核與化學(xué)損傷/神經(jīng)性毒劑

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核武器與化學(xué)武器損傷

神經(jīng)性毒劑屬有機(jī)磷或有機(jī)磷酸酯類化合物（organophosphorus compounds，organoposphates）。這類毒劑特別對腦、膈肌和血液中乙酰膽堿酯酶（acetylcholinesterase，AchE）活性有強(qiáng)烈的抑制作用，致使乙酰膽堿（acetylcholine，Ach）在體內(nèi)過量蓄積，從而引起中樞和外周膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)功能嚴(yán)重紊亂。因其毒性強(qiáng)、作用快，能通過皮膚、粘膜、胃腸道及肺等途徑吸收引起全身中毒，加之性質(zhì)穩(wěn)定、生產(chǎn)容易、使用性能良好，因此成為外軍裝備的主要化學(xué)戰(zhàn)劑。

最具代表性的四個神經(jīng)性毒劑是塔崩（tabun）、沙林（sarin）、梭曼（soman）和維埃克斯（VX）。它們的通式和分子結(jié)構(gòu)見表12-1。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。美軍裝備的V類毒劑是VX（表12-1）。

表12-1 神經(jīng)性毒劑主要代表及其分子結(jié)構(gòu)

一、理化性質(zhì)

（一）物理性質(zhì)

G類毒劑純品為無色水樣液體，工業(yè)品呈淡黃或黃棕色，味微香；VX為無色、無味、油狀液體，工業(yè)品呈微黃至棕黃色，有疏醇味。有關(guān)物理常數(shù)見表12-2。

表12-2 神經(jīng)性毒劑主要物理性質(zhì)

毒劑名稱

沸點(diǎn)
（℃）

凝固點(diǎn)
（℃）

比重（d²⁰₄）

蒸氣比重
（空氣比重＝1）

揮發(fā)度（mg/L,20℃）

脂溶性

水溶性

塔崩

220

-48

1.082

5.63

0.321

易溶

約10％（15℃）

沙林

151.5

-54

1.096

4.83

13.2

與水及多種溶劑互溶

梭曼

167.7

-70

1.044

6.33

2.647

易溶

約1％（0℃）

VX

300以上分解

-39

1.015

9.20

0.01

易溶

1％～5％（25℃）

由表可見，四種毒劑蒸氣分別比空氣重5～9倍；揮發(fā)度以沙林最大，VX最小。前者很易造成戰(zhàn)斗濃度，后者在野戰(zhàn)條件下靠自然蒸發(fā)不易達(dá)到傷害濃度。四種毒劑凝固點(diǎn)均較低，冬季施放不會影響使用效果。除沙林可與水任意互溶外，其余三種因水溶性差，比重＞1，落入水中多沉入水底，能使水源長期染毒。

（二）化學(xué)性質(zhì)

毒劑純品在常溫下均較穩(wěn)定，工業(yè)品因含雜質(zhì)，穩(wěn)定性受到一影響，塔崩、沙林和梭曼在150℃以上會明顯分解（沙林彈在爆炸時瞬間分解可達(dá)30％）；VX性穩(wěn)定，在干燥并隔絕空氣（或充氮）條件下，長期貯存也不易變質(zhì)。爆炸時有少量分解。

G類毒劑中的酰鹵結(jié)構(gòu)（），性質(zhì)相對活潑，塔崩中的P-CN和VX中的P-S鍵類似酰鹵，化學(xué)反應(yīng)首先在這里進(jìn)行。但V類毒劑中的P-S鍵不及G類毒劑中的酰鹵鍵活潑，故較穩(wěn)定。其次，連接在氧上的烷基有時可以脫落。

