Hollósy Ferenc A vegyi hadviselés története Második rész Az idegmérgek A vegyi hadviselésről szóló első részben az olvasó megismerkedhetett a mérgező hatású anyagok vegyi fegyverként történő alkalmazásának első próbálkozásaival, az új korszak beköszöntét jelentő yperni csatával, Fritz Haber szerepével, valamint a nyomdokain kifejlesztett vegyi harcanyagok „hagyományos” típusaival. A második részben a második világháború után kifejlesztett „korszerű” vegyi fegyverekkel, az idegmérgek különböző fajtáival, élettani hatásaikkal és az ellenük való védekezés ismertetésével foglalkozom. Meglepő módon, a vegyi fegyverek újabb nemzedékének, az idegmérgeknek a kifejlesztése ismételten a mezőgazdasági célú kémiai kutatásoknak volt köszönhető. Amint az első részében láttuk, az ammóniaszintézis sikeres megvalósításával a múlt század húszas, harmincas éveiben a német vegyipar nagyot lépett előre a mezőgazdaság korszerű nitrogénműtrágyával való ellátása terén. Az eredmény nem is maradt el. Az egyre nagyobb termésátlagokat produkáló növénytermesztés számára – szinte természetes velejáróként – egyre nagyobb gondot okozott az elszaporodott gyomnövények tömege és az elszemtelenedett rovarkártevők hada. Az ellenük való védekezés hatékony gyomirtókat és rovarölő szereket igényelt, melyek akkor még ismeretlenek voltak a mezőgazdák számára. Ezt az igényt kielégítendő intenzív kutatás kezdődött a század harmincas éveiben, és számos vegyületet állítottak elő. Többek között ekkor „születtek” azok a szerves foszforsav-észterek (organofoszfátok), amelyek hamarosan az érdeklődés középpontjába kerültek. Történt ugyanis, hogy a GerhardSchrader munkacsoportja által előállított organofoszfátokat valóban mérgezőnek és jó rovarirtónak találták a szabadföldi kísérletekben. A hatásvizsgálatok azt is kimutatták, hogy a foszforsav szerves észterei erős hatást gyakorolnak az élőlények idegrendszerére. Azt is megállapították, hogy egyes növényvédő szerek (pl. parathion, malathion) még az emberre is közvetlen veszélyt jelenthetnek. Sőt rossz esetben halálhoz is vezethetnek. No több sem kellett a hatóságoknak. Mivel az akkori előírások szerint a katonai jelentőségű felfedezéseket azonnal jelenteni kellett a megfelelő szerveknek, poroszos precízséggel nyomban megvizsgálták az új hatóanyagokat. Úgy találták, közülük több is érdemes arra, hogy ipari léptékben kezdjék meg a gyártásukat. Ezután értelemszerűen elváltak egymástól a katonai célú hatóanyag-előállítás és a mezőgazdasági célú rovar- és gyomirtószer-gyártás útjai. Bár ez utóbbin a hadsereg – biztos, ami biztos alapon – azért rajta tartotta a szemét. Az idegmérgek A katonai célt kitűző további próbálkozások eredményeként a németországi IG Farben Industrie-ben készítették el az első igen nagy toxicitású foszforvegyületet 1936-ban, ami egy színtelen, szagtalan folyadék volt. A szer a tabun nevet kapta, és a direkt erre a célra épített üzemben kezdték meg nagy léptékű előállítását. Az anyag ipari méretű gyártásának műszaki nehézségei miatt azonban a gyár csak 1942 után működött teljes kapacitással. 