Molekuła Miesiąca – gdy sarin się nie umywa

źródło: flickr; Murray Williams (CC BY-NC-SA 2.0)
źródło: flickr; Murray Williams (CC BY-NC-SA 2.0)

Ostatnimi czasy w Molekule Miesiąca królowała tematyka leczniczo-pozytywna: mieliśmy leki, afrodyzjaki, odchudzające hormony i zapobiegające starzeniu wino. Ponieważ jednak nastroje w narodzie są burzliwe (o ACTA już więcej nie piszę, żeby z siebie jeszcze bardziej idioty nie robić, ale Anonymous – jak również gówniarzy obrzucających cegłami urzędy – wciąż potępiam), postanowiłem na garaż wrzucić cząsteczkę odpowiednią do tychże nastrojów.

Dzisiaj zatem słów kilka o ojcu (nie historycznie, ale potencjałowo) wszystkich paraliżujących gazów bojowych: o gazie VX, o którym główny bohater filmu Twierdza, grany przez Nicolasa Cage’a, powiedział, że jest to jedna z tych rzeczy, które chcielibyśmy „odwynaleźć”.

Gazy bojowe paralityczno-drgawkowe (z ang. nerve agents) odkryte zostały – jak wiele innych mniej lub bardziej przydatnych związków – przypadkowo. W latach 30. XX wieku poszukujący dla niemieckiego koncernu IG Farben nowego insektycydu Gerhard Schrader odkrył związek z niezwykle potentnej rodziny związków fosfoorganicznych. Wkrótce na własnej skórze zapoznał się z efektami ubocznymi, które substancja ta wywołuje u ludzi, gdy rozchlapał niewielką jego odrobinę w laboratorium. Zarówno Schrader jak i jego asystent zostali wystawieni na działanie tabunu – morderczego gazu, który jest zasadniczo zakany przez Konwencję o Zakazie Broni Chemicznej z 1993 roku, niemniej wraz z iperytem był stosowany przez irakijczyków w wojnie iracko-irańskiej w 1988 roku. Wracając jednak do niemieckich badaczy – mimo niezwykle małej ilości rozlanego związku powrót do zdrowia zajął im obu niemal miesiąc. Nic więc dziwnego, że gdy ledwie półtora roku później wybuchła II Wojna Światowa, niemiecka armia bardzo się tym odkryciem zainteresowała. Jeszcze przed wojną jednak grupa badawcza Schradera odkryła kolejny z tzw. serii G gazów bojowych – sarin, nazwany od nazwisk odkrywców (Schradera, Ambrose’a, Rudigera i van der LINdego; nawiasem mówiąc paskudny sposób na zapisanie się w annałach historii). Paradoksalnie jednak, pomimo posiadania tak potężenej broni, Niemcy nie zdecydowali się tych gazów użyć w walce z Aliantami. Co ich powstrzymało, nie wiem, bo raczej przecież nie sumienie. W każdym razie wojna z 1988 oraz atak terrorystyczny w tokijskim metrze w połowie lat 90. przeprowadzoy przez sektę Aum-Najwyższa Prawda pozostają jedynymi potwierdzonymi użyciami sarinu na większą skalę.

Cząsteczka gazu VX, nazwę systematyczną aż boję się przytoczyć. /źródło: wiki (domena publiczna)

Badania nad związkami tego typu prowadzono w dalej w latach 40. i 50. Wówczas to dr Ranajit Ghosh z brytyjskiej firmy Imperial Chemical Industries (obecnie AkzoNobel) odkrył kolejną rodzinę związków fosfoorganicznych będących znakomitymi pestycydami. Tak narodziła się nowa, ulepszona seria gazów bojowych, tzw. gazy V. Gazy V od gazów G są znacznie bardziej toksyczne, a dodatkowo trudniej ulegają degradacji oraz ciężej jest je zmyć. W serii V jest conajmniej 5 gazów (o których wiemy): X, E, G, M i R. VX jest jednym z bardziej toksycznych w tej serii oraz z całą pewnością najlepiej przebadanym.

Powiedzmy więc wreszcie słów kilka o tym zabójczym związku. Uzyskać go można w procesie transestryfikacji, w skrócie przedstawionym poniżej. Nie wątpię, że na potrzeby chemików organików prędzej czy później z detalami opisze ten proces Marcin (a nawet jeśli nie, to pewnie i lepiej – nie potrzeba nam domorosłych specjalistów pichcących w kuchni broń chemiczną!).

