Paralityczno-drgawkowe środki trujące zostały odkryte przez zespół chemików niemiec-kich pracujących pod kierunkiem G. Schradera, w latach poprzedzających II wojnę świa-tową. W czasie badań fosforoorganicznych związków chemicznych insektycydów ustalili oni, że niektóre substancje chemiczne z tej grupy, mają niezwykle wysoką toksyczność w stosunku do organizmów ciepłokrwistych40. W 1934 r. Gerhard Schrader, z niemiec-kiej firmy IG Farben, zajmował się siarką i fluorem w celu otrzymania tańszych i lep-szych pestycydów, ale dodatkowo postanowił zająć się fosforem, substancją mającą pew-ne właściwości podobpew-ne do siarki, o której było wiadomo, że jest toksyczna. W wyniku tego powstały środki paralityczno-drgawkowe szeregu G od „German” – „tabun”, „sarin” i „soman”, jakie według oznaczeń amerykańskich i NATO mają symbole odpowiednio GA, GB i GD. Podczas II wojny światowej naukowcy brytyjscy poszukiwali konfiguracji wymienionych poniżej pierwiastków przydatnych do użycia jako bojowe środki trują-ce. Wybitnym brytyjskim badaczem środków paralityczno-drgawkowych był Bernard Saunders, który często badał na sobie działanie tych substancji, wykonując kontrolowa-ne, ale ryzykowne doświadczenia. Saunders odkrył, że inny związek, diizopropylo-flu-orofosforan41 (DFP), chociaż nawet w przybliżeniu nie tak toksyczny jak środki szeregu G, tworzył trwałe mieszaniny z iperytem, które zachowywały postać cieczy w znacznie niższych temperaturach niż składniki mieszaniny. Tak otrzymano broń, która nie tylko zawierała środek paralityczno-drgawkowy (DFP), ale w pewnym układzie synergicznym mogła zwiększać efektywność środka parzącego w warunkach zimowych.
Związkami podobnymi do związków szeregu G, ale o silniejszych właściwościach uśmiercających, są trucizny szeregu V: VE, VG, VM i VJ (znany też jako VS). Odkrył je
na-39 C. Hederer, M. Istin, L’Arme Chimique et ses Blessures, Paris 1935.
40 G. Schrader, Die Entwicklung neuer Insektizide auf der Grundlage organische Fluor und
Phosphorverbidungen, Weinheim 1952.
ukowiec szwedzki, a scharakteryzował w latach pięćdziesiątych ub. wieku chemik brytyjski (Ranajit Ghosh). Te środki trujące są bardziej toksyczne i trwalsze niż środki szeregu G. Ponieważ środki szeregu V odparowują znacznie wolniej niż środki szereg G, są one mniej niebezpieczne w postaci pary, ale znacznie bardziej niebezpieczne w postaci cieczy, w kon-takcie ze skórą. Co więcej, ich duża trwałość oznacza, że mogą być używane do skażania dróg i powierzchni terenu w celu utrudnienia dostępu do niego w ciągu dni lub tygodni.
Środki paralityczno-drgawkowe (toksyczne związki fosforoorganiczne) – tabun (GA), sarin (GB), soman (GO) i VX – powodują efekty toksyczne w wyniku wdychania lub kontaktu ze skórą. Są to środki chemiczne, tzw. drugiej generacji, bardzo podobne do związków fosforoorganicznych stosowanych w rolnictwie. Środki paralityczno-drgaw-kowe działają paraliżująco na mięśnie oddechowe, co powoduje śmierć w czasie krót-szym niż kilka minut. W istocie ich szkodliwe działanie jest natychmiastowe. Trucizny te różnią się między sobą trwałością. Takie związki jak sarin, stwarzają tylko krótkotrwa-łe niebezpieczeństwo przy wdychaniu (rzędy kilku lub kilkunastu godzin), natomiast trwalsze środki, takie jak VX, mogą być niebezpieczne jeszcze przez wiele dni lub nawet tygodni po skażeniu terenu. Tabun, sarin i VX oraz inne środki trujące z tej grupy – DFP i soman mają podobne właściwości fizyczne (tab. 3).