1942–1945 között még így is mintegy 12 000 tonnát (!) állítottak elő belőle, mielőtt a gyárat a szovjet hadsereg 1945-ben elfoglalta volna. Egy másik hírhedt, IG Farben-termék egy hidrogén-cianid-származék, a Ziklon-B volt, mely színtelen gáz, s illata normál hőmérsékleten a keserű mandulára emlékeztet. Ebből 4-5 mg/kg már halálos mennyiség, vagyis 0,3 g már megölhet egy 70 kg-os embert. Kis koncentrációban belélegezve szinte azonnali halált okoz. Nem véletlen, hogy ezt a két anyagot, a tabunt és a Ziklon-B-t használták a foglyok tömeges megsemmisítésére a koncentrációs táborokban. A németek tovább folytatták a foszforsavészterekkel kapcsolatos kutatásaikat, és számos, a tabunnal rokon szerkezetű és hatású vegyületet állították elő. Ugyancsak Schrader nevéhez fűződik a fluor-foszfát típusú szarin (1938) és a szomán (1944) előállítása. [Az amerikai nómenklatúra a tabunt (GA), a szarint (GB) és a szománt (GD) „G”-ágensnek nevezi.] Ezeket azonban igen nehéz előállítani, s ezért a háború végéig (szerencsére) nem is kerültek ki a laboratóriumokból. Amikor a szövetségesek elfoglalták ezeket a kutatóbázisokat, ott mintegy félmillió darab tabunnal töltött tüzérségi lövedéket és több mint 100 000 légibombát találtak felhalmozva. A második világháború győztesei – mindenesetre – a németek kutatási eredményeit jó kiindulási alapnak tekintették, és azonnal megkezdték saját ideggázprogramjaik kidolgozását. Ettől kezdve minden, az ideggázzal kapcsolatos adatot szigorúan titkosnak minősítettek, még azokat a zsákmányolt német háborús iratokat is, melyekben csak említés történt az ideggázgyártásról.
Vegyi fegyverek
(pl. szomán) célba juttatására alkalmas A háborút követően a kísérletek elsősorban az idegmérgek hatásmechanizmusának felderítésére irányultak, hogy minél előbb hatékony védelmet találjanak ellenük. Ezen erőfeszítések során a megfelelő védelem kidolgozása mellett további új, pusztító hatóanyagokat is felfedeztek. A „hagyományos” vegyi fegyverek mellett – mint amilyen a klórgáz, a foszgén, a mustárgáz volt – megjelentek a „korszerű” harcanyagok. Ezeket a következő csoportba sorolták: idegmérgek; Így az 1950-es évek közepére a szarinnál kb. tízszer-százszor mérgezőbb vegyületeket állítottak elő, melyek ráadásul stabilabbnak bizonyultak elődjüknél. Az első közlemények ezekről az anyagokról 1955-ben jelentek meg, és az amerikai nómenklatúrában a „V”-ágens nevet kapták. A V-ágensek A „V”-idegmérgeket fluor-foszfát-vegyületből állították elő az ötvenes évek végén Svédországban. Tammelin és kutatócsoportja után ezeket a vegyületeket Tammelin-észtereknek is nevezik. A fluor-acetátokat és fluor-karbonsavakat már a múlt század végén felfedezték (Swarts, 1896), de mérgező hatásukat még nem ismerték. A vegyi fegyverként is bevethető V-anyagok közül a VX-kód viselőjére esett a választás, melynek nagyüzemi gyártása 1961 áprilisában kezdődött el, kémiai szerkezetét azonban csak 1972-ben hozták nyilvánosságra. A V-ágensek a ma ismert legveszélyesebb ideggázok közé tartoznak, melyek 100-szor, de akár 1000-szer is mérgezőbbek lehetnek a többi harcanyagnál. Tehát teljes mértékben kimerítik a tömegpusztítás kritériumait, ami elsősorban azért nyugtalanító, mert egy esetleges vegyi háborúban a megsemmisítő csapásmérésnél valószínűleg ilyen anyagokat vetnének be a védtelen lakosság ellen. Tekintettel arra, hogy ezek a vegyületek igen kevéssé illékonyak, hetekig, hónapokig is megmaradhatnak azon területen, ahová eljuttatták őket. Bináris