Занятие 3:

«Отравляющие вещества нервно-паралитического действия и технические химические вещества, влияющие на генерацию, проведение и передачу нервного импульса»

Фосфороорганические отравляющие вещества (ФОВ) по клинической классификации являются ОВ нервно-паралитического действия. Чрезвычайно высокая токсичность и особенности физико-химических свойств, позволяющие быстро создавать обширные очаги химического заражения, делают ФОВ наиболее опасными из всех известных ОВ. К ФОВ относятся: зарин, зоман, ви-газы.

К ядам нервно-паралитического действия могут быть отнесены и фосфороорганические инсектициды (ФОИ). При интоксикациях ФОВ и ФОИ имеется много общего в развитии патологического процесса. Наиболее распространенными среди ФОИ являются хлорофос, дихлофос, метафос, карбофос и др. Они широко используются для дезинсекции в сельском хозяйстве, быту.

Кроме того, нервно-паралитическим действием обладают фосфороорганические лекарственные средства (ФОЛС): прозерин, армин, фосфакол, пирофос, нибуфин. Передозировка этих препаратов приводит к острым интоксикациям различной степени тяжести, клинически схожим с поражениями ФОВ.

ФОВ, ФОИ и ФОЛС названы общим термином фосфороорганические соединения (ФОС).

Мы уже говорили в предыдущей лекции об этапах развития химического оружия, в том числе получения и производства ФОВ. Однако необходимо отметить, что история развития ФОС связана с именем академика Арбузова А.Е., который открыл в 1905 году способ получения амилфосфиновых кислот, что способствовало прогрессу в химии ФОС. Первые сообщения о токсичности ФОС относятся к 1932 году (Ланге, Крюгер). Было установлено, что ФОС вызывают удушье, нарушение сознания, зрения. Исследования ФОС в Германии накануне и в годы II мировой войны связаны с именем профессора Шрадера. Среди различных структурных аналогов ацетилхолина были найдены в 50-х годах ви-газы (США-Ньюмен, Гош, Тамеллин). И, наконец, 80-е годы ХХ века в США «знаменовались» созданием бинарных боеприпасов ФОВ – зарина и ви-газов.

ФОВ в армиях НАТО рассматриваются как наиболее смертоносные средства ведения химической войны, так как они обладают высокой токсичностью при любых способах попадания в организм и вызывают многосторонние симптомы поражения организма.

Отравляющие вещества нервно-паралитического действия являются эфирами призводными кислот пятивалентного фосфора, в связи с чем они называются фосфорорганическими ОВ (ФОВ). Основными представителями ФОВ являются: зарин, зоман, V-газы (вещества типа V).

ФОВ наиболее ядовитые среди известных синтетических соединений и значительно превосходят по токсичности остальные БОВ, входящие в арсенал химического оружия.

Зарин – изопропловый эфир метилфторфосфоновой кислоты представляет собой бесцветную желтую жидкость со слабым фруктовым запахом, кипит при температуре 147,3°С. Максимальная концентрация паров в воздухе при 20°С составляет 12000 мг/м?, что способствует его достаточно хорошему испарению. Стойкость зарина в районе применения при температуре 20°С и скорости ветра 2 м/с будет равна 4-6 часов. В зимних условиях стойкость возрастает до 1-2 суток. Плотность паров по воздуху – 4,8.

Зарин хорошо растворим в органических растворителях, быстро впитывается в пористые и окрашенные поверхности. Лучше растворим в жирах, чем в воде. Однако в воде при 20°С он растворяется 100%. Отсюда следует вывод, что зарин может проникать в организм всеми путями, в том числе и через неповрежденную кожу.

В воде, 50% зарина, при рН 7,6 гидролизуется в течение 300 минут. Значительно гидролиз ускоряется щелочами. Хлорсодержащие растворы зарин практически не деназируют.

Табельными средствами доставки зарина являются авиабомбы, кассеты, снаряды, ракеты. Например 4 самолета ИБА создают район применения зарина площадью 240 Га. В последние годы отмечено применение зарина с диверсионной целью (Япония, Россия).

