如果鄭捷用的不是刀。捷運攻擊的可能利器 - 沙林毒氣與氰化物的殺人機制。

左上:台北捷運鄭捷殺人案。右上:東京地鐵沙林毒氣。下圖:名偵探柯南。

 如果鄭捷用的不是刀。捷運攻擊的可能利器 - 沙林毒氣與氰化物的殺人機制。
    最近的捷運砍人事件,造成社會恐慌,兇嫌鄭捷持刀攻擊多位無辜民眾,造成大量死傷。在地鐵的攻擊事件,全球皆有,除了直接以刀砍殺外,早在 1995 年,鄰近的日本即發生東京地鐵沙林毒氣事件,造成13人死亡及約6,300人受傷。而在 2002 年與 2006 年,都有人企圖以氰化物攻擊英國與美國地鐵。究竟沙林毒氣與氰化物為合物?他們是怎麼造成人類死亡?


氰化物(1-5)
    氰化物有三種常見種類,氰化氫 (HCN)、氰化鈉 (NaCN) 及氰化鉀 (KCN),氰化鈉及氰化鉀都是固態離子化合物。氰化物在體內解離產生的氰根離子 CN,會結合粒線體內膜上的細胞色素氧化酶,抑制細胞的呼吸作用,甚至造成死亡。
    要深入了解氰化物的毒性原理,就必須了解呼吸作用。呼吸作用並非我們平時用鼻子吸氣吐氣,而是細胞把物質氧化分解並產生能量的過程,又稱為細胞呼吸 Cell respiration)。呼吸作用能產生許多的 ATP (三磷酸腺苷, Adenosine triphosphate, ATP),為人體中的能量代幣,儲存和傳遞能量。
    呼吸作用分為三大部分,糖解作用 (Glycolysis),檸檬酸循環 (citric acid cycle, TCA cycle) 以及電子傳遞鏈。葡萄糖在細胞質中藉由糖解作用轉換成丙酮酸 (pyruvate),丙酮酸進入到粒線體以後變成乙醯輔酶A (acetyl Co A),進入檸檬酸循環。在糖解作用與檸檬酸循環的過程,除了會產生少量 ATP 外,亦會產生其他兩種能量代幣,NADH (菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸) FADH2 (黃素腺嘌呤二核苷酸),但是NADH FADH2 這兩種代幣人體內無法使用。必須藉由電子傳遞鏈將NADH FADH2 轉換成 ATP 才可供人體使用。而細胞色素氧化酶就是在電子傳遞鏈中扮演產生 ATP 的重要角色,當氰根離子進入體內和細胞色素氧化酶結合,會抑制提功能,細胞就不能將 NADH FADH2 轉換成ATP 供人體使用,導致人體化學窒息,因而死亡。
    打個比方,我們在糖解作用檸檬酸循環兩間工廠工作了一天,得到了 4 元新台幣、 10 元美金和 2 元人民幣,當我們拿著美金和人民幣電子傳遞鏈銀行要換新台幣時,卻發現負責換幣的細胞色素氧化酶被氰根離子打暈了。我們就只能拿 4 元新台幣去買便當,很快就會餓死。
    在大氣濃度中要是含有 100 ppm的氰化物,則 30 分鐘內即會造成死亡,若是超過 270 ppm,則馬上會出現昏迷。若是直接口服,50 毫克 就有可能致死。
    在很紅的電視劇後宮甄嬛傳中,鸝妃安陵容最後吞食大量苦杏仁,不出半天的時間就死於宮內,就是因為苦杏仁會產生氰化物導致死亡。而看到苦杏仁有覺得很熟?名偵探柯南常在死者嘴巴聞到淡淡苦杏仁味,就會馬上推論出死者是因為氰化物而死,即是因為氰化物有苦杏仁的氣味。
   
沙林 (sarin) (67)
   沙林最早是在1938年被德國納粹的科學家發現,1988年伊拉克以化學武器大量屠殺庫德族人,其中包含沙林毒氣。沙林之化學式為C4H10FO2P,為有機磷化合物,是一種乙醯膽鹼酯酶 (acetylcholine esterase) 的不可逆抑制劑,攻擊人體神經系統,造成肌肉癱瘓,受害者窒息死亡。
乙醯膽鹼(acetylcholine),分佈在中樞及周邊神經系統,是神經傳導物質。體內神經之所以能傳遞訊息,乙醯膽鹼佔了舉足輕重的地位。神經傳遞時,乙醯膽鹼從軸突末梢經突觸裂隙與突觸後細胞膜上的受體結合,形成神經衝動,造成肌肉收縮。乙醯膽鹼和結合後,會被乙醯膽鹼酯酶水解為乙酸(acetic acid)和膽鹼(choline),終止神經衝動,肌肉就不再收縮。
    沙林會解離出氟離子,剩餘離子中的磷酸官能基和乙醯膽鹼酯酶的絲胺酸 (serine) 形成共價鍵,導致乙醯膽鹼酯酶失去活性,此時乙醯膽鹼無法被分解,逐漸開始堆積,使神經衝動不斷地傳遞,造成肌肉與器官無法正常運作。因此,當人體由吸入高劑量的沙林毒氣後,肌肉系統與神經系通都被癱瘓,造成受害者窒息死亡。
    打個比方,乙醯膽鹼就像令牌一樣,當受體拿到這個令牌,他就會指揮人類運動。本來只要跑100公尺,乙醯膽鹼酯酶就會把令牌搶走丟掉,受體就會叫人類不要跑了。但是沙林把乙醯膽鹼酯酶打暈,導致受體沒辦法把令牌傳給乙醯膽鹼酯酶,只能叫人類一直跑一直跑,跑到最後人就死了。
    沙林在極小濃度就可以發揮極大毒性,成年人只要吸入0.6毫克即可致命。非致死劑量的沙林侵入人體,也會造成瞳孔縮小、胸部緊塞等症狀。可怕的是,沙林的毒性具有累積性,累積至最後就會導致人體死亡。

