第十二章 神经性毒剂
第一节 概 述
神经性毒剂属有机磷或有机磷酸酯类化合物(organophosphorus compounds，organoposphates)。这类毒剂特别对脑、膈肌和血液中乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase，AchE)活性有强烈的抑制作用，致使乙酰胆碱(acetylcholine，Ach)在体内过量蓄积，从而引起中枢和外周胆碱能神经系统功能严重紊乱。因其毒性强、作用快，能通过皮肤、粘膜、胃肠道及肺等途径吸收引起全身中毒，加之性质稳定、生产容易、使用性能良好，因此成为外军装备的主要化学战剂。
最具代表性的四个神经性毒剂是塔崩(tabun)、沙林(sarin)、梭曼(soman)和维埃克斯(VX)。它们的通式和分子结构见表12-1。美军将含有P-CN健和P-F健的前三者称为G类毒剂。代号分别为GA、GB和GD，将含有P-SCH2CH2N(R)2键的化合物称为V类毒剂，如VX、VE、VG、VS及VR等。美军装备的V类毒剂是VX(表12-1)。
表12-1 神经性毒剂主要代表及其分子结构
一、理化性质
(一)物理性质
G类毒剂纯品为无色水样液体，工业品呈淡黄或黄棕色，味微香；VX为无色、无味、油状液体，工业品呈微黄至棕黄色，有疏醇味。有关物理常数见表12-2。
表12-2 神经性毒剂主要物理性质
| 毒剂名称 | 沸点 (℃) |
凝固点 (℃) |
比重(d204) | 蒸气比重 (空气比重＝1) |
挥发度(mg/L,20℃) | 脂溶性 | 水溶性 |
| 塔崩 | 220 | -48 | 1.082 | 5.63 | 0.321 | 易溶 | 约10%(15℃) |
|
沙林 |
151.5 |
-54 |
1.096 |
4.83 |
13.2 |
与水及多种溶剂互溶 | |
| 梭曼 | 167.7 | -70 | 1.044 | 6.33 | 2.647 | 易溶 | 约1%(0℃) |
| VX | 300以上分解 | -39 | 1.015 | 9.20 | 0.01 | 易溶 | 1%～5%(25℃) |
由表可见，四种毒剂蒸气分别比空气重5～9倍；挥发度以沙林最大，VX最小。前者很易造成战斗浓度，后者在野战条件下靠自然蒸发不易达到伤害浓度。四种毒剂凝固点均较低，冬季施放不会影响使用效果。除沙林可与水任意互溶外，其余三种因水溶性差，比重>1，落入水中多沉入水底，能使水源长期染毒。
(二)化学性质
毒剂纯品在常温下均较稳定，工业品因含杂质，稳定性受到一影响，塔崩、沙林和梭曼在150℃以上会明显分解(沙林弹在爆炸时瞬间分解可达30%)；VX性稳定，在干燥并隔绝空气(或充氮)条件下，长期贮存也不易变质。爆炸时有少量分解。
G类毒剂中的酰卤结构(
)，性质相对活泼，塔崩中的P-CN和VX中的P-S键类似酰卤，化学反应首先在这里进行。但V类毒剂中的P-S键不及G类毒剂中的酰卤键活泼，故较稳定。其次，连接在氧上的烷基有时可以脱落。
1.水解反应：G或V类毒剂在水中均可缓慢水解，水解产物无毒。反应如下：
如反应物为沙林，水解产物则为甲膦酸异丙酯和HF。VX的水解产物是甲膦酸乙酯和二异丙胺基乙硫醇：
水解再度依次为GA>GB>GD>VX。例如温度20℃时，浓度为2.2g/L的GA水溶液，经24～25小时则完全水解；GB(0.1g/L)72小时水解39.2%;GD(0.1g/L)温度16-18℃时完全水解需76天。VX最慢，25℃水解速度仅及GB的1/5000。
加热或加碱可加速毒剂水解。如单纯用煮沸法即可消除G类毒剂：如沙林水溶液(10g/L)，加热至50℃，经1.6小时可完全水解。加热V类毒剂虽可使水解加速，但不完全。故对VX染毒的服装或其它物品采用煮沸法消毒时可加碱促使VX水解完全。
酸也加速G类毒剂水解。VX为碱性物质，加酸成盐后水解则更难。
2.与碱反应：G类毒剂与碱作用，反应迅速。如20℃、浓度为16g/L的沙林水溶液加足量NaOH，3～5分钟反应即可完成。
空气中的G类毒剂可用氨水进行喷洒消毒。
碱也可以破坏V类毒剂，但作用较慢，常温下需数小时。
3.与氧化氯化剂反应：VX能被二氯胺、次氯酸盐、三合二、二氯三聚异氰酸钠等氧化氯化剂氧化，生成无毒的甲膦酸乙酯和二异丙胺基乙磺酸。
二、毒性
神经性毒剂是目前外军装备毒剂中毒性最强的一类毒剂。它的吸入毒性(LCt50)分别比HCN大数倍乃至二十倍(HCN LCt50以700mg·min/m3计)。VX毒性最大，依次是GD>GB>GA(表12-3)。
