Антонов Н.С. - Химическое оружие на рубеже двух столетий [1994]. Двух столетий
 Скачать 2.64 Mb.
|
 Синтезированный «пептоидный» аналог пептида ССК-4 обладает повышенной аффинностью (сродством к рецептору), метаболической устойчивостью и липофильностью, способностью преодолевать гематоэнцефалический барьер. Серьезным недостатком эндогенных биорегуляторов с точки зрения перспектив использования их в качестве поражающих агентов является крайне низкая стабильность. В организме теплокровных они подвергаются быстрой деструкции катаболизирующими ферментами. Для исключения воздействия этих ферментов на биорегуляторы представляется перспективным применение их в рецептурной форме, содержащей ингибиторы этих ферментов. С другой стороны, ингибиторы ферментов, вызывающие деструкцию эндогенных биорегуляторов, сами по себе могут оказаться сильнодействующими физиологически активными веществами, присутствие которых в организме может приводить к накоплению эндогенных биорегуляторов, приводящему к дисбалансу с патологическими последствиями. 107 Интерес к биорегуляторам как основе для биохимического оружия может возрасти в связи с вступлением в действие химической конвенции 1993 года, поставившей под полный запрет традиционное химическое оружие. Биорегуляторы занимают промежуточное положение между токсинами и отравляющими веществами и по крайней мере пока не подпадают под запрет как химической, так и биологической конвенций. Исследования, а также производство биорегуляторов и их аналогов в интересах здравоохранения могут быть использованы для прикрытия работ по созданию биохимического оружия в обход конвенций. ТОКСИНЫ Токсинное оружие занимает промежуточное положение между биологическим (бактериологическим) и химическим оружием. Токсины, составляющие основу токсинного оружия, являются продуктами жизнедеятельности (метаболизма) микроорганизмов. Они исследуются в лабораториях микробиологического профиля наряду с бактериями, вирусами и другими биологическими агентами. Это роднит токсинное оружие с биологическим. Но токсины, в отличие от живых болезнетворных микроорганизмов, являются веществами, имеют строго детерминированный химический состав и строение. Токсины, в принципе, могут быть получены синтетическим путем. Это роднит токсины с отравляющими веществами. Рассмотрение достижений в области исследования токсинов бактериального и растительного происхождения в контексте оценки перспектив развития химического оружия связано с появлением за последние годы ряда публикаций и высказываний по проблемам развития химического оружия, согласно которым поражающая мощь отравляющих веществ в недалеком будущем существенно возрастет за счет получения супертоксичных токсинопо-добных веществ благодаря успехам в области молекулярной биологии и достижениям биотехнологии, генной инженерии в частности. Рицин Рицин привлекает внимание военных специалистов в области химического оружия, начиная с 1-ой мировой войны, из-за высокой токсичности и доступности. Его получают из семян касторовых бобов, в жмыхе которых содержится 0,5-1,5% рицина. Мировая продукция касторовых бобов в 1968 году составляла 980000 тонн. Основными производителями касторовых бобов являются Китай, Индия, Бангладеш и США. Технология выделения рицина из жмыха довольно проста и поэтому рицин досту- 108 пен для производства в странах с необязательно высоко развитой химической и микробиологической промышленностью. В годы 2-ой мировой войны рицин интенсивно исследовался в США и Англии в качестве средства для уничтожения живой силы противника. В годы войны в США было изготовлено 1,7 тонны рицина. Рицину, как поражающему агенту, был присвоен шифр «W». С тех пор исследования рицина не прекращались. Разработаны эффективные технологии его выделения и очистки. Рицин был получен в кристаллическом виде. Установлено химическое строение рицина, получены физико-химические и токсикологические характеристики этого токсина. Очищенный рицин представляет собой белый порошок без запаха, хорошо растворимый в воде. Молекулярный вес рицина равен 62057 дальтонам или в 440 раз больше, чем молекулярный вес зарина. Молекула рицина состоит из двух субъединиц (домен) А и В. Субъединицы А и В состоят из аминокислотных остатков и небольшой доли сахаров. Субъединицы соединены между собой дисульфидной связью. Субъединицы сами по себе не токсичны, токсическое действие проявляется только при условии кооперативного действия обеих субъединиц в составе молекулы рицина. Однако, будучи порознь введенными в организм, субъединицы самопроизвольно соединяются и молекула рицина реконструируется, проявляя весь спектр токсического действия нативного токсина. Показано, что каждая из субъединиц рицина, взятая в отдельности, может в условиях эксперимента образовать химическую связь с субъединицами молекул других токсинов или даже с искусственно полученными полипептидами, образуя гибридные молекулы токсинов, не встречающиеся в природе. Некоторые авторы публикаций полагают, что путем создания гибридных или так называемых «химерных» молекул открывается возможность конструирования токсиноподобных веществ с неограниченно широким спектром токсического действия. Токсическое действие рицина связано с ингибированием синтеза белков (протеинов) в рибосомах клеток-мишеней. Летальные дозы токсина зависят от способа введения в организм животных и от вида животных (см. табл. 6), При парэнтеральном введении, летальные дозы рицина для различных животных изменяются в широком интервале (от сотых до десятитысячных долей мг/кг), что связано, с одной стороны, с