    看了這兩種恐怖的有毒物質過後,我都覺得搭捷運好危險了!好在這兩種有毒物質政府都有在管制,一般人不易取得。但是如果有心的話,氰化物其實是蠻容易取得的。2005 年台中市發生的毒蠻牛事件,犯人就是在飲料裡面下了氰化物,造成人員死亡。而 2012 年則有男大學生在網路上輕而易舉購得氰化物自殺,說明氰化物管理的鬆散。希望我們政府能加強對這些可能的殺人利器進行管制,避免更嚴重的捷運攻擊事件發生。

處理方法
    但是如果不幸真的中毒怎麼辦呢?針對氰化物中毒,已經有解毒包可以處理。解毒包主要原理為提供另一個物質來和氰化物結合,使細胞色素氧化酶恢復功能,電子傳遞鏈持續運作產生 ATP。解毒包裡面含有亞硝酸異戊酯(C5H11ONO)、亞硝酸鈉 (NaNO2)、硫代硫酸銨 (Na2S2O3)。亞硝酸異戊酯與亞硝酸鈉會和血紅素反應,使其變為變性血紅素。變性血紅素會和氰化物結合,形成毒性較低的物質。硫代硫酸鈉則可以透過體內酵素的催化和氰化物反應,使其變成毒性較低的物質。雙管齊下,降低氰化物濃度,也降低對人體的傷害。
    至於沙林毒氣,目前已經多半以阿托品 (atropine) 與解磷定 (pralidoxime, PAM)併用進行治療。阿托品可以阻斷乙醯膽鹼受體和乙醯膽鹼結合,使囤積於突觸內的乙醯膽鹼無法作用。而解磷定可以再活化被磷酸物 (沙林) 結合而失去活性的乙醯膽鹼酯酶,恢復其水解能力,將乙醯膽鹼水解。兩種藥品藉由不同的路徑,前者不讓乙醯膽鹼和其受器結合,後者將乙醯膽鹼水解,共同降低沙林對人體的傷害。

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參考資料
內文
1.      氰化物的致命之吻。郭朝禎。科學發展。20123月,471期,42-49
2.      氰化物中毒怎麼辦。黃欣怡。
3.      Lehninger Principles of Biochemistry, Fifth Edition . David L. Nelson and Michael M. Cox. 2008. 527-543
4.      Lehninger Principles of Biochemistry, Fifth Edition . David L. Nelson and Michael M. Cox. 2008. 616-634.
5.      Lehninger Principles of Biochemistry, Fifth Edition . David L. Nelson and Michael M. Cox. 2008. 708-721.
6.      Neuroscience, Fourth Edition. Dale purves. Dale Purves, George J. Augustine , David Fitzpatrick , William C. Hall , Anthony-Samuel LaMantia , James O. McNamara , Leonard E. White. 2007.119-126.
8.      化學毒劑緊急救護及治療──以日本沙林為例。蕭開平。疫情報導。106-110
新聞
1.          1995年沙林毒氣襲東京地鐵。蘋果日報。2014320日。
     http://hk.apple.nextmedia.com/realtime/news/20140320/52282410
2.          英國破獲驚天大案 倫敦地鐵險遭毒氣襲擊。張莉。人民日報。20021118日。
    http://www.people.com.cn/BIG5/guoji/22/84/20021118/868701.html
3.          蓋達擬毒氣攻擊紐約地鐵。大紀元。2006620日。
    http://www.epochtimes.com/b5/6/6/20/n1357364.htm
4.          劇毒氰化鉀竟可網購 男大生服用「比死更難受」。ETtoday地方新聞。2012 521日。       http://www.ettoday.net/news/20120521/48093.htm#ixzz33XiuG43S
5.          毒蠻牛奪命 千面人改囚終身。劉昌松、鄧玉瑩。蘋果日報。20100319日。
     http://www.appledaily.com.tw/appledaily/article/headline/20100319/32371986/

圖片
1. http://www.twwiki.com/wiki/%E6%9D%B1%E4%BA%AC%E5%9C%B0%E9%90%B5%E6%B2%99%E6%9E%97%E6%AF%92%E6%B0%A3%E4%BA%8B%E4%BB%B6
2. http://blog.stormmediagroup.com/3387
3. http://www.ntdtv.com/xtr/b5/2014/05/22/a1111024.html


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