Živčni strupi v Siriji: biokemijsko ozadje

Ameriški državni sekretar John Kerry je včeraj dejal, da imajo ZDA dokaz, da so v Siriji 21. avgusta v zloglasnem napadu na civiliste uporabili bojni plin sarin. To naj bi dokazovale kemične in toksikološke preiskave vzorcev las in krvi žrtev. Tudi inventar naj bi podpiral to tezo, saj ima Sirija ogromne zaloge sarina. Ali je bil dejansko uporabljen sarin, je na tem mestu še preuranjeno soditi, toda zdi se, da ni prav nobenega dvoma, da je ena izmed strani uporabila enega izmed živčnih strupov. Medtem ko v medijih mrgoli geopolitičnih in vojaških razglabljanj, bomo mi pogledali, kaj si predstavljamo pod pojmom kemično orožje in kako deluje.

Da je bil uporabljen živčni strup, pričajo zenice žrtev, ki so bile ekstremno zožene na velikost bucik, nekontrolirani krči in slinjenje žrtev. Kombinacija teh simptomov je precej gotov indikator za izpostavljenost živčnim strupom, čeprav je za 100-odstotno potrditev nujna toksikološka preiskava.

Živčni strupi so vrsta kemičnega orožja. Kemično orožje sodi v skupino NBC (nuklearno, biološko, kemijsko), kakor imenujemo orožja za množično uničevanje. Posebna lastnost kemičnega orožja je njegov način napada, saj ne povzroča infrastrukturne škode in nima rušilne moči, temveč škoduje živim bitjem zaradi svojih kemičnih učinkov. Lahko jih zgolj onesposobi, prizadene poškodbe ali pa ubije.

Med kemično orožje prištevamo živčne strupe (o teh bomo govorili v nadaljevanju), krvne strupe, mehurjevce, dušljivce, dražljivce, bljuvalce in ostale. Krvni strupi delujejo hitro in škodujejo zaradi preprečitve prenosa kisika po krvi do tkiv ali njegova izrabe v celicah - recimo cianid, žveplov sulfid ali arzin. Mehurjevci (npr. iperit) povzročajo hude mehurje na koži, dihalni organih, prebavilih ali sluznici, v visokih koncentracijah pa nekrozo (odmrtje tkiva). Vsi ireverzibilno (nepopravljivo) poškodujejo strukturo celic. Dušljivci, kamor sodijo tudi zelo znani klor, fosgen in difosgen, so v principu podobni mehurjevcem, le da delujejo predvsem na dihalni sistem, še zlasti na alveolno-kapilarno membrano. To v končni fazi povzroči pljučni edem in zadušitev v lastni tekočini. Dražljivci, kamor sodijo tudi solzivec in poprov sprej, povzročijo kratkotrajno draženje oči, solzenje in začasno slepoto. Bljuvalci delujejo podobno, le da so bolj počasni, kar povzroči sistemske učinke. V kategoriji razno najdemo marsikaj, od herbicidov do zažigalnih sredstev.

Poglejmo si podrobneje živčne strupe. Odkrili so jih po naključju v zloglasni nemški tovarni IG Farben tik pred vojno, leta 1936. Razvijali so insekticide in tabun je bil eden izmed večjih uspehov, saj je že koncentracija 5 ppm pobila vse listne uši. Hitro pa so ugotovili, da je izjemno škodljiv tudi za ljudi, saj je razbita ampula v laboratoriju povzročila hudo zastrupitev, tako da je glavni raziskovalec Gerhard Schrader s sodelavci okreval kar tri tedne. V skladu z nacističnim zakonom je Schrader vzorec poslal na vojno ministrstvo, ker je imel tabun potencialno vojaško uporabnost. Nemci so bili tako navdušeni, da so odprli še več laboratorijev. Rezultat teh raziskav iz leta 1938 je bil tudi sarin, poimenovan po odkriteljih (Schrader, Ambrose, Rüdiger in van der Linde).

Živčni strupi se delijo na serijo G (Američani so ji nadeli tako ime, ker so jih prvi odkrili Nemci), serijo V, serijo Novichok (ruski novinci) in insekticide. Strupi iz serije G niso obstojni dlje časa in se hitro razgradijo in odstranijo, medtem ko serija V ostane na oblekah, pohištvu in tleh zelo dolgo časa, tako da je potrebno razstrupljanje in spiranje območja. Temu primerna je tudi uporaba - serija G je namenjena onesposobitvi ljudi, serija V pa napravi teren neprehoden za napredovanje sovražnih enot. Sarin ima oznako GB, ker je iz serije G.