1．水解反應(yīng)：G或V類毒劑在水中均可緩慢水解，水解產(chǎn)物無毒。反應(yīng)如下：

如反應(yīng)物為沙林，水解產(chǎn)物則為甲膦酸異丙酯和HF。VX的水解產(chǎn)物是甲膦酸乙酯和二異丙胺基乙硫醇：

水解再度依次為GA＞GB＞GD＞VX。例如溫度20℃時，濃度為2.2g/L的GA水溶液，經(jīng)24～25小時則完全水解；GB（0.1g/L）72小時水解39.2%;GD(0.1g/L)溫度16-18℃時完全水解需76天。VX最慢，25℃水解速度僅及GB的1/5000。

加熱或加堿可加速毒劑水解。如單純用煮沸法即可消除G類毒劑：如沙林水溶液（10g/L），加熱至50℃，經(jīng)1.6小時可完全水解。加熱V類毒劑雖可使水解加速，但不完全。故對VX染毒的服裝或其它物品采用煮沸法消毒時可加堿促使VX水解完全。

酸也加速G類毒劑水解。VX為堿性物質(zhì)，加酸成鹽后水解則更難。

2．與堿反應(yīng)：G類毒劑與堿作用，反應(yīng)迅速。如20℃、濃度為16g/L的沙林水溶液加足量NaOH，3～5分鐘反應(yīng)即可完成。

空氣中的G類毒劑可用氨水進(jìn)行噴灑消毒。

堿也可以破壞V類毒劑，但作用較慢，常溫下需數(shù)小時。

3．與氧化氯化劑反應(yīng)：VX能被二氯胺、次氯酸鹽、三合二、二氯三聚異氰酸鈉等氧化氯化劑氧化，生成無毒的甲膦酸乙酯和二異丙胺基乙磺酸。

二、毒性

神經(jīng)性毒劑是目前外軍裝備毒劑中毒性最強(qiáng)的一類毒劑。它的吸入毒性（LCt₅₀）分別比HCN大數(shù)倍乃至二十倍（HCN LCt₅₀以700mg.min/m³計(jì)）。VX毒性最大，依次是GD＞GB＞GA（表12-3）。

表12-3 神經(jīng)性毒劑對人的毒性

毒劑種類

呼吸道吸入

皮膚吸收

經(jīng)口中毒

LCt₅₀

LCt₉₀

蒸氣或氣溶膠
LCt₅₀(g.min/m³)

液滴
LD₅₀(mg/人)

LD₅₀
(mg/人)

(mg.min/m³)

塔崩

100(1～10)

400(10～25)

40(10～15)

1000(60)

40

沙林

55(1～10)

100(2～15)

12(2～15)

1700

10

梭曼

25(1～1)

70(1～15)

10(1～6)

100(30～60)

10

VX

5(1～10)

36(4～10)

1(4～10)

6～15(30～60)

5

注：括號內(nèi)數(shù)據(jù)為毒劑引起失能或死亡生效時間（min）

從表中所列數(shù)劇可知，吸入致死量毒劑數(shù)分鐘之內(nèi)即可引起人員死亡。在低濃度下（沙林0.0005mg/L；梭曼0.0001mg/L）暴露2min會引起縮瞳和胸悶。皮膚染毒經(jīng)一定潛伏期后始出現(xiàn)全身中毒癥狀。VX的皮膚毒性極強(qiáng)，染毒6mg，如不及時消毒即可致死。因此要特別警惕敵人使用V類毒劑。

野戰(zhàn)情況下經(jīng)口吸收的可能性不大。但如誤服染毒食物、水時，同樣能引起人員中毒。

三、體內(nèi)代謝

毒物通過吸收進(jìn)入體內(nèi)，或分布全身。或選擇性地蓄積于某些器官，在機(jī)體的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)化、消除等一系列過程。

神經(jīng)性毒劑體內(nèi)代謝的研究多數(shù)是在實(shí)驗(yàn)動物身上進(jìn)行的。不同動物研究表明神經(jīng)性毒劑在體內(nèi)的分布是不均勻的。貓或家兔靜脈注射沙林、在肺、腎分布較多，肝、血次之；小鼠皮下注射沙林，以血、肺、腦、膈依次降低注射梭曼，以血、肺、膈、腦次序降低；小鼠腹腔注射VX，³²P放射性強(qiáng)度依次為肺＞血＞腦。

