16.6: Proteger el agua, los alimentos y el aire
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La tragedia que posiblemente ilustra más vívidamente el potencial de los químicos para causar grandes pérdidas de vidas fue la liberación accidental de isocianato de metilo de una operación de fabricación química en Bhopal, India. Este desastre ocurrió durante la noche del 2 y 3 de diciembre de 1984, al exponer a muchas víctimas mientras dormían en sus casas. Un total de alrededor de 40 toneladas de este químico fueron liberadas durante el incidente exponiendo a miles de residentes en los alrededores. De los expuestos, más de 3000 fallecieron, principalmente por edema pulmonar (acumulación de líquido en el pulmón). También se observaron efectos inmunológicos, neurológicos, oftálmicos (oculares) y hematológicos. Debido a su alta presión de vapor y toxicidad para múltiples órganos,
el isocianato de metilo es el más tóxico de los isocianatos. Un aspecto interesante de la toxicidad del isocianato de metilo es su capacidad de cruzar las membranas celulares y llegar a órganos alejados del sitio de exposición, a pesar de su altísima reactividad.
Es poco probable que el isocianato de metilo o de cualquier otra sustancia con toxicidad similar pueda obtenerse y entregarse a posibles víctimas en cantidades suficientemente grandes y con una entrega suficientemente efectiva como para causar muertes y enfermedades generalizadas en un ataque deliberado. Sin embargo, la magnitud de la catástrofe de Bhopal ilustra vívidamente el potencial de las sustancias tóxicas para causar daño y el incidente sirve como un sombrío recordatorio del potencial de los químicos tóxicos, especialmente aquellos que pueden estar en el aire, para ser utilizados en ataques. Y el incidente de Bhopal, ocurrido como consecuencia de un trágico accidente, sirve como una sombría advertencia sobre el potencial de ataques terroristas contra plantas químicas para causar daños generalizados.
Potenciales Agentes Químicos
Aunque un poco probable “arma de destrucción masiva”, el monóxido de carbono, el CO, ciertamente puede causar intoxicaciones fatales. Ha matado a miles de personas accidentalmente y por suicidio. Dado que el monóxido de carbono es inodoro y esencialmente no proporciona ninguna advertencia de exposición, debe considerarse como un arma potencial. Para entender la acción del monóxido de carbono, es importante darse cuenta de que el oxígeno en la sangre es transportado de los pulmones al tejido por la hemoglobina, una proteína de molécula grande en los glóbulos rojos que contiene hierro (II) (el ion Fe 2 +) unido con nitrógeno. Esta funcionalidad intercambia oxígeno
convertir la hemoglobina, Hb, en oxihemoglobina, O 2 Hb, que transporta oxígeno a los tejidos donde se libera para ser utilizado para procesos metabólicos. Cuando el monóxido de carbono está presente en el aire inhalado, el oxígeno unido a la hemoglobina se desplaza,
\[\ce{O2Hb + CO <=> COHb + O2}\]
produciendo carboxihemoglobina, COHb. Esta especie no sólo es inútil para transportar oxígeno, es mucho más estable que la oxihemoglobina, O 2 Hb, por lo que una concentración relativamente baja de monóxido de carbono convertirá suficiente de la hemoglobina en carboxihemoglobina para provocar una grave deficiencia de oxígeno. La muerte rápida se produce por la inhalación de aire que contiene 1,000 partes por millón (ppm) de monóxido de carbono, y la inconsciencia resulta de inhalar 250 ppm de CO. El mareo, la cefalea y la fatiga resultan de la inhalación de 100 ppm de CO y niveles tan bajos como 10 ppm pueden afectar la percepción visual y el juicio.