Skrócony zapis procesu syntezy gazu VX. Dzieci, nie próbujcie tego w domu! /źródło: wiki (domena publiczna)

Aby wyjaśnić, jak działa gaz VX (tudzież i pozostałe gazy G i V), musimy tutaj odbyć błyskawiczny dwuzdaniowy kurs na temat przewodnictwa impulsów nerwowych (i tych, którzy wiedzą, o czym bajdurzę, proszę o wyrozumiałość). Sygnał nerwowy w naszych organizmach przekazywany jest w postaci impulsów elektrycznych biegnących po powierzchni komórek nerwowych. Pewną barierą w przekazywaniu tego sygnału są przeskoki pomiędzy poszczególnymi komórkami. Te interfejsy pomiędzy dwoma komórkami (niekoniecznie nerwowymi, ale najczęściej tak) nazywamy synapsami. Tych ostatnich są zasadniczo dwa rodzaje: elektryczne, które nas tutaj nie interesują, oraz chemiczne, które interesują nas bardzo.

Synapsa chemiczna. /źródło: wiki (domena publiczna)

Na rycinie obok możecie zobaczyć bardzo, bardzo ogólny schemat synapsy chemicznej. Gdy sygnał elektryczny dociera do końca komórki, wywołuje on w tymże zakończeniu całą kaskadę reakcji chemicznych prowadzących do uwolnienia z małych pęcherzyków znajdujących się tuż przy błonie komórkowej synapsy związków nazywanych neurotransmiterami (neuroprzekaźnikami). W procesie tym, alby nie uwolnić tych przekaźników do wnętrza komórki, pęcherzyki zlewają się z błoną komórkową neuronów i wypuszczają te związki na zewnątrz, w przestrzeń międzykomórkową. Rodzajów neuroprzekaźników jest na pęczki. Do tych bardziej znanych, o których zapewne gdzieś tam słyszeliście, należą na przykład endorfiny, melatonina, dopadmina, ale też i podtlenek azotu (ten od seksownej chemii). I wreszcie acetylocholina – neuroprzekaźnik kluczowy dla toksycznego działania gazu VX. Uwolniony do przestrzeni synapsy przekaźnik przemieszcza się siłami natury (czyli poprzez dyfuzję) w poprzek tejże synapsy, aż dociera do błony komórkowej drugiego neurona, która to błona usiana jest receptorami rozpoznającymi ten związek. Gdy przekaźnik łączy się z receptorem, wywołuje elektryczne pobudzenie błony, które jest przekazywane dalej, do kolejnej synapsy i kolejnej komórki i tak aż do mózgu.

I tu właśnie do akcji wkraca gaz VX. Wiąże się on kowalencyjnie (czyli bardzo, bardzo trwale) do tegoż enzymu metabolizującego acetylocholinę. Powoduje to ciągłe pobudzanie komórek post-synaptycznych prowadzące do czegoś, co możnaby nazwać zmęczeniem neuronu. No a dodatkowo, oczywiście, komórka pre-synaptyczna nie odzyskuje choliny, więc prędzej czy później wyczerpuje kompletnie jej rezerwy. Te biochemiczne zjawiska prowadzą do bardzo niemiłych objawów na poziomie fizjologicznym. Jednym z podstawowych jest ataksja – czyli utrata kontroli nad mięśniami. Problemy z mową są konsekwencją ataksji. Konwulsje, utrata odruchów to kolejne, ostatnim zaś jest oczywiście bardzo nieprzyjemna śmierć, najczęściej przez uduszenie.

Trwałość tego związku oznacza, że do zatrucia może dojść w miejscu, w które rozpylenie gazu widziało sto lat temu (gdyby sto lat temu istniał, oczywiście). To jest zapewne bardzo dobry powód do tego, aby nie używać gazu VX jako broni chemicznej – miejsce ataku pozostałoby przez lata niezdatne do zamieszkania. Nie wspominając o jądrowym odwecie w przypadku niektórych światowych potęg (bo też i ciężko przewidzieć, jakby zareagowały na coś tak groźnego).

O ile dawka przyjętego VX nie jest horrendalnie wysoka, istnieją pewne szanse na odratowanie. Podawać można jako antidotum pralidoksynę, która usuwa grupę fosforanową z zablokowanego enzymu. Pomaga też szybkie zmycie VX ze skóry, jeśli po nim następuje natychmiastowa hospitalizacja. Jednak paradoksalnie najbardziej skuteczną (zwłaszcza, gdyby trzeba jej było użyć na masową skalę) odtrutką przeciw VX jest atropina, czyli inny związek, który jest silną paraliżującą trucizną. Wielu z nas zna atropinę z wizyt u okulisty, gdzie podawana jest w celu poszerzenia źrenic np. przy badaniu dna oka. Działanie atropiny jest jednak odwrotne do VX – wiąże się ona do receptorów acetylocholiny, blokując przekazywanie sygnałów nerwowych. W przypadku przedawkowania także prowadzi do śmierci, jednak przy zatruciu vX jej podawanie w umiarkowanych dozach może ocalić Wam życie.