использованием в экспериментах препаратов рицина различной степени очистки и, с другой, различной детоксицирующей способностью ферментных систем лабораторных животных. Летальные дозы рицина при оральном введении выше, чем при парэнтеральном. По оценкам экспертов Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) летальная доза неочищенного рицина в аэрозольном 109 состоянии находится на уровне ингаляционной дозы паров зарина, а очищенного — меньше чем летальная доза вещества VX. Сообщалось о возможности потенцирования токсического действия рицина ионофорами, однако количественных данных по потенцированию не публиковалось. Токсическое действие рицина па человека хорошо изучено из-за частых случаев отравлений касторовыми бобами. Минимальная летальная доза рицина для человека равна 0,004 мг/кг. Первые симптомы поражения (геморрагия сетчатки глаз) наступают не ранее чем через 15 часов. Отравление сопровождается появлением тошноты и рвоты, сильной болью в области живота, кровавым поносом, возникновением судорог, прострации и коллапса. Как правило, смерть наступает через 6— 8 дней. При летальной интоксикации характерны тяжелые поражения печени и селезенки, геморрагические явления в желудочно-кишечном тракте, лимфатических узлах брюшной полости и сильные изменения в ультраструктуре почек. Таблица 6 Летальные дозы рицина для млекопитающих
Рицину, как потенциальному поражающему агенту, присущи многие недостатки, из-за которых высокотоксичный токсин реально не состоял на вооружении ни одной из армий. Рицин может оказывать поражающее действие только в аэрозольном состоянии, так как для него не характерно кожно-резорбтивное 110 действие. Применение рицина в аэрозольном состоянии, равно как и в виде порошка или капель раствора, не создает проблем защиты от него (достаточно одного противогаза), какие имеют место при защите от жидких отравляющих веществ нервно-паралитического действия. Рицин в чистом виде не может диспергироваться до аэрозольного состояния с помощью разрывных зарядов из-за потери активности. Дробление взрывом растворов или суспензий рицина встречает свои проблемы. Рицин, будучи гликопротеином, растворим только в водных системах, но сам разлагается водой. Водные растворы рицина замерзают, что создает дополнительные проблемы его боевого применения. Суспензии рицина в четыреххлористом углероде испытывались в качестве модельных систем при изыскании методов перевода в аэрозольное состояние других биологических агентов. Но любые суспензии сами по себе являются неустойчивыми, расслаиваются и меняют баллистические характеристики боеприпасов. Считается, что рицин может быть применен в виде тонкодисперсного порошка, распыляемого тем или иным способом над поражаемой территорией. Эффективное воздействие рицина через органы дыхания возможно при условии, когда порошок имеет размер частиц менее 5-10 мкм. Получение и сохранение такого порошка сопряжено с другими проблемами, в частности с проблемой предотвращения его слеживаемости и комкования. Рицин в виде порошка или раствора подвержен дезактивирующему действию ультрафиолетового излучения — получасовая экспозиция рицина в ультрафиолете приводит к снижению его активности в 1000 раз. По этой причине применение рицина в аэрозолированном состоянии в условиях солнечной радиации может быть неэффективным. Серьезным недостатком рицина является отсутствие у него быстродействия. Токсоэффект наступает не ранее 15—72 часов после интоксикации. Эффективное применение рицина в современных условиях крайне маловероятно. Для достижения одного и того же эффекта вес боеприпасов или других средств доставки рицина примерно в 3 раза превышает вес боеприпасов, снаряженных зарином. Следовательно, создание супертоксичных рициноподобных веществ не обещает усиление поражающей мощи химического оружия в будущем. Ботулинические токсины Токсины бактерий Clostridium botulinum — ботулинические токсины — являются рекордно высокотоксичными веществами. Известно семь антигенных типов этих токсинов (A, B, C, D, E, F и 111 G). Из них наиболее изученным является токсин типа А, состоявший на вооружении армии США под шифром «X». Ботулинические токсины производились в промышленном масштабе. Дальнейший прогресс в технологии получения токсинов связан с использованием более токсигенных штаммов бактерий-продуцентов токсина, полученных методами традиционной селекции или генной инженерии. В оптимальных условиях в 1 мл культуральной среды можно получить до 1,5 млн. летальных доз токсина типа А, 2,0 млн. — токсина типа В и до 142 млн. — токсина типа D. Для каждого токсигенного типа известно несколько молекулярных форм, причем в каждой из них содержится нейротоксин с молекулярным весом примерно 150000 дальтонов, ассоциированный с нетоксичными белками. Структура ассоциированных белков не изучена, а их роль, как полагают, состоит в стабилизации и защите нейротоксина. Химическое строение (аминокислотная последовательность) нейротоксинов установлена в 80-х годах, хотя отдельные нейротоксины были получены в кристаллической форме еще в 1946 году. Кристаллический нейротропный токсин типа А выделяется в виде бесцветных игл. Его молекула представляет собой двудоменную глобулу с молекулярной массой около 150000 дальтонов, в состав которой входит до 1500 аминокислотных остатков. Домены (субъединицы) А и В представляют собой линейные полипептиды с молекулярным весом примерно 51000 и 99000 дальтонов соответственно. В сухом состоянии измельченный ботулинический токсин может длительное время сохраняться без потери активности и в