El gas cloro (Cl 2) podría potencialmente ser utilizado en ataques terroristas debido a su amplia disponibilidad para la desinfección del agua y otros usos. Ilustrativo de este potencial es el hecho de que el cloro fue la primera sustancia utilizada como “gas venenoso” militar en la Primera Guerra Mundial. El cloro es un oxidante fuerte que reacciona con el agua, incluyendo el agua en los tejidos, para producir una solución ácida oxidante que es especialmente dañina para el tejido respiratorio (pulmonar). El aire que contiene solo 10—20 ppm de cloro causa molestias agudas en las vías respiratorias y una breve exposición a 1,000 ppm de Cl 2 puede ser fatal. Debido a su uso generalizado y transporte como líquido en vagones cisterna de ferrocarril, se considera que el cloro tiene un alto potencial como arma terrorista.
El cianuro de hidrógeno, HCN, es un contaminante gaseoso potencialmente devastador. Se ha utilizado para llevar a cabo sentencias de muerte en cámaras de gas, provocando la muerte muy rápidamente al inhalarse. Otra forma tóxica de cianuro es el ion cianuro, CN -, en sales como KCN. Sólo unos 60 mg de KCN matarán a un humano. Unas ampollas de vidrio que contenían KCN o HCN líquido fueron utilizadas por algunos líderes nazis condenados para suicidarse cerca del final de la Segunda Guerra Mundial. Existe la preocupación de que el cianuro de potasio u otras sales de cianuro solubles se puedan poner en los suministros de agua como agentes tóxicos.
La acción metabólica del cianuro depende de su fuerte unión al hierro en el estado de oxidación +3. En la utilización esencial del oxígeno molecular en el cuerpo (el proceso de respiración llamado fosforilación oxidativa) ciclos de hierro entre hierro (III) en ferricitocromo oxidasa enzima andiron (II) en la forma químicamente reducida, la citocromo oxidasa ferrosa. Al estabilizar la ferricitocromo oxidasa, el cianuro detiene este ciclo, evitando la utilización del oxígeno y provocando que cesen los procesos metabólicos. Es interesante señalar que un antídoto para el envenenamiento por cianuro —en aquellos raros casos en los que la víctima sobrevive el tiempo suficiente para que se administren antídotos— es hacer que la víctima inhale un éster de nitrito volátil. El nitrito convierte una fracción del hierro (II) en la hemoglobina en hierro (III), generando metahemoglobina. Esta forma de hemoglobina no puede transportar oxígeno, pero puede unirse con cianuro, evitando que ate la enzima ferricitocromo oxidasa.
El sulfuro de hidrógeno, H 2 S, es un gas incoloro con un olor desagradable a huevo podrido que es tan tóxico como el cianuro de hidrógeno y puede matar aún más rápidamente. La inhalación de 1000 ppm de sulfuro de hidrógeno causa muerte rápida por parálisis del sistema respiratorio. Las dosis no fatales de este gas pueden provocar excitación por daños en el sistema nervioso central; el dolor de cabeza y los mareos pueden ser síntomas de exposición.
Venenos Militares y Agentes de Gas Nervioso
Comenzando con el uso de gas cloro tóxico en la Primera Guerra Mundial, las naciones han desarrollado una variedad de agentes tóxicos diabólicos para inhabilitar y matar a las tropas opositoras en la guerra. Uno de esos agentes es la mostaza de azufre, una clase de compuestos químicos, el más común de los cuales es el sulfuro de bis (2-cloroetilo)
Los vapores de esta sustancia penetran rápida y profundamente en el tejido causando daño tisular y destrucción muy por debajo del punto de entrada. Debido a su capacidad penetrante, los esfuerzos para eliminar la mostaza de azufre del tejido expuesto son inútiles después de aproximadamente 30 minutos. La mostaza de azufre se clasifica como un vesicante (“gas ampollante”) que produce lesiones gravemente inflamadas que son susceptibles a la infección. Es probable que tales lesiones en los pulmones sean fatales. (Una búsqueda en internet de imágenes de lesiones de mostaza de azufre traerá algunas imágenes horribles de las heridas que este material puede infligir.) La mostaza de azufre causa mutaciones porque forma un intermedio reactivo que se une con el ADN y se cree que es un carcinógeno primario que no requiere activación metabólica para producir cáncer.
