllinger blevet anvendt. Rugeæg inkuberes i syv dage, hvorefter forhjernen udtages af kyllingefostrene. Hjernehalvdelene renses og homogeniseres og udsås derefter i cellekulturflasker. Dette giver en ren nervecellekultur, der er klar til brug efter fem dage. Typisk tilsættes så et medium med natriumcyanid, samt et af de stoffer der ønskes undersøgt, og efter endt inkubering undersøges effekten af det testede stof ved f.eks. at bestemme antallet af celler med ødelagt cellemembran.
Dette kan gøres på flere forskellige måder, men vi anvendte farvning med trypanblåt. Som navnet antyder, har trypanblåt en meget kraftig blå farve, der tillader, at man skelner mellem celler med beskadiget cellemembran, der er farvet blå, og intakte celler, der er i stand til at holde trypanblåt udenfor.
Forskellige donorer af nitrogenoxid er undersøgt eksperimentelt. Resultaterne viser, at nitrogenoxid i små koncentrationer har en betydelig beskyttende effekt, lige meget hvilken donor det er frigivet fra, mens højere koncentrationer er toksiske.
At høje koncentrationer er toksiske er ikke overraskende, men at der ses en beskyttende effekt ved lave koncentrationer kunne underbygge hypotesen om en alternativ mekanisme for amylnitrits effekt. Da de samme stoffer ingen effekt har, hvis opløsningerne står til dagen efter, hvor nitrogenoxid er fuldstændigt forsvundet, styrkes hypotesen om, at det er nitrogenoxid, der er ansvarlig for den beskyttende effekt.
- Stoffer, der frigiver nitrogenoxid (NO), er blevet testet for deres beskyttende effekt mod cyanidforgiftning. På grafen er vist den beskyttende effekt af 10-100 μM S-nitrosoglutathion.
Mulige forklaringer på NO’s gavnlige virkning
Da en række donorer af nitrogenoxid med forskellig mekanisme for frigivelsen af nitrogenoxid viser sig at have effekt, er det vanskeligt at komme med et entydigt bud på en virkningsmekanisme. Dog tyder både resultater fra denne undersøgelse samt undersøgelser publiceret i litteraturen på, at NMDA-receptoren kan være involveret. NMDA-receptoren er en receptor for signalstoffet glutaminsyre, som er involveret i kommunikationen mellem nervesystemets celler.
Cyanid er tidligere vist at kunne aktivere NMDA-receptoren både indirekte og direkte, hvilket muligvis spiller en større rolle i cyanids toksicitet end tidligere antaget. Desuden er stoffer, som blokerer NMDA-receptoren, i stand til at yde en signifikant beskyttende effekt mod cyanidforgiftning.
En mulig, om end en smule kontroversiel, sammenhæng mellem nitrogenoxid og NMDA-receptoren kunne være binding af nitrogenoxid til thiolgrupper, hvorved receptoren hæmmes og en beskyttende effekt opnås. I denne undersøgelse findes faktisk et ophør af nitrogenoxids effekt, hvis cellerne behandles med dithiotreitol, der reducerer thiolgrupper, inden natriumcyanid tilsættes.
Billedet bliver imidlertid yderligere kompliceret, når cyanids virkningsmekanisme undersøges nærmere. Det viser sig nemlig, at en meget stor del af cellerne dør på en måde, der kan karakteriseres som apoptotisk. Apoptose, eller programmeret celledød, er en slags selvmordsprogram, der aktiveres ved et givent signal, og får cellen til at pakke sig pænt sammen, hvorefter den fjernes uden at påvirke de omkringliggende celler.
Bekræftelse af apoptotisk celledød er foregået ved detaljeret undersøgelse af cellerne med elektronmikroskop, samt farvning af cellernes DNA med Hoechst 33258. Resultaterne fra denne undersøgelse viser, på linie med de andre udførte forsøg, at lave koncentrationer af nitrogenoxid giver en betydelig beskyttende effekt mod cyanid.
En sammenhæng mellem nitrogenoxid og apoptose er tidligere beskrevet, men effekten af nitrogenoxid viser sig at være tvetydig, da både pro-apoptotiske og anti-apoptotiske effekter af nitrogenoxid er påvist. Igen kan en mulig forklaring være koncentrationen af nitrogenoxid, idet lave koncentrationer kan være beskyttende, mens høje fremkalder apoptose.
En foreslået mulig kontroversiel mekanisme er hæmning af proteiner af typen caspaser, der spiller en afgørende rolle for gennemførelse af programmeret celledød, kombineret med induktion af det anti-apoptotiske protein Bcl-2.
Alternativer til amylnitrit
En konsekvens af disse resultater kunne være, at man erstatter amylnitrit med en anden donor for nitrogenoxid. Amylnitrit skal gives ved inhalation fra små glasrør, der knækkes, hvorefter amylnitrit fordamper. Dette vanskeliggør i høj grad en korrekt og ensartet dosering, hvorfor en nitrogenoxiddonor som nitroglycerin med fordel vil kunne anvendes i stedet.
Dette stof gives som små tabletter, der lægges under tungen, hvorved det aktive stof optages gennem mundslimhinden. Ganske vist danner nitroglycerin kun beskedne mængder methæmoglobin, således at den beskyttende virkning heraf mistes, men samtidig opnås flere fordele.
For det første er det en fordel ved en røgforgiftning, hvor kulilten binder en del af blodets hæmoglobin, at man undgår at binde yderligere hæmoglobinmængder med henblik på methæmoglobindannelse for at modvirke cyanidvirkning fra røgen. For det andet giver nitroglycerintabletter en yderligere behandlingsfrist, nemlig de minutter der går, mellem at åndedrættet ophører og kredsløbet svigter.
Hent artiklen i pdf-format
