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东京地铁沙林毒气事件

发布时间:2019-06-12 13:31 来源:未知 编辑:admin

  1995年三月二十日在日本东京地铁发生的沙林(Sarin)毒气杀人事件,造成了日本全国社会的恐慌,也震惊了国际社会。这件杀戮事件的影响,已扩及到社会、心理、经济、宗教等各层面,如同「蝴蝶效应」(butterfly effect)一般,造成社会动荡不安。

  但是关于这事件的媒体报导皆偏重于宗教、政治方面的探讨,甚少着墨于这只「小蝴蝶」──沙林的化学性质及其如何危害人体的生化机制,以及如何解毒种种化学层面的报导。本文将就有关沙林之化学结构、来源、制程、生化机制及解毒方法,进一步追踪报导。

  神经毒气是一种能使自主神经系统(Autonomic Nervous System, ANS)的交感神经与副交感神经立即失去平衡的毒气。早期这些神经毒剂是配合有机磷应用于杀虫剂而发展出来的。在二次大战末期,德国的Shrader及大不列颠的Saunders做了许多有关这方面的研究,因此这系列神经毒剂又名「G系毒剂」。它的毒性极为剧烈,为目前已知对人类致命性最强的神经毒剂。现有常见的神经毒剂共有「泰崩」(Tabun)、「沙林」、「索曼」(Soman)、VX及二元性神经毒剂五种。

  l.易与碱作用,其水解产物:CH3(iPrO)P(O)OH并无毒性,且其水解速率随碱性度而改变。

  沙林可经由皮肤、眼睛接触、呼吸道的吸入或由口食入等途径危害身体,它在极小浓度(LD50=10ug/kg,注一)就可以发挥极大毒性。即使非致死剂量的沙林侵入人体,也会造成瞳孔缩小、在暗处视力困难、胸部紧塞、头痛、恶心以及呕吐等症状。而且这些毒性会在体内累积,如果更大浓度时会使人晕眩、焦虑、心智损伤、肌肉痉挛、呼吸困难,最后导致死亡。

  沙林可由甲基二氯化膦(methylphosphoric dichloride)与异丙醇(isopropyl alcohol),进行酯化反应,产生甲基磷酸异而二酯,之后再与氟化氢(HF)反应产生沙林(甲基氟膦酸异丙酯)。这一类的有机磷化合物,随着接在磷上取代基稍微改变就可以决定此有机磷是否有毒性。

  由研究显示,一般在磷上,如果同时接上异丙基(isopropyl)与氟(fluorine),那么其毒性将比较强;而若接其它烷氧化合物则毒性较低;若改变为其它官能基也能降低毒性,甚至无毒性。一般而言,膦酸盐化合物(phosphonate)的毒性,通常较磷酸盐化合物(phosphate)为强。

  二次大战期间,用来当化学武器与杀虫剂的这类有机磷化合物,提供研究人员一个线索而发现「醯基化酵素」(acyl enzyme)的化学结构,我们以DFP(Diisopropyl phosphorofluoridate)为模型来解释这个过程。体内的一些水解 (hydrolase)可对酯类水解成酸与醇,以提供体内所需生化反应的物质,例如脂肪水解成脂肪酸与甘油,乙醯胆碱(Acetylcholine,Ach)水解成胆碱;而水解反应过程中会在酵素的活化中心,形成所谓醯基化酵素的中间产物。反应方程式中水解 上丝胺酸的OH基与酯反应形成醯基化酵素,再催化水解作用。不过,DFP会与酯竞争结合水解 ,因而使得正常酯类无法进行水解反应。

  乙醯胆碱是神经传导物质(Neurotransmitter)的一种,传递讯息的神经末梢都内含有乙醯胆碱的小泡。当神经脉冲(Nerve impulse)要在神经元之间传递时,小泡就会释出乙醯胆碱,乙醯胆碱再越过突触(synapse)与受体结合,刺激更进一步的生化过程;或是Ach与乙醯胆碱酯 (acetyl cholinesterase)结合,进行水解反应,形成胆碱(choline)以利回收、重新合成Ach。而这一步水解反应相当快,以确保此神经刺激反应非常短。但如果乙醯胆碱酯 被外来的化合物抑制了(例如沙林、DFP等有机膦会与乙醯胆碱结合),则乙醯胆碱水解反应就被迫停止了,但此时受体却继续不断地接受乙醯胆碱的刺激而无法水解释回胆碱,如此一来会很快地造成生理上的不平衡,而导致死亡。当然如果此时能迅速利用一些解毒剂如阿托品(atropine)等来解除乙醯胆碱与受体之作用,就可避免死亡。

  单单吸入微量的沙林气体就足以致命,这是因为此毒性反应极快,在短时间较难有效的控制。至于其解毒方法,可注射阿托品(注二)来减轻症状,以确保免于死亡。

  至于活化乙醯胆碱酯 之解毒剂方面而言,当乙醯胆碱酯 被沙林抑制之后,基本上我们可以利用更强的亲核试剂,如羟胺(NH2OH, hydroxylamine),把接在乙醯胆碱酯 上的含膦化合物移开,使得此 可以再活化,进行乙醯胆碱的水解反应。

  然而单单为了达到解除沙林毒性,羟胺浓度需要量会很高,而此高浓度的羟胺也会造成毒性。因此取代方法是以PAM(pyridine aldoximemethiodide)来治疗。10-6M的PAM相当于IM羟胺之解毒性。除PAM外,应有其它化合物可当神经解毒剂,如obidoxime、HI-6。这三种解毒剂都含有R2NOH之亲核基,而且每一种解毒剂对不同神经毒剂之解毒效果略有不同。

  由沙林杀人事件以及笔者从事于有关化学与生物有机化学方面的研究,深深体会到每一个化学分子其实都是「有生命的」。从看不到的细菌到整个大生态,都是由化学分子维系着整个自然界的运作与平衡。就以含磷化合物而言,它可以当很有用的肥料、医药用品,亦可以制成毒剂。因此当我们愈了解化学分子的行为,就更应善用它,以有助于我们的社会,而使得这些「蝴蝶」能对整个人类甚至生态界,产生正面、积极、健康的「蝴蝶效应」。

  注一:LD50:半数致死量(mg/kg)。即欲杀死50%物种(species),每一千公克所需毒剂的毫克量。LC50:呼吸之毒性(mg/l)。即欲杀死50%物种,每一公升气体内含毒剂的毫克量。

  注二:阿托品(atropine),在自然界含量不多,它由茄科植物颠茄、天仙子、曼陀罗及赛莨菪等左旋莨菪碱衍生而成的,其中尤以得自埃及天仙子(Hyoscyamus mutius)者为佳。阿托品可缓解因副交感神经兴奋而招致的肠痉挛及抑制汗腺、黏液腺分泌、抑制迷走神经,从而加快心率、散大瞳孔及松弛支气管、肠道和其它平滑肌。总结而言,阿托品可以减轻沙林所造成的一些生理症状。

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