Глава III Отравляющие вещества кожно-нарывного (кожно-резорбтивного) действия
К группе ядов кожно-резорбтивного действия относятся химические вещества, которые вызывают местные воспалительно-некротические изменения в тканях в сочетании с выраженным резорбтивным действием.
Одним из весьма токсичных соединений, применявшихся в первую империалистическую войну в качестве боевых отравляющих веществ, является дихлордиэтилсульфид (иприт).
Это вещество было впервые получено Депре в 1822 г., затем аналогичное соединение было синтезировано в 1854 г. Ричем, а в 1860 г. — Гутри. Синтез этого соединения был усовершенствован в 1860 г. Ниманом. Последние два автора, впервые отметили, что дихлордиэтилсульфид обладает прижигающими свойствами и вызывает образование пузырей и язв при попадании его на кожу человека.
В 1885 г. Н.Д. Зелинским во время его работы в лаборатории В. Мейера в Геттингемском университете был осуществлен синтез дихлордиэтилсульфи да новым методом. При исследовании дихлордиэтилсульфид попал на руки и ноги Н.Д. Зелинскому и вызвал их поражение, в результате чего эксперимента он не смог довести до конца. Разработку своего способа синтеза этого соединения и работу завершил В. Мейер в 1886 г.
Ко времени первой мировой войны относятся исследования немецких военных химиков, проводивших поиск химических средств для поражения людей. Они обратили внимание на резкое прижигающее действие дихлордиэ тилсульфида, и после соответствующих исследований было налажено промышленное производство этого ада. В Германии указанное вещество поучило название Lost от первых букв фамилий немецких химиков Ломмеля и Штейнкопфа, предложивших промышленный способ производства дихлордиэтилсуль фида.
В ночь с 12 на 13 июля 1917 г. новое ОВ было применено против британских войск. Это произошло на позициях, расположенных в Западной Фландрии неподалеку от бельгийского города Ипр. Несмотря на наличие противогазов, англичане потеряли при первой атаке 6000 человек. Трагедия под Ипром дала название боевому ОВ. Последствия ипритных газовых атак против французских войск с большой художественной силой отражены в романе Роже Мартэна дю Гара «Семья Тибо». Писатель посвятил свою книгу памяти военного врача Пьера Маргаритиса. погибшего от иприта. Как свидетельствует Н.А. Сошественс кий (1933), страны Антанты потеряли за сравнительно короткий срок применения иприта в 8 раз больше людей, чем от всех остальных ОВ вместе взятых. Использование иприта усложнило защиту войск союзников.
После первой мировой войны иприт был применен в 1936 г. фашистской Италией против Эфиопии, а в 1943 г. — милитаристской Японией против Китая. Во время второй мировой войны были установлены признаки полной боевой готовности к применению иприта как со стороны Германии, так и со стороны США. В 1961-1969 гг. США осуществили в Южном Вьетнаме широкомасштабный геноцид с помощью военных гербицидов. Более 40% территории джунглей и пахотных земель (15.5 тыс. км.) последовательно обрабатыва лось оранжевой, голубой и белой жидкостью.
В состав оранжевого агента входит диоксин в концентрации от 0,1 до 2,4%. Диоксин обладает выраженными кожно-нарывными и мутагенными свойствами. В 44 388 т оранжевой жидкости, примененной во Вьетнаме, содержалось 110 кг диоксина, что позволило создать плотность заражения 70 мг/га (К.П. Дубинин, Ю.В. Пашин, 1978, Н.Г. Красовский, Л.Я. Васюкович. 1980). Этого оказалось достаточно, чтобы вызвать поражение примерно 2 млн. вьетнамцев, последствия которого связывают в первую очередь с диоксином. Более того, диоксин — сыграл роль бумеранга для 60 000 солдат агрессора, вызвав у них поражение нервной системы, печени и половых желез.