Los agentes químicos de mayor preocupación por su posible uso en ataques terroristas son los organofosforados “gases nerviosos”. El primero de estos agentes mortales fue reportado en 1937 por Gerhard Schrader de la preocupación alemana Farbenfabriken Bayer AG. Continuaron los trabajos sobre estos compuestos en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial y por otras naciones después de la guerra y durante la guerra fría entre las naciones del bloque occidental y comunista hasta alrededor de 1990. La posibilidad de que Irak poseyera grandes almacenes de gas nervioso militar “armas de destrucción masiva” fue parte de la justificación de la guerra entre Estados Unidos e Irak en 2003. Entre los gases nerviosos comunes se encuentran Sarin, Soman, Tabun, CMPF, VX y diisopropilfosfofluoridato (fluorodiisopropil fosfato) Las fórmulas estructurales de tres de estos compuestos se muestran en la Figura 16.4.
El sarín es quizás el veneno militar organofosforado más conocido debido a su uso en un ataque de 1995 por parte de un grupo terrorista en el sistema del metro de Tokio que mató a varias personas y causó enfermedades en varias otras. Se estima que una dosis de sólo alrededor de 0.01 miligramos de Sarín por kilogramo de masa corporal es fatal; la absorción de una sola gota de Sarín líquido a través de la piel puede matar a un ser humano. Sarín y otros venenos militares organofosforados actúan sobre el nervioso
mediante la unión e inhibición de la enzima acetilcolinesterasa, que se requiere para hidrolizar la acetilcolina y detener los impulsos nerviosos una vez que su función haya sido completada. La falla de la hidrólisis de la acetilcolinesterasa suele ocasionar fallas del sistema respiratorio. La unión del fosfofluoridato de diisopropilo a una cadena lateral de serina en el sitio activo de la enzima acetilcolinesterasa se muestra mediante la reacción siguiente:
\[ \: \]
Biotoxinas
Algunas de las sustancias más tóxicas conocidas son producidas por organismos y algunas de ellas han sido utilizadas para atacar a los humanos. Las bacterias Clostridium botulinum que crecen en ausencia de oxígeno producen toxina botulínica, que ha matado a muchas personas que han comido alimentos enlatados incorrectamente (calentando a 80—100° C por un tiempo suficiente desactiva la toxina). Conformada por varias proteínas, la toxina botulínica se une irreversiblemente a las terminales nerviosas impidiendo la liberación de acetilcolina, una enzima requerida para el correcto funcionamiento nervioso. Los síntomas neurológicos van seguidos de parálisis de los músculos respiratorios y muerte. De la DL50 de aproximadamente 1×10 -5 mg/kg para la toxina botulínica que se muestra en la Figura 16.1, se puede inferir que una persona de 70 kg podría morir por absorber 70 kg 1×10 -5 mg/kg = 0.0007 mg de toxina botulínica, o sólo alrededor de 1 microgramo de esta sustancia extraordinariamente mortal. Un simple cálculo mostraría que literalmente millones de personas podrían ser asesinadas por la cantidad de esta toxina que podría transportarse en el bolsillo de un terrorista si se pudiera encontrar algún medio eficiente para entregarla.
Otro producto natural altamente tóxico es la ricina, un material proteínico muy estable extraído del ricino (Ricinus communis). Solo alrededor de 1/2 miligramo de ricina (aproximadamente del tamaño de una cabeza de alfiler) puede ser fatal cuando se inyecta, lo que resulta en insuficiencia de riñones, hígado y bazo junto con una pérdida masiva de sangre del tracto digestivo. Ricin ganó notoriedad en el asesinato en Londres de 1978 del escritor y periodista búlgaro Georgi Markov inyectado con ricina desde la punta de un paraguas. Si bien se menciona como una herramienta terrorista potencial, la ricina tiene su mayor toxicidad por inyección, lo que tiende a limitar su uso como arma.