Средняя смертельная доза при действии зарина ингаляционно составляет 100 мг?мин/м?, при действии через кожу смертельная доза достигает 1500 мг на человека.

Потери при применении зарина могут колебаться в широких пределах – от 6% до 40%. При этом на безвозвратные потери приходится до 30% от всех пострадавших, на санитарные потри – остальные 70%. При достижении противником тактической внезапности на БП приходится 70%, СП – 30 %. Санитарные потери в свою очередь подразделяются на поражения легкой степени – 30%, средней степени –10%, тяжелой и крайне тяжелой степени – 60%.

Очаг поражения зарином как при ингаляционном, так и при перкутанном воздействии являются стойким, быстрого действия. Ингаляционные поражения будут ведущими.

Зоман – пинаколиновый эфир метилфторфосфоновой кислоты – прозрачная жидкость со слабым камфорным запахом. Кипит при температуре 190°С. Плотность паров по воздуху 6,3. Зоман хорошо растворим в органических растворителях и жирах. В воде растворим плохо (менее 1%). Легко впитывается в пористые материалы, резиновые изделия. Гидролиз с водой протекает медленно. Щелочи и аммиак разрушает зоман быстро, используются для его дегазации.

Зоман по своей токсичности превосходит зарин в 2-3 раза. Относится к классу резервных ОВ, пригоден для оборонительных боевых действий.

Структура СП идентична зарину. Очаг поражения зомана как при ингаляционном воздействии, так и при действии через кожу – стойкий, быстрого действия.

Наиболее известные из них – метилфторфосфорилхолин и метилэтоксифосфорилтиохолин. Эти вещества являются производными холина и тиохолина, ввиду чего они получили общее название фосфорилхолинов.

ОВ группы V – являются слаболетучими жидкостями или кристаллическими веществами без запаха, с температурой кипения 300°С. Летучесть при 20°С – 3-18 мг/м?.

Из-за слабой испараряемости смертельная ингаляционная доза (0,01 мг/кг) VХ проникает в организм в течение 3 минут и более. Поэтому количество лиц со смертельными ингаляционными поражениями в очаге VХ после выпадения аэрозоля будет сравнительно невелико. В связи со своей хорошей растворимостью в липидах VХ хорошо проникает через кожные покровы, достаточно капли ОВ с массой 2-3 мг, чтобы вызвать тяжелое поражение. Смертельная доза VХ при попадании через кожу человека – 6 мг.

Стойкость VХ при 20°С и средних метеоусловиях равна 5 суткам, зимой стойкость составляет 3-6 недель.

Эти соединения устойчивы к гидролизу, и даже в щелочной среде гидролиз протекает медленно (в 80 раз медленнее чем у зарина). Для дегазации веществ типа VХ используют сильные окислители.

Потери при применении VХ по батальону в наступлении могут составить от 35% до 80%. Структура потерь аналогична потерям при поражении зарином.

Очаг поражения VХ при ингаляционном воздействии (аэрозоль, пары) – стойкий быстрого действия, при действии через кожу – стойкий, замедленного действия (в связи с большой массой молекулы и в результате этого ее замедленным проникновением через кожный барьер).

Большинство ТХВ из группы ФОИ обладает высокой летучестью, тяжелее воды (плотность от 1,1 до 1,7), хорошо растворимы в органических растворителях и плохо растворимы в воде. Такие ФОИ как хлорофос и метилацетофос растворяются в воде хорошо. Высокий коэффициент распределения ФОИ между маслом и водой обусловливает их свободное проникновение через неповрежденную кожу, различные биологические мембраны, гематоэнцефалический барьер.

Большинство ТХВ из группы ФОИ быстро гидролизуются в воде, особенно при прибавлении щелочей и действии высокой температуры. Однако в слабокислой среде растительных и животных тканях некоторые ФОИ сохраняются до нескольких месяцев. А токсичность такого вещества как метилмеркаптофос после суточного пребывания в воде увеличивается в 30 раз.