таком виде применяться путем распыления. Водные растворы ботулинических токсинов неустойчивы. Нейротоксин типа А теряет 80% активности в течение 2-х суток. Это ограничивает возможности по применению ботулинических токсинов путем диспергирования их водных растворов. Для повышения устойчивости токсинов в водный раствор дополнительно вводятся протеины, аминокислоты и нуклеиновые кислоты. Токсическое действие ботулинических токсинов связано с нарушением нейро-мышечной передачи вследствие блокады выделения ацетилхолина в синапсах. Вместе с тем в проявлении токсического действия этих токсинов играет роль наличие у них ферментативной активности и обусловленная ею способность вызывать гидролиз синаптобревина — протеина, входящего в состав мембраны синапсов. Начальными симптомами поражения ботулиническими токсинами являются тошнота, диарея, головная боль и головокружение, утомляемость, слабость, запоры. В последующих фазах проявления интоксикации расстраивается зрение, появляется сухо- 112 сть в полости рта, парализуются мышцы в носу и гортани. Речь становится затрудненной, иногда невозможной. Мышцы всего тела постепенно слабеют, дыхание нарушается. Тяжелые отравления заканчиваются летальным исходом в результате паралича дыхательной мускулатуры и сердечной мышцы. Первые признаки поражения при оральном поступлении токсина наблюдаются не ранее чем через 12—72 часа. При ингаляционном воздействии продолжительность скрытого периода меньше и может быть дополнительно уменьшена путем увеличения дозы токсина. Данные по сравнительной токсичности нейротропных ботулинических токсинов представлены в табл. 7. При внутрибрюшинном введении мышам наиболее высокий уровень токсичности отмечается у нейротоксина типа А. Из лабораторных животных наиболее чувствительной к действию ботулинических токсинов является морская свинка, для которой летальные дозы при внутрибрюшинном, ингаляционном и оральном введении равны 9,4·10-7, 3,18·10-5 и 1,87·10-4 мг/кг соответственно. Зафиксированная летальная доза ботулинического токсина для человека при оральном введении находится в пределах 1,43·10-6 - 1,43·10-5 мг/кг. Используя методы моделирования (переноса доз, полученных в экспериментах на лабораторных животных, на человека), получены следующие величины прогнозируемых летальных доз ботулинического токсина для человека:
Таблица 7 Летальные дозы ботулинических токсинов для мыши при внутрибрюшинном введении
113 Ингаляционная доза ботулинического токсина, выраженная величиной LCt50 оценивается величиной 0,02-0,1 мг.мин/м3. По этому показателю ботулинический токсин не менее чем в 750 раз токсичнее зарина и в 100 раз токсичнее вещества VX. Несмотря на столь высокую токсичность при полевых испытаниях, проведенных в США, в ходе которых ботулинический токсин диспергировался над группой привязанных животных, по числу смертельных поражений ботулинический токсин не на много превосходил отравляющие вещества нервно-паралитического действия, примененные тем же способом в тех же условиях. Следует иметь в виду, что в этом эксперименте моделировалось нападение на незащищенную живую силу противника. При активном противодействии (применение противогазов и др.) результат был бы в пользу отравляющих веществ. В докладе консультантов ВОЗ «Здравоохраненческие аспекты химического и биологического оружия» приводится сравнение площадей поражения ботулиническим токсином и веществом VX, диспергированным до частиц размером 5 мкм, при условии расхода каждого из них по 4000 кг. Применительно к этому сценарию ботулиническим токсином поражалась площадь 12 км2, в то время как вещество VX наносило поражение на площади до 40 км2. Следует заметить, что в принятом сценарии применение вещества VX. преследовало цель нанесения ингаляционных поражений. Но вещество VX дает значительно большие площади поражения при применении его в виде грубодисперсного аэрозоля для нанесения поражений через кожу. По другим данным для достижения поражений через кожные покровы расход вещества VX составляет не более 2-3-х кг/га. Следовательно, в рассмотренном сценарии, применив 4000 кг вещества VX, можно вызвать поражение живой силы на площади 13—20 км2. Несоответствие между уровнями токсичности и площадями поражений ботулиническим токсином и веществом VX, отмечаемое в результатах условного применения этих поражающих агентов, является следствием ряда причин. Во-первых, при переводе в аэрозольное состояние токсин разлагается в большей степени, чем вещество VX. Во-вторых, фракции аэрозоля токсина, наиболее эффективные при ингаляционном воздействии и имеющие размер 5-10 мкм и менее, рассеиваются в верхних слоях атмосферы, не достигая поверхности земли, а фракции крупных частиц токсина, достигая поверхности земли, не вызывают поражений ни при попадании их на кожные покровы, ни при ингаляции. В рассматриваемом сценарии имел место дальний перенос аэрозоля токсина атмосферными потоками, в ходе которого часть токсина подвергалась детоксикации за счет факторов окружающей среды. 