Tabela 3. Właściwości fizyczne paralityczno-drgawkowych środków trujących
Nazwa i szyfr używany w NATO Masa czą- steczko-wa Stan skupie-nia i za-pach Tempe-ratura topnie-nia [K] Tempe-ratura wrzenia [K] Gęstość w temp. 293 K [g/ cm3] Barwa Rozpuszczal-ność Tabun GA 162 Ciecz o słabym zapachu owoco-wym 241 (-32oC) 510 (237oC) z rozkła-dem 1,082 Bezbarw-ny, tech-niczny – brunatny W wodzie ograni-czona (od 2% do 12%), w rozpusz-czalnikach orga-nicznych dobra Sarin GB 140 Ciecz bezwon-na 236 (-37oC) 420 (147oC) z rozkła-dem
1,094 Bezbarwny Dobrze w wodzie i rozpuszczalni-kach organicznych. Pełza po szkle DFP 184,15 Ciecz bezwon-na 191 (-82oC) 456 (183oC) z rozkła-dem 1,061 Bez-barwny, techniczny – żółty W wodzie – 1,5%. Dobrze w roz-puszczalnikach organicznych
Soman GD 182,18 Ciecz o słabym zapachu kamfory 193–203 (-70– 80oC) 440 (167oC) z rozkła-dem
1,013 Bezbarwny Jak wyżej
VX me- tylofosfo-nian 260 Ciecz bezwon-na Poni-żej 243 (-30oC) 573 (300oC) 1,02 Bezbarwny W wodzie 1–5%
Źródło: M. Krauze, I. Nowak, Broń chemiczna, Warszawa 1984
Wszystkie wymienione środki trujące należą do grupy związków fosforoorganicz-nych i są bezbarwnymi lub żółtobrunatnymi cieczami o niskich temperaturach topnienia i wysokich temperaturach wrzenia. Mogą w związku z tym być stosowane w każdych warunkach klimatycznych. Maksymalne stężenie par poszczególnych środków trujących jest zróżnicowane. Zwraca uwagę wysokie maksymalne stężenie par sarinu i stosunkowo niewielkie środka trującego VX. Rozpuszczalność w wodzie omawianych środków tru-jących jest niewielka, z wyjątkiem sarinu. Środki fosforoorganiczne mogą więc skażać wodę na stosunkowo długi czas.
Właściwości chemiczne omawianych związków są również podobne, z wyjątkiem VX. Wynika to z tego, że wszystkie one mają charakterystyczną budowę i zawierają w swej cząsteczce podstawniki chlorowcowe (najczęściej fluor) lub pseudochlorow-cowe (grupa cyjanowa) o dużej ruchliwości. Wymienione związki chemiczne łatwo hydrolizują, szczególnie przy działaniu na nie roztworów alkalicznych. Właściwość ta jest wykorzystywana w procesach odkażania. Fluor lub grupa cyjanowa mogą być łatwo zastępowane innymi podstawnikami, przy czym w rezultacie reakcji chemicz-nych powstają na ogół związki nietoksyczne. Środek trujący VX jest znacznie trwalszy chemicznie w porównaniu z tabunem, sarinem czy somanem. Tym niemniej reaguje on z odkażalnikami zawierającymi w swej cząsteczce tzw. czynny chlor, np. z pod-chlorynem wapnia. Reakcja ta jest wykorzystywana do odkażania powierzchni skażo-nych VX. Wszystkie fosforoorganiczne środki trujące są niezwykle toksyczne dla ludzi i świata zwierzęcego (tab. 4).
