Сохраняя сознание до самой смерти. Нервно-паралитические ОВ

Недоумение вызвала у меня реакция на одну статью. Оказывается, химическое оружие вопреки здравому смыслу сильно недооценивается. Не было, наверное, исторической «Атаки мертвецов», 

Бенито Муссолини не травил людей в Эфиопии, не применялись отравляющие вещества против китайской армии в войне с Японией, Agent Orange не применялся во Вьетнаме, 

«Аум Синрикё» не совершали теракт в метро, а белый фосфор никогда не покидал пределов лабораторий?
Понимаю, что химия сейчас не в тренде, но как можно настолько легко списывать со счетов оружие с историей, тянущейся еще из Индии, и датированной годами до нашей эры? Почему только стрелковое оружие считается инструментом под задачи? Только из-за кажущегося масштаба бедствия или мнимой сложности применения? Уж не знаю, что сложного отправить в укрепление «неберучку» несколько «особых» миномётных снарядов, и кто там будет потом разбираться, от чего именно люди погибли. Поборникам честности и справедливости предлагаю вспомнить Бучу.
Цикл статей, посвящённый отравляющим веществам, в итоге позволит в полной мере насладиться всеми возможными способами причинить противнику максимум неудобств, вплоть до летального исхода. Какие-то, как цитотоксические, приведут к ужасным ранам и исходу жидкости из тела недруга, какие-то, как нервно-паралитические, будут до последнего держать его в сознании, при этом практически не создавая открытых ран, а например, инкапаситанты выведут из строя врага лишь временно.
Один из наиболее смертоносных видов боевых отравляющих веществ – нервно-паралитический. Такие вещества обозначаются общепринятыми кодами НАТО в виде аббревиатуры из одной или двух букв. Наиболее известными представителями являются GA (табун), GB (зарин), GD (зоман) и VX. Буквой «G» обозначаются те вещества, которые были созданы в Германии, а VX был получен в Великобритании во время Второй мировой войны.
При нормальных температурах и давлении эти вещества являются жидкостями. В то время как вещества G-серии имеют одинаковую с водой плотность, VX – маслянистая жидкость, по консистенции схожая с моторным маслом. Испаряется очень медленно, но дольше сохраняется во внешней среде.

К числу отравляющих и высокотоксичных веществ нервно-паралитического действия можно отнести:
1. Фосфорорганические соединения (зарин, зоман, VX, фосфакол, армин, карбофос, дихлофос и др.).
2. Производные карбаминовой кислоты (пропуксор, альдикарб, диоксакарб и др.).
3. Бициклофосфаты (бутилбициклофосфат, изопропилбициклофосфат и др.).
4. Производные гидразина (гидразин, диметилгидразин и т. д.).
5. Сложные гетероциклические соединения (тетродотоксин, сакситоксин, норборнан и др.).
6. Белковые токсины (ботулотоксин, тетанотоксин).

Все они различаются особенностями токсического действия. Часть веществ вызывает судорожный синдром, кому, гибель от остановки дыхания и сердечной деятельности. 