technológia Eddig csak azokat a harcanyagokat mutattam be, melyeket előre elkészítettek és ezeket alkalmazták töltetként. Létezik azonban egy másik, ún. bináris eljárás is, ahol a legtöbb vegyi fegyver egyedinek tekinthető. A bináris technológia azt jelenti, hogy az idegméreg szintézisének utolsó lépését a gyárból a robbanófejbe helyezik át, amely végső reaktorként működik. A kiindulási harcanyagokat tartályokban tárolják és csak akkor keverik össze, ill. reagáltatják egymással, amikor a lövedék (bomba, gránát stb.) már útban van a cél felé. A felhasználás pillanatáig tehát a lőszer viszonylag ártalmatlan kiindulási anyagokat tartalmaz. A két folyékony komponenst tartalmazó tartályt egymás után helyezik a hüvelybe. Kilövéskor a tehetetlenségi erő az első tartályban lévő folyadékot a hátsó tartályba préseli, miközben áttöri a tartályokat elválasztó falat és a katalizátor révén a reakció bekövetkezik. Példaként bemutatom három idegméreg bináris komponenseit: szarin: metil-foszforil-difluorid + izopropanol (az izopropanolt izopropilaminnal keverik azért, hogy megkösse a reakcióban keletkező hidrogén-fluoridot); szomán: metil-foszforil-difluorid + pinakolil-alkohol; VX–2: O-etil-O-2-diizopropil-aminoetil-metil-foszfonit + kén. Az idegmérgek
fizikai-kémiai Fizikai tulajdonságaikat tekintve az idegmérgek folyékony halmazállapotúak. Illékonyságuk azonban különböző. Közülük a szarin az egyik legillékonyabb, és emiatt elsősorban a légzőszerveken keresztül jut a szervezetbe. A VX konzisztenciája ezzel szemben olajszerű és a legkevésbé illó, ezért a stabilis vegyi fegyverek csoportjába sorolják. Elsősorban a bőrön keresztül fejti ki hatását. A szomán, a tabun és a GF illékonysága a szarin és a VX közé esik. A szarin vízben jól oldódik, míg a VX azzal a váratlan tulajdonsággal rendelkezik, hogy a hideg (9,5 °C-nál hidegebb) víz jobban oldja, mint a meleg. Kémiai szempontból az idegmérgek legfontosabb jellemzője a molekulák foszfor- (P-) és halogén- (X-) atomja közötti kötés reakciókészsége. A kémiai reakciók közvetlenül a foszforatomon történnek. A P–X atom közötti kötést ugyanis a nukleofil anyagok (pl. víz, hidroxilionokat adó anyagok, azaz lúgok) könnyen bontják. Így vizes oldatban, már semleges pH-n, megindul az idegmérgek bomlása, a reakció lúgos közegben erősen felgyorsul, és a bomlástermék a már nem mérgező foszforsav lesz. A nem mérgező foszforsav keletkezése más módon is elősegíthető. Így melegítéssel vagy katalizátorral (pl. fehérítőszerekből származó hipokloritionokkal). Ez a hidrolízis az alapja a legtöbb méregtelenítési eljárásnak is. Egy G-ágenssel szennyezett terület mentesítése néhány nap alatt magától végbemegy. A V-ágensek viszont hetekig is a mérgezett területen maradhatnak kisebb illékonyságuk és vízzel szembeni nagyobb stabilitásuk következtében. A VX nagy része lúg hatására (pH 7–10) nem illékony hidrolízistermékké alakul át, mely – szerencsére – már nem képes behatolni a bőrbe. A foszforatomon bekövetkező nukleofiltámadás az alapja az idegmérgek kimutatására szolgáló különböző színreakcióknak is. A fluor-acetát típusú harcanyagok az előző vegyületekhez képest bár kevésbé toxikusak, az ivóvíz és az élelmiszerkészletek szennyezésére alkalmasak lehetnek. Az idegmérgek élettani hatásai Az idegmérgek