114 Сакситоксин Устричный яд сакситоксин в период интенсивного исследования его свойств (годы 2-ой мировой войны и послевоенные годы) оставался наиболее токсичным веществом, за исключением бактериальных токсинов. Он привлекал внимание специалистов в области химического оружия прежде всего потому, что имеет небольшой для токсинов молекулярный вес, что давало надежды на синтез токсина или его токсичных производных. Поначалу сакситоксин для исследовательских целей добывался из ядовитых устриц, для чего приходилось перерабатывать их в огромных количествах. В 1966 году И. Шанц с сотрудниками военно-химических лабораторий из Форт-Детрика министерства армии США показал, что токсин устриц и токсин, выделенный из одноклеточных морских водорослей (динофлагеллят Gonyaulax catenella), являются идентичными и что токсичность устриц обусловлена тем, что устрицы питаются этими одноклеточными водорослями. Это открытие дало возможность разработать технологию получения сакситоксина иным путем - путем культивирования в ферментерах тех самых водорослей. Совсем недавно был открыт новый источник получения сакситоксина. Японскими исследователями в 1988 году открыт вид морских бактерий, которые являются продуцентами сакситоксина. Тем самым были созданы предпосылки к разработке микробиологического метода получения сакситоксина, обещающего быть более эффективным по сравнению с методом, основанном на культивировании динофлагеллята. Химическая природа сакситоксина была установлена в 1971 году, а его строение окончательно установлено в 1975 году. Сакситоксин является азотсодержащим основанием, которое с хлористым водородом образует хлоргидрат. Молекулярный вес сакситоксина в форме хлоргидрата равен 354 дальтоном, а в виде свободного основания 281 дальтону или только в 2 раза больший по сравнению с зарином. Дихлоргидрат сакситоксина представляет собой белый гигроскопичный порошок, хорошо растворимый в воде, ограниченно растворимый в спиртах и ледяной уксусной кислоте, нерастворимый в органических растворителях и жирах. В форме дихлоргидрата сакситоксин является устойчивым веществом, плавящимся при 200ºС с разложением. Выдерживает нагревание в водных растворах в автоклавах при температуре до 120ºС без потери активности. Допускает перевод в аэрозольное состояние диспергированием растворов и, видимо, методом термической возгонки. Токсическое действие сакситоксина обусловлено его способностью вызывать блокаду пре- и постсинапсических ионных каналов. Характер воздействия сакситоксина на человека хоро- 115 ошо изучен в связи с имевшими место случаями «паралитических отравлений съедобными моллюсками». В армии США сакситоксину как токсину, имеющему военную значимость (military toxins), был присвоен шифр «TZ». Токсикология сакситоксина была детально изучена в Эджвудском арсенале. Первыми признаками отравления сакситоксином являются онемение губ, языка и кончиков пальцев, которые появляются спустя несколько минут после попадания токсина в желудок. В последующем наступает общее расстройство мышечной координации, сопровождаемое нарастанием слабости, головокружением, головной болью и сонливостью. Пострадавшие обычно сохраняют память вплоть до наступления смерти, вызываемой параличем дыхательной мускулатуры. Смерть наступает в зависимости от дозы через 2—12 часов. Летальные дозы сакситоксина в зависимости от способа введения его в организм лабораторных животных составляют тысячные — десятые доли мг/кг (см. табл. 8). Человек при оральном введении сакситоксина является более чувствительным, чем животные. Летальная доза сакситоксина при оральном поступлении для человека равна (4,0-7,0)·10-3 мг/кг. В 1989 году специалистами медицинского исследовательского института инфекционных болезней армии США (Форт-Детрик, штат Мериленд) было обнаружено, что сакситоксин при ингаляционном введении мышам примерно в 10 раз токсичнее, чем при внутривенном и внутрибрюшинном введении. Этот феномен объясняется тем, что при ингаляции действие сакситоксина нацелено на орган (легкие), а не на организм в целом, что происходит при внутривенном введении. Гибель животного наступает из-за нарушения функционирования органа-мишени. Аналогичное действие наблюдается и у других токсинов, способных поражать легкие (например, Т-2 токсин). Наоборот, в случаях, когда органом-мишенью являются не легкие, а другие органы, летальные дозы токсинов при ингаляции могут быть более высокими, чем при внутривенном введении. Это наблюдается при ингаляции микроцистина, органом-мишенью которого является печень. С учетом этого наблюдения расчетное значение летальной дозы сакситоксина для человека при ингаляции равно 5 мг.мин/м3, или в 2 раза меньше, чем у вещества VX ив 15 раз меньше, чем у зарина. Сакситоксин, как и некоторые другие низкомолекулярные токсины (тетродотоксин, бреветоксин, палитоксин, анатоксин-а и Т-2 токсин) способен вызывать поражения при накожной аппликации. Летальная доза сакситоксина при действии через кожу не установлена. В случае бреветоксина доза, в 20 раз превышающая летальную дозу при парэнтеральном введении, не вызывала смертельных исходов. 116 Таблица 8 Летальные лозы сакситоксина
Применение полярных растворителей, ускоряющих трансдермальный перенос веществ, не приводило к заметному снижению величин летальных доз различных токсинов при накожной аппликации. В литературе применение сакситоксина в виде растворов для нанесения кожно-резорбтивных поражений не обсуждается. Палитоксин Палитоксин был открыт учеными Гавайского университета США и по заведенному в этой стране порядку первую информацию о палитоксине и образцы токсина ими были переданы в Эджвудский арсенал армии, где он был детально исследован как вещество под шифром ЕА 3940. В 1965 году сотрудник этого арсенала McCrech сделал первую научную публикацию по токсикологии палитоксина, а в 1970 году группа токсикологов Эджвудского арсенала во главе с доктором Джеймсом Виком опубликовала большую статью по итогам исследования токсичности палитоксина. В начале 80-х годов была изучена химия палиток- 117 сина. Исследователями из США и Японии была расшифрована химическая формула