После Вьетнама. Лаоса, и Кампучии американская фирма. «Доу Кемикл» продолжала, свои варварские эксперименты с диоксином в Южной Африке и Бразилии. В результате этих «испытаний» только в одном бразильском штате Пара в 1981-1984 гг. погибло 7000 человек.
Токсикологическая (клиническая) классификация ядов
Физико-химические свойства и токсичность БОВ (основные представители)
Механизм действия алнилирующцх ядов
В патохимической классификации химические вещества данной группы именуются алкилирующими ядами. Под алкилированием понимается процесс вытеснения молекулой яда функциональных групп белка вообще и нуклеопротеидов в особенности.
Различают алкилирующее действие общее и избирательное. К общим алкилирующим агентам относятся вещества, имеющие один или несколько активных радикалов следующего строения:
1) производные сернистого иприта: R _ S _ CH2 _ CH2 _ Cl
2) производные азотистого иприта:
3) эпоксиды:
4) этиленимины:
5) эфиры метансульфокислоты:
Ко второй группе кожно-резорбтивных ядов относятся так называемые тиоловые яды. Это такие вещества, которые избирательно алкилируют только тиоловые группы метаболитов тканей. Подобные свойства проявляют соединения трехвалентного мышьяка, и ряд металлоорганических соединений.
Существует три теории механизма действия, которые необходимо рассматривать в совокупности.
1. Механизм действия ипритов основан на вытеснении молекулой яда водородных групп у атома азота азотистых оснований нуклеопротеидов (нуклеотическое действие).
Как известно, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) представляет собой цепь дезоксирибонуклеотидов, которые в свою очередь, состоят из пентозного сахара, остатка фосфорной кислоты и азотистого основания. Согласно многочисленным исследованиям, наибольший интерес представляет реакция ипритов с азотистыми основаниями ДНК (аденин-тимин, гуанин-цитозин). Алкилирующие вещества охотнее всего вступают в реакцию с гуанином. Алкилирование гуанина приводит к появлению неустойчивого четвертичного азота. В результате сахарно-фосфорно-азотистый каркас ДНК распадается, что приводит к деполимеризации нуклеопротеидов.
2. Механизм действия основан на внутриклеточной активизации молекулы иприта с образованием в клетке ониевых соединений и в последующем активных радикалов (лучеподобное действие) [Родневич].
При исследовании гидролиза иприта было показано, что в начале гид
ролиза образуются так называемые ониевые соединения (ониевые ионы). Сернистый иприт при гидролизе образует сульфониевые ионы, а азотистый иприт этиленимониевые ионы. Эти ионы обладают большой реакционной способностью, благодаря чему их сравнивают с продуктами радиолиза воды. Ониевые ионы могут вступать во взаимодействие с азотом пуринового ядра аденина и гуанина, входящих в структуру нуклеиновых кислот, и алкилировать их и даже «сшивать» цепи нуклеиновых кислот. В результате этого взаимодействия весьма существенно расстраивается функционирование нуклеиновых кислот, что приводит к нарушению синтеза белка, и к подавлению регенерации тканей. Следствием повреждения ДНК является нарушение хромосомного аппарата, и изменение наследственных признаков.
Кроме того, ониевые кислоты могут вызывать появление ионов Н, ОН, НО2, которые также весьма реакционноспособны и оказывают действие на клетки тканей, которое напоминает повреждающее действие ионизирующих излучений.
Однако, между действием ипритов и проникающей радиацией имеются существенные отличия. Р.К. Лякявичус (1967) приводит данные, показывающие, что ядра клеток более чувствительны к иприту, чем к проникающей радиации.
При воздействии проникающей радиации на ядра клеток наблюдаются и хромосомные, и хроматидные аберрации. При действии ипритов наблюдаются только хроматидные аберрации. Цитогенетические эффекты ипритов наблюдаются не ранее, чем через 8 часов, а при облучении они обнаруживаются почти сразу. Кислород не отягощает интоксикации алкилирующими соединениями, а при воздействии ионизирующего излучения количество аберраций в присутствии кислорода возрастает.
