Анатомия взрыва зариновой бомбы (часть II)

Введение

В части I были описаны предназначение и принцип действия созданной во время холодной войны между СССР и США свободнопадающей авиационной бомбы с зарином.  Мы остановились на моменте, когда зарин, содержащийся в такой бомбе, должен будет распространиться, перейдя в следующие состояния:

• Аэрозоль:  Большая часть содержимого будет находиться в виде капелек мелкодисперсного тумана.
• Пары:  Небольшое количество зарина будет находиться в парообразном состоянии благодаря возросшей при взрыве температуре.
• Жидкость:  Некоторое количество зарина в воронке от взрыва и в непосредственной близости от неё будет находиться в жидком состоянии в виде крупных капель, слишком больших, чтобы образовать аэрозоль.
• Уничтоженный/распавшийся зарин:  Некоторый процент зарина будет уничтожен взрывом или распадётся ещё до момента срабатывания бомбы.

Как действует зарин?

Зарин, также широко известный по своему старому названию в НАТО как GB, входит в семейство боевых отравляющих веществ известных как боевые отравляющие вещества нервно-паралитического действия. Он был открыт в 1938-1939 годах немецкими учёными под руководством Герхарда Шрадера, проводившими исследования с фосфорорганическими пестицидами.  Зарин назван в честь команды исследователей, открывшей его.  Он входит в семейство химических веществ известных как органические фосфаты.  Вместе с ним туда входят и боевые отравляющие вещества табун, зоман, VX, а также пестициды карбофос (малатион), тиофос (паратион) и амитон.

Все нервно-паралитические отравляющие вещества поражают нервную систему.  Нервной системе человека для саморегулирования необходимо соблюдать хрупкий баланс химических веществ.  Нервно-паралитические отравляющие вещества вступают во взаимодействие с ферментом известным как ацетилхолинэстераза, при этом нарушаются электрохимические реакции, необходимые для правильного функционирования организма.  Соединение отравляющих веществ с ацетилхолинэстеразой приводит к накоплению ацетилхолина, что, в свою очередь, вызывает возникновение синдрома, называемого холинергическим кризом.  По сути, нервная система начинает чрезмерно реагировать, а мышцы и железы работать в избыточном режиме, что приводит к серьёзным последствиям.  Проявляющиеся признаки и симптомы могут сильно различаться по степени и продолжительности в зависимости от пути воздействия зарина и его дозы (поглощённого объёма).  Это будет подробно рассмотрено далее.

Пути воздействия:  Как зарин попадает в организм человека?

Существует несколько путей проникновения зарина в организм человека.  Они называются путями воздействия, и среди них выделяют:

• Через органы дыхания:  Возможно вдыхание зарина, находящегося в виде паров или аэрозоля.
• Через органы зрения:  Зарин может проникнуть в организм через глаза.
• Через кожный покров:  Это актуально для зарина в жидком состоянии или в виде высоко концентрированного аэрозоля или пара (при концентрации, во много раз превышающей смертельную при вдыхании).
• Через рану:  При повреждении кожного покрова.  Как правило, это может произойти только в том случае, если зарин в жидком состоянии находился на осколке или другом остром объекте и таким образом попал в организм человека.  Это редкий сценарий.
• Через желудочно-кишечный тракт:  Зарин может попасть в организм человека при приёме пищи.  Например, если он содержался в еде или питье.  Однако в присутствии воды или во влажной среде зарин быстро распадается, так что это тоже довольно экзотический сценарий.

Зарин начинает очень быстро действовать при попадании в организм через органы дыхания или зрения: негативные последствия начинают проявляться за время от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от дозы.  Проникновение через кожу происходит медленнее: от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от дозы.  Считается, что скорость проникновения через рану является средней между скоростями проникновения через органы дыхания и через кожный покров.  Проникновение через желудочно-кишечный тракт в недостаточной мере задокументировано, однако, вероятно, происходит довольно быстро.