токсина, получены сведения о его химических свойствах. Затем был осуществлен синтез палитоксина, который продемонстрировал экспериментальное мастерство химиков, но вряд ли послужит прогрессу в области промышленного получения этого вещества. В начальной фазе исследований палитоксин выделялся из зоантид (зоантарий) — морских беспозвоночных из класса коралловых полипов. В конце 60-х годов биотехнологическая группа, выполнявшая исследования по контракту с армией США, установила, что одна из бактериальных культур, выделенных из Palytoa toxica, является продуцентом палитоксина. Интересно, что морфология выделенного микроорганизма позволяет отнести его к ряду Vibrio, морские виды которого являются продуцентами тетродоксина — другого высокотоксичного вещества непептидной природы. Эти исследования открыли путь к разработке микробиологической технологии получения палитоксина. Палитоксин по сравнению с другими токсинами непептидного строения имеет довольно крупную молекулу. Молекулярный вес токсина равен 2680 дальтонам или в 19 раз больше, чем у зарина. Выделенный палитоксин после очистки представляет собой белый аморфный гигроскопичный порошок. В кристаллической форме токсин пока получен не был. Он растворим в воде, пиридине, диметилсульфоксиде, плохо растворим в спиртах, не растворим в хлороформе, эфире, ацетоне. При растворении в воде образует стойкую пену. В нейтральных водных растворах при небольшом охлаждении может сохраняться без потери активности в течение нескольких месяцев. Разлагается и кислотами, и щелочами. Палитоксин может переводится в аэрозольное состояние из растворов с помощью распылителей или взрывом заряда взрывчатого вещества. О возможности получения аэрозолей этого токсина путем термической возгонки не сообщалось. Палитоксин вряд ли может эффективно применяться в виде заблаговременно приготовленного тонкодисперсного порошка из-за его гигроскопичности. Палитоксин является сильнейшим геморрагическим ядом, поражающим почки, сердечно-сосудистую и респираторную системы, желудочно-кишечный тракт. Имеются свидетельства о его кардиотоксическом и гемолитическом действии. Причинами летального исхода у всех лабораторных животных являются: - почечная недостаточность, уремия и шок; - генерализованный геморрагический диатез с некротизирующим васкулитом и ишемией; - конгестивная остановка сердца; - массивная геморрагическая пневмония. 118 Палитоксин обладает раздражающим действием на кожу и слизистые. При локальном воздействии вызывает эритему, отек и даже некроз кожи. При попадании в глаз вызывает лак-римацию, раздражение и конъюнктивит. Через сутки происходит помутнение и изъявление роговицы, пораженный глаз закрывается. Описан случай поражения человека палитоксином в естественных условиях. При случайном контакте обнаженной кожей колонии кораллов, содержащей продуцент токсина, пострадавший ощущал сильные мышечные боли и спазмы в брюшной полости. Об уровне токсичности палитоксина сравнительно с токсичностью других ядов природного происхождения свидетельствуют данные табл. 9. При внутривенном введении палитоксин примерно в 20 раз токсичнее сакситоксина и более чем в 3000 раз токсичнее стрихнина. Токсические эффекты зависят от пути поступления палитоксина в организм (см. табл. 10). Экстремально низкие летальные дозы отмечаются в случае внутривенного введения токсина. При интратрахеальном введении летальная доза палитоксина лишь в 4 раза превышает таковую при внутривенном введении, что позволяет сделать вывод о высокой эффективности палитоксина в аэрозолированном состоянии, высокой поражающей способности при воздействии ингаляционным путем. Дж.Вик опубликовал данные о видовой чувствительности лабораторных животных при внутривенном введении палитоксина (см. табл. 11). Таблица 9 Летальные дозы токсинов при внутривенном введении
119 Таблица 10. Летальные дозы палитоксина для крысы при различных способах введения
Таблица 11. Летальные дозы палитоксина для различных животных при внутривенном введении
Эти экспериментальные данные позволяют сделать весьма достоверный прогноз уровня внутривенной токсичности для человека. Согласно прогнозу летальная доза палитоксина при внутривенном введении человеку лежит в пределах (1,0-2,0) ·10-5 мг/кг. Недостаток палитоксина как потенциального поражающего агента в том, что он является твердым веществом, в связи с чем существуют проблемы перевода его в аэрозольное состояние. По той же причине уровень кожно-резорбтивной токсичности не может быть столь высок по сравнению с ингаляционной токсичностью. Практически при обычных условиях палитоксин не образует пар в концентрациях, при которых возможны пораже- 120 ния из-за чего сковывающее действие палитоксииа проявляется в значительно меньшей мере, чем у жидких отравляющих веществ. Палитоксин пока, по крайней мере, не может производиться в количествах, необходимых для того, чтобы стать оружием. Не исключено, что в будущем палитоксин получит производственную базу и будет представлять опасность при применении в смесях с жидкими отравляющими веществами. * * * Рассмотренные высокотоксичные вещества по праву отнесены к категории потенциальных отравляющих веществ. Военное использование их не исключается. Синтетические вещества этой группы по уровню токсичности не уступают, а токсины во много раз превосходят фосфорорганические отравляющие вещества. Все они достаточно стабильны, могут продолжительное время храниться и, в принципе, доступны для изготовления в промышленном масштабе. Современные армии не имеют антидотов против них, а создание антидотов