Змеи: в Пермском Политехе рассказали об инженерном вдохновении и пользе ядовитых рептилий

Змеи: в Пермском Политехе рассказали об инженерном вдохновении и пользе ядовитых рептилий
Фото: pstu.ru

Согласно китайскому гороскопу, 2025-ый — год Зеленой Деревянной Змеи. В некоторых странах, например, Индии их считают священными существами, в Японии они — хранители воды и погоды, а еще оберегают людей от пожаров и чумы.  В мире обитают более 3500 видов змей, из них только 600 ядовитые. Эксперты Пермского Политеха рассказали, где и зачем в России «доят» змей, как делают антидоты, что на самом деле называют «змеиным ядом» в косметике и как он помогает бороться с морщинами, зачем нужна имитация змеиного жира в кремах и как рептилии вдохновляют инженеров для создания инспекционных роботов.

Откуда у змей появляется яд

Змеиный яд — это видоизмененная слюна, вырабатываемая специальными железами, расположенными за глазами рептилии.  Они анатомически связаны с клыками, через которые яд попадает в тело жертвы. 

— Яд представляет собой сложную смесь из нескольких токсинов и биологически активных веществ, которые не обязательно имеют белковую природу.  В нем содержатся свободные аминокислоты, сахара, липиды и ионы металлов, гидролитические ферменты, низко- и высокомолекулярные протеины и небольшое число других органических и неорганических молекул (пигментов, минеральных компонентов и микроэлементов) нуклеотиды. Все эти биологически активные вещества могут поражать нервную, кровеносную и мышечную системы организма. Если быть точной, то состав видоизмененной слюны варьируется в зависимости от вида змеи, ее возраста, рациона, географического положения и других факторов, — рассказывает Екатерина Баньковская, доцент кафедры химических технологий Пермского Политеха, кандидат фармацевтических наук .

Полная характеристика белков змеиного яда достаточно сложна даже при доступности современных физико-химических методов анализа из-за наличия множественных изомерных форм токсинов.

Типы ядов классифицируются по их воздействию на организм

В России известно 13 опасных и ядовитых для человека змей.  Членистоногие,  относящиеся к этим семействам,  отличаются по своей биологии, строению ядовитого аппарата, химическому составу яда и механизмам его токсического действия. На территории страны встречаются гадюки (обыкновенная, степная, кавказская и другие), среднеазиатские кобры, щитомордники (обыкновенный, восточный) и крайне редко — гюрза.

Существуют нейротоксичные яды, которые воздействуют на нервную систему.  Они нарушают передачу нервных импульсов, блокируя рецепторы на мышечных клетках или препятствуя высвобождению нейромедиаторов — биологически активных химических веществ, необходимых для передачи электрохимического импульса от нервной клетки. Действие таких ядов проявляется в параличе, в том числе дыхательной мускулатуры, что приводит к остановке жизненно важных органов.  У пострадавшего опускаются веки, затрудняется глотание, а речь становится невнятной.

— Гадюки, гремучие змеи и некоторые щитомордники обладают гемотоксическим ядом. В его состав входят ферменты, которые приводят к разрушению кровяных клеток эритроцитов (гемолиз), нарушению свертываемости крови (коагулопатию) и повреждению сосудистой стенки. Их действие вызывает кровотечения, тромбоз, отеки, некроз тканей, снижение артериального давления и нарушение в работе почек. Цитотоксические яды также характерны для змей, которые «плюются». Вещества в нем травмируют клетки организма в месте укуса.  Действие проявляется в сильной боли, отеке, покраснении, образовании пузырей, некрозе тканей и рубцевании, — поясняет Екатерина Баньковская .

Миотоксические яды воздействуют на мышечные ткани, их  токсины высвобождают внутриклеточные ферменты в кровь, что в результате приводит к боли в мышцах, слабости и острой почечной недостаточности. Ядом с такими свойствами обладают некоторые морские и гремучие змеи.

Как готовят противоядие от укуса

Поскольку у змей разный по составу яд, в некоторых регионах выпускают поливалентные сыворотки, эффективные против нескольких видов змей, но обычно они менее специфичны, чем моновалентные, которые направлены против одного вида.  Производство антитоксинов — длительный и дорогостоящий процесс.

— После сбора змеиного яда путем «доения» его разбавляют и вводят небольшими, постепенно увеличивающимися дозами животным, чаще всего лошадям, реже — овцам или козам.  Это делается, чтобы стимулировать их иммунную систему вырабатывать антитела, специфичные к компонентам токсичного вещества.  В этот период, который длится до года, у животного регулярно берут кровь, выделяют из нее плазму с антителами. Затем очищают и концентрируют, извлекая белки, которые не являются антителами, и добавляют консерванты для стабильности и хранения препарата, — добавляет Екатерина Баньковская .