Поскольку зарин по сравнению с другими нервно-паралитическими отравляющими веществами менее стоек и быстрее испаряется, прежде всего он опасен для органов дыхания.  Проникновение через кожный покров займёт определённое время, и даже человек с жидким зарином на коже, скорее всего, получит отравление, вдохнув зарин, испаряющийся с его одежды или кожи, за исключением случаев очень холодной погоды.  При умеренных или высоких температурах окружающей среды единственным реалистичным сценарием воздействия исключительно жидкого зарина через кожный покров является его применение против не полностью защищённых военнослужащих, которые либо уже находились в противогазах, либо быстро надели их после начала химической атаки.  Так что в случае применения зарина против незащищённых людей наиболее опасным путём воздействия является вдыхание аэрозоля или паров.

Признаки и симптомы

Холинергический криз, провоцируемый зарином (и другими веществами из его семейства), проявляется в различных признаках (которые можно наблюдать со стороны) и симптомах (субъективные ощущения пострадавшего, которые трудно или невозможно наблюдать со стороны).  Ниже представлена страница из классической книги (в интернете доступны различные издания) «Medical Aspects of Chemical Warfare» (Медицинские аспекты войны с применением химического оружия), на которой приведены основные признаки и симптомы воздействия зарина:

Для различных органов могут наблюдаться следующие признаки и симптомы. Глаза: миоз (сужение одного или обоих зрачков), воспаление, боль, замутнённое или размытое зрение. Нос: обильное слизеобразование. Рот: обильное слюноотделение. Дыхательные пути: бронхоконстрикция и секреция, кашель, ощущение сдавленности в груди, затруднённое дыхание, хрипы и шумы при дыхании. Желудочно-кишечный тракт: повышенная секреция и подвижность, тошнота, рвота, диарея, спазмы и боль в животе. Кожа: потоотделение. Мышечная система: местная или общая фасцикуляция, сокращения групп мышц, вялый паралич, судороги, слабость. Сердечно-сосудистая система: учащённое или замедленное сердцебиение, как  правило повышенное кровяное давление. Центральная нервная система: при тяжёлом отравлении – потеря сознания, конвульсии (или припадок после паралича), центральная депрессия дыхания, приводящая к апноэ; при  отравлении средней степени тяжести или любом продолжительном (от нескольких дней до нескольких недель) воздействии – забывчивость, раздражительность, пониженная способность к пониманию и рациональной оценке, напряжённость или беспокойство, депрессия, бессонница, ночные кошмары.  Для лучшего понимания перечисленного вы можете самостоятельно ознакомиться с медицинскими словарями и справочниками.

Порядок проявления различных признаков и симптомов, а также степень их тяжести различаются в зависимости от степени и пути воздействия отравляющего вещества.  Для зарина это, главным образом, органы дыхания.  На изображении ниже они подробно описаны:

При небольшом воздействии зарина наблюдаются миоз, незначительная бронхоконстрикция, секреции (незначительно затруднённое дыхание). При среднем уровне воздействии — миоз, незначительная бронхоконстрикция, секреции (затруднённое дыхание от умеренного до явно выраженного). При сильном воздействии — миоз, незначительная бронхоконстрикция, секреции (затруднённое дыхание от умеренного до явно выраженного), потеря сознания, конвульсии (припадок), общая фасцикуляция, вялый паралич, апноэ, во время припадка возможно непроизвольное мочеиспускание/дефекация. Все приведённые эффекты начнут проявляться за время от нескольких секунд до нескольких минут после начала воздействия зарина.

При воздействии жидкого зарина через кожный покров признаки и симптомы развиваются по-другому.  Такой путь воздействия всё-таки актуальнее для более стойких веществ с меньшей скоростью испарения, таких как табун и VX.  Незащищённый человек с большим количеством жидкого зарина на себе попадёт под его воздействие через органы дыхания в результате испарения, и очень вероятно, что это произойдёт быстрее, чем зарин проникнет через кожный покров.  Подобный сценарий наиболее вероятен при воздействии зарина на человека, имеющего средства защиты глаз и дыхательных путей (например, противогаз), но чья кожа не защищена.  Для сравнения на иллюстрации ниже приведён порядок проявления признаков/симптомов при воздействии через кожный покров:

При небольшом воздействии в месте попадания на кожу зарина наблюдаются повышенное потоотделение и мышечная фасцикуляция. При среднем уровне воздействия в месте попадания на кожу зарина наблюдается повышенное потоотделение и мышечная фасцикуляция, а также тошнота, диарея и общая слабость. При сильном воздействии в месте попадания на кожу зарина наблюдается повышенное потоотделение и мышечная фасцикуляция, а также тошнота, диарея и общая слабость, потеря сознания, конвульсии (припадок), общая фасцикуляция, вялый паралич, апноэ, общие секреции, во время припадка возможно непроизвольное мочеиспускание/дефекация.