По степени токсичности все ФОИ могут быть подразделены на 4 группы:

1. Сильнодействующие ТХВ (LD50 менее 50 мг/кг): тиофос, меркаптофос, метилэтилтиофос, октаметил;

2. Высокотоксичные ТХВ (LD50 50-200 мг/кг): метилмеркаптофос, фосфамид, ДДВФ, базудин, антио, цидеал, фталофос, бензофосфат);

3. ТХВ средней степени токсичности(LD50 200-1000 мг/кг): хлорофос, метилнитрофос, карбофос, трихлорметафос-3, сайфос;

4. ТХВ малой токсичности (LD50 более1000 мг/кг): гардона (винилфосфат), бромофос, абат, цианокс, валексон, демуфос.

Несмотря на то, что токсичность некоторых ФОИ недостаточно высока, она может значительно усиливаться в присутствии кислорода. Поэтому, при отравлении такими ТХВ как карбофос, трихлорметафос-3, тролен, метафос, метилнитрофос, метилэтилтиофос в токсикогенной фазе отравления (при наличии яда в крови) назначение вдыхания кислорода и проведение сеансов ГБО не рекомендуется (Е.А. Лужников, 1984).

Очаги поражения ФОИ стойкие быстрого действия при ингаляционном воздействии яда и стойкие замедленного действия при поражении через кожу.

Основным патогенетическим фактором действия ФОВ является угнетение холинэстеразы, ведущее к перевоздуждению холинэргических структур организма. Однако, в профилактике и лечении мы учитываем и другие механизмы интоксикации, в частности, способность ФОВ непосредственно действовать на холинорецепторы (прямое действие ФОВ), повышать чувствительность холинорецепторов к ацетилхолину (сенсибилизирующее действие), а также ряд холинергических механизмов.

Поскольку ФОВ воздействуют на передачу импульса в холинэргических структурах, поэтому они могут быть отнесены к синаптическим или медиаторным ядам. В связи с чем, для понимания действия ФОС на организм необходимо знать современные предствления о строении и функции синапсов и о роли ацетилхолина в процессе синаптической передачи нервных импульсов.

Механизм передачи нервных импульсов в синапсе.

Известно, что структуры в которых осуществляется функциональный контакт между двумя нервными клетками, называются синапсами. Синапс состоит из двух мембран (пресинаптической и постсинаптической). Между мембранами синаптическая щель.

В нервные окончания поступает холин, который с помощью фермента холинацетилазы соединяется с уксусной кислотой и образуется ацетилхолин. Синтезированный ацетилхолин накапливается в синаптических пузырьках. Нервный импульс, приходящий в окончание нервного волокна, способствует высвобождению ацетилхолина из везикул и выходу в синаптическую щель В синаптической щели выделившийся ацетилхолин взаимодействует с рецепторными структурами постсинаптической мембраны. Вследствие этого увеличивается проницаемость ее для ионов Na и К, происходит деление их, что приводит к изменению разности потенциалов между внутренней и наружной поверхностями мембраны – т.е. происходит деполяризация. Это порождает появление нервного импульса и возбуждение инервируемой клетки. Восстановление нарушенного соотношения концентраций ионов по обе стороны достигается с помощью «натрий-калиевого насоса» – наступает реполяризация.

Прекращение действия ацетилхолина на постсинаптическую мембрану происходит при помощи фермента холинэстеразы. Ацетилхолин содержит две группы, куда входят реакционноспособные атомы: катионную и сложноэфирную.

Соответственно реакционным группам ацетилхолина в активных центрах холинэстеразы также выделяют два центра: анионный и эстеразный.

Взаимодействие ацетилхолина (АХ) с холинэстеразой (ХЭ) начинается с сорбции катионной головки ацетилхолина на анионном центре холинэстеразы, что приводит к фиксации АХ на определенном расстоянии от эстеразного пункта. При взаимодействии сложноэфирной части АХ с эстеразным центром ХЭ происходит разрыв эфирной связи АХ и гидроксила серина ХЭ, в результате чего образуется ацетилированный фермент и холин, сорбированный на анионном участке ХЭ. В последующем он десорбируется, образуя чистый холин. Также происходит деацетилирование ХЭ и она восстанавливается.