против диоксина и палитоксина представляется проблематичным. Газосигнализаторы и другие средства индикации и идентификации отравляющих веществ, состоящие на снабжении современных армий, не приспособлены для обнаружения веществ этой группы в воздухе, на поверхностях, в воде и продуктах питания. И несмотря на отмеченные безусловные достоинства, ни одно из веществ этой группы на рубеже подписания конвенции 1993 года о полном запрещении химического оружия не состояло на вооружении ни одной армии. Причина этого заключается в том, что веществам этой группы присущи существенные недостатки: - неспособность наносить эффективные поражения при воздействии через кожу; - отсутствие или крайне низкое давление насыщенного пара; - их твердое агрегатное состояние. При крайне низкой кожно-резорбтивной токсичности по эффективности применения как в чистом виде, так и в виде растворов они явно уступают отравляющим веществам типа VX. Они могут эффективно применяться только для нанесения ингаляционных поражений. Контакт с предметами, зараженными веществами этой группы, не опасен и без применения средств защиты кожи. В очаге поражения этими веществами не происходит опасного заражения воздуха из-за крайне низкого давления насыщенного пара. Опасность появления ингаляционных поражений 121 может возникнуть лишь при сильном пылеобразовании. Санитарная обработка, по крайней мере экстренная, личного состава и дегазация вооружения и обмундирования после воздействия аэрозоля (дыма), порошков и капель растворов этих веществ не требуются. Следовательно, вещества этой группы не могут оказывать сильного сковывающего действия. Взрыв заряда взрывчатого вещества для перевода твердых тел в аэрозольное состояние обычно не применяется — большая доля вещества разлагается и при этом значительная часть его дробится до частиц крупных размеров, не проникающих в легкие и потому существенно менее эффективных. При использовании пиросоставов до 50% по весу объем корпуса боеприпаса занимает горючее и окислитель, а из находящегося в пиросоставе токсичного вещества в аэрозольное состояние переводится не более половины. Ни взрыв, ни термическая возгонка не применимы для аэрозолирования рицина и биорегуляторов полипептидной природы. Не исключено, что твердые высокотоксичные вещества могут найти применение в виде растворов в жидких отравляющих веществах для усиления действия последних. МИКОТОКСИНЫ Микотоксины являются продуктами жизнедеятельности микроскопических грибов. Известно более 240 штаммов различных видов грибов, являющихся продуцентами около 100 токсичных веществ, способных вызывать микотоксикоэы человека и животных. Микроскопические грибы (плесени) наносят огромный ущерб сельскохозяйственному производству, поражая зерновые и масличные культуры, фрукты, корнеплоды, корма. Микотоксины, как правило, попадают в организм людей и животных алиментарным путем как при непосредственном употреблении зараженных микотоксинами продуктов питания и кормов, так и через систему пищевых цепочек. Персонал, имеющий контакт с зараженными микотоксинами зерном, кормами и различными видами растительного сырья, может получить ингаляционные или кожно-резорбтивные поражения за счет попадания микотоксинов с пылью. Все известные микотоксины являются кристаллическими веществами, растворимыми в ацетоне, этилацетате, хлороформе, диэтиловом эфире и других апротонных растворителях. Они частично растворимы в воде и спиртах. Микотоксины являются весьма стабильными веществами, выдерживают продолжительное кипячение в воде и даже автоклавирование при 120ºС. 122 В основе токсического действия микотоксинов лежит их способность проникать в клетки и ингибировать синтез белков. Микотоксины повреждают структуру и нарушают функции мембран клеток. В табл. 12 приведены данные по уровням токсичности ряда хорошо изученных микотоксинов. Наиболее токсичным из них является Т-2 токсин. Установлено, что любое вмешательство в структуру Т-2 токсина в попытках получения более токсичного его производного (ступенчатое деацилирование, ацилирование свободной гидроксильной группы, замена двойной связи в циклической структуре на одинарную и др.) неизменно приводит к снижению токсичности производных относительно исходного токсина. Таблица 12. Летальные дозы микотоксинов трихотеценового ряда для мыши при парэнтеральном введении
При парэнтеральном введении (внутривенно и внутрибрюшинно) все микотоксины, в том числе и Т-2 токсин, по уровню токсичности уступают в сотни раз отравляющим веществам нервно-паралитического действия (см.табл. 1). 123 Т-2 токсин впервые был выделен в 1968 году. Установлено его химическое строение. Т-2 токсин может быть получен синтетическим путем, но с низким выходом. Поэтому отдается предпочтение микробиологическому способу его получения. Его получают культивированием токсигенных штаммов грибов на зерне с выходом до 3 г на 1 кг зерна. Имеются предпосылки для разработки технологии микробиологического синтеза Т-2 токсина на искусственной жидкой питательной среде с выходом нескольких граммов токсина на 1 л среды. Т-2 токсин опасен при различных путях поступления его в организм: оральном, ингаляционном и перкутанном. Среднесмертельные дозы Т-2 токсина при оральном введении различными животными приведены в табл. 13. По этому показателю Т-2 токсин уступает веществу VX в несколько десятков раз (LD50 вещества VX для крысы при оральном введении 0,1 мг/кг). По оценкам, среднесмертельная доза Т-2 токсина для человека находится в пределах 35-75 мг на человека или 0,5-1,0 мг/кг. Т-2 токсин при оральном введении поражает все жизненно важные системы организма: желудочно-кишечный тракт, центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Следствием высокой цитотоксической активности Т-2 токсина является его иммуносупрессивное действие, приводящее к понижению устойчивости организма к инфекционным заболеваниям. При оральном введении токсические эффекты наступают после длительного, исчисляемого днями, латентного периода, продолжительность которого зависит от введенной дозы. Эксперименты на животных показывают, что при ингаляционном воздействии тонкодисперсного аэрозоля Т-2 токсина летальные дозы в 10-20 раз ниже, чем при других методах парэнтерального введения (см. табл. 14). Прогнозное значение LCt50 для человека составляет 5800 мг.