Если в результате воздействия нервно-паралитических отравляющих веществ наступает смерть, то практически всегда это происходит из-за нарушения работы дыхательной системы.  Существует несколько причин возникновения дыхательной недостаточности, приводящей к нарушению снабжения организма кислородом, в результате отравления нервно-паралитическими отравляющими веществами.  В зависимости от пути воздействия и дозы привести к смерти может любой или даже все из ниже перечисленных механизмов:

• Бронхоконстрикция – сужение воздушных проходов в лёгких.
• Бронхорея – накопление мокроты в дыхательных путях.
• Центральное апноэ – явление, при котором мозг перестаёт посылать сигналы мышцам, необходимым для дыхания.
• Паралич мышц, необходимых для дыхания.

Все эти состояния могут вызывать цианоз – посинение кожи, сигнализирующее о недостатке в ней кислорода.

Какие дозы зарина опасны?

Большинство исследований токсичности зарина основываются на данных, полученных в ходе экспериментов над животными.  Большая часть информации сейчас достаточно устарела, поскольку была получена в 1950-х и 1960-х годах.  В наши дни её необходимо использовать с учётом возможных неточностей.  Тем не менее приведённая ниже таблица из полевого руководства армии США «Field Manual 3-11-9» представляет собой одну из лучших справочных таблиц, что я видел.  Если кого-то заинтересовали сноски, можно открыть непосредственно само полевое руководство и изучить их, хотя некоторые из них ссылаются на исследования и документы, не доступные в интернете.  Возможно, вам понадобится хорошая научная библиотека.

Объяснение значений

Вероятно, эти цифры мало что скажут большинству читателей, так что я собираюсь немного остановиться на них.  Концентрация измеряется в миллиграммах на кубический метр.  Поскольку в токсикологии практически ничего не происходит мгновенно, то концентрация измеряется за некий промежуток времени.  Так что, например, для оценки воздействия паров применяются значения, выраженные в миллиграммах на кубический метр за минуту.  Например, запись вида 50 мг×мин/м³ означает 50 мг зарина на 1 кубический метр воздуха в течение 1 минуты.

Токсичность при вдыхании

Ключевым показателем здесь является 50-я перцентиль летальной дозы – ЛД₅₀ (Lethal Concentration, LCt₅₀ ).  Это средняя доза вещества, вызывающая, по расчётам, гибель половины попавших под воздействие людей, под которыми подразумеваются обычные взрослые мужчины (исследования проводились исходя из показателей солдат времён Холодной войны), которые дышат со скоростью 15 литров воздуха в минуту.  В таблице это MV (минутный объём дыхания, respiratory minute volume).  Такое значение соответствует показателю солдата, испытывающего умеренные нагрузки. (У спящего дыхание будет медленнее, а бегущего с максимальной скоростью – быстрее.) Таким образом, если в течение 2-х минут группа людей будут непрерывно вдыхать зарин, находящийся в виде аэрозоля или пара и имеющий концентрацию 35 мг на кубический метр воздуха, примерно 50% из них погибнет.  Это очень высокий показатель.  Для сравнения, значение этого параметра для фосгена, наиболее смертоносного химического оружия Первой Мировой войны, составляет примерно 1500 мг×мин/м³.

Значение, при котором наступает тяжёлое отравление, составляет 25 мг×мин/м³, опять же в течение 2 минут, что не намного меньше значения летальной дозы.  При такой концентрации также вероятны смертельные исходы. Порог лёгкой степени отравления составляет 0,4 мг. Порог лёгкой степени отравления составляет 0,4 мг.

