PECULIARITIES OF METABOLITES TOXICOKINETICS OF G-TYPE ORGANOPHOSPHORUS NERVE AGENTS IN BIO FLUIDS OF RATS SUBECTED TO ANTIDOTE THERAPY

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The effect of the Pelixim antidote on the possibility to detect markers of G type nerve agents sarin and soman was studies in bio probes obtained in an acute in vivo experiment after exposure of rats to organophosphorus nerve agents in doses of 0.5LD50. It was found out that the intake of equitoxic doses of soman and sarin leads to a decrease of acetylcholinesterase erythrocyte membrane (AChE) activity for up to 7 days after exposure. The effect of Pelixim on the recovery of erythrocyte AChE activity is mostly pronounced a day after sarin poisoning. The fluoride regeneration of nerve agents from blood plasma protein adducts was possible for up to 7 days after soman poisoning without antidotal therapy and for 3 days after with antidotal therapy; in case of sarin intoxication, fluoride regeneration was possible for 3 days regardless of the use of antidotal therapy . The antidote strongly affected the excretion of hydrolytic metabolite of sarin О-isopropyl methylphosphonic acid (IMPA) and had no effect on the excretion of hydrolytic metabolite of soman О-pinacolyl methylphosphonic acid (PMPA). A day after poisoning and Pelixim injection, IMPA was detected in urine at a level of 15.3 ng/ml, whereas its level in the urine samples of animals in the absence of antidotal therapy was 55.0 ng/ml; 3 days after poisoning, IMPA was detected at a level of 4.9 ng/ml exclusively in the urine of animals subjected to antidotal therapy. The urine levels of PMPA in animals subjected and not subjected to antidotal therapy were respectively 44 and 53 ng/ml a day after poisoning and 12 and 14 ng/ml respectively 3 days after poisoning. Thus, the antidote impact on the excretion profile of hydrolytic metabolites is more significant for sarin than that of soman.

About the authors

N. L. Koryagina

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Medical Biological Agency of Russia

Author for correspondence.
Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

E. I. Savelieva

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Medical Biological Agency of Russia

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

D. S. Prokofieva

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Medical Biological Agency of Russia

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

N. S. Khlebnikova

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Medical Biological Agency of Russia

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

G. V. Karakashev

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Medical Biological Agency of Russia

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

E. S. Ukolova

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Medical Biological Agency of Russia

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

A. S. Radilov

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Federal Medical Biological Agency

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

N. V. Goncharov

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Federal Medical Biological Agency