Кто и как «доит» змей

В России существует только один центр добычи змеиного яда, и находится он в Новосибирске. Процессом добычи ценного вещества занимаются специалисты, которых называют герпетологами, токсикологами или змееловами. Они обучены технике безопасного обращения со змеями.

— Процесс «доения» змеи не такой уж простой, он требует осторожности и опыта. Змею аккуратно фиксируют, чаще всего за голову, специальным инструментом или вручную, чтобы животное не могло укусить человека. Для выделения яда чешуйчатое подносят к стерильному контейнеру (чаще всего это стеклянная чашка Петри, покрытая тонкой пленкой) и аккуратно надавливают на ядовитые железы. Иногда для стимуляции змею заставляют кусать через тонкую мембрану, которая покрывает край чашки. Выделившийся яд собирают со дна емкости, а затем фильтруют, чтобы удалить примеси слюны и крови, — рассказывает Екатерина Баньковская, доцент кафедры химических технологий Пермского Политеха, кандидат фармацевтических наук .

Змеиный яд добавляют в лекарства

Змеиный яд — сложный комплекс биологически активных соединений, являющийся ценным сырьем для фармацевтической науки и промышленности. В доказательной медицине змеиный яд находит свое применение для создания антидотов – противоядий, спасающих жизни при укусах змей. Отдельные компоненты яда, в том числе белки, влияющие на свертываемость крови, используют при разработке лекарств для разжижения крови и от тромбозов, снижая риск образования тромбов в сосудах. Другие соединения, воздействующие на нервную систему, нашли применение в лечении хронических болей и нейродегенеративных заболеваний.

— Сначала яд тщательно обрабатывают, очищают его от крови и слюны путем фильтрации.  Затем для повышения стабильности и срока годности подвергают сушке, чаще всего лиофилизации — процессу  обезвоживания  яда путем  замораживания  и последующего  удаления льда  под вакуумом.  Проще говоря, яд сначала замораживают, а затем вытягивают из него воду, превращая в  сухой порошок.  Готовый сухой яд хранят в герметичных контейнерах.  Из него выделяют отдельные фракции, обладающие нужными фармакологическими свойствами, и используют для создания препаратов, — поясняет эксперт Пермского Политеха.

«Змеиный яд» против морщин

В основе большинства косметических средств со «змеиным ядом» лежит  синтетический трипептид Syn-Ake, который является подражателем нейротоксичного компонента из яда.

— Важно подчеркнуть, что в косметологии  не применяют  натуральный змеиный яд, только его синтетический аналог. Проведенные клинические испытания на настоящих людях показали, что синтетический трипептид при местном применении может уменьшать глубину и выраженность мимических морщин, в том числе «гусиные лапки», межбровные и лобные.  В этих исследованиях обычно оцениваются параметры кожи с помощью методов визуализации (например, трехмерного сканирования), — отмечает Екатерина Баньковская, доцент кафедры химических технологий Пермского Политеха, кандидат фармацевтических наук .

Крема с имитацией змеиного жира против сухости кожи

Еще один известный косметический ингредиент «змеиный жир» в большинстве случаев представляет собой не настоящий жир, извлеченный из животного, а его  имитацию, созданную на основе растительных масел, минеральных компонентов и других добавок. 

— Среди его компонентов есть растительные экстракты, которые обладают противовоспалительными свойствами, способствуют уменьшению покраснений и раздражений. Еще добавляют фосфолипиды, витамины A, E и D, считающиеся мощными антиоксидантами, они защищают клетки от повреждений и способствуют их регенерации. Сквален — природный углеводород, который является компонентом кожного сала.  Этот ингредиент увлажняет, смягчает и защищает кожу. Жирные кислоты и липиды образуют на теле человека защитную пленку, предотвращая трансэпидермальную потерю влаги.  Это приводит к повышению увлажненности кожи, ее эластичности и гладкости, — поясняет Екатерина Баньковская .

Настоящий змеиный жир дорогой и эксклюзивный

Жир змеи считается одним из самых дорогостоящих и эксклюзивных продуктов, поскольку он богат такими жирными кислотами, синтез которых в организме человека не осуществляется. Он славится своими обезболивающими, смягчающими, противовоспалительными, антибактериальными, а также антисептическими свойствами. Змеиный жир абсолютно гипоаллергенен и с успехом применяется в косметологии для замедления старения и восстановления защитных свойств кожи.