Токсичность при проникновении паров/аэрозоля через кожу

Зарин в виде паров или аэрозоля способен проникать через кожу.  Однако, изучив таблицу, вы увидите, что для этого требуется НАМНОГО БОЛЬШИЕ концентрация и время воздействия.  Летальная доза (ЛД₅₀) в этом случае составит от 6000 до 12000 мг×мин/м³ при значительно более длительном воздействии (от 30 минут до 6 часов).  Это уже абсолютно другой сценарий воздействия. (Различные значения в таблице приведены для различных температур воздуха.) Так что, да, зарин смертелен при проникновении в организм через кожный покров, но только при концентрациях, которые в прямом смысле в сотни раз превышает концентрацию опасную для органов дыхания.  Уровни концентрации для проявления как сильного ослабления (4000-8000), так и слабого (600-1200) соответственно ниже, но всё ещё НАМНОГО ПРЕВЫШАЮТ уровни концентрации для проникновения зарина через дыхательные пути.  Стоит отметить, что насыщенный аэрозоль моет привести к конденсации жидкого зарина на коже, который будет себя вести, как описано в следующем разделе.

Токсичность при проникновении в жидком виде через кожу

Как отмечалось выше, для начала чрескожного воздействия жидкого зарина требуется время  Оно несколько отличается, и не так много значит, как количество вещества, проникшего через кожу.  Большое количество зарина, попавшего на верхнюю одежду и почти мгновенно удалённого во время обеззараживания, может стать причиной меньшего проникновения вещества в организм, чем при попадании маленькой капли на заднюю часть шеи, которая будет оставаться незамеченной до начала проявления первых симптомов.

По расчётам, ЛД₅₀ для мужчины весом 70 кг в этом случае составляет 1700 мг.  Это означает, что при отравлении таким количеством зарина нескольких обычных мужчин весом 70 кг примерно половина из них умрёт.  По статистике, некоторые умрут при меньшей концентрации, некоторые выживут при намного более сильном отравлении.  ЭД₅₀ (ED₅₀) – это уровень концентрации, при котором наступают серьёзные последствия для организма. При тех же условиях эта величина составляет 1000 мг.  Обратите внимание, что и при такой концентрации вероятны смертельные исходы.  Для зарина это очень большое количество вещества по сравнению с тем, которое необходимо, чтобы через органы дыхания убить человека или нанести серьёзный урон его здоровью.

Важно понимать, что происходит с попавшим на кожу зарином. А именно:

•  Некоторое количество зарина проникает в организм через кожу.  Его будет не легко вывести из организма.  Он начинает взаимодействовать с другими веществами нервной системы.  Вероятно, большой процент зарина распадётся при попадании в кровь, поскольку она в основном состоит из воды.  Однако не существует полностью безопасного механизма вывода зарина из организма.
•  Большое количество зарина испаряется в зависимости от температуры как кожи, так и окружающей среды.  Из-за близкого расположения рта и носа это означает, что опасность вдохнуть зарин выше, чем опасность его проникновения через кожу.
•  Одним из наиболее примечательных эффектов является стимуляция потовых желёз.  Даже небольшое воздействие зарина может вызвать обильное потоотделение.  Тем не менее пот в основном состоит из воды.  А зарин растворяется в воде и, реагируя с ней, распадается на менее опасные вещества.  Так что некоторая часть зарина, вероятно, будет удалена с кожи или нейтрализована.  Подобное явление не было раньше хорошо изучено, и я не могу сказать, является ли оно основным или второстепенным фактором.

Для тех, кому интересно, что обозначают другие столбцы:

• ROD – Скорость детоксикации (rate of detoxification).  Обозначает скорость, с которой человеческий организм способен обезвредить токсичное вещество.
•  DOC – степень доверия (degree of confidence).  Обозначает, насколько авторы данного полевого руководства доверяют приведённым значениям.
•  TLE и уклон пробит-модели (probit slop) –  это математические концепции, которые несколько сложны для обсуждения здесь и связаны с экстраполяцией приведённых значений токсичности на другие соотношения уровня концентрации и времени.  Если вы хотите больше узнать об этом, смотрите страницы с II-7 по II-9 указанного полевого руководства.