Одни действуют преимущественно быстро и имеют скрытый период в минуты. Другие вызывают паралич произвольной мускулатуры, в том числе дыхательной, и гибель от асфиксии. Скрытый период таких веществ может длиться от часов до суток.
Во всех случаях судорожный синдром является только следствием действия вещества на центральную нервную систему. Паралич становится результатом нарушения проведения нервных импульсов, либо нарушением свойств мембран нервных и мышечных клеток.
Исходя из механизма воздействия на организм, нервно-паралитические отравляющие вещества можно разделить на группы:
1. Действующие на холинореактивные синапсы. В скелетных мышцах количество холинорецепторов колеблется от 40 до 99 %, а в гладкомышечных клетках от 90 до 99 %. Такой разброс связан с тем, что большинство холинорецепторов клетки являются молчащими (избыточными). Соответственно, если все эти рецепторы возбудить – получатся судороги и параличи.
2. Действующие на ГАМК – реактивные синапсы. Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) – важнейший тормозной нейромедиатор центральной нервной системы человека и других млекопитающих. Соответственно, перегружая механизм работы «тормозов», получаем нарушение работы вообще всего, чего только можно, например, работы сердца.
3. Блокаторы ионных Na+ каналов возбудимых мембран. Благодаря ионным каналам поддерживается разность потенциалов между внутренней и внешней сторонами клеточной мембраны. Когда ионы Na+ текут внутрь клетки, перенося положительный заряд с внешней стороны на внутреннюю – потенциал покоя сменяется потенциалом действия. Генерация и распространение потенциала действия – основа работы всей нервной системы, и главная роль здесь принадлежит именно потенциал-управляемым натриевым каналам. Именно поэтому натриевые каналы – прекрасная мишень, а их блокирование вызывает паралич.

       
Довольно сложно объяснить простым языком, как это работает, зато сразу осознаёшь, сколько потребовалось научных открытий.

Фосфорорганические отравляющие вещества

Фосфорорганические отравляющие вещества занимают первое место в рейтинге боевых отравляющих веществ. Они являются частью фосфорорганических соединений, широко представленных в природе, промышленности, сельском хозяйстве, медицине и быту. Кроме этого, нуклеиновые кислоты, фосфолипиды и фосфопротеиды являются составной частью мембраны клетки. Лекарственные фосфорорганические соединения имеют единый с боевыми отравляющими веществами механизм действия.
Основные боевые фосфорорганические отравляющие вещества (зарин, зоман, VX-газы) оказывают однотипное воздействие на организм человека и животных, отличаясь только степенью токсичности. VX-газы особенно хорошо проникают через кожу, имеют высокую токсичность из-за структурной схожести с очень важным для нашего организма органическим соединением, в том числе участвующим в процессах памяти и обучения (ацетилхолин). Именно с VX-газами разрабатывают бинарное вооружение.
Психоневротический синдром различной степени выраженности имеет место при всех клинических вариантах и степенях тяжести поражения фосфорорганическими отравляющими веществами. Детали в таблице:

Карбаматы

Первый представитель класса химических соединений карбаминовой кислоты физостигмин (эзерин, калабарин) был выделен в 1864 году Джобстом и Хессом из растения, произрастающего на западе Африки, Physostigma venenosum (калабарские бобы), и идентифицирован как алкалоид – производное карбаминовой кислоты, в 1926 году Стедманом и Баргером.

Семена физостигмы (калабарские бобы) — semina physostigmatis (faba calabarica)
Физостигма ядовитая (калабарский боб) — physostigma venenosum bulf.
Сем. Бобовые — fabaceae.

Тропическая вьющаяся деревянистая лиана с толстыми цилиндрическими стеблями до 15 м длиной.
Листья с прилистниками, очередные, тройчатосложные; листочки длиной 7-15 см, яйцевидные, с длинно оттянутой заостренной верхушкой, голые.
Цветки ярко-красные в поникающих рыхлых кистях длиной до 15 см;
плод — темно-коричневый боб 10-18 см длиной, содержащий 2-4 семени; створки боба снаружи с сетчатыми поперечными жилками (рис. 10.37).

Рис. 10.37. Физостигма ядовитая — Physostigma venenosum Bulf.:
1 – побег с цветками;
2 – боб;
3 – семя с разных сторон.

В настоящее время известны сотни химических веществ этого класса, как растительного, так и главным образом синтетического происхождения.
Несмотря на свою токсичность, некоторые карбаматы используются в качестве лекарственных препаратов и средств для борьбы с грызунами. Всё это связано с избирательностью действия вещества. Некоторые менее токсичные синтетические аналоги применяются в роли инсектицидов.
Производные карбаминовой кислоты – твердые кристаллические соединения, способные образовывать в воздухе мелкодисперсную пыль. При вдыхании токсичность в 10–50 раз больше, чем при проникновении с пищей или водой.
Инертны в химическом отношении, не летучи, хорошо растворяются в воде, но не вступают с ней в химическую реакцию (гидролиз). Благодаря этим свойствам отлично подходят для образования зоны стойкого химического заражения. Кроме того, прибывающие из таких зон пострадавшие представляют опасность для окружающих.

