Sinir Sistemi Katili: Sarin Gazı

Sarin muhtemelen dünya üzerindeki en ölümcül gazlardan biridir. İnsan vücudu üzerine olan öldürücü etkisinden dolayı sıklıkla savaşlarda ve terör saldırılarında kullanılmıştır. Bunların örnekleri Suriye İç savaşı ve Tokyo metro saldırısında görülmektedir. Sarinin de bulunduğu birçok kimyasal silah anlaşması defalarca onlarca ülke arasında yapılmıştır fakat bu anlaşmalar çeşitli sebeplerden ötürü uygulanmamıştır. En son gerçekleştirilen kimyasal silahlar antlaşması 13 Ocak 1993 tarihinde 165 ülke arasında yapılmış ve onaylanmıştır. Buna rağmen, kimyasal silahlar illegal olarak birçok ülke tarafından üretilmekte veya kullanılmaktadır. Bu yazımızda, sarin gazının insan vücudu üzerine olan etkisine ve çalışma prensibine odaklandık. Öncelikle, sarin gazını kimyasal ve farmakolojik olarak inceleyeceğiz.

Figür 1: Sarin gazının kimyasal gösterimi

Figür 2: Sarin gazının 3 boyutlu yapısı gösterilmiştir

Sarin Gazının Mekanizması

Sarin güçlü bir AchE (Asetilkolinesteraz) inhibitörüdür ve özellikle sinir sistemi üzerinde güçlü bir şekilde etkilidir. Bu nedenle, sarin gazı literatürde sinir gazı olarak geçmektedir. Asetilkolinesteraz enzimi, asetilkolin nörotransmitter’inin sinaptik boşlukta salgılanmasının ardından düzenlenmesini sağlamaktadır. İnsanlarda, asetilkolin nörotransmitterı; nöron-kas bağlantısını sağlar yani santral sinir sisteminden salgılanan sinyallerin hedeflenen kas gruplarına ulaşmasını sağlar. Normal olarak, asetikolin ve asetilkolinesteraz enzimi arasındaki denge vücut tarafından sağlanmaktadır fakat sarin gazı bu dengeyi geri dönüşsüz bir şekilde kırar.

Asetilkolin, G-protein sinyal yolağını kullanarak muskarinik asetilkolin reseptörleri ile etkileşime girer. Bu etkileşim; kalp ritminin düzenlenmesi, düz kas hücrelerinin kasılması ve diğer Merkezi Sinir Sistemi fonksiyonlarında hayati rol oynar. Asetilkolin ayrıca ligand-kapılı kanalları kullanarak nikotinik reseptörlerle etkileşime girer. Nikotinik reseptör etkileşimi ise bilişsel süreçlere katkıda bulunur. Birçok sinir ajanı, nikotinik veya muskarinik reseptörler üzerinde seçici davranır. Fakat sarin tüm bu reseptörleri etkilemektedir. Sonuç olarak, sarin tüm bu reseptörleri etkileyerek ölümcül sağlık sorunlarına neden olmaktadır özellikle de kolinerjik krizlere neden olmaktadır.

Figür 3: Sağlıklı insan vücudunda bulunan sinaptik aralık. Beyaz üçgenler AchE’yi temsil etmektedir. Kırmızı toplar Asetikolin nörotransmitter’ını temsil etmektedir.

Figür 4:Sarin tarafından etkilenen sinaptik boşluğu temsil etmektedir. Sarin gazı sinaptik boşluğa girerek AchE enzimini degrade ederek asetilkolin maddesinin olağanüstü bir şekilde artmasını sağlar. Sarı toplar sarini temsil etmektedir.

Sarinin Kimyasal Yapısı

Sarin kimyasal olarak kiral ve polar bir moleküldür. Bu nedenle dört izomere sahiptir: iki tane optik izomer ve iki adet sübstitüent izomerdir. Sp izomeri AchE’ye (Asetilkolinesteraz) daha yüksek bağlanma afinitesine sahip olduğundan dolayı diğer izomerlere göre daha aktif bir yapıya sahiptir. Bu nedenle, kimyasal silahlar bu izomerle ilişkilidir. Ancak kimyasal silah yapımında genellikle rasemik karışım kullanılmaktadır. Bunun nedeni Sp izomer içeren karışımın yapım aşamalarının rasemik karışıma oranla daha zor olmasıdır. Ayrıca, Sarin, neredeyse tüm vücut sistemlerini etkileyen bir organofosfattır (op) ve solunum kaslarının felce neden olma yeteneği nedeniyle sıklıkla ölümcüldür.

Sarin Gazı Zehirlenmesinin Tedavisi

Sinir ajanı zehirlenmesini tedavi etmek için farklı antidotlar kullanılsa da, sarin tüm insan doku sistemlerinde hızla yayıldığından, uzun süreli biçimde AChE'nin yeterli şekilde iyileşmesi zor olmuştur. Bu nedenle tedavi hızlı bir şekilde gerçekleştirilmelidir. Sarin zehirlenmesinde genellikle panzehir atropin ve pralidoxime kullanılır. Aslında zehirlenme için çeşitli antagonistler kullanılabilir, ancak farmakodinamik ve farmakokinetik özellikler bu moleküllerin sarin zehirlenmesi için kullanımını kısıtlamaktadır.

Referanslar:

- McGuire, J. R., Bester, S. M., Guelta, M. A., Cheung, J., Langley, C., Winemiller, M. D., ... & Height, J. J. (2021). Structural and Biochemical Insights into the Inhibition of Human Acetylcholinesterase by G-Series Nerve Agents and Subsequent Reactivation by HI-6. Chemical research in toxicology, 34(3), 804-816

- Mukherjee, S., & Gupta, R. D. (2020). Organophosphorus nerve agents: types, toxicity, and treatments. Journal of toxicology, 2020.

- Organic Chemistry Solomons’ 12th edition