Применение этих знаний к реальным сценариям

Теперь, когда мы знаем токсичность зарина, легко проанализировать возможные сценарии его воздействия.  Из рассмотренных данных видно, что зарин намного, на несколько порядков, более смертоносен в виде паров или аэрозоля.  Применять оружие, которое стало бы разбрызгивать его в виде жидкости, по большому счёту, было бы лишь напрасной тратой этого дорогостоящего вещества.  Так что теперь мы логичным образом вернулись к вопросу оружия, которое создавалось и отрабатывалось, чтобы наилучшим образом распространить содержащийся зарин в форме аэрозоля.

В рассматриваемом произошедшем в апреле 2017 года случае имеет место хорошо аргументированное предположение, что была применена именно содержащая зарин авиабомба.  По всей видимости, она сработала, как и предполагалось, и создала облако аэрозоля, которое распространилось в направлении ветра, что следует из того, что пострадавшие находились на удалении от места падения бомбы.  Любой человек, попавший под воздействие жидкого зарина, вероятно, находился достаточно близко к бомбе, чтобы смерть наступила очень быстро.  В любом случае, место падения бомбы, по всей видимости, находилось посередине дороги.

Для того, чтобы человек получил тяжёлое отравление или умер, необходимо добиться концентрации аэрозоля в 25-50 мг×мин/м³.  Люди, попавшие под такое воздействие, будут отравлены и могут скончаться.  Люди, попавшие под воздействие аэрозоля с концентрацией лишь в 2-5 мг×мин/м³, могут получить серьёзное отравление, особенно если они будут взаимодействовать с таким аэрозолем несколько минут.  Но подумайте:  один кубический метр – это очень много воздуха.  И так мало зарина.  Какое его количество в действительности попадёт на кожу, волосы, одежду?  Не больше нескольких миллиграмм.

Дальше: пострадавшие или убегают сами, или их относят на значительное расстояние, чтобы там им оказать помощь.  В некоторых сообщениях говорится, что оказывающие первую помощь спасатели сами могли получить отравление.  Однако есть видеозаписи, снятые уже на расстоянии от места падения бомбы.  На них с пострадавшими контактируют люди, имеющие минимум средств индивидуальной защиты или вовсе без них.  Почему же зарин не оказывает на них серьёзного воздействия?  Ответ заключается в том, что пострадавшие попали под воздействие аэрозоля и/или паров зарина.  Непосредственно на них самих скопилось очень мало отравляющего вещества.  Если оно в принципе и присутствует, то в количестве порядка нескольких миллиграмм.  А для того, чтобы таким образом убить человека, необходимо воздействие 1700 мг в течение определённого времени.  Спасатели не получают отравления просто в строгом соответствии с математическими выкладками, а зарин не обладает никаким магическим эффектом.

Почему же тогда спасатели в других ситуациях тренируются и работают с полным набором средств индивидуальной защиты?  Этому есть несколько причин.  Во-первых, спасатели используют то снаряжение, которое им предписано по технике безопасности, а не по принципу «чего бы мне хватило, чтобы не умереть».  А во-вторых, поначалу может быть неизвестно, с каким веществом придётся столкнуться.  И даже если вы знаете, что это отравляющее вещество нервно-паралитического действия, то вряд ли знаете, что это именно зарин, а не какое-нибудь более стойкое вещество из его семейства.  Так в случае с VX ситуация будет в корне отличаться, и основную опасность будет представлять заражение через контакт с его жидкой формой, а при оказании помощи пострадавшим потребуется большая защита кожи.

Подводя итог, хочется ещё раз подчеркнуть, что зарин быстро испаряется, его не так много нужно, чтобы причинить вред здоровью, и прямой контакт с теми, кто попал под воздействие лишь его паров или аэрозоля, представляет минимальную опасность.  Но даже несмотря на это были сообщения об отравлении некоторых спасателей.  Так что, учитывая всё это, такие выводы, как «раз спасатели на видео не умирают, значит это не зарин», неверны и демонстрируют элементарное незнание фактов.