Бициклические фосфорорганические соединения и аналоги

В 1973 году Е. Беллет и Дж. Касида описали группу бициклических фосфорорганических соединений, не обладающих антихолинэстеразной активностью, но вызывающих приступ судорог и гибель экспериментальных животных при введении в малых дозах. 
Токсичность бициклофосфатов зависит от их структуры и может быть крайне высокой для отдельных соединений. Все они твёрдые вещества и плохо растворяются в воде. Через неповреждённую кожу никак не проникают, но хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте, а некоторые виды и при ингаляционном, подкожном, внутривенном и внутримышечном способе введения.
Скрытый период редко превышает 30 минут, а действие имеет преимущественно общий характер. В целом проявления интоксикации схожи с различными ГАМК-литиками.
Первоначальным эффектом является повышение рефлекторной деятельности, усиливается дыхание, возникает тошнота, возможна рвота. Появляется беспокойство, чувство страха, возбуждение, иногда галлюцинации. Напрягаются отдельные группы мышц, появляется дрожание конечностей, повышается температура тела. Такое состояние может продолжаться в течение нескольких часов и более, сопровождаясь с полной утратой дееспособности.
При отравлении большой дозой спустя несколько минут формируется состояние повышенной судорожной готовности. При внешних раздражениях пострадавший падает на бок, развиваются судороги с остановкой дыхания. Возможны непроизвольные мочеиспускание и дефекация. В таком положении пострадавший находится 1–2 минуты, затем приступ прекращается, мускулатура расслабляется, а дыхание восстанавливается.
Через непродолжительное время приступ повторяется. Обычно сознание сохраняется только при первом припадке, затем наступает ступор и сознание отключается. Через 5–10 припадков наступает смерть от асфиксии, нарушения сердечной деятельности и резкого падения артериального давления.

Промежуточный вывод

Химическое разоружение пока не привело к сокращению работ в области противохимической защиты. Наивно полагать, что какие-то Конвенции в современном мире имеют решающее значение и могут хоть как-то помешать решительно настроенным лидерам стран достигать своих целей, в том числе посредством химии.
Например, несмотря на запрет накопления и применения отравляющих веществ, не существует запретов на фитотоксиканты – средства борьбы с растительностью. А ведь вещества этой группы проявили себя во Вьетнаме так, что местным до сих пор «аукается».
Кроме того, промышленные страны в случае выхода из Конвенции в состоянии восстановить необходимый для военных действий запас за несколько месяцев.
Напоминаю, что Версальский договор 1919 года запрещал Германии иметь химическое оружие, но уже в 1923 году там возобновили разработки, прикрываясь гражданскими нуждами, а в 1925 году Германия присоединилась к Конвенции о неприменении химического и бактериологического оружия. Думаю, нет особого смысла напоминать о количестве отравляющих веществ, которые имел Третий рейх во Второй мировой войне.
В следующей части статьи будут рассмотрены группы по принципу действия, к которым относятся производные гидразина, сложные гетероциклические соединения и белковые токсины.

  Нервно-паралитические ОВ. Пестициды и диверсионные яды

Эта вторая часть статьи может показаться сложной из-за картинок или специализированных названий, но пугаться не стоит, механизмы описаны доступным языком и не обременены излишними подробностями.
Производные гидразина, сложные гетероциклические соединения и белковые токсины можно не рассматривать индивидуально, а объединить в группы по принципу действия.