3. Теория мостиковых связей (аллергогенное действие). Механизм действия основан на блокировании полипептидной цепи ипритным «замком».
Иприты с двумя или тремя хлорэтильными радикалами более активны. чем с одним хлорэтильным радикалом. Следовательно, бифункциональные иприты взаимодействуют с метаболитом двумя концами своей молекулы, как бы сшивая метаболит, как бы запирая на «замок», образуя мостиковую связь в полипептидном стержне или в нуклеотиде. Имеет место полимеризация ипритных молекул после соединения их с белками. Понятно, что такие белки будут лишены своих реакционных способностей и, по-видимому, они-то и становятся аутоантигенами, определяя некоторые аллергические эффекты ипритов.
Варианты повреждения ДНК ипритом:
1. Отщепление азотистых оснований.
2. Взаимодействие с остатком фосфорной кислоты.
3. Разрыв цепи ДНК.
4. Взаимодействие с азотистыми основаниями.
5. Сшивание 2-х спиральной цепи ДНК.
6. Ошибка спаривания азотистых оснований.
Действие ипритов на ДНК ведет к токсигенетическим нарушениям, что проявляется:
1) нарушение митозов (цитостатическое действие);
2) нарушение синтеза белков и ферментов;
3) злокачественным повреждением клеток (бластомогенное действие);
4) нарушение развития эмбрионов и плода (тератогенное действие);
5) нарушением иммунитета;
6) нарушением генетических признаков клеток (мутагенное действие).
Особенности механизма действия алкилирующих ядов
с избирательным действием (люизит)
В лабораториях Питерса (Англия) и А.И. Черкеса (Киев) было показано. что соединения с трехвалентным мышьяком охотно вступают в реакцию со свободными аминокислотами, имеющими сульфгидрильные группы (цистеин):
Однако более устойчивую связь трехвалентный мышьяк образует с полипептидами:
Проникая в ткани, люизит повреждает те ферментные системы, которые богаты тиоловыми группами. Наиболее ранимой оказалась пируватокси дазная система, в которую входит липоевая кислота, имеющая две тиоловые группы.
По мнению Питерса (1963). А. И. Черкеса (1964), дигидролипоевая кислота, является первичным объектом воздействия группы тиоловых ядов. Гидролазы (в том числе и холинэстеразы), оксидазы (пируватоксидазная система) и дегидрогеназы, ряд ферментов АТФ, наконец, холинорецепторы содержат тиоловые группы и могут повреждаться при проникновении в ткани люизита.
Кроме того при действии тиоловых ядов отмечается отсутствие лучеподобного действия.
Патогенез развития ипритных поражений
Алкилирование ДНК ведет к далеко идущим последствиям. Вследствие деполимеризации нуклеиновых кислот и аминокислот страдают пластические процессы, прежде всего там, где скорость обновления белков наиболее высокая: ретикулоэндотелиальная система, костный мозг и др. Ткани теряют способность к регенерации. Воспаление протекает на фоне угнетения пролифера тивных процессов и резкого снижения сопротивляемости к инфекции.
Азотистый и сернистый иприты получили название лучевых ядов. Этим стремятся подчеркнуть сходство с поражением проникающей радиацией. Наиболее ярко оно проявляется в гематологических изменениях.
В первые сутки увеличивается число эритроцитов и лейкоцитов, что является следствием сгущения крови. В этот период можно обнаружить нейтрофилез и значительное уменьшение эозинофилов, моноцитов и лимфоцитов. В дальнейшем развивается выраженная лейкопения, анемия, тромбоцитопения. В нейтрофилах находят изменения дегенеративного характера. Созревание гранулоцитов не происходит. Развиваются геморрагический синдром, костномозговая чахотка (миэлофтиз). Лимфатические узлы. селезенка уменьшаются в весе в 3-4 раза, тогда как организм теряет в среднем 10-20 % первоначального веса. Следовательно, имеет место специфическое действие яда на лимфоидную ткань.
