神經毒氣

神經毒氣

神經性毒劑屬有機磷或有機磷酸酯類化合物(organophosphorus compounds,organoposphates)。這類毒劑特別對腦、膈肌和血液中乙醯膽鹼酯酶(acetylcholinesterase,AchE)活性有強烈的抑制作用,致使乙醯膽鹼(acetylcholine,Ach)在體內過量蓄積,從而引起中樞和外周膽鹼能神經系統功能嚴重紊亂。因其毒性強、作用快,能通過皮膚、黏膜、胃腸道及肺等途徑吸收引起全身中毒,加之性質穩定、生產容易、使用性能良好,因此成為外軍裝備的主要化學戰劑。

基本信息

概述

神經毒氣神經毒氣

神經性毒劑屬有機磷或有機磷酸酯類化合物(organophosphorus compounds,organoposphates)。這類毒劑特別對腦、膈肌和血液中乙醯膽鹼酯酶(acetylcholinesterase,AchE)活性有強烈的抑制作用,致使乙醯膽鹼(acetylcholine,Ach)在體內過量蓄積,從而引起中樞和外周膽鹼能神經系統功能嚴重紊亂。因其毒性強、作用快,能通過皮膚、黏膜、胃腸道及肺等途徑吸收引起全身中毒,加之性質穩定、生產容易、使用性能良好,因此成為外軍裝備的主要化學戰劑。

最具代表性的四個神經性毒劑是塔崩(tabun)、沙林(sarin)、梭曼(soman)和維埃克斯(VX)。美軍將含有P-CN健和P-F健的前三者稱為G類毒劑。代號分別為GA、GB和GD,將含有P-SCH2CH2N(R)2鍵的化合物稱為V類毒劑,如VX、VE、VG、VS及VR等。

1995年3月20日奧姆真理教製作的東京捷運沙林毒氣事件,其中採用的沙林,學名為“甲氟磷酸異丙酯”,就是神經毒氣的一種,也是毒性最大的有機磷酸酯之一。

生理作用

沙林可經由皮膚、眼睛接觸、呼吸道的吸入或由口食入等途徑危害身體,它在極小濃度(LD50=10ug/kg,注一)就可以發揮極大毒性。即使非致死劑量的沙林侵入人體,也會造成瞳孔縮小、在暗處視力困難、胸部緊塞、頭痛、噁心以及嘔吐等症狀。而且這些毒性會在體內累積,如果更大濃度時會使人暈眩、焦慮、心智損傷、肌肉痙攣、呼吸困難,最後導致死亡。

生化機制

二次大戰期間,用來當化學武器與殺蟲劑的這類有機磷化合物,提供研究人員一個線索而發現「醯基化酵素」(acylenzyme)的化學結構,我們以DFP(Diisopropylphosphorofluoridate)為模型來解釋這個過程。體內的一些水解(hydrolase)可對酯類水解成酸與醇,以提供體內所需生化反應的物質,例如脂肪水解成脂肪酸與甘油,乙醯膽鹼(Acetylcholine,Ach)水解成膽鹼;而水解反應過程中會在酵素的活化中心,形成所謂醯基化酵素的中間產物(見圖四)。反應方程式中水解上絲胺酸的OH基與酯反應形成醯基化酵素,再催化水解作用。不過,DFP會與酯競爭結合水解,因而使得正常酯類無法進行水解反應,如圖五所示。

乙醯膽鹼是神經傳導物質(Neurotransmitter)的一種,傳遞訊息的神經末梢都內含有乙醯膽鹼的小泡。當神經脈衝(Nerveimpulse)要在神經元之間傳遞時,小泡就會釋出乙醯膽鹼,乙醯膽鹼再越過突觸(synapse)與受體結合,刺激更進一步的生化過程;或是Ach與乙醯膽鹼酯(acetylcholinesterase)結合,進行水解反應,形成膽鹼(choline)以利回收、重新合成Ach,見圖六所示。而這一步水解反應相當快,以確保此神經刺激反應非常短。但如果乙醯膽鹼酯被外來的化合物抑制了(例如沙林、DFP等有機膦會與乙醯膽鹼結合),則乙醯膽鹼水解反應就被迫停止了,但此時受體卻繼續不斷地接受乙醯膽鹼的刺激而無法水解釋回膽鹼,如此一來會很快地造成生理上的不平衡,而導致死亡。當然如果此時能迅速利用一些解毒劑如阿托品(atropine,圖七)等來解除乙醯膽鹼與受體之作用,就可避免死亡。

解毒藥劑

單單吸入微量的沙林氣體就足以致命,這是因為此毒性反應極快,在短時間較難有效的控制。至於其解毒方法,可注射阿托品(注二)來減輕症狀,以確保免於死亡。

至於活化乙醯膽鹼酯之解毒劑方面而言,當乙醯膽鹼酯被沙林抑制之後,基本上我們可以利用更強的親核試劑,如羥胺(NH2OH,hydroxylamine),把接在乙醯膽鹼酯上的含膦化合物移開,使得此可以再活化,進行乙醯膽鹼的水解反應,如圖八所示。

然而單單為了達到解除沙林毒性,羥胺濃度需要量會很高,而此高濃度的羥胺也會造成毒性。因此取代方法是以PAM(pyridinealdoximemethiodide)來治療。10-6M的PAM相當於IM羥胺之解毒性。除PAM外,應有其他化合物可當神經解毒劑,如obidoxime、HI-6,見圖九。這三種解毒劑都含有R2NOH之親核基,而且每一種解毒劑對不同神經毒劑之解毒效果略有不同。

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