Отравляющие вещества, действующие на ГАМК-реактивные синапсы

ГАМК является одним из основных нейротрансмиттеров, используемых в мозге и сетчатке взрослого млекопитающего. Действуя на рецепторы, он снижает вероятность генерации потенциала действия, что в медицине используется, например, для лечения неврологических и психических расстройств. Действие морфина и опиоидов также связано с изменением потенциала действия.
Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) обнаружена во всех структурах центральной нервной системы, а наивысшее её содержание – в чёрной субстанции головного мозга, которая осуществляет участие в дыхании, сердечной деятельности и тонусе кровеносных сосудов.
Веществ, угнетающих синтез ГАМК, на самом деле достаточно много и в основном их можно встретить в компонентах ракетных топлив. В токсикологии такие отравления выделены в отдельную группу, но далее рассмотрим действие одного особенного вещества: тетанотоксина.
Тетанотоксин – это экзотоксин бактерии столбняка.  

Исследуется за рубежом в военных целях, но боевое применение маловероятно. Белок тетанотоксина растворим в воде, боится нагревания, а смертельная доза для людей составляет 0,2–0,3 мг. При этом поражённые, как и при столбняке, не представляют опасности для окружающих.
Через неповрежденную кожу и желудочно-кишечный тракт не проникает. При внутримышечном введении быстро разрушается до аминокислот. Предполагается, что в двигательные ядра центральной нервной системы токсин поступает по волокнам нервных стволов, с окончаниями которых специфически связывается.
Скрыты период может продолжаться от нескольких часов до 3 и более суток. Затем наступает общее недомогание, возбуждение, чувство страха, спазм жевательной мускулатуры и приступы судорог. Судороги провоцируются не только тактильными, но и звуковыми раздражениями. Приступы настолько сильны, что часто приводят к разрыву мышц и компрессионному перелому позвоночника. Сознание при этом, как правило, сохраняется. Сокращения дыхательных мышц, диафрагмы и мышц гортани могут привести к смерти от асфиксии.

Пресинаптические блокаторы высвобождения ацетилхолина

Самым ярким представителем этой группы является известный многим ботулотоксин – белок анаэробной бактерии, весьма часто встречающейся в быту и прекрасно чувствующей себя, например в консервах. 
Впервые случай массового ботулизма был зафиксирован в Германии в 1793 году из-за некачественной кровяной колбасы. Даже название происходит от латинского botulus, что означает «колбаса». Ботулотоксин изучается специалистами США и имеет шифр XR.
В настоящее время известно 7 разновидностей токсинов, близких по структуре и активности. Вещество проникает в организм через желудочно-кишечный тракт, органы дыхания или раневые поверхности. При последнем варианте он имеет наибольшую токсичность. В пищеварительном тракте токсин не разрушается и, как и в лёгких, всасывается через слизистые, после чего избирательно захватывается нервными окончаниями.
Скрытый период составляет от нескольких часов до суток и более. Наименее продолжительный период при попадании вещества на раневые поверхности. Первые симптомы – общее недомогание, тошнота, рвота, слюнотечение. Через 1–2 сутки нарушается зрение и постепенно развивается паралич поперечно-полосатой мускулатуры.
Процесс начинается с глазодвигательной группы мышц, позже начинается паралич мышц глотки, пищевода, гортани и нёба. Затем присоединяется паралич мимической мускулатуры, жевательных мышц и шеи, верхних конечностей и далее вниз.
Сметь наступает из-за паралича дыхательной мускулатуры и асфиксии на десятые сутки, иногда позже. Помимо того, что сознание полностью сохраняется на протяжении всего периода, еще и не возникает никаких расстройств чувствительности. Летальность составляет от 15 до 30 %, а при несвоевременном оказании помощи – 90 %.

