Тихая смерть: газы нервно - паралитического действия и инсектициды

Работы с газами нервно - паралитического действия начались перед второй мировой войной. В 1934 г. в химическом концерне "ИГ Фарбен" была начата разработка нового средства для борьбы с насекомыми (инсектицида). Синтезированный органический эфир фосфорной кислоты оказался эффективным ингибитором ферментов не только нервной системы насекомых, но также млекопитающих и человека. Нервные клетки отделены друг от друга, а также от соответствующих мышечных волокон и других клеток крошечный щелью - размером всего лишь 20-10^-6 миллиметров. Эта щель, однако, достаточно широка, чтобы воспрепятствовать передаче нервных импульсов. Для передачи нервного импульса необходимы медиаторы (передатчики нервных импульсов), которые пересекают щель и передают возбуждение соседним с ними нервным или мышечным клеткам. Особенно важным передатчиком нервных импульсов является ацетилхолин. Он высвобождается при передаче нервного импульса, пересекает щель и в случае мышечных клеток вызывает их сокращение. После этого ацетилхолин сразу же разрушается ацетилхолинэстеразой на поверхности прилегающих нервных или мышечных клеток. При передаче нервных импульсов со скоростью 1000 импульсов в секунду каждый фермент должен успеть, естественно, с такой же ошеломляющей скоростью в промежутках между отдельными импульсами расщепить сами медиаторы. Действительно, максимальная скорость расщепления ацетилхолина ацетилхолинэстеразой достигает 25000 молекул в секунду на одну молекулу фермента. При ингибировании ацетилхолинэстеразы определенными веществами ацетилхолин не может расщепляться, мышечные клетки остаются в состоянии сокращения, а нервные клетки-в состоянии возбуждения. Однако последующие нервные импульсы продолжают высвобождать ацетилхолин, в результате чего наступают смертельные судороги и паралич.

Рис. 11. Газы нервно - паралитического действия и инсектициды как конкурентные ингибиторы ацетилхолинэстеразы. Вверху слева - передача возбуждения от одной нервной клетки к другой нервной или мышечной клеткам с помощью ацетилхолина в качестве нейропередатчика (нейротрансмиттера, нейро медиатора). Вверху справа - связывание и гидролиз истинного субстрата (ацетилхолина) ацетилхолинэстеразой. Внизу - принцип действия бинарного оружия. После запуска снаряда происходит соединение двух относительно безопасных веществ в фосфорорганическое соединение (зарин), которое прочно связывается в активном центре ацетилхолинэстеразы и подавляет фермент, что смертельно для человека

В активном центре ацетилхолин слабо связывается с гидроксильной группой - ОН фермента, атакуется и гидролитически (т. е. с участием воды) расщепляется. Органические эфиры фосфорной кислоты конкурируют с истинным субстратом за активный центр благодаря сходству их химической и пространственной структур. Атом фосфора органических эфиров фосфорной кислоты образует с гидроксильной группой в активном центре такую прочную связь, что гидроксильная группа может атаковать связанный ингибитор. Тем самым блокируется активный центр, фермент ингибируется, ингибитор не гидролизуется (см. рис. 11, внизу).

Во время второй мировой войны нацисты быстро оценили возможности применения фосфорорганических соединений в военных целях. В 1936 г. по заданию фашистского руководства было разработано отравляющее вещество табун, в 1938 г.- еще более сильнодействующее отравляющее вещество-зарин и в 1944 г.- зоман. Очевидно, лишь страх перед возможными ответными мерами держав антигитлеровской коалиции удержал фашистов от использования этого дьявольского "чудодейственного" оружия. Однако опыты с табуном проводились на беззащитных узниках концентрационных лагерей. Они пережили все стадии мучительной смерти: тошноту, рвоту, сужение зрачков, слюнотечение, потоотделение, снижение зрения вплоть до наступления слепоты, судороги в нижней части живота, расстройство кишечника, галлюцинации и состояние страха, удушье и, наконец, резкое замедление дыхания и сердечной деятельности, ведущее к смерти.

Однако исследования по созданию газов нервно - паралитического действия продолжаются. По расчетам Шведского института проблем мира (SIPRI) 0,4 мг газа VX являются смертельной дозой для человека, т.е. этот газ, пожалуй, наиболее эффективное химическое боевое отравляющее вещество (БОВ) всех времен. Достаточно вдохнуть 1 мг легколетучего газа зарина (без запаха), чтобы наступила смерть. А 1 л зарина (к тому же очень дешевого вещества) теоретически достаточно для того, чтобы убить 1 млн. человек.

В последнее время вновь форсируется гонка вооружений в области химического оружия. Разрабатываются в первую очередь бинарные БОВ. Это обосновывается следующим образом: два относительно малоядовитых компонента соединяются в собственно газ нервно - паралитического действия лишь в снаряде, после того, как произведен выстрел по противнику. Это упрощает производство, транспортировку и хранение БОВ, делает их более "практичными" и безопасными для потребителя. Какой зловещий замысел!

Эксперты высказывают опасения, что разработка бинарных видов химического оружия сделает невозможным международный контроль за его производством, поскольку используемые при этом исходные вещества могут применяться и в гражданских отраслях промышленности. Таким образом, невозможно установить, для каких целей ведется производство. При этом легче скрыть подготовку химической войны и бесконтрольное распространение химического оружия. В этих условиях и небольшие государства могут наращивать свой потенциал химического оружия, поскольку для этого больше не требуется создания специальных отраслей промышленности по производству БОВ, связанных с высокими расходами на технику безопасности.

Наряду с созданием БОВ продолжались, однако, и исследования ингибиторов ацетилхолинэстеразы - задача, которая первоначально планировалась для блага человечества. Ведь во многих развивающихся странах насекомые и грызуны уничтожают до 80% урожая. Болезни, в том числе и смертельно опасные, которые распространяются насекомыми, по-прежнему составляют одно из главных бедствий человечества. Поэтому применение инсектицидов целесообразно, несмотря на их побочные неблагоприятные воздействия на здоровье людей и окружающую среду. В настоящее время используется более 50 различных фосфорорганических инсектицидов. Эффективный инсектицид должен как можно быстрее превращаться насекомыми в "ядовитую форму", напротив более высокоорганизованные живые существа должны его быстро обезвреживать. При использовании паратиона (Е 605), например, под действием оксидаз насекомых происходит замена связанного с фосфором атома серы на кислород, и только после этого паратион становится ядовитым. В организме же млекопитающих это вещество, напротив, быстро расщепляется и тем самым обезвреживается. Дихлофос настолько безопасен для теплокровных животных, что его в форме драже используют как противоглистное средство для свиней. Известно также его применение в так называемых липучках, мухоморах для уничтожения комнатных мух. В остальных же случаях, конечно, при использовании инсектицидов всегда надо применять специальные защитные меры.

Точное знание строения активного центра ацетилхолинэстеразы позволило получить "по заказу" лекарственное средство-противоядие при отравлениях инсектицидами и БОВ. Так, слабый ингибитор пиридинальдоксинметилиодид сначала вытесняет сильные ингибиторы из активного центра ацетилхолинэстеразы, а затем его вытесняет истинный субстрат фермента - ацетилхолин. При этом фермент вновь становится функционально активным. Это блестящий пример того, какое большое значение имеют фундаментальные исследования в области энзимологии, кажущиеся сначала "бесполезными" для практики.