화학 작용제 (2)

주의! 잔인(할 수 있는)한 사진이 포함되어 있습니다. 갈아엎을 예정

 

앞서 이야기했던 신경작용제에 이어 다른 작용제에 대해서도 이야기해보려 합니다.
 
화학작용제라는 것은 앞서 언급했다시피 군사 작전에서 사람에서 상해를 주거나 무능화시키는 화학물질입니다. 화학작용제에는 인명 살상용으로 개발된 신경·질식·혈액작용제도 있지만, 인력을 무능화시키는 수포·최루작용제도 있습니다.

---

수포작용제 (Blister / Vesicant Agent)

이 작용제는 노출·호흡 시 표면에 수포를 발생시키는 것이 특징인 세포독성 알킬화 화합물입니다. 흡입할 경우 기도와 폐 등 호흡기관에 심각한 통증과 염증을 유발할 수 있습니다.

수포작용제는 크게 황 겨자(Sulfur  Mustard; H, HD, HT)와 질소 겨자(Nitrogen Mustard; NH-1~3), 루이사이트 겨자(Lewisite-Mustard; L or HL), 포스겐* 등으로 나눌 수 있습니다. 종류와 순도에 따라 무색~짙은 갈색에 이르는 기름기가 많은 액체입니다. 겨자, 양파, 마늘, 고추냉이와 같은 냄새가 나지만 후각 피로 때문에 냄새에 의존하지 않습니다 (=냄새를 맡을 수 없다). 휘발성은 특정 화합물에 따라 다르지만, 물에 소량 용해되며 물 보다 무거운 성질 때문에 지속성을 가집니다.

MSD Manual에서는 수포작용제와 질식작용제를 별도로 구분하기보다, 제1형 작용제와 제2형 작용제로 구분하더군요.

분류	제1형 작용제	제2형 작용제
특징	대형 기도에 영향	소형 기도 및 폐포 등에 영향
종류	암모니아(NH), 염화수소(HCl), 불화수소(HF), 폭동 진압 작용제(최루 작용제), 이산화황(SO2), 유황 겨자(Sulfur Mustard) 등	클로로피크린(Chloropicrin, PS), 메틸 아이소시아네이트(Methyl isocyanate, MIC), 포스겐(Phosgene, CG), 4 염화 탄소(Tetrachloromethane) 등
치료	기관지 확장제 (초기), 흡입형 코르티코스테로이드(Corticosteroid)	산소 및 양압 호흡기, 폐 내 체액 제거 치료, 경구형 코르티코스테로이드(Corticosteroid)

(MERCK MANUAL Professional Version 2023년 02월 23일)

 

Levinstein mustard 또는 H로 표기되는 겨자 가스는 제1차 세계대전에서 사용된 물질로, 이 물질에서 풍기는 마늘이나 고추냉이와 비슷한 냄새는 물질에 포함된 약 30%의 황 불순물 때문입니다. 다만 순수 겨자 가스가 아닌 탓에 살상효과가 감소된답니다.
 
반대로 증류 겨자(Distilled Mustard, HD)는 정제된 겨자입니다. 일반 겨자와 마찬가지로 마늘냄새가 나며 무색 혹은 호박색의 액체입니다. 4~6시간(최대 24시간)의 잠복기를 가지며 고농도일수록 증상발현이 빨라집니다. 
 
HT는 60% Bis(2-chloroethyl) sulfide; H와 40% Bis(2-chloroethy! thioethyl) ether; T의 화합물로 효과 지속이 H보다 길고, 더 안정적이며, H보다 낮은 응고점을 가집니다. * H의 응고점은 -16.7℃ ~ -15℃입니다.
 
HN, 질소 겨자는 가스의 황 원자 대신 N-Methyl기가 포함된 물질입니다. 제2차 세계대전 미국은 이를 독가스로서 사용하기 위해 연구하였지만 혈액의 백혈구를 줄일 수 있음을 확인하고 백혈병, 림프종, 말기 혈액암 환자들에게 사용하였다고 합니다. 