毒劑進(jìn)入體內(nèi)后，一方面與特異性蛋白質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生毒性作用，另一方面與非特異性蛋白質(zhì)結(jié)合起解毒作用。如圖12-1所示。

圖12-1 G類神經(jīng)毒在體內(nèi)的轉(zhuǎn)化

1．毒劑與特異性蛋白質(zhì)—乙酰膽堿酯酶（AchE，EC3.1.1.7）進(jìn)行不可逆性結(jié)合，使AchE失去水解乙酰膽堿（Ach）的能力。

2．與膽堿能受體蛋白質(zhì)（AchR）結(jié)合，即毒劑直接作用于受體，此種結(jié)合方式在毒劑較大劑量時才能發(fā)生作用。神經(jīng)性毒劑中毒是由上述兩種作用引起的，前者更為重要。

3．G類毒劑除少部分能自發(fā)水解外，在G類毒劑水解酶（EC3.1.8.2）作用下P-X鍵斷裂，生成無毒的膦酸酯。G類毒劑水解酶或DFP水解酶（DFPase），哺乳動物血漿、肝、腎中均有存在，包括多種微生物、細(xì)菌以及小麥等酶含量均很高。海洋生物魷魚神經(jīng)節(jié)也含有豐富的DFPase。該酶需金屬離子Co²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺做為輔助因子，因其能水解塔崩、沙林和梭曼，故可分別稱為塔崩水解酶（tabunase），沙林水解酶（sarinase）和梭曼水解酶（somanase）。可見，該酶的底物選擇性不專一。而且，酶原不同，其活性及酶蛋白組分也有差異。如魷魚神經(jīng)節(jié)DFP水解酶（魷魚型）不同于哺乳動物中DFP水解酶（mazur型）。前者水解DFP比梭曼快若干倍，不被Mn²⁺激活；后者水解梭曼比DFP快幾倍，可被Mn²⁺激活。G類毒劑水解酶血清中主要與高密度脂蛋白的載脂蛋白A₁緊密連接，可被疏基試劑抑制，并可被半胱氨酸及谷胱甘肽所逆轉(zhuǎn)，其活性中心是疏基而區(qū)別于B類酯酶。

4．脂族酯酶（aliesterase，EC3.1.1.1）或羧酸酯酶（carboxylesterase，CaE）屬B類酯酶，主要分布在血漿、肝、肺、紅細(xì)胞和腦組織中。近來人們認(rèn)識到CaE在有機(jī)磷毒劑防護(hù)上的重要性。例如沙林能與血漿內(nèi)脂族酯酶結(jié)合，從而減少進(jìn)入腦內(nèi)的毒劑量；應(yīng)用CaE特異性抑制劑CBDP（磷酸三鄰甲苯酯代謝產(chǎn)物）能使小鼠梭曼毒性（LD₅₀）提高近20倍；應(yīng)用酶誘導(dǎo)劑提高酶活性可使梭曼毒性降低。作為有機(jī)磷毒劑清除劑（scavenger）或梭曼的“貯存庫”，它可減少或防止毒劑對AchE作用。與CaE結(jié)合的毒劑在體內(nèi)慢慢釋放，再經(jīng)毒劑水解酶水解失去毒性作用。

人體內(nèi)沒有V類毒劑水解酶，但在肝臟中含有V類毒劑氧化酶，在它的作用下，氧化生成甲膦酸乙酯和二異丙胺基乙磺酸。該酶含量少、活性低，解毒能力有限。

塔崩、沙林和梭曼在體內(nèi)被水解破壞的主要代謝產(chǎn)物二甲胺基膦酸乙酯、甲膦酸異丙酯和甲膦酸特已酯，包括VX代謝產(chǎn)物主要從尿中排出，少量從糞便中排出。