表12-3 神经性毒剂对人的毒性
|
毒剂种类 |
呼吸道吸入 |
皮肤吸收 |
经口中毒 | ||
|
LCt50 |
LCt90 |
蒸气或气溶胶 |
液滴 |
LD50 | |
|
(mg·min/m3) | |||||
|
塔崩 |
100(1～10) |
400(10～25) |
40(10～15) |
1000(60) |
40 |
|
沙林 |
55(1～10) |
100(2～15) |
12(2～15) |
1700 |
10 |
|
梭曼 |
25(1～1) |
70(1～15) |
10(1～6) |
100(30～60) |
10 |
|
VX |
5(1～10) |
36(4～10) |
1(4～10) |
6～15(30～60) |
5 |
注：括号内数据为毒剂引起失能或死亡生效时间(min)
从表中所列数剧可知，吸入致死量毒剂数分钟之内即可引起人员死亡。在低浓度下(沙林0.0005mg/L；梭曼0.0001mg/L)暴露2min会引起缩瞳和胸闷。皮肤染毒经一定潜伏期后始出现全身中毒症状。VX的皮肤毒性极强，染毒6mg，如不及时消毒即可致死。因此要特别警惕敌人使用V类毒剂。
野战情况下经口吸收的可能性不大。但如误服染毒食物、水时，同样能引起人员中毒。
三、体内代谢
毒物通过吸收进入体内，或分布全身。或选择性地蓄积于某些器官，在机体的作用下发生转化、消除等一系列过程。
神经性毒剂体内代谢的研究多数是在实验动物身上进行的。不同动物研究表明神经性毒剂在体内的分布是不均匀的。猫或家兔静脉注射沙林、在肺、肾分布较多，肝、血次之；小鼠皮下注射沙林，以血、肺、脑、膈依次降低注射梭曼，以血、肺、膈、脑次序降低；小鼠腹腔注射VX，32P放射性强度依次为肺>血>脑。
毒剂进入体内后，一方面与特异性蛋白质结合产生毒性作用，另一方面与非特异性蛋白质结合起解毒作用。如图12-1所示。
图12-1 G类神经毒在体内的转化
1.毒剂与特异性蛋白质—乙酰胆碱酯酶(AchE，EC3.1.1.7)进行不可逆性结合，使AchE失去水解乙酰胆碱(Ach)的能力。
2.与胆碱能受体蛋白质(AchR)结合，即毒剂直接作用于受体，此种结合方式在毒剂较大剂量时才能发生作用。神经性毒剂中毒是由上述两种作用引起的，前者更为重要。
3.G类毒剂除少部分能自发水解外，在G类毒剂水解酶(EC3.1.8.2)作用下P-X键断裂，生成无毒的膦酸酯。G类毒剂水解酶或DFP水解酶(DFPase)，哺乳动物血浆、肝、肾中均有存在，包括多种微生物、细菌以及小麦等酶含量均很高。海洋生物鱿鱼神经节也含有丰富的DFPase。该酶需金属离子Co2+、Mg2+、Mn2+做为辅助因子，因其能水解塔崩、沙林和梭曼，故可分别称为塔崩水解酶(tabunase)，沙林水解酶(sarinase)和梭曼水解酶(somanase)。可见，该酶的底物选择性不专一。而且，酶原不同，其活性及酶蛋白组分也有差异。如鱿鱼神经节DFP水解酶(鱿鱼型)不同于哺乳动物中DFP水解酶(mazur型)。前者水解DFP比梭曼快若干倍，不被Mn2+激活；后者水解梭曼比DFP快几倍，可被Mn2+激活。G类毒剂水解酶血清中主要与高密度脂蛋白的载脂蛋白A1紧密连接，可被疏基试剂抑制，并可被半胱氨酸及谷胱甘肽所逆转，其活性中心是疏基而区别于B类酯酶。
4.脂族酯酶(aliesterase，EC3.1.1.1)或羧酸酯酶(carboxylesterase，CaE)属B类酯酶，主要分布在血浆、肝、肺、红细胞和脑组织中。近来人们认识到CaE在有机磷毒剂防护上的重要性。例如沙林能与血浆内脂族酯酶结合，从而减少进入脑内的毒剂量；应用CaE特异性抑制剂CBDP(磷酸三邻甲苯酯代谢产物)能使小鼠梭曼毒性(LD50)提高近20倍；应用酶诱导剂提高酶活性可使梭曼毒性降低。作为有机磷毒剂清除剂(scavenger)或梭曼的“贮存库”，它可减少或防止毒剂对AchE作用。与CaE结合的毒剂在体内慢慢释放，再经毒剂水解酶水解失去毒性作用。
人体内没有V类毒剂水解酶，但在肝脏中含有V类毒剂氧化酶，在它的作用下，氧化生成甲膦酸乙酯和二异丙胺基乙磺酸。该酶含量少、活性低，解毒能力有限。
塔崩、沙林和梭曼在体内被水解破坏的主要代谢产物二甲胺基膦酸乙酯、甲膦酸异丙酯和甲膦酸特已酯，包括VX代谢产物主要从尿中排出，少量从粪便中排出。
校对时间：99-12-24 姬颖
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