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

References

  1. Конвенция о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и об его уничтожении, русская версия // Технический Секретариат Организации по Запрещению Химического Оружия.2005; 181 с.
  2. Prokofieva D.S., Voitenko N.G., Gustyleva L.K., Babakov V.N., Savelieva E.I., Jenkins R.O., Goncharov N.V. Microplate spectroscopic methods for determination of the organophosphate soman // J. Environ. Monit. 2010; 12(6): 1349-54.
  3. Prokofieva DS, Jenkins RO, Goncharov NV. Microplate biochemical determination of Russian VX: Influence of admixtures and avoidance of false negative results. Anal Biochem. 2012; 424(2):108-13.
  4. Sporty J.L.S., Lemire S.W., Jakubowski E.M., Renner J.A., Evans R.A., Williams R.F., Schmidt J.G., Van der Schans M.J., Noort D., Johnson R. Immunomagnetic separation and quantification of butyrylcholinesterase nerve agent adducts in human serum // Anal. Chem. 2010; 82(15): 6593-600.
  5. Read R.W., Riches J.R., Stevens J.A., Stubbs S.J., Black R.M. Biomarkers of organophosphorous nerve agent exposure: comparison of phosphylated butyrylcholinesterase and phosphylated albumin after oxime therapy // Archives of toxicology. 2010; 84(1): 25-36.
  6. Краснов И.А., Подольская Е.П., Гончаров Н.В., Бабаков В.Н., Глашкина Л.М., Ермолаева Е.Е., Дубровский Я.А., Прокофьева Д.С., Войтенко Н.Г., Смолихина Т.И., Поляков Н.Б., Радилов А.С., Краснов Н.В. Изменения спектра производных фибринопептида в плазме крови при действии О-изобутил-S-(2-диэтиламиноэтил)метилтиофосфоната. // Научное приборостроение. 2008; 18(4): 29-36.
  7. Бабаков В.Н., Подольская Е.П., Гончаров Н.В., Глашкина Л.М., Краснов И.А., Поляков Н.Б., Войтенко Н.Г., Прокофьева Д.С., Краснов Н.В., А.С. Радилов. Новые маркеры интоксикации фосфорорганическими соединениями в пептидной фракции плазмы крови крыс // Токсикологический вестник. 2010; 2: 31-38.
  8. Black R. M. Historical and perspectives of bioanalytical methods for chemical warfare // J. of chromatography B. 2010; 878: 1207–1215.
  9. Worek F., Thiermann H., Szinicz L., Eyer P. Kinetic analysis of interactions between human acetylcholinesterase, structurally different organophosphorus compounds and oximes// Biochem. Pharmacol. 2004; 68: 2237–2248.
  10. Юдин М. А., Быков В. Н., Никифоров А. С., Сарана М. А. Особенности проявления нехолинолитического действия блокаторов центральных мускариновых рецепторов. Токсикологический Вестник. 2014; 2: 10-15.
  11. Петров А.Н., Софронов Г.А., Нечипоренко С.П., Сомин И.Н. Антидоты фосфорорганических отравляющих веществ // Рос. хим. ж. 2004; 48 (2): 110-116.
  12. Петренко Э.П. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита. Учебное пособие. (http://www.studfiles. ru/preview/2361721/, актуально на 26.12.2016)
  13. «Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита» / Под ред. С.А. Куценко. – С.А. Куценко. – СПб: ООО «Издательство ФОЛИАНТ», 2004
  14. Корягина Н.Л., Савельева Е.И., Уколов А.И., Прокофьева Д.С., Хлебникова Н.С., Орлова Т.И., Уколова E.С., Радилов А.С., Гончаров Н.В. Возможности химико-токсикологического анализа при моделировании острого отравления веществом VR и антидотной терапии карбоксимом // Токсикологический вестник. 2016; 2: 8 – 18.
  15. Корягина Н.Л., Савельева Е.И., Хлебникова Н.С., Копейкин В.А., Конева В.Ю., Радилов А.С. Особенности анализа фосфорорганических отравляющих веществ, реактивированных из состава аддуктов с белками крови при установлении факта воздействия химического оружия // Токсикологический вестник. 2014; 4: 39-46.
  16. Савельева Е.И., Корягина Н.Л., Копейкин В.А., Сорокоумов П.Н., Конева В.Ю. Методика измерений массовых концентраций фосфорорганических веществ, реактивированных из состава аддуктов, в плазме крови методом газовой хромато-масс-спектрометрии. Свидетельство об аттестации № 222.0255/01.00258/2014 от 22.10.14 г.
  17. Каракашев Г.В., Криворотова Н.В., Морозова Т.Е., Корягина Н.Л., Савельева Е.И., Копейкин В.А. Методика измерений массовых концентраций О-алкилметилфосфонатов в моче методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемным масс-селективным детектированием. Свидетельство об аттестации № 222.0183/01.00258//2012 от 02.08.2012. ФР.1.39.2012.13710.
  18. Савельева Е.И., Густылева Л.К., Орлова О.И., Хлебникова Н.С., Корягина Н.Л., Радилов А.С. Современные методы идентификации и количественного определения фосфорорганических отравляющих веществ (Обзор) // Журнал прикладной химии. 2014; 87 (8):1017-1027.
  19. Polhuijs M, Langenberg JP, Benschop HP. New method for retrospective detection of exposure to organophosphorus anticholinesterases: application to alleged sarin victims of Japanese terrorists. Toxicol Appl Pharmacol. 1997;146: 156–161.
  20. Polhuijs M, Langenberg JP, Noort D, Hulst AG, Benschop HP. Retrospective detection of exposure to organophosphates: analyses in blood of human beings and rhesus monkeys. In: Sohns T, Voicu VA, eds. NBC Risks: Current Capabilities and Future Perspectives for Protection. Dordrecht, Holland, the Netherlands: Kluwer Academic Publishers; 1999: 513–521