— Жир змеи встраивается в липидный слой кожи, восполняя истонченный защитный слой. В результате кожа становится менее уязвимой, визуально выравнивается и омолаживается, приобретает здоровый вид. При некоторых видах заболеваний змеиный жир используется в качестве компонента лечебного питания, так как способен стимулировать всевозможные обменные процессы, проходящие в организме человека, — уточняет эксперт Пермского Политеха.

Змеи вдохновляют инженеров

В биомеханике и робототехнике маневренность змеи используют как модель для создания роботов, имитирующих перемещение чешуйчатых.

—  Такие роботы, цепляясь за поверхность, подтягивают себя вперед. Их конструкция состоит из звеньев, соединенных приводами — эластомерными или механическими сервоприводами.  Движение обеспечивается активными (приводными) или пассивными колесами, а также силами трения, —  рассказывает Андрей Затонский, заведующий кафедрой «Автоматизация технологических процессов» Березниковского филиала Пермского Политеха, доктор технических наук .

Для усовершенствования алгоритмов управления роботом, ученые изучали особенности перемещения змей в разных условиях. Например, археологический робот Elizabeth оказался неспособен ползти в песке. Тогда инженеры создали в зоопарке условия для исследования рогатого гремучника, ловко ползающего по дюнам, и выяснили, что, попав на песок, живая змея резко увеличивает длину соприкосновения одного из изгибов с грунтом. Это позволяет ей двигаться, не «пробуксовывая». Метод был успешно перенесен на изделие.

Змееподобные роботы разных стран нацелены на помощь людям

Бурное развитие змееподобных роботов происходило лет 10-20 назад, их создавали и испытывали в разных странах. Основное их назначение — инспекционное.

— Например, японский ACM-R5H или российский ЗМЕЕЛОК-3 способны проникать в трубы и узости с целью их осмотра изнутри. ЗМЕЕЛОК может ползти по прямой, по заданной кривой, по горизонтальному или даже вертикальному каналу, развернуться на месте, перекатиться, преодолевать небольшие препятствия, — приводит примеры Андрей Затонский .

По словам эксперта, в 2023 году NASA провела испытания «змеи» Exobiology Extant Life Surveyor, предназначенной для исследования космических объектов. Робот создает трехмерную карту своего окружения при помощи четырех пар стереокамер и лидара, который использует короткие лазерные импульсы. На основе данных датчиков аппарат определяет наиболее безопасный путь. Англичанами разработан робот Lira, предназначенный для работ в труднодоступных зонах АЭС Dounreay, выводимой из эксплуатации.


Ещё новости о событии:

 Согласно китайскому гороскопу, 2025-ый – год Зеленой Деревянной Змеи. В некоторых странах, например, Индии их считают священными существами, в Японии они – хранители воды и погоды, а еще оберегают людей от пожаров и чумы.
16:54 25.01.2025 Газета Новости Кунгурского края - Кунгур
Змеи: в Пермском Политехе рассказали об инженерном вдохновении и пользе ядовитых рептилий - ПГТУ
Согласно китайскому гороскопу, 2025-ый — год Зеленой Деревянной Змеи. В некоторых странах, например, Индии их считают священными существами, в Японии они — хранители воды и погоды, а еще оберегают людей от пожаров и чумы.
11:07 24.01.2025 ПГТУ - Пермь

Новости соседних регионов по теме:

Все спиртные напитки содержат этанол, который обладает достаточно высокой калорийностью.
20:36 24.01.2025 Ria56.Ru - Оренбург
 
По теме
Профилактика сальмонеллеза! Сальмонеллёз - острая зоонозная кишечная инфекция, характеризуется поражением органов пищеварения с развитием синдрома интоксикации.
В соответствии с «Дорожной картой» (16.11.2022 АР-7654) филиал ФГБУ «Россельхозцентр» по Пермскому краю в 2025 году планирует проведение фитосанитарного мониторинга в отношении организмов,
  Уважаемые жители! 10 февраля выездная бригада Пермской краевой станции переливания крови будет принимать доноров крови в Краснокамске.
05 февраля 2025 года постановлением судьи Кунгурского городского суда Пермского края временно приостановлена деятельность кафе «SHAURMA COSMOS»,  из-за нарушений санитарно-эпидемиологических требований,
Над проектом работают ученые пермских университетов и медики Пермские ученые работают над проектом применения искусственного интеллекта для ранней диагностики болезни Паркинсона.
Комсомольская Правда
IMG_20250202_114504_911 (1).jpg - Газета Приобвинский край Совсем недавно в газете «Приобвинский край» от 8 ноября 2024 года была напечатана статья про Турпанову Надежду Ивановну, где выпускники 1987 года поздравляли ее с 80-летним юбилеем и желали ей долгой жизни.
Газета Приобвинский край