gáz, aeroszol, illetve folyadék formájukban – belégzéssel vagy a bőrön keresztül – juthatnak be a szervezetbe. A testbe való belépés útja egyben meghatározza, hogy a méreg milyen gyorsan kezd hatni. Ez a kialakuló tüneteket és bizonyos fokig azok megjelenési sorrendjét is meghatározza. Nem kétséges, hogy a mérgezés akkor jelentkezik a leggyorsabban, ha a méreg a légutakon át jutott be a szervezetbe. Mivel a tüdő felülete hatalmas, és apró kapillárisereinek kiterjedt hálózata révén intenzív keringést biztosít a gázcsere számára, sajnos, az idegméreg igen gyorsan be tud jutni a keringésbe és gyorsan eléri a célszervet. Ha a méreg a bőrön keresztül jut be a szervezetbe, a mérgezési tünetek később jelentkeznek. Mivel az idegmérgek többé-kevésbé zsíroldhatók, ezért bár a bőr külső rétegein át tudnak hatolni, időbe telik, amíg a méreg eléri a mélyebben fekvő véredényeket. Következésképpen az első tünetek csak 20-30 perccel a kezdeti expozíció után jelentkeznek. Ezt követően a mérgezés tünetei egyre határozottabban jelentkeznek. Ez azonban függ a mérgezés erősségétől is. Kis idegméregdózis csak kismértékű mérgezést okoz. Ennek jellegzetes tünete a fokozott nyálképződés, orrfolyás és a mellkasban fellépő nyomásérzet. A szem alkalmazkodóképessége romlik, a rövid távú látás torzul, és az áldozat fájdalmat érez, ha közeli tárgyra próbál fokuszálni. A pupilla összehúzódik, ami rontja az esti látást. Ezt gyakran fejfájás is kíséri. Kevésbé specifikus tünetek is felléphetnek, mint a zavart beszéd, hallucinálás, émelygés és levertség. Nagyobb dózis esetén sokkal drámaibbak a következmények. A nagyrészt belélegzett, kisebb részt a bőrön át felszívódott méreg – hörgőszűkület miatt – nehéz légzést, az erős nyálkakiválasztás miatt pedig köhögést okoz. Erős nyálürítés léphet fel, az áldozat izzad és a szeme erősen könnyezik. A gyomor- és béltraktusban kialakult kellemetlen érzetből hányás és görcs alakulhat ki. A vizelet és a széklet nem akaratlagos ürítése szintén a kórkép része. A vázizmok tünetei nagyon tipikusak: ez közepes erősségű mérgezés esetén izomgyengeségben, helyi remegésben vagy éppen görcsös összehúzódásokban nyilvánulhat meg. Mivel az izmok nem kapnak jelzést az elernyedésre, állandóan feszítve, görcsös állapotban maradnak. Az idegmérgek által okozott izombénulás kiterjedhet a légzőrendszerre és a központi idegrendszer légzésközpontjára is. Ez a két hatás együttesen jelenti a fulladásos halál közvetlen okát. A mérgezési tünetsor a szarin és a szomán esetén hasonló. A mérgezett személy kezdetben csak fejfájást, fokozott nyál- és orrváladék-képződést, asztmaszerű légzést érez, melyhez erős félelemérzet is társul. Nem sokkal ezután izom- és bélgörcsök jelentkeznek hányás kíséretében, végül eszméletvesztés és légzésbénulás következik be, mely rendszerint fulladásos halálhoz vezet. A „V” típusú idegmérgek a szervezetbe szennyezett élelmiszer fogyasztásával, belélegzéssel vagy akár a bőrön át is bekerülhetnek. Bőrön keresztül felszívódva a legtöbb harcanyag 5-10-szer kevésbé mérgező, mint belélegezve. Ezeknél az anyagoknál az ilyen különbség elhanyagolható (például a VX bőrön át felszívódva 10-100-szor mérgezőbb a szarinnál)! A normálruházaton minden gond nélkül áthatolnak és 1-2 perc alatt felszívódnak. A halálos mennyiség egy