Устройство, способное обнаруживать самые ранние признаки воздействия смертоносных боевых отравляющих веществ, разрабатывается исследователями из Огасты и Бостона.
Самый ранний признак воздействия таких агентов, как зарин и зоман - слова, которые были чужды многим американцам до сентября. 11 - это кажущиеся невинными сокращения небольших групп мышц, похожие на подергивание глаз, говорят исследователи.
Они объединяют свои знания о токсинах центральной нервной системы и электромиограмме, или ЭМГ, которая регистрирует электрическую активность мышц, чтобы разработать устройство раннего обнаружения, которое однажды могут носить солдаты и спасатели, находящиеся в опасности; он также может найти применение для уборщиков урожая, фермеров и других, кто работает с инсектицидами, аналогичными, хотя и менее смертоносными, версиями этих соединений, называемых органофосфатами.
«Боевые отравляющие вещества убивают, нарушая нормальную связь между нервами и мышцами, так что мышцы больше не могут расслабляться», - сказал д-р Джерри Дж. Букафуско, фармаколог из Медицинского колледжа Джорджии. «Мышцы диафрагмы перестают сокращаться, поэтому вы не можете дышать. Лекарства попадают в ваш мозг, и ваш центр непроизвольного дыхания, который заставляет вас дышать во время сна, приходит в спазм. Вдобавок ко всему, у вас будут обильные выделения. потому что холинергическая система (ключ к нервно-мышечному взаимодействию, обеспечивающему дыхание) также участвует в выделениях и потоотделении. Так что вы тонете в собственных выделениях, не в силах дышать».
Но при первых признаках нарушения связи между мозгом и нервами и мышцами, которыми он управляет, солдаты и другие люди, находящиеся в непосредственной близости, все еще могут быть спасены; Доктор Букафуско и доктор Карло Де Лука, инженер-биомедик из Бостонского университета, хотят увеличить этот шанс.
«Мы считаем, что увидим изменения в сигнале ЭМГ, которые будут свидетельствовать о наличии фосфорорганических соединений в организме, прежде чем они начнут наносить серьезный ущерб организму», - сказал доктор Де Лука. «Мы очень надеемся, что сможем это сделать».
Национальный институт здравоохранения недавно укрепил эти надежды, присудив двухлетнюю награду за исследования в области инноваций в малом бизнесе совместно биотехнологической компании доктора Де Луки, Altec, Inc., и компании доктора Букафуско, Prime Behavior Testing. Лаборатории.
Боевые отравляющие вещества, инсектициды и даже некоторые препараты для лечения болезни Альцгеймера работают путем ингибирования холинэстеразы, фермента, расщепляющего ацетилхолин, ключевой нейротрансмиттер в организме и мозге, участвующий в обучении, памяти и нервно-мышечной системе. - сказал Букафуско.
На самом деле мышечные сокращения происходят потому, что нерв приводит мышцу в действие, и он делает это, высвобождая ацетилхолин. «Причина, по которой вы можете двигать, скажем, рукой вперед и назад, заключается в том, что у вас есть фермент под названием холинэстераза, который разрушает ацетилхолин практически в момент его высвобождения», - сказал он.«Итак, у вас есть действительно сложная система, которая позволяет вам стрелять и расслабляться за миллисекунды».
Немцы на самом деле разработали боевые отравляющие вещества, изучая различные ингибиторы холинэстеразы. Например, в глазных каплях, используемых для снижения опасно высокого внутриглазного давления при глаукоме, используются карбаматы, чтобы временно связать фермент холинэстеразу, так что ацеилхолин задерживается дольше, сужая зрачок и временно увеличивая канал оттока жидкости из глаза. Когда немцы изучили фосфаты, они обнаружили, что фосфатная группа прилипает к целевому участку, создавая практически необратимую связь, которая делает холинэстеразу неактивной и приводит к сокращению мышц..
Доктор. Де Лука называет поверхностный сигнал ЭМГ «наиболее недоиспользуемым биосигналом в организме». Но он и доктор Букафуско считают, что ту же технологию, которая оценивает мышечную слабость пациента в реабилитационном центре, можно модифицировать, чтобы она также служила на передовой, на полях сражений и на сельскохозяйственных угодьях.
Доктор. Buccafusco годами изучает ингибиторы ацетилхолина и холинэстеразы, как при оценке потенциальных новых методов лечения болезни Альцгеймера, так и при определении того, как солдаты, фермеры и другие люди страдают от хронического воздействия субтоксических доз фосфорорганических соединений, которые могут сохраняться в зонах боевых действий или на семейных фермах..
В текущем проекте с доктором Де Лука у него есть предварительные данные о макаках-резусах в Исследовательском центре болезни Альцгеймера в MCG, использующих фосфатное лекарство от глаукомы, а не опасные боевые отравляющие вещества.
Тесты показывают, что ЭМГ была способна обнаруживать поверхностные мышечные подергивания у человекоподобных приматов до появления вторичных, похожих на простуду, симптомов. «периферические мышцы кажутся более чувствительными».
Это не удивляет его, потому что самая высокая скорость высвобождения, скорость оборота и скорость распада ацетилхолина приходится на нервно-мышечную систему. Как только у обезьян появляются признаки простуды, повышенное слюноотделение и секреция глаз, им дают противоядие, чтобы избежать боли или стресса.
Исследования на приматах будут расширены в течение следующих шести месяцев и будут включать тесты памяти на обезьянах, у которых изначально должно было улучшиться познание из-за сниженного распада ацетилхолина, чтобы получить сигнал ЭМГ в смешанных условиях. Однако при более длительном воздействии когнитивная польза, вероятно, исчезнет из-за необратимого характера этих агентов.
Бостонские исследователи будут использовать собранные данные для разработки сложных алгоритмов, которые будут помещены в прототип, который в конечном итоге можно будет протестировать в клинических условиях. В устройство обнаружения включена система слежения, позволяющая быстро находить и лечить солдат или других лиц, использующих это устройство.
Исследователи все еще обсуждают наиболее эффективный стиль и положение устройства, начиная от браслета и наплечной повязки и заканчивая устройством, которое периодически сжимают.
Доктор. Де Лука сказал, что его дочерняя компания, которая превращает научные открытия в реальные приложения, является «одной из самых захватывающих вещей, которые я сделал в своей жизни». Д-р Букафуско соглашается с тем, что возможность применить исследования - это прекрасная возможность. «Одной из моих детских мечтаний было когда-нибудь помочь правительству справиться с катастрофой. Это одна из тех вещей, о которых мечтает большинство ученых. поля, это здорово."