Диссертация (1150378), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Табун – тривиальное название для этилового эфирадиметиламида цианофосфорной кислоты. Внимание исследователей к этомуклассу ФОВ объясняется наличием у фосфора легко уходящей группы (-F, CN). Как показали дальнейшие исследования, эта уходящая группа ворганизме человека ковалентно связывается с серином ацетилхолинэстеразы(АХЭ).К концу второй мировой войны запасами боевых ФОВ обладали США иСССР, но первое применение в качестве отравляющего вещества произошлолишь во время военного конфликта 1988 года между Ираном и Ираком [18].19Синтез табуна проще, чем остальных боевых ФОВ, но и токсичностьэтого вещества много ниже, чем у иных нервно-паралитических отравляющихвеществ, меньшее давление насыщенного пара и меньший период разложенияпод воздействием влаги из воздуха.
Схожими характеристиками обладаетдиизопропилфторфосфат (DFP).Разработанные позднее вещества GB (зарин), GD (зоман), GF(циклозарин), VX и RVX требуют значительно более сложного синтеза, но приэтом значительно опаснее GA благодаря более высокой токсичности,химической устойчивости и, за исключением VX и RVX, более высокойлетучести. Особенность зомана блокировать реактивацию АХЭ сделала этовещество основным боевым отравляющим веществом в СССР и США.Разработка отравляющих агентов VX и RVX обусловлена тем, что приингибировании АХЭ в организме млекопитающего образуется избытокацетилхолина, и для повышения сродства АХЭ к молекуле ФОВ был добавленструктурный элемент, схожий с нейротрансмиттером ацетилхолином. В СШАи СССР были независимо разработаны схожие по свойствам и структуре ФОВVX и RVX соответственно.
Существуют сведения, что на этом разработкабоевых ФОВ не остановилась, и в недавнем прошлом были созданы новыевещества – фосфорорганические ингибиторы холинэстеразы, обладающиеновыми, неизвестными особенностями [20].1.3.2. Механизм действияВсе рассматриваемые ФОВ являются антихолинэстеразами (АХЭ) истимулируют накопление нейротрансмиттера ацетилхолина (АХ) в нервныхсинапсах путем фосфорилирования АХЭ и вызывают поражение какцентральной, так и периферической нервной системы. В крови онинеобратимо присоединяются к АХЭ красных кровяных телец, а также кбутирилхолинэстеразе плазмы.
Кровь и плазма зачастую являются буфером,который защищает органы и ткани организма от воздействия ФОВ. Реакция20АХЭсФОВэффективнопрепятствуетреакциирасщепленияАХ,катализируемой АХЭ, состоящей во взаимодействии триптофана и глутаматаАХЭ с четвертичным атомом азота АХ при одновременном взаимодействииаминокислот АХЭ на сложноэфирную группу АХ (рис 2) [22].Рисунок 2. Каталитическое разложение АХ на АХЭ.,АХ координируется на АХЭ каталитическим участком 1a черезпромежуточное связывание на участке кулоновского связывания 1b, затемгидроксильная группа серина связывается с карбоксильным атомом углеродасложноэфирной группы АХ и происходит каталитический гидролиз сложногоэфира 2, при этом молекула холина уходит.
Затем связь серина с остаткомуксусной кислоты также гидролизуется и каталитический цикл завершается 3,АХЭ снова находится в активном состоянии (рис. 2) [23].1.3.3. Реакция зарина с АХЭПри реакции АХЭ с ФОВ атом фосфора присоединяется к активнойгидроксогруппе серина АХЭ (рис. 3, 1), при этом зарин и АХЭ образуютинтермедиат (рис. 3, 2). Затем происходит отделение молекулы фтороводородаи образование стабильного комплекса АХЭ с ФОВ. Этот комплекс можетгидролизоваться с восстановлением энзимной функции АХЭ (рис. 3, 3), илидеалкилироваться (рис.
3, 4), образуя сильную ковалентную связь с21кислородом серина. В этом процессе, называемом старением, образуетсястабильный комплекс, устойчивый к гидролизу или реактивации АХЭоксимами [24].Рисунок 3. Реакции, протекающие между зарином и АХЭ [24].Изначально считалось, что реакция серина с ФОВ протекать не должна,поскольку к константа кислотности pKa серина слишком велика, однакоисследование кристаллических структур АХЭ и бутирилхолинэстеразыобъяснили особую активность активного серина эстераз. Наличие гистидина иглютаминовой кислоты рядом с серином понижают ее pKa и приводят к тому,что гидроксил-анион проводит нуклеофильную атаку атома фосфора иобразуетковалентнуюдефосфорилированиясвязьАХЭ[25,26].происходитРеакциязначительносамопроизвольногомедленнее,чемразложение АХ или присоединение ФОВ [24]. Период полураспада аддукта врезультате гидролиза варьируется от десяти минут до месяца, что приводит к22ингибированию каталитической функции АХЭ.
Кроме того, ФОВ активновзаимодействуют с любыми другими серин-содержащими ферментами, восновном с гидролазами: бутилхолинэстеразами, карбоксилэстеразами.Реактивация ферментов происходит лишь при взаимодействии с сильныминуклеофильными агентами – такими, как оксимы. Последние используются вкачестве антидота при отравлении ФОВ. После присоединения к АХЭнекоторые ФОВ претерпевают вторичное деалкилирование при атомефосфора. Этот процесс называется старением фосфорилированных пептидови протекает для разных ФОВ в течение от нескольких минут (зоман) додесятков часов (VX). Состаренные фосфорилированные пептиды практическине поддаются реактивации [27].Нервно-паралитическиебутилхолинэстеразой,однакоагентыпредпочтительнееколебаниясодержанияреагируютэтогосферментанеспецифичны для определения заражения ФОВ, поскольку на концентрациюбутилхолинэстеразы значительно влияют, например, сердечные заболеванияили болезни печени.
