核與化學損傷/神經性毒劑

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神經性毒劑屬有機磷或有機磷酸酯類化合物（organophosphorus compounds，organoposphates）。這類毒劑特別對腦、膈肌和血液中乙醯膽鹼酯酶（acetylcholinesterase，AchE）活性有強烈的抑制作用，致使乙醯膽鹼（acetylcholine，Ach）在體內過量蓄積，從而引起中樞和外周膽鹼能神經系統功能嚴重紊亂。因其毒性強、作用快，能通過皮膚、粘膜、胃腸道及肺等途徑吸收引起全身中毒，加之性質穩定、生產容易、使用性能良好，因此成為外軍裝備的主要化學戰劑。

最具代表性的四個神經性毒劑是塔崩（tabun）、沙林（sarin）、梭曼（soman）和維埃克斯（VX）。它們的通式和分子結構見表12-1。美軍將含有P-CN健和P-F健的前三者稱為G類毒劑。代號分別為GA、GB和GD，將含有P-SCH₂CH₂N(R)₂鍵的化合物稱為V類毒劑，如VX、VE、VG、VS及VR等。美軍裝備的V類毒劑是VX（表12-1）。

表12-1 神經性毒劑主要代表及其分子結構

一、理化性質

（一）物理性質

G類毒劑純品為無色水樣液體，工業品呈淡黃或黃棕色，味微香；VX為無色、無味、油狀液體，工業品呈微黃至棕黃色，有疏醇味。有關物理常數見表12-2。

表12-2 神經性毒劑主要物理性質

毒劑名稱

沸點
（℃）

凝固點
（℃）

比重（d²⁰₄）

蒸氣比重
（空氣比重＝1）

揮發度（mg/L,20℃）

脂溶性

水溶性

塔崩

220

-48

1.082

5.63

0.321

易溶

約10％（15℃）

沙林

151.5

-54

1.096

4.83

13.2

與水及多種溶劑互溶

梭曼

167.7

-70

1.044

6.33

2.647

易溶

約1％（0℃）

VX

300以上分解

-39

1.015

9.20

0.01

易溶

1％～5％（25℃）

由表可見，四種毒劑蒸氣分別比空氣重5～9倍；揮發度以沙林最大，VX最小。前者很易造成戰鬥濃度，後者在野戰條件下靠自然蒸發不易達到傷害濃度。四種毒劑凝固點均較低，冬季施放不會影響使用效果。除沙林可與水任意互溶外，其餘三種因水溶性差，比重＞1，落入水中多沉入水底，能使水源長期染毒。

（二）化學性質

毒劑純品在常溫下均較穩定，工業品因含雜質，穩定性受到一影響，塔崩、沙林和梭曼在150℃以上會明顯分解（沙林彈在爆炸時瞬間分解可達30％）；VX性穩定，在乾燥並隔絕空氣（或充氮）條件下，長期貯存也不易變質。爆炸時有少量分解。

G類毒劑中的醯鹵結構（），性質相對活潑，塔崩中的P-CN和VX中的P-S鍵類似醯鹵，化學反應首先在這裡進行。但V類毒劑中的P-S鍵不及G類毒劑中的醯鹵鍵活潑，故較穩定。其次，連接在氧上的烷基有時可以脫落。

1．水解反應：G或V類毒劑在水中均可緩慢水解，水解產物無毒。反應如下：

如反應物為沙林，水解產物則為甲膦酸異丙酯和HF。VX的水解產物是甲膦酸乙酯和二異丙胺基乙硫醇：

水解再度依次為GA＞GB＞GD＞VX。例如溫度20℃時，濃度為2.2g/L的GA水溶液，經24～25小時則完全水解；GB（0.1g/L）72小時水解39.2%;GD(0.1g/L)溫度16-18℃時完全水解需76天。VX最慢，25℃水解速度僅及GB的1/5000。

加熱或加鹼可加速毒劑水解。如單純用煮沸法即可消除G類毒劑：如沙林水溶液（10g/L），加熱至50℃，經1.6小時可完全水解。加熱V類毒劑雖可使水解加速，但不完全。故對VX染毒的服裝或其它物品採用煮沸法消毒時可加鹼促使VX水解完全。

酸也加速G類毒劑水解。VX為鹼性物質，加酸成鹽後水解則更難。

2．與鹼反應：G類毒劑與鹼作用，反應迅速。如20℃、濃度為16g/L的沙林水溶液加足量NaOH，3～5分鐘反應即可完成。

空氣中的G類毒劑可用氨水進行噴洒消毒。

鹼也可以破壞V類毒劑，但作用較慢，常溫下需數小時。

3．與氧化氯化劑反應：VX能被二氯胺、次氯酸鹽、三合二、二氯三聚異氰酸鈉等氧化氯化劑氧化，生成無毒的甲膦酸乙酯和二異丙胺基乙磺酸。

二、毒性

神經性毒劑是目前外軍裝備毒劑中毒性最強的一類毒劑。它的吸入毒性（LCt₅₀）分別比HCN大數倍乃至二十倍（HCN LCt₅₀以700mg.min/m³計）。VX毒性最大，依次是GD＞GB＞GA（表12-3）。