Под влиянием ипритов тормозятся иммунные реакции, что указывает на сходство с действием проникающей радиации. Уменьшается выработка антител. Ослабляются такие аллергические реакции, как реакция Шварцмана, анафилактический шок. Происходит понижение сопротивляемости организма к инфекции, что может стать непосредственной причиной гибели. Местно-воспалительный процесс протекает вяло, без образования грануляционного вала, лимфангоита, лимфаденита.
Общий обмен при поражении ОВ понижен. Это происходит благодаря способности ипритов вступать во взаимодействие с функциональными группами белковой молекулы и, в первую очередь, со многими ферментами. В литературе утвердилось название, характеризующее иприты как полиэнзимные яды. Иприт блокирует ферменты, участвующие в окислительно-восстанови тельных процессах (оксидазы, дегидрогеназы и др.). В результате развивается кислородное голодание по тканевому типу. Несмотря на достаточное количество кислорода, в крови тормозятся обе фазы гликолиза (аэробная и анаэробная), что приводит в остром периоде к гипергликемии.
При поражении ипритами страдает не только окисление углеводов, но и фосфорилирование их, так как эти яды инактивируют фермент фосфокиназу (фосфотрансферазу). Следовательно ткани, прежде всего головной мозг и мышечная система, лишаются макроэргических соединений.
Количество альбуминов в крови падает. Увеличивается содержание остаточного азота, мочевины. Значительно повышается уровень холестерина. Вследствие частых рвот и диареи нарушается водно-солевой обмен.
Областью приложения действия ипритов является кора головного мозга (особенно область центральных извилин), промежуточный мозг, его ретикулярная формация, мозжечок, продолговатый и спинной мозг, где развивается диффузно-некротический процесс. Острое отравление характеризуется постепенным появлением клоникотонических судорог, аффективной яростью, чувством страха, автоматическими, непроизвольными движениями, расстройством походки. Эти явления сочетаются с угнетением активности холинэстеразы головного мозга. Острое возбуждение сменяется депрессией, развитием адинамии.
Действие на вегетативную нервную систему характеризуется фазы остью изменений.
Это выражается в усилении секреции потовых, слезных, слюнных желез, непроизвольным мочеиспусканием и дефекации. Затем могут наступать расширение зрачков, тахикардия и другие признаки холинолитического действия.
Иприты избирательно блокируют альфа-адренорецепторы, прерывая специфическую импульсацию в них. В результате прекапилярные сфинктеры расслабляются, возникает патологическое депонирование крови, уменьшается кровоток в большом круге кровообращения. Хотя во время атонических, судорог артериальное давление повышается, в целом для отравления характерно наличие гипотонии. Острое отравление носит черты шокоподобной картины. Этому способствует патологическое депонирование крови в венах брюшной полости, повышение проницаемости сосудистой мембраны, избирательное блокирование адренорецепторов и непосредственное угнетающее действие ипритов на сосудодвигательный центр.
Действие на дыхание является фазным. Первоначальная гипервентиля ция сменяется дыхательной аритмией, бронхоспазмом. Если отравление характеризуется непосредственным проникновением паров иприта в дыхательные пути. то альвеолярная гиповентиляция будет выражена более ярко вследствие развития абсцедирующей пневмонии.
В терминальном периоде параличу дыхательного центра предшествует остановка сердца.
В кишечнике обнаруживается большое количество кровоизлияний, некрозов, изъязвлений, в особенности в верхней его трети. Характерны изнуряющие поносы как проявление некротическо-геморрагического энтероколита. Изменения в печени носят дистрофический характер. В капсуле клубочков почек скапливается серозная жидкость.