In sedaj k biokemijskemu delu. Živčni strupi so organske spojine, ki vsebujejo fosfor. Organofosforne spojine niso strupene same po sebi, ampak so izrazito biološko aktivne. Veliko jih imamo v telesu, kjer opravljajo pomembne funkcije, preostale pa te funkcije motijo, odtod tudi njihova strupenost. Za našo zgodba pomembna spojina je acetilholin, ki ima pomembno funkcijo v živčnem sistemu. To je signalna molekula, ki med drugim skrbi tudi za prenos signalov prek sinapse. Presinaptična membrana je od postsinaptične membrane oddaljena 50 nm, vmes pa je špranja (cleft). Ko živčni signal pripotuje do konca aksona, ta povzroči sprostitev molekul acetilholina v špranjo. Acetilholin se potem veže na receptorje na postsinaptični membrani, kar spremeni njeno ionsko permeabilnost. To pomeni, da se vanjo vsujejo ioni natrija (sicer je v celicah veliko kalijevih ionov in zelo malo natrijevih), kar povzroči akcijski potencial in prenos signala na sosednjo celico. Če govorimo o prečno prograstih mišicah, se mišica v tem primeru skrči. Da pa ne ostane skrčena, se mora hitro in učinkovito acetilholin odstraniti iz sinaptične špranje, kar povzroči encim acetilholinesteraza. Tako se imenuje, ker cepi estrsko vez v acetilholinu, tako da ta razpade na biološko neaktivna holin in acetat.

Živčni strupi pa se zaradi svoje zgradbe vežejo na acetilholinesterazo in jo inhibirajo. Vezava je zelo močna (a ne nujno ireverzibilna!), kar pomeni, da ena molekula živčnega strupa trajno onesposobi eno molekulo encima. Kaj se potem zgodi? Signali normalo potujejo po aksonu, od koder se v špranjo sprosti acetilholin. Ta pa se potem ne more razgraditi, ker ni več ustreznega encima, zato ostane v špranji in nenehno vzbuja signal v sosednji celici. Mišica se nekontrolirano krči oziroma zakrči. Rezultat so krči, slinjenje in izguba nadzora nad mišicami. Žrtve se začnejo sliniti, popustijo sfinktri, ki zapirajo mehur in debelo črevo, in na koncu se vdajo tudi mišice, ki dvigujejo prsni koš. Žrtev se zaradi nezmožnosti dihanja zaduši v silnih krčih, kar ni nič kaj prijetna smrt. In zakaj so zenice zmanjšane? Ker se skrči tudi mišica, ki napenja šarenico.

Videli ste, da v tekstu dosledno uporabljamo nomenklaturo živčni strup. Mogoče ste pričakovali živčne pline in ne bi se mnogo zmotili, saj je večina res plinastih ali pa vsaj zelo hlapnih. A vendarle - obstojijo tudi nehlapni, zato je uradni termin živčni strup.

Imamo protistrup proti sarinu? Neke vrste. Obstaja pralidoksim, ki se uporablja v kombinaciji z atropinom in diazepamom. Pralidoksim se veže na organofosforno spojino, tako da ta zapusti acetilholinesterazo, ki začne spet opravljati svojo funkcijo. Toda treba je pohiteti, saj sčasoma vez med strupom in acetilholinesterazo postane trajna kovalentna, ki je ni mogoče več enostavno prekiniti in obnoviti encima. Prav tako je pralidoksim neučinkovit, če je acetilholinesteraza onesposobljena kako drugače kakor z vezavo organofosforne spojine (recimo proti neostigminu je neučinkovit). Atropin pa se uporablja zato, ker pralidoksim ne prehaja krvno-možganske pregrade, atropin pa jo.

Na začetku smo omenili, da so bili prvi živčni strupi posledica razvoja insekticidov. Tisti na osnovi organofosfornih spojin so po zgradbi dejansko zelo podobni živčnim strupom in nekateri dejansko delujejo kakor šibke verzije. Ljudem niso (preveč) škodljivi zato, ker so dovolj drugačni, da so bistveno bolj toksični za insekte in predvsem zato, ker so koncentracije tako nizke, da jih naše telo zmore hitro pretvoriti v nestrupene spojine in izločiti. V visokih koncentracijah pa so prav tako nevarni.