Таким образом передается импульс в холинэргическом синапсе, при этом ведущее значение приобретает медиаторный обмен – обмен АХ и ХЭ.

1) Подавление активности ХЭ.

В молекуле ФОВ присутствует фосфорильная группировка (Р=О), которая напоминает карбонильную группу АХ. Принципиальное различие в действии ФОС и ацетилхолина состоит в том, что обратная реакция – дефосфорилирование – протекает исключительно медленно. В результате происходит так называемое необратимое ингибирование ХЭ.

Длительность действия ацетилхолинэстеразных веществ опредляется скоростью восстановления активности ХЭ, скоростью распада комплекса ФОВ – холинэстераза. Постепенная утрата фермент-ингибиторным комплексом способности к диссоциации определяется как «старение» ХЭ. Время полного старения фосфорилированной ХЭ колеблется от минут до нескольких суток и зависит от строения фосфорильного остатка на ферменте и свойств ХЭ.

В основе механизма «старения» ХЭ лежит постепенное изменение конформации белковой структуры фосфорилированной ХЭ, сопровождающейся деалкилированием остатка ФОС на ферменте.

Фосфорилирование протекает в два этапа.

I этап – обратного взаимодействия, когда с помощью оксимов (реактиваторов ХЭ) можно разорвать связь ФОС и ХЭ.

II этап – необратимого взаимодействия, когда ни химическими, ни физическими способами разорвать ковалентную связь невозможно. Наступает «старение» ХЭ.

Заметим, что различные ФОС по времени обладают различным сроком развития необратимого этапа. Так у вещества зоман этот период составляет 10 минут, у зарина – 3-4 часа, VХ – фосфорилтиохолинон до 24 часов, у фторфосфорилхолина необратимый этап развивается в считанные секунды.

В результате необратимой фазы происходит полный выход фермента из строя на 3-4 месяца. Для восстановления исходного уровня ХЭ требуется 100-120 суток (примерно 1% в сутки). В первую очередь восстанавливается уровень ХЭ в ЦНС и значительно позже на периферии.

Вследствие ингибирования ХЭ происходит накопление АХ и перевозбуждение холинергических структур с последующим параличом.

Действие ФОС на холинорецепторы.

Структурное сходство ФОС с АХ позволяет вступить ФОС во взаимодействие не только с ХЭ, но и с холинэргическими рецепторами (ХР). В зависимости от дозы ФОВ и кратности поступления яда в организм прямое действие на ХР проявляется как холиномиметическое, холиносенсибилизирующее, холинопотенциирующее (облегчающее), холиноблокирующее.

Прямое холиномиметическое действие ФОС на холинорецепторы.

Этот механизм менее чувствителен, чем первый и он включается тогда, когда имеет место тяжелая форма поражения. При проникновении в организм дозы ФОС равной LD70 – LD80.

Действия на холинорецептор подобно АЦХ (холиномиметически) ФОС утяжеляет картину интоксикации, т.к. ФОС и АЦХ действуют в одном направлении.

Действие настоящего механизма заклюяается в том, что общая структурная формула ФОС имеет значительное сходство с формулой АЦХ. Благодаря сходству ФОС с АЦХ и происходит его взаимодействие с холинорецептором, который обладает структурой зеркальной по строению структуре фермента холинэстеразы.

В отличие от взаимодействия ФОС с ХЭ, их взаимодействие с холинорецептором протекает в один этап, расщепление эфира, а в вслед за ним феномен «старения» не развивается. При этом блокаду холинорецептора, вызванную таким образом, можно снять при помощи реактиваторов ХЭ и восстановить проходимость в рецепторе в течение первых – вторых суток.

Холинсенсибилизирующее действие.

При проникновении ФОС в организм происходит повышение чувствительности холинорецепторов к ФОС, АЦХ и другим холиномиметикам, что значительно утяжеляет клинику отравления.