átlagos ember számára mindössze 2-3 mg! Amíg a cián-hidrogén esetén 0,3 g kell ahhoz, hogy valaki belehaljon a mérgezésbe, addig ekkora mennyiségű VX akár 100 emberrel is végezhet! A mérgezés erőssége függ az idegméreg koncentrációjától (C) és az expozíció időtartamától (t). Nagy koncentrációknál a toxikus hatás egyszerűen a Ct szorzat alapján számítható ki. Kis koncentrációk esetében ez az egyszerű összefüggés nem érvényes, mert az emberi test képes bizonyos mértékű méregtelenítésre. Ilyenkor az azonos hatás eléréséhez hosszabb expozíciós idő szükséges. A gyakorlatban az idegmérgek toxicitásának jellemzésére az ún. LD50 értéket szokás megadni (lásd a 2. táblázat biológiai hatás részét). Az LD50 érték azt a bőrön át bejutó dózist jelenti, amelynek hatására az exponált populáció 50%-a meghal a mérgezés következtében. A bőrön keresztüli expozíciónál azért sokkal nagyobbak a hatásbeli különbségek, mert az illékonyabb mérgek hamarabb elpárolognak a felületről. Ha a méreg nem a bőrön át jutott a szervezetbe, hanem az előbb említett belégzéses módon, akkor a hatást az LCt50 értékkel jellemzik. A Ct szorzat mellett az L itt is a „letális”, azaz a halálos dózist jelöli, míg az 50 az 50%-os hatást. Az idegmérgek
Az idegmérgek hatása azon alapszik, hogy meggátolják a kémiai idegingerület-átvitelt a központi idegrendszerben. Az alkil-foszfát típusú idegmérgek központi támadáspontja a paraszimpatikus beidegzésért felelős ún. kolinerg rendszerben történő ingerületátvitel (neurotranszmisszió) gátlása az acetilkolin-észteráz-enzim gátlása révén. Mint ismeretes, a neurotranszmisszió morfológiailag jól definiált helyen, a szinapszisokban történik (1. ábra). A szinapszisban az üzenetet küldő idegsejt axonvégződése alkotja a preszinaptikus terminálist, melyet a szinaptikus rés választ el a posztszinaptikus neuron (vagy beidegzett sejt, pl. izomsejt) membránjától. Idegingerület esetén a preszinaptikus neuronból érkező akciós potenciál hatására felszabaduló átvivőanyag, mely jelen esetben az acetil-kolin, a szinaptikus résen átdiffundálva éri el receptorait a posztszinaptikus membránon. (A receptorok nikotin vagy muszkarin típusúak lehetnek.) Az acetil-kolin receptorokhoz kötődése váltja ki a posztszinaptikus idegsejt vagy sejt (sima izom, harántcsíkolt izom, mirigy) válaszát. A receptorokról disszociáló acetil-kolint az acetil-kolin-észteráz nevű enzim azonnal kolinra és ecetsavra bontja (2. ábra). A szinapszisban az acetil-kolin-észteráz nagy koncentrációban van jelen és igen aktív. Optimális körülmények között minden enzimmolekula kb. 15 000 acetil-kolin-molekulát hidrolizál másodpercenként.
1. ábra. Az idegmérgek támadásának elsődleges célpontja az ideg-izom szinapszisban található acetil-kolin-észteráz-enzim Az idegmérgek éppen ezt a lépést gátolják. Az alkil-foszfátok ugyanis foszforilálják az acetil-kolin-észterázt. A kialakuló észter nagyon stabil, gyakorlatilag nem disszociál; következésképpen a szervezetben az acetil-kolin kóros mértékben felhalmozódik, súlyos paraszimpatikus izgalmi tüneteket okozva a mérgezetten. Idegméreg hatására az enzim irreverzibilisen gátlódik, mert nem tud visszaalakulni. Ezáltal a receptor továbbra is jeleket küld az izomsejthez, mely izomgörcshöz, légzőizmok esetén fulladásos halálhoz vezet.
