什麽是沙林神經毒氣
神經毒氣是壹種能使自主神經系統(Autonomic Nervous System, ANS)的交感神經與副交感神經立即失去平衡的毒氣。早期這些神經毒劑是配合有機磷應用於殺蟲劑而發展出來的。在二次大戰末期,德國的Shrader及大不列顛的Saunders做了許多有關這方面的研究,因此這系列神經毒劑又名「G系毒劑」。它的毒性極為劇烈,為目前已知對人類致命性最強的神經毒劑。現有常見的神經毒劑***有「泰崩」(Tabun)、「沙林」、「索曼」(Soman)、VX及二元性神經毒劑五種,如圖壹所示。
沙林的理化性質及生理作用
沙林的物理性質:
無色液體,具有水果香味,沸點為15l℃,可溶於有機溶劑中。
化學性質:
l.易與堿作用,其水解產物:CH3(iPrO)P(O)OH並無毒性,且其水解速率隨堿性度而改變。
2.對金屬或鋼鐵微起腐蝕作用。
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,註壹)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、惡心以及嘔吐等癥狀。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。
沙林的制程及有機磷的毒性
如圖二所示,沙林可由甲基二氯化膦(methylphosphoric dichloride)與異丙醇(isopropyl alcohol),進行酯化反應,產生甲基磷酸異而二酯,之後再與氟化氫(HF)反應產生沙林(甲基氟膦酸異丙酯)。這壹類的有機磷化合物,隨著接在磷上取代基稍微改變就可以決定此有機磷是否有毒性,見表壹。
由研究顯示,壹般在磷上,如果同時接上異丙基(isopropyl)與氟(fluorine),那麼其毒性將比較強;而若接其他烷氧化合物則毒性較低;若改變為其他官能基也能降低毒性,甚至無毒性,如圖三所示。壹般而言,膦酸鹽化合物(phosphonate)的毒性,通常較磷酸鹽化合物(phosphate)為強,見表二。
沙林在體內的生化機制
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,提供研究人員壹個線索而發現「醯基化酵素」(acyl enzyme)的化學結構,我們以DFP(Diisopropyl phosphorofluoridate)為模型來解釋這個過程。體內的壹些水解(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,乙醯膽堿(Acetylcholine,Ach)水解成膽堿;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。
乙醯膽堿是神經傳導物質(Neurotransmitter)的壹種,傳遞訊息的神經末梢都內含有乙醯膽堿的小泡。當神經脈沖(Nerve impulse)要在神經元之間傳遞時,小泡就會釋出乙醯膽堿,乙醯膽堿再越過突觸(synapse)與受體結合,刺激更進壹步的生化過程;或是Ach與乙醯膽堿酯(acetyl cholinesterase)結合,進行水解反應,形成膽堿(choline)以利回收、重新合成Ach,見圖六所示。而這壹步水解反應相當快,以確保此神經刺激反應非常短。但如果乙醯膽堿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堿結合),則乙醯膽堿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堿的刺激而無法水解釋回膽堿,如此壹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壹些解毒劑如阿托品(atropine,圖七)等來解除乙醯膽堿與受體之作用,就可避免死亡。
沙林毒劑的解毒劑
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,可註射阿托品(註二)來減輕癥狀,以確保免於死亡。
至於活化乙醯膽堿酯之解毒劑方面而言,當乙醯膽堿酯被沙林抑制之後,基本上我們可以利用更強的親核試劑,如羥胺(NH2OH, hydroxylamine),把接在乙醯膽堿酯上的含膦化合物移開,使得此可以再活化,進行乙醯膽堿的水解反應,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(pyridine aldoximemethiodide)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,見國九。這三種解毒劑都含有R2NOH之親核基,而且每壹種解毒劑對不同神經毒劑之解毒效果略有不同。