1943년 12월 2일 이탈리아 남부 바리 항구에 정박한 연합군 선박들이 독일 공군의 공습을 받았다. 선박 38척 가운데 17척이 침몰하고 8척이 파괴되었다. 이때 공격받은 미국 수송선 존 하비호에는 루스벨트 대통령의 지시로 만약의 상황에 대비한 100톤가량의 겨자가스가 있었다. 선박이 파괴되면서 가스가 항구를 덮쳐 연합군 장병과 항구 주변 민간인 1,000명 이상이 그 자리에서 사망했고, 800명의 사상자가 병원 치료를 받았다.

희생자를 부검하자 혈액을 만드는 골수가 손상을 받아 백혈구 숫자가 급격히 떨어진 것이 원인으로 밝혀졌다. 임파 조직과 골수 조직이 모두 망가졌다. 이때 겨자가스를 연구하던 학자가 있었는데, 루이스 굿맨과 알프레드 길맨이다. 두 사람은 이 사고가 있기 1년 전부터 질소 머스터드를 연구했다. 그들은 독성이 큰 황 머스터드보다 질소 머스터드가 백혈구 같이 빨리 분열하는 세포의 분열을 막는다는 것을 알아냈다.

그래서 질소 머스터드가 혈액의 백혈구 수를 줄일 수 있다고 생각했다. 백혈구 수가 비정상적으로 증가하는 백혈병에 질소 머스터드를 사용하니 백혈구 숫자가 많이 감소했다. 백혈병뿐만 아니라 림프종과 말기 혈액암 환자도 치료되었다. 림프종이란 림프 조직에 발생한 악성종양이다. 질소 머스터드를 이용해 개발된 최초의 화학요법제가 제품명 '머스타겐'이다. 이것이 《암병동》에 나온 엠비퀸이다.

(NAVER POST 2023년 02월 26일)

 

혈액작용제(Asphyxiant Agent)

혈액작용제는 혈액 속 산소를 운반하는 적혈구의 기능을 손상하여 질식사를 유발합니다. 체내 노출 시 혈액을 타고 전파되기 때문에 혈액작용제라는 이름이 붙었지만, 사실 혈액 세포뿐만 아니라 전신 세포를 손상하므로 전신 질식제(System asphyxiants)라고도 합니다.

적혈구의 산소, 정확히는 헤모글로빈이 소멸함에 따라, 적혈구는 그 기능이 불가능해집니다. 이에 따라서 육안으로 보이는 피부는 붉거나 푸르스름해지는 것입니다.

 
혈액작용제의 종류는 사이안화 화합물과 황화수소 등이 있습니다. 사이안화 화합물에는 사이안화 수소(Prussic acid; AC)와 염화 사이안(Cyanogen chloride; CK) 등이 포함되며 실온에서 쉽게 기화하는 액체(혹은 가스)입니다. 아몬드 냄새가 나는 등의 특징이 있으나 대부분의 사람을 이를 감지하기 못한다고 합니다.  황화수소는 실온에서 기체로 존재하기 때문에 호흡기관에 의한 노출이 통상입니다. 특유의 썩은 달걀 냄새가 나지만 고농도에서는 사람이 직접 맡을(감지할) 능력이 손상됩니다. 이외에는 아르신(Arsine; SA)이 있습니다.
 
노출 초기에는 숨 막힘, 고혈압 및 맥동을 유발하며, 노출된 인원은 짧은 시간 내 발작하며 의식을 잃을 수 있습니다. 특히 피부가 붉거나 푸르스름하게 변하기도 합니다. 
 
혈액작용제에 노출되었을 경우 고농도 산소를 흡입하거나, 가용할 경우 해독제 등을 이용하여 치료하여야 합니다. (작용제에 오염되었을 경우 산소를 운반할 적혈구의 기능을 상실하기 때문에 고농도의 산소를 체내에 주입하는 것입니다.)  황화수소의 경우 포도당 혹은 중탄산염을 정맥 투여하는 방법도 있습니다.  

.

특이한 점으로는 현재 보급되고 있는 군용 방독면(K-5)을 기준으로, 혈액작용제를 제외한 기타 작용제는 오염 시 정화통이 약 180여 분 생존할 수 있으나 혈액작용제는 120분이면 새 정화통으로 교체해주어야 한다고 합니다. 이유인즉, 혈액작용제의 입자가 기타 작용제에 비해 작다고 하네요.
 