2. ábra. A szinapszisok acetil-kolin-észteráz-enzime az idegingerület-átvitel során kolinra és ecetsavra bontja az acetil-kolin nevű neurotranszmittert, amely visszajutva az idegsejtekbe újra acetil-kolinná alakul egy újabb ingerület kialakítása számára Az acetil-kolin-észteráz gátlásának mértéke természetesen függ az idegméreg koncentrációjától. Az idegmérgek közül a szomán a leghatékonyabb acetil-kolin-észteráz-inhibitor. Már 10–9 M koncentrációban is elég, hogy 10 perc alatt több mint 50%-ban gátolja az enzimet. Hatásos ellenmérgekként azok az anyagok jöhetnek szóba, melyek leválasztják az enzim felületéről a foszforsavésztereket. Ellenmérgek és kezelési módok Mivel az idegmérgek rendkívül gyorsan hatnak, az orvosi beavatkozásnak is nagyon gyorsnak kell lennie, mert a mérgezést szenvedett ember élete gyakran csak hajszálon múlik. A védekezés leghatékonyabb módja a megelőzés. Ha még nem került idegméreggel kapcsolatba a kérdéses személy, akkor karbamát típusú anyagot (pl. piridostigmint) juttatnak a keringésébe, mely az acetil-kolin-észteráz-enzimmel oly módon reagál (karbamoilálja), hogy az idegméreg ne tudja az enzimet foszforilálni és ezáltal inaktiválni. A piridosztigmin gátolja az acetil-kolin-észterázt, és védi az enzimet az idegmérgek gátló hatásával szemben. A dózis alacsony, és kb. 25 %-os gátlást eredményez. A piridosztigminnel gátolt enzim folyamatosan ad le aktív anyagot, s ezzel biztosítja az idegimpulzusok átvitelét az idegmérgek által okozott sérülés ellenére. A hatás a perifériás kolinergiás idegrendszerre korlátozódik, mivel az anyag nem jut át a vér-agy-gáton. A piridosztigminnek nincs káros mellékhatása, ugyanis az enzim nagy feleslegben van jelen a kolinergiás szinapszisban. Valójában 1-2 % aktív enzim elégséges a működő szinapszishoz! A karbamoilált enzimkomplex relatíve gyorsan bomlik, ezáltal az enzim működése hamar helyreáll, szemben az organofoszfát-enzim-komplexszel, mely rendkívül lassan bomlik csak el. A szomán-acetilkolin-észteráz komplex bomlása hihetetlenül lassú folyamat, mely alátámasztja a súlyos mérgezési tüneteket. Megelőző kezelésnél a 8 óránként bevett és 30 mg piridostigmint tartalmazó tabletta alkalmazása megfelelő védelmet nyújthat, melyet az 1991-es Öböl-háború idején, a közel 42 000 fős amerikai katonaság körében végzett felmérés is igazolt. Sok ország fegyveres erői az idegmérgek ellen „ellenmérgekkel” töltött autoinjektorokat használnak, mellyel a katona magának vagy társának adja be az intramuszkuláris injekciót. Az autoinjektorok általában két aktív komponenst tartalmaznak: pl. 500 mg HI–6-ot és 2 mg atropint. A HI–6 kémiailag egy oxim típusú vegyület, mely közvetlenül reagál az idegméreg által gátolt acetil-kolin-észterázzal. Az R–CH=N–OH általános képletű oximok reaktiválni képesek a foszforilezett enzimet. Ez azon alapszik, hogy az oxim megtámadja a méreg és az enzim közötti P–O kötést, miközben foszforilezett oxim és működőképes enzim keletkezik. A foszforilezett oxim gyorsan nem mérgező termékekké képes hidrolizálni. Ebben az esetben tehát az enzim aktivitása áll helyre. A szerves foszforvegyületekkel való mérgezések másik klasszikus ellenszere az atropin. Az atropin a kolinergiás szinapszisban lévő ún. muszkarin típusú acetilkolin-receptorokhoz kötődik, és fiziológiásan hatékonyan blokkolja a központi idegrendszerben, sima izmokban, mirigyekben található kolinergiás receptorokat. Ha az acetilkolin kötött, akkor jelátvitel történik; ha azonban atropin kötődik a receptorhoz, akkor nincs jelátvitel. Összességében az oximok és az atropin nemcsak kiegészítik, hanem erősítik is egymás hatását.
122 mm-es,
szarinnal töltött iraki rakéták az Öböl-háborút követő, Az írásban szereplő
idegmérgek fontosabb típusainak és hatásaiknak bemutatásával remélhetőleg
sikerült meggyőznöm a kedves olvasót arról, hogy milyen nagy veszélyt
jelentene ezen anyagok vegyi fegyverként történő esetleges bevetése.
Sajnos, a veszély reális és nagy! Egyes országok ugyanis titokban
nemcsak hatalmas készleteket halmoztak fel belőlük, hanem új típusú,
más elven működő, rendkívül veszélyes mérgeket is kifejlesztettek
azóta. Emiatt nemcsak a meglevő készletek megsemmisítése jelent ma
már komoly gondot és igényel rengeteg pénzt, hanem az újabb mérgek
kimutatása és az új védekezési stratégiák kidolgozása is. Erről lesz
szó a vegyi hadviselés történetét röviden ismertető írásom harmadik
és egyben befejező részében.
Vissza a tartalomjegyzékhez
|
||||