Существует мнение, что люди с недостаткомбутилхолинэстеразы больше подвержены токсическому воздействию ФОВ ииных ингибиторов АХЭ, как лекарства от болезни Альцгеймера илинаркотические вещества типа кокаина [28].Токсикологические исследования зарина на животных показали, чтоФОВ быстро распространяются по организму частично в исходной форме,частично в виде метаболитов, и очень быстро обнаруживаются в мозгу, легких,печени, почках, плазме, после чего концентрация агента резко падаетвследствиеметаболизмаорганизмаизатемснижаетсяпостепенно.Исследования на крысах дают следующие соотношения – около 90% зарина(подкожное введение в расчете 0.075мг/кг), выводится из организма в течениепервых 24 часов в виде ферментативного гидролизата ФОВ – фосфоновыхкислот.
Зоман выводится из организма медленнее – лишь 50% в течениепервых суток и до 62% в течение недели [29].23Первый спад концентрации связан с ферментативным гидролизом впроцессеметаболизма(рис.4)менееактивныхP(+)изомеровфосфорилгидролазой. Затем начинается этап медленного гидролиза болеетоксичных P(-) изомеров. В случае с веществами серии V, которые являютсянеудобными целями для ферментативного гидролиза, процесс вывода ФОВ изорганизма занимает значительно большее время [30]. Принципиальногидролиз VX и RVX возможен по связям P-O и P-C, но никаких работ,указывающих на обнаружение продуктов этих реакций в экспериментах сживотными нет.Рисунок 4. Пути гидролиза различных ФОВ.В случае зарина, зомана и веществ серии V основными продуктамираспада являются алкил-метилфосфоновые кислоты.
Дальнейшее разложениедо метилфосфоновых кислот занимает очень большое время, как показалиданные, полученные после инцидента в токийском метро 1996 года. Гидролизтабуна происходит по связям P-N и P-CN с дальнейшим распадом до такихраспространенных в организме веществ как этилфосфорная кислота ифосфаты.241.3.4. Взаимодействие с эстеразамиПрямой целью ФОВ как отравляющих веществ является фермент АХЭ.Каталитическое фосфорилирование активной гидроксильной группы серина иесть основной токсический эффект ФОВ. Наличие таких аддуктов для разныхФОВ доказано методами тандемной масс-спектроскопии с жидкостнойхроматографией [31].
АХЭ и бутирилхолинэстераза, обладающие периодомполураспада в организме 5-16 дней, являются замечательными биомаркерамиотравления. Однако, деалкилирование ФОВ в форме аддуктов можетсущественно снизить количество информации для идентификации нервнопаралитического вещества. Этот процесс называется старением.Кроме того, ФОВ реагируют с тирозиновым основанием альбумина вкрови. Анализ инкубированного гидролизата альбумина с зарином показалналичиефосфорилированноготрипептидаMeP(O)(OiPr)–Tyr–Thr–Lysкоторый соответствует альбумину, хотя эта последовательность в организме ивстречается и в иных случаях [32, 33].Химическая реакция тирозина с ФОВ в организме протекаетзначительно медленее каталитического присоединения к АХЭ, поэтомуаддукты с альбумином должны образовываться только при высокихконцентрацияхФОВ.Этотфактподтверждаетсяисследованиями,показавшими обнаружимое количество аддукта с альбумином при долеингибированной бутирилхолинэстеразы достигающей 20 % в случае реакциис G серией и до 70 % с V.
Альбуминовые аддукты привлекают внимание,поскольку не подвержены процессу старения и детектируются в организмеспустя продолжительное время после отравления, причем к их исчезновениюне приводят терапия оксимами и фторидная регенерация АХЭ ибутирилхолинэстеразы [20].Вкачествебиологическихмаркеровдляретроспективныханалитических методов определения заражения зарином могут бытьиспользованы измерения концентрации продукта гидролиза зарина Оизопропилметилфосфоновойкислоты25вмоче,аддуктасбутилхолинэстеразами, фторидная реактивация ферментов и, в случаебольших доз, определение аддуктов с альбумином.
Все эти методы можноотслеживать несколько дольше, чем прямое определение присутствияингибированной АХЭ (рис. 5) [34].Рисунок 5. Типичные профили содержаний продуктов метаболизмаФОВ в моче (а) и аддуктов ФОВ с белками в крови (б) относительночувствительности применяемых для анализа методов [20].1.4.АналитическиеметодыопределенияФОВипродуктоввоздействия ФОВ на организмПрямой анализ на наличие ФОВ в организме – наиболее достоверный иинформативный метод получения необходимых сведений.
Представления ометаболизме и токсикологии ФОВ позволили оценить уровень концентрацийФОВ, при котором влияние на организм все еще опасно, как пикограммы намиллилитр. Такие концентрации прямой газовой хроматографией могут бытьопределены лишь в большом объеме пробы. Кроме того, на токсикологиюФОВ сильно влияет хиральность атома фосфора. Хиральная газоваяхроматография позволяет разделить стереоизомеры и получить данные постереоизомерии [35, 36], однако требования, предъявляемые к объему проб,хроматографическим колонкам и чувствительности метода не позволяют26рассматривать прямое определение ФОВ в качестве основного методаконтроля заражения.Применяемыенапрактикеметодикиопределенияпродуктовметаболизма ФОВ также в основном используют газовую хроматографию смасс-спектроскопиейпослетвердофазнойэкстракцииизмочинагидрофобных сорбентах [37].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