Tabela 4. Właściwości toksyczne paralityczno-drgawkowych środków trujących
Nazwa środka trującego LD50 [mg/osobę] LC50 [mg min m-3]
Tabun 1000 400
Sarin 1500–1700 70–100
Soman 100 50
VX 15(6) 35–45
LD50 – średnia dawka śmiertelna oddziałująca na ofiarę poprzez skórę lub przewód pokarmowy (zgon 50% skażonych)
LC50 – średnia dawka śmiertelna oddziaływująca poprzez drogi oddechowe (zgon 50% skażonych) Źródło: M. Krauze, I. Nowak, Broń chemiczna, Warszawa 1984
Właściwości toksyczne paralityczno-drgawkowych środków trujących są zróżnicowane – sarin jest kilka razy bardziej toksyczny od tabunu, z kolei soman charakteryzuje się większą toksycznością w porównaniu z sarinem. Związkiem chemicznym o największej toksycz-ności, a więc najgroźniejszym, jest VX. Omawiane środki trujące, działając w postaci par i aerozoli, przenikają do organizmu przez drogi oddechowe i śluzówki, a niektóre (soman, VX) również przez skórę. Po przedostaniu się do krwioobiegu, w zależności od struktury cząsteczki, wolniej lub szybciej przenikają przez barierę krew-mózg, powodując w całym organizmie unieczynnienie enzymów z grupy hydrolaz. Zjawisko to występuje zarówno w obwodowym jak i ośrodkowym układzie nerwowym. W zależności od dróg przenikania, wielkości dawki i czasu ekspozycji, okres utajenia może być bardzo krótki i wówczas już w chwilę po zatruciu występują pierwsze objawy porażenia (tak jest przy zatruciu tabunem, sarinem lub somanem) lub przedłużony (przy zatruciu VX). Najbardziej brzemienne skut-ki ma atak związków fosforoorganicznych na acetylocholinę i cholinoesterazę – substancje, których fizjologiczna rola jest podstawą prawidłowego funkcjonowania ośrodkowego i ob-wodowego układów nerwowych42. Stwierdzono, że przy zatruciu następuje bardzo szybkie unieczynnienie cholinoesterazy. W związku z tym tę grupę związków fosforoorganicznych nazywa się „nieodwracalnymi inhibitorami cholinoesteraz”. Ta właściwość związków fos-foroorganicznych oraz objawy zatrucia dały powód do nazywania ich „gazami nerwów”. Aby lepiej zrozumieć biochemiczny mechanizm ataku tych środków, należy przypomnieć, że acetylocholinoesterazy występujące przede wszystkim na otoczkach krwinek czerwo-nych oraz w środkowym i obwodowym systemie nerwowym, spełniają zarówno w jednym jak i drugim układzie funkcję regulującą rozkład acetylocholiny na cholinę i kwas octowy. Proces ten pełni fundamentalną rolę w regulacji różnego rodzaju zjawisk i procesów: zwę-żenie źrenic, rytm serca, zwęzwę-żenie światła oskrzeli, skurcz jelit, nietrzymanie moczu oraz skurcze mięśni ruchowych i oddechowych. Jeżeli do organizmu przedostanie się związek fosforoorganiczny, to atakuje on acetylocholinoesterazę i łącząc się z tym enzymem powo-duje przeważnie długotrwały zanik jego funkcji fizjologicznej.
Trzeba też wspomnieć, że związki fosforoorganiczne, przechodząc przez barierę krew-mózg, mogą wywołać szkodliwe unieczynnienie acetylocholinoesterazy w bar-dzo ważnych strukturach mózgu, np. ośrodkach kierujących procesami oddechowymi.
Zauważono, że wielokrotnie subtoksyczne ekspozycje mogą prowadzić do powstania przewlekłego zatrucia, które ma niecharakterystyczne objawy. Mogą one być rozpoznane po przeprowadzeniu precyzyjnych badań neurofizjologicznych. Czasami przy kilku krót-kotrwałych ekspozycjach obserwuje się wystąpienie ostrego zatrucia, które jest rezulta-tem zjawiska kumulacji, to jest sumowania się dawek. Zauważono, że czasami bardzo wyraźnie występuje tzw. kumulacja krzyżowa. Dzieje się to wówczas, gdy po ekspozy-cji jednym związkiem fosforoorganicznym następuje zetknięcie się organizmu z innymi związkami fosforoorganicznymi. Dochodzi wtedy do niezwykle wysokiego wzmożenia stopnia toksyczności działających trucizn.
W zatruciu związkami fosforoorganicznymi rozróżnia się stopień lekki i ciężki43. Lekkie zatrucie przebiega początkowo w okresie utajenia. Następnie pojawia się zwęże-nie źrenic do wielkości główki szpilki i zwęże-nie reagują one na światło. Wywołuje to ślepo-tę zmierzchową. Zatruciu towarzyszy równocześnie narastająca duszność oraz uczucie strachu i niepokoju. Niekiedy występuje bezsenność. Często stwierdza się zaburzenia wydzielania gruczołów: ślinotok, nudności, wymioty. Zaznacza się zwolnienie tętna, zmiany zapisu EKG oraz zaburzenia ciśnienia krwi, prowadzące często do zapaści. Nie-kiedy występują bóle w nadbrzuszu oraz bolesne skurcze jelit. Objawy lekkiego zatrucia utrzymują się od kilku do kilkunastu dni, w zależności od wielkości pochłoniętej dawki i rodzaju środka trującego. Duży wpływ na stan porażonego ma to, czy zastosowano leki antagonistyczne lub odtrutki, czy też nie.