мин/м3 и по этому показателю Т-2 токсин уступает зарину примерно в 80 раз. У всех подопытных животных после ингаляции аэрозоля Т-2 токсина быстро развиваются расстройства, включая рвоту, цианоз, анорексию, понижение температуры тела и летаргическое состояние. Рвота начинается сразу же после или даже в период ингаляции. Происходит покраснение кожи. Животное погибает главным образом от отека легких. При нанесении на кожу животных растворов Т-2 токсина наступают покраснение, отек и глубокий некроз ткани. Степень проникания сухого порошка токсина в кожу невелика, а токсическое действие токсина в этом случае проявляется в виде воспалительной реакции, шелушения, потери чувствительно- 124 сти. В запущенных случаях могут наблюдаться некротические изменения. При накожной аппликации растворов Т-2 токсина проявляется его общетоксическое действие. Симптомы интоксикации включают диарею, носовое кровотечение, расстройство центральной нервной системы, проявляющееся в нарушении поведенческих реакций. С кожно-резорбтивной активностью Т-2 токсина связывают появление галлюцинаций и других расстройств. Количественные характеристики токсического действия Т-2 токсина представлены в табл.15. Данные для свиньи не получены, а при дозе 50 мг/кг гибель свиней от Т-2 токсина не наступала. По кожно-резорбтивному действию Т-2 токсин уступает веществу VX не менее чем в 20 раз. Таблица 13. Летальные дозы Т-2 токсина при оральном введения различным животным
Таблица 14. Легальные дозы Т-2 токсина для различных животных при ингаляции
125 Таблица 15. Летальные дозы Т-2 токсина для различных животных при накожной аппликации
* - диметилсульфоксид Скорость проникания Т-2 токсина в кожу и уровни летальных доз при накожной аппликации зависят от природы растворителя, на котором готовится раствор токсина. Наивысший эффект отмечается при использовании полярных растворителей, например, диметилсульфоксида (ДМСО). Введение в раствор токсина Т-2 1-додецилазациклогептана-2-она (азона) ускоряет и увеличивает степень проникания токсина в кожу. Однако, качественных изменений в уровнях токсичности различных микотоксинов за счет использования пенетрантов не происходит. Интерес к микотоксинам как потенциальным агентам химической войны был подогрет искусственным путем. О якобы имевшем место применении микотоксинов в ходе боевых действий в Юго-Восточной Азии и Афганистане утверждалось в двух докладах государственного департамента конгрессу США. В течение 2-х лет проводилось расследование специально уполномоченной на то комиссией экспертов ООН, возглавлявшейся египетским генералом Esmat A. Ezz. В монографии С.Сигрейва 126 «Желтый дождь», выход которой был приурочен к началу кампании о применении в ходе боевых действий микотоксинов, правительство США осуждается за то, что оно, будучи втянутым в химическую войну во Вьетнаме, якобы просмотрело рождение в бывшем Советском Союзе химического оружия третьего поколения на основе микотоксинов. Приведенные в этом разделе данные по токсичности и другим свойствам микотоксинов свидетельствуют, что они по всем основным показателям уступают современным отравляющим веществам и ранее известным токсинам. В докладе экспертов ООН по результатам расследования на месте не получили подтверждения ни один из так называемых фактов применения в ходе боевых действий ни микотоксинов, ни отравляющих веществ. Больше того, эксперты сообщили, что представленные им «жертвы» и заведенные на них истории болезней оказались фальшивыми. Как потом обнаружилось, фальшивыми были и образцы проб растительности и грунта, якобы доставленные из мест применения микотоксинов. Если бы микотоксины действительно представляли интерес как поражающие агенты военного назначения, они стали бы предметом исследований и разработок по заданиям военных ведомств ряда государств, но этого не произошло и не случайно — на основе микотоксинов нельзя усилить поражающие свойства химического и токсинного оружия. Оценивая микотоксины как потенциальные отравляющие вещества, А.Влек и Д.Упшол в 1988 году в журнале «Chemistry in Britain» писали: «Учитывая существующий уровень противохимической защиты войск, мы полагаем, что вещества такого типа и степени токсичности не могут представлять угрозы их применения против английской армии». Авторов публикации следует понимать в том смысле, что они считают достаточным при защите от микотоксинов использование уже имеющихся в их армии средств противохимической защиты от отравляющих веществ и что не существует необходимости создавать какие-либо специфические средства защиты от микотоксинов. С такой оценкой потенциальной опасности применения микотоксинов нельзя не согласиться. Микотоксины по токсическим эффектам весьма близки к иприту и по этой причине они, как и иприт, могут быть отнесены к инкапаситантам калечащего действия.