Блокаторы Nа+-ионных каналов возбудимых мембран

Вообще, вещества этой группы нельзя назвать нервно-паралитическими, поскольку блокировка ионных каналов влияет на все типы клеток в организме. Из-за этого в тяжёлых случаях интоксикации сложно понять, что именно в организме является основной целью. Внешние признаки тяжёлого поражения напоминают действие миорелаксантов, которые традиционно относятся к группе нейротоксикантов. И хотя механизм действия токсина иной – их рассматривают в этой группе.
Наиболее изученными представителями являются сакситоксин и тетродотоксин, имеющие одинаковые признаки поражения. Боевое их применение маловероятно, но активно изучалось военными США.
Сакситоксин – одно из наиболее токсичных веществ небелковой природы, выделенное из морского моллюска. Позже оказалось, что в организме моллюска вещество не синтезируется, а попадает туда с одноклеточными существами, которыми моллюск питается. Количество токсина зависит от географии обитания моллюска, времени года и количества съеденных одноклеточных.
Таким образом, съедобные для человека моллюски становятся ядовитыми и вызывают массовые отравления. Например, митилизм – это отравление мидиями, которое при обнаружении требует немедленного прекращения лова моллюсков, а также ракообразных в местах массового размножения планктонных организмов динофлагеллятов.

Многие виды динофлагеллятов способны к биолюминесценции, а быстрое накопление может привести к видимой окраске воды, так называемому цветению.
Токсин – аморфный порошок хорошо растворимый в воде, спирте, метаноле и ацетоне. Вещество не подвержено гидролизу, а смертельная для человека доза составляет 0,004–0,01 мг/кг.

Тетродотоксин обнаружен в тканях большого количества живых существ, среди которых более 70 видов рыб, 3 вида лягушек и моллюски. Наверное, самым известным носителем тетродотоксина является рыба Фугу.

      
Токсин – бесцветный порошок, хорошо растворимый в воде. Дозы более 0,006 мг/кг в течение часа приводят к гибели.
Через неповерждённую кожу вещества не проникают. Внутри организма быстро впитываются слизистой кишечника и так же быстро выводятся из организма с мочой. Методы воздействия на организм до сих пор в полной мере не изучены.
Независимо от способа проникновения в организм через 10–45 минут появляются тошнота, рвота, боли в животе и диарея. Ранними признаками являются онемение рта, губ, языка, дёсен, переходящие на область шеи, покалывание, ощущение жжения конечностей. Далее развивается бледность, беспокойство, общая слабость, онемение конечностей, чувство невесомости тела. Дыхание учащается, становится поверхностным, появляются подёргивания отдельных групп мышц, тремор.
Сознание сохраняется на весь период интоксикации. Смерть наступает через 6–24 часа из-за паралича дыхательной мускулатуры. Если человек выживает, в течение последующих суток наступает практически полная нормализация состояния зачастую без отдалённых последствий.
Тетродотоксин, как и сакситоксин, оказывает избирательное действие на возбудимые мембраны нервов и мышц, нарушая проведение нервных импульсов. Исчерпывающих данных о причинах развивающихся эффектов нет.

Вывод

В классификации боевых отравляющих веществ, помимо смертельных и несмертельных, также нашлось место пестицидам и диверсионным ядам. 

Учитывая тот факт, что большинству отравляющих веществ нервно-паралитического действия сложно проникать внутрь через кожу, наиболее удобным методом доставки можно считать аэрозоль, капельный – через раневую поверхность, например, при использовании в фугасных зарядах, и путь, ведущий через желудочно-кишечный тракт.
Именно последний вариант, то есть заражение еды и воды, а кроме того, обмундирования и предметов снабжения, хорошо подходит для диверсионных и террористических групп. Поскольку больших дозировок не требуется, вещества из нервно-паралитической группы окажутся эффективными.
Не хочу давать оценку текущей миграционной политике, но водозаборы и очистные сооружения являются не менее критической инфраструктурой, чем электростанции, и требуют еще более ответственной охраны.
Следующие статьи будут посвящены веществам кожно-нарывной группы, которые кардинально отличаются от уже описанной.

                                                                                                    Автор:  Картамышев Валерий