Ciężkie zatrucie występuje przy odpowiednich parametrach dawek i ekspozycji. Wyróżnia się ono znacznie krótszym okresem utajenia i bardzo szybko narastającymi objawami. Obok zwężenia źrenic, duszności, ślinotoku i zwiększonej wydzieliny z drze-wa oskrzelowego, pojawia się narastająca sinica oraz drgawki kloniczno-toniczne (stąd wywodzi się nazwa: środki paralityczno-drgawkowe), przypominające tężec lub padacz-kę. Równocześnie występują poważne zaburzenia krążenia oraz pracy serca, aż do mi-gotania komór włącznie. W obrębie układu pokarmowego stwierdza się bolesne skurcze jelit oraz samorzutne oddawanie kału i moczu. Równocześnie pojawiają się zaburze-nia ośrodkowego układu nerwowego: zaburzezaburze-nia statyki, zmysłów oraz psychiki. Może wystąpić osłabienie samoistnego oddechu, które przy dłuższym trwaniu prowadzi do niedotlenienia mózgu oraz porażenia ośrodka nerwowego. W dalszych fazach ciężkie-go zatrucia występuje z reguły utrata przytomności. Śmierć jest wywołana porażeniem ośrodka oddechowego i naczyniowo-ruchowego, ale nawet w ciężkim zatruciu, przy za-trzymaniu oddechu, serce pracuje jeszcze przez jakiś czas, co daje pewną szansę ratunku, jeśli zastosowana zostanie szybka i intensywna pomoc lekarska.
Wielokierunkowy atak związków fosforoorganicznych na różne narządy organizmu ludzkiego koncentruje się jednak przede wszystkim na układzie oddechowym. Na jego obwodzie związki fosforoorganiczne pogarszają wentylację płuc przez nagromadzenie
się dużej ilości wydzieliny w drzewie oskrzelowym, przy równoczesnym, narastającym skurczu mięśni gładkich. Sprawia to, że zarówno wdech, jak i wydech są poważnie utrud-nione W dalszych fazach zatrucia obserwuje się narastające porażenie mięśni oddecho-wych, co prowadzi w końcu do bezdechu. Narastający głód tlenowy wybitnie źle odbija się na pracy ośrodka oddechowego. Jego funkcje mogą być również bezpośrednio zaha-mowane przez związki fosforoorganiczne, co prowadzi do bardzo szybkiego porażenia całego układu oddechowego.
Przed porażeniem fosforoorganicznymi środkami trującymi zabezpieczają odzież ochronna i maska przeciwgazowa. Ważną rolę w procesie przeciwdziałania zatruciom spełniają odtrutki. Przy ostrych zatruciach fosforoorganicznymi środkami trującymi używany jest siarczan lub winian atropiny jako najlepszy związek antagonistyczny, usu-wający bardzo szybko objawy zatrucia. Stosowane są też tzw. reaktywatory – substan-cje przywracające czynności fizjologiczne acetylocholinoesterazy w wyniku połączenia się leków z truciznami fosforoorganicznymi. Substancjami takimi są przede wszystkim niektóre oksymy, takie jak 2-PAM czy toksogonina. Nie wszystkie jednak reaktywatory wykazują wystarczającą skuteczność w stosunku do znanych fosforoorganicznych związ-ków trujących. Najtrudniej leczy się zatrucia somanem.
Na zakończenie niniejszego podrozdziału należy podkreślić jak śmiercionośną bro-nią są środki paralityczno-drgawkowe. Aby sobie to uświadomić należy uwzględnić, że 10–15 mg VX – mniej niż kropla – w kontakcie z niechronioną skórą może zabić czło-wieka o średniej masie ciała, jeżeli nie będzie on poddany leczeniu44.