表12-3 神經性毒劑對人的毒性

毒劑種類

呼吸道吸入

皮膚吸收

經口中毒

LCt₅₀

LCt₉₀

蒸氣或氣溶膠
LCt₅₀(g.min/m³)

液滴
LD₅₀(mg/人)

LD₅₀
(mg/人)

(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

註：括號內數據為毒劑引起失能或死亡生效時間（min）

從表中所列數劇可知，吸入致死量毒劑數分鐘之內即可引起人員死亡。在低濃度下（沙林0.0005mg/L；梭曼0.0001mg/L）暴露2min會引起縮瞳和胸悶。皮膚染毒經一定潛伏期後始出現全身中毒症状。VX的皮膚毒性極強，染毒6mg，如不及時消毒即可致死。因此要特別警惕敵人使用V類毒劑。

野戰情況下經口吸收的可能性不大。但如誤服染毒食物、水時，同樣能引起人員中毒。

三、體內代謝

毒物通過吸收進入體內，或分布全身。或選擇性地蓄積於某些器官，在機體的作用下發生轉化、消除等一系列過程。

神經性毒劑體內代謝的研究多數是在實驗動物身上進行的。不同動物研究表明神經性毒劑在體內的分布是不均勻的。貓或家兔靜脈注射沙林、在肺、腎分布較多，肝、血次之；小鼠皮下注射沙林，以血、肺、腦、膈依次降低注射梭曼，以血、肺、膈、腦次序降低；小鼠腹腔注射VX，³²P放射性強度依次為肺＞血＞腦。

毒劑進入體內後，一方面與特異性蛋白質結合產生毒性作用，另一方面與非特異性蛋白質結合起解毒作用。如圖12-1所示。

圖12-1 G類神經毒在體內的轉化

1．毒劑與特異性蛋白質—乙醯膽鹼酯酶（AchE，EC3.1.1.7）進行不可逆性結合，使AchE失去水解乙醯膽鹼（Ach）的能力。

2．與膽鹼能受體蛋白質（AchR）結合，即毒劑直接作用於受體，此種結合方式在毒劑較大劑量時才能發生作用。神經性毒劑中毒是由上述兩種作用引起的，前者更為重要。

3．G類毒劑除少部分能自發水解外，在G類毒劑水解酶（EC3.1.8.2）作用下P-X鍵斷裂，生成無毒的膦酸酯。G類毒劑水解酶或DFP水解酶（DFPase），哺乳動物血漿、肝、腎中均有存在，包括多種微生物、細菌以及小麥等酶含量均很高。海洋生物魷魚神經節也含有豐富的DFPase。該酶需金屬離子Co²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺做為輔助因子，因其能水解塔崩、沙林和梭曼，故可分別稱為塔崩水解酶（tabunase），沙林水解酶（sarinase）和梭曼水解酶（somanase）。可見，該酶的底物選擇性不專一。而且，酶原不同，其活性及酶蛋白組分也有差異。如魷魚神經節DFP水解酶（魷魚型）不同於哺乳動物中DFP水解酶（mazur型）。前者水解DFP比梭曼快若干倍，不被Mn²⁺激活；後者水解梭曼比DFP快幾倍，可被Mn²⁺激活。G類毒劑水解酶血清中主要與高密度脂蛋白的載脂蛋白A₁緊密連接，可被疏基試劑抑制，並可被半胱氨酸及谷胱甘肽所逆轉，其活性中心是疏基而區別於B類酯酶。

4．脂族酯酶（aliesterase，EC3.1.1.1）或羧酸酯酶（carboxylesterase，CaE）屬B類酯酶，主要分布在血漿、肝、肺、紅細胞和腦組織中。近來人們認識到CaE在有機磷毒劑防護上的重要性。例如沙林能與血漿內脂族酯酶結合，從而減少進入腦內的毒劑量；應用CaE特異性抑制劑CBDP（磷酸三鄰甲苯酯代謝產物）能使小鼠梭曼毒性（LD₅₀）提高近20倍；應用酶誘導劑提高酶活性可使梭曼毒性降低。作為有機磷毒劑清除劑（scavenger）或梭曼的「貯存庫」，它可減少或防止毒劑對AchE作用。與CaE結合的毒劑在體內慢慢釋放，再經毒劑水解酶水解失去毒性作用。

人體內沒有V類毒劑水解酶，但在肝臟中含有V類毒劑氧化酶，在它的作用下，氧化生成甲膦酸乙酯和二異丙胺基乙磺酸。該酶含量少、活性低，解毒能力有限。

塔崩、沙林和梭曼在體內被水解破壞的主要代謝產物二甲胺基膦酸乙酯、甲膦酸異丙酯和甲膦酸特已酯，包括VX代謝產物主要從尿中排出，少量從糞便中排出。