В научных лабораториях военно-химического профиля ранее проводились и, вероятно, еще будут проводиться целевые исследования по поиску новых классов токсичных веществ, равно как и более токсичных аналогов известных отравляющих веществ. Банк данных о токсических эффектах и токсичных веществах непрерывно пополняется также в результате исследований, проводимых с заведомо мирными или разрешенными целями. Открытие палитоксина, диоксина, бициклоортокарбоксилатов, токсичных норборнанов, фактора аггрегации тромбоцитов и др. обязано исследованиям, не преследовавшим военных целей. Естественно возникает вопрос, не приведут ли проводимые с различными целями исследования в области биологически активных соединений к получению новых более токсичных отравляющих веществ? Командир Лаборатории химических систем (ныне Центр химических исследований, разработок и технологий) армии США полковник У.Кастенмайер в 198 1 году писал, что «для выполнения возложенных на его лабораторию неотложных задач собрана группа выдающихся ученых и специалистов, которые занимаются разработкой химических боеприпасов..., предназначенных для ведения боевых действий в будущем. Имея перед собой ясные цели, мы ожидаем в 80-е годы появление новых интересных идей и возможностей для усиления американского потенциала в области химического оружия... Официальные представители Лаборатории химических систем... верят, что усиление потенциала США в области химического оружия будет продолжаться, чтобы стать направлением первоочередного значения в последующие годы». Доктор К.Ямамото, соавтор монографии «Генное оружие», считает, что использование новейших методов биотехнологии приведет в обозримом будущем к получению супертоксичных отравляющих веществ и токсинов. Дж. Таккер в одной из своих публикаций в журнале Gene WATCH в 1985 году отмечал, что ныне известные токсины обладают существенными недостатками, но применением методов генной инженерии можно осуществить модификацию токсинов и превратить их в стабильные летучие вещества, способные вызывать поражения людей при воздействии через кожу и избирательно реагирующие со специфи- 128 ческими рецепторами, являющимися жизненно важными биомишенями в организме. Всемирная федерация научных работников в 1986 году распространила брошюру «Химическое оружие и последствия его применения», в которой сказано, что в США, якобы на стадии разработки находятся перспективные в военном отношении синтетические токсиноподобные соединения, по уровню токсичности превосходящие отравляющее вещество VX в сотни-тысячи раз, способные вызывать поражения людей при концентрациях 0,1—0,001 мг/м3. Обнадеживающие прогнозы развития химического оружия пока не сбываются. В свете изложенного представляется принципиально важным оценить, существуют ли научные предпосылки для наращивания поражающих свойств отравляющих веществ путем дальнейшего увеличения их токсичности. Выше было показано (см. раздел II), что каждое множество веществ со сходным характером токсического действия, объединяющее структурно-родственные соединения, имеет границу минимальных летальных доз (ГМЛД), которая в логарифмических координатах LD50 (моль/кг) — молекулярный вес представляет собой параболовидную линию, причем наиболее токсичным веществам множества соответствуют строго определенные значения молекулярного веса. Остается показать, что ГМЛД существует и у всей совокупности химических соединений, химическое строение которых не противоречит структурной теории. Число химических элементов в природе ограничено, а валентные отношения между атомами в молекулах строго детерминированы. Следовательно, каждому достаточно узкому интервалу изменения молекулярного веса соответствует определенная выборка веществ, число которых в выборке конечно, как бы велико оно ни было. Возможен эксперимент, в ходе которого определяются летальные дозы каждого из веществ данной выборки. Очевидно, что должно найтись хотя бы одно вещество, отличающееся от других наименьшей величиной летальной дозы. Так как по условию эксперимента других веществ с молекулярным весом, укладывающимся в выбранный для эксперимента интервал изменения его, не существует, то наиболее токсичное вещество выборки определяет положение ГМЛД на этом интервале изменения величины молекулярного веса. Поскольку на выбор интервала изменения величины молекулярного веса в эксперименте никаких ограничений не накладывалось, постольку вывод о существовании ГМЛД является правомерным для всего диапазона изменения величин молекулярных весов всей совокупности физиологически активных веществ. Такой ход рассуждений позволяет доказать факт существования ГМЛД, но сам по себе он не дает ответа на вопрос, где проходит эта граница. Оказалось, что 129 ответ на поставленный вопрос можно получить путем анализа всего имеющегося массива экспериментальных данных по уровням летальных доз химических веществ различного состава и строения и принадлежащих ко всем известным классам исследованных соединений. Если на евклидовой поверхности в логарифмических координатах LD50 — молекулярный вес отобразить весь массив веществ, для которых летальные дозы экспериментально установлены, то плоскость графика (см.рис. 6) оказывается разделенной на две части: на одной из них сосредоточены отображения всех взятых веществ, в то время как другая часть плоскости графика остается свободной, ибо в природе не существует веществ, которые по величине летальной дозы и молекулярного веса соответствовали бы этой части плоскости графика. Между указанными частями плоскости графика отчетливо прослеживается граница, формируемая отображениями, наиболее токсичных веществ в соответствующих интервалах изменения величины молекулярного веса. На рис. 6 сохранены отображения только наиболее токсичных веществ, и проведена линия, огибающая эти отображения со стороны минимальных летальных доз. Эта линия названа токсоидой. Токсоиду без большой погрешности можно отождествить с ГМЛД и вот почему. В области малых величин молекулярного веса токсоида проходит через точку, соответствующую цианистому водороду, молекулярный вес которого равен 27 дальтонам. Все вещества с. молекулярным весом 27 дальтонов и менее известны а их летальные дозы экспериментально установлены. Наиболее токсичным среди них является, цианистый водород, следовательно это вещество и определяет, положение ГМЛД в области небольших величин молекулярного веса, причем при молекулярном весе 27 дальтонов токсоида и ГМЛД точно совпадают. Если на рис. 5 убрать отображения, всех синтетических веществ и оставить отображения только веществ природного происхождения, то положение токсоиды на плоскости графика останется прежним. Следовательно, границу минимальных летальных доз формируют отображения веществ природного происхождения, а синтетические вещества лишь достигают токсоиды. И это не случайно. В процессе эволюционного развития животного мира произошел, естественный отбор ядов, способных поражать агрессора (при защите) или жертву (при нападении) минимальным количеством. ГМЛД как и токсоида отражает чувствительность или восприимчивость животных к действию ядов. И если это так, то дальнейшее увеличение массива экспериментальных данных, по токсичности вновь синтезируемых.или выделяемых из природных источников химических соединений не по- 130 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||