  21. McGuire M., Jakubowski E.M., Thomson Jr.S.A. Monitoring of Biological Matrices by GC-MS-MS for Chemical Warfare Nerve Agent Detection // Spectroscopy. 2011; Special Issues Apr 01: 1-7.
  22. Voicu VA, Bajgar J, Medvedovici A, Radulescu FS, Miron DS. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of some oximes and associated therapeutic consequences: a critical review. J Appl Toxicol. 2010; 30(8):719-29.
  23. Белинская Д.А., Шмурак В.И., Прокофьева Д.С., Гончаров Н.В. Исследование связывания зомана с альбумином методами молекулярного моделирования // Токсикологический Вестник.2012; 6: 13-19.
  24. Белинская Д.А., В.И. Шмурак, Д.С. Прокофьева, Н.В. Гончаров. Сывороточный альбумин: поиск новых сайтов взаимодействия с фосфорорганическими соединениями на примере зомана // Биоорганическая химия. 2014; 40(5): 541-549.
  25. Краснов И.А., Подольская Е.П., Гончаров Н.В., Бабаков В.Н., Глашкина Л.М., Ермолаева Е.Е., Дубровский Я.А., Прокофьева Д.С., Войтенко Н.Г., Смолихина Т.И., Поляков Н.Б., Радилов А.С., Краснов Н.В. Идентификация алкилированного аддукта сывороточного альбумина человека методами масс-спектрометрии. // Научное приборостроение. 2008; 18(4): 46-53.
  26. Гончаров Н.В., Д.А. Белинская, А.В. Разыграев, А.И. Уколов. О ферментативной активности альбумина // Биоорганическая химия. 2015; 41(2): 131-144.
  27. Adams T.K., Capacio B.R., Smith J.R., Whalley C.E, Korte W.D. The application of the fluoride reactivation process to the detection of sarin and soman nerve agent exposures in biological samples // Drug chem.. toxicol. 2004; 27(1): 77-91.
  28. Shih ML, McMonagle JD, Dolzine TW, Gresham VC. Metabolite pharmacokinetics of soman, sarin and GF in rats and biological monitoring of exposure to toxic organophosphorus agents. J Appl Toxicol. 1994; 14(3):195-9.
  29. Czerwinski SE, Skvorak JP, Maxwell DM, Lenz DE, Baskin SI. Effect of octanol:water partition coefficients of organophosphorus compounds on biodistribution and percutaneous toxicity. J Biochem Mol Toxicol. 2006;20(5):241-6.
  30. Корягина Н.Л., Савельева Е.И., Хлебникова Н.С., Уколов А.И., Уколова Е.С., Каракашев Г.В., Радилов А.С. Хроматомасс-спектрометрическое определение алкилметилфосфоновых кислот в моче // «Масс-спектрометрия». 2015; 12(4): 236-246.
  31. Munro N. B., Talmage S.S., Griffin L.C., Waters A.P., Watson A.P., King J.F., Hauschhild V. The sourses, fate, and toxicity of chemical warfare agent degratanion products // Environ. Health Perspect. 1999; 107(12): 933-974.
  32. Riches J., Morton I., Read R.W., Black R.M. The trace analysis of alkyl alkylphosphonic acids in urine using gas chromatography-ion trap negative ion tandem mass spectrometr // J. Chromatogr. B. 2005. 816 (1-2): 251-258.
  33. Noort D., Hulst A.G., Platenburg D.H.J.M., Polhuijs M., Benschop H.P. Quantitative analysis of O-isopropyl methylphosphonic acid in serum samples of Japanese citizens allegedly exposed to sarin: estimation of internal dosage // Arch. Toxicol. 1998; 72 (10): 671-675.
  34. Minami M., Hui D-M, Katsumata M., Inagaki H., Boulet C.A. Method for the analysis of methylphosphonic acid metabolites of sarin and its ethanolsubstituted analogue in urine as applied to the victims of the Tokyo sarin disaster // J.Chromatogr. B. 1997; 695(2): 237-244.
  35. Nakajima T., Sasaki K., Ozawa H., Sekijima Y., Morita H., Fukushima Y. and Yanagisawa N. Urinary metabolites of sarin in a patient of the Matsumoto sarin incident // Arch. Toxicol. 1998; 72(9): 601-603.
  36. Riches J, Morton I, Read RW, Black RM. The trace analysis of alkyl alkylphosphonic acids in urine using gas chromatography-ion trap negative ion tandem mass spectrometry // J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2005; 816(1-2): 251-258.
  37. Voicu VA, Thiermann H, Rădulescu FS, Mircioiu C, Miron DS. The toxicokinetics and toxicodynamics of organophosphonates versus the pharmacokinetics and pharmacodynamics of oxime antidotes: biological consequences. Basic Clin Pharmacol Toxicol. 2010 Feb;106(2):73-85.
  38. Гончаров Н.В., Прокофьева Д.С., Сорокоумов П.Н. Взаимодействие химических веществ с белками плазмы крови: методологические проблемы фармакои токсикокинетики // Токсикологический Вестник. 2013; 4: 11-16.
  39. Xie S, Borazjani A, Hatfield MJ, Edwards CC, Potter PM, Ross MK. Inactivation of lipid glyceryl ester metabolism in human THP1 monocytes/macrophages by activated organophosphorus insecticides: role of carboxylesterases 1 and 2. Chem Res Toxicol. 2010; 23(12):1890-1904.
  40. Курдюков И.Д., Шмурак В.И., Надеев А.Д., Войтенко Н.Г., Прокофьева Д.С., Гончаров Н.В. «Эстеразный статус» организма при воздействии токсических веществ и фармпрепаратов // Токсикологический Вестник. 2012; 6: 6-13.
  41. Maxwell DM. The specificity of carboxylesterase protection against the toxicity of organophosphorus compounds. Toxicol Appl Pharmacol. 1992;11

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2017 Koryagina N.L., Savelieva E.I., Prokofieva D.S., Khlebnikova N.S., Karakashev G.V., Ukolova E.S., Radilov A.S., Goncharov N.V.


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 81728 от 11 декабря 2013.