Jest to kolejny przykład ratowania życiu po zatruciu przez podawanie innej trucizny. Innym bliższym naszym polskim sercom przykładem jest ratowanie zatrucia metanolem poprzez podawanie etanolu. Z tym także jednak nie należy przesadzać (a o tym, dlaczego tak, a nie inaczej – może innym razem).

17 Comments

    1. Poszukiwania nowych pestycydów. Ale jak doszli do tego, że związki fosfoorganiczne byłyby do tego dobre – nie mam pojęcia.

      Na marginesie, BBC chyba czyta mi w myślach, bo wczoraj pokazywali Twierdzę. Jednak mam wrażenie, że autorzy tego dzieła mocno przesadzili z objawami zatrucia gazem VX (niewątpliwie na potrzeby kinematografii) – w filmie topi on skórę ofiar, zanim zacznie działać na układ nerwowy. Gdyby te związki były tak koszmarnie groźne nie używalibyśmy chyba ich pochodnych jako pestycydów?

      Lubię

  1. Nie śmiej się z tego etanolu, bo ostatnio nasz Pacjent na Oddziale sam przypadkiem uratował sobie życie- zapijał płyn borygo wódką i tylko dzięki temu chyba jego wątroba i nerki dostały jeszcze jedną szansę- wyszedł na własnych nogach ze szpitala.

    Poza tym nie lubię jak o lekach pisze się trucizna- zapomniałeś o innym medycznym zastosowaniu Atropiny- jest bardzo dobrym lekiem przy niektórych zaburzeniach rytmu serca (bradykardii). Alergicznie reaguję na takie podejście do sprawy, bo niejednokrotnie moi Pacjenci powtarzali „prawdy”, które przeczytali w necie.

    Poza tym bardzo ciekawe. Muszę powiedzieć, że molekuła miesiąca to ulubiony dział mój i mojego męża na Twoim blogu.

    Lubię

    1. No to jest nas troje, bo mój też :)

      Z etanolu bynajmniej się nie śmieję. O takich rzeczach właśnie dobrze wiedzieć, bo nie wiadomo, kiedy mogą komuś uratować życie – zwłaszcza w kraju, w którym pełno jest domorosłych producentów bimbru.

      Co do atropiny, to oczywiście masz rację – ale tylko po części (wiesz na pewno, do czego zmierzam). Jak cała rzesza innych alkaloidów może być ona bowiem zarówno lekiem, jak i trucizną – co tylko jest dowodem na to, że to dawka czyni truciznę. Podobnym dobrym przykładem jest digitoksyna – alkaloid pochodzący z naparstnicy purpurowej, o którym chętnie opowiadają nauczyciele na lekcjach biologii. Digitoksyna jest stosowana przy schorzeniach serca, ale jednocześnie jest jednym z ulubionych związków powieścio- i scenopisarzy, gdy przychodzi do wyboru trucizny właśnie…

      Lubię

    1. Nie, bo nie jestem twórcą ;) Podejrzenie mam jednak, że uproszczony jest na potrzeby wiki – więcej detali przeciętny człowiek w końcu nie potrzebuje. Jestem jednak pewien, że można to znaleźć w literaturze, tu i ówdzie, bo chyba jednak aż tak tajne to nie jest…

      Lubię

      1. O wow, to rzeczywiście bardzo detaliczny wpis. Ale mimo wszystko – ileż jest tak szczegółowych syntez w proporcji do wszystkich związków opisanych w wiki? Myślę, że to raczej kwestia czasu. Chyba że rzeczywiście nie tak łatwo to znaleźć w literaturze… (jak bardzo chcesz, to mogę poszukać ;)).

        Lubię

      2. Nie trzeba, jak będę potrzebował to sobie sam znajdę. Ale dzięki za chęci :D

        Nie wiem czy wiesz, ale niektórzy wikipedyści udostępniają swoje sandboxy z reakcjami z organy – nie są w żaden sposób podlinkowane do innych artykułów, bo w gruncie rzeczy nie pasują do stylu wiki, ale nadal są cennym źródłem informacji. Ciężko mi sobie teraz znaleźć przykładowy, bo ich siła leży w całkowitej przypadkowości w znajdowaniu ich :D
        Wiki jest tak w ogólnie zadziwiająco potężnym narzędziem dla chemika, zwłaszcza jeśli chodzi o spis literatury :D

        Pozdro!

        Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s