 

질식작용제(Choking Agent)

질식작용제는 호흡을 통한 노출로 흡수되며, 호흡기관의 조직에 상해를 가해 염증을 유발하고, 폐수종 등을 일으킵니다. 흔히 '육지익사(陸地溺死)*'라고 하죠. 종류로는 포스겐(Phosgene oxime; CG), 디포스겐(Diphosgene; DP), 클로로피크린(Chloropicrin; PS) 등이 있습니다. 

* 육지익사라는 이름이 붙은 것은 폐수종으로 사망한 환자의 폐가 마치 익사자와 비슷한 모양을 하고 있기 때문임.

 
질식작용제가 육지익사를 유발하는 이유는, 작용제가 폐 포직으로 침투하여 점막이 붓고 체액에 차게 됨으로  산소부족이 일어나기 때문입니다. 

체내에 침투한 작용제는 폐 내부에서 CO2와 HCl를 생성함 → HCl은 허파 꽈리 림프선을 자극/손상 → 림프선에서 혈장 발생 → 폐포를 채운 혈장은 내부 공간(Air space)을 메워버리고, 자연스럽게 호흡이 불가능하게 됨 (육지익사)

---

 

세대대전이 끝나고도 많은 국가들은 화학작용제를 밝히지 않았을 뿐 무기로서 사용해 왔습니다. 화학물질이 무기로서 처음 사용되었을 때는 지금과 다르게 매우 인간적인 무기였다고 합니다. 일상과 같이 참호전을 지속해 오던 유럽의 입장에서는 그랬을 수도 있었겠습니다만, 현대를 살아가는 우리에게는 매우 비인간적인 무기로 받아들여집니다. 
 
물론 저비용으로 고효율을 내는 대량살상무기(WMD)는 아군의 입장에서만 보면 매우 좋은 무기이지만 동시에 우리의 인간성이 어디까지 내려갈 수 있는지 시험하는 무기이기도 합니다. 실제로 독가스의 위험성을 알았던 유럽에서는 서로 사용하지 않기로 약속하였으나, 독일은 조약의 허점을 이용하여 벨기에 이프르에서 염소가스를 사용했었죠. 그리고는 결국 깨달아버립니다. 사상자보다 부상자가 적의 이동력을 크게 감소시킬 수 있다는 것을. 발목 지뢰가 발명된 것도 이러한 맥락이었겠지요. 
 
적을 살상하기보다는 부상자를 늘려서 저항력을 떨어뜨리고 아군이 더욱 우세하기 위해, 신경작용제에서 발달하여 수포작용제, 혈액작용제, 질식작용제가 개발되었습니다. 
 
OPCW가 아무리 국가들을 사찰한다 해도, CWC에 미가입한 북한 등은 여즉 다수의 화학무기를 보유하고 개발하고 있습니다. 
 
 
갑자기 마무리하는 것 같은 건 기분 탓입니다.
 
 

---

참고자료

논문

1. 石大殷. "화학전의 解毒체계." 국방과 기술 - (10): 62-67
2. 이용한, 이종철, 최수, 홍대식. "Hydrolysis of Sulfur Mustard(HD) in Water." 화학공학 45 (3): 291-297

 

웹사이트

1. "Mustard (H, HD, HS, HT)." (2023년 02월 23일). Bulletpicker: Ordnance, Explosives, and Related Items. n.d. 수정, https://bulletpicker.com/h.html
2. "Pulmonary Chemical-Warfare Agents." (2023년 02월 23일). MSD Manual Professional Version. 2023년 01월 수정, https://www.merckmanuals.com/professional/injuries-poisoning/mass-casualty-weapons/pulmonary-chemical-warfare-agents
3. "[지식더하기] 위험한 화학: Weapons." (2023년 02월 25일). KOSMOS - KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 코스모스. 2019년 03월 30일 수정, https://www.ksakosmos.com/post/지식더하기-위험한-화학-weapons
4. "포스겐1(산업안전분야)." (2023년 02월 25일). 고용노동부 천안고용노동지청. 2006년 02월 20일 수정, http://www.moel.go.kr/local/cheonan/info/dataroom/view.do;jsessionid=XcNC2TEllRdiTpm7j3VbJQmIUMcYb6088fquTzl8i1SkmQaqM94L64kbima7qVta.moel_was_outside_servlet_wwwlocal?bbs_seq=66010
5. "살인가스가 암치료제가 되다!" (2023년 02월 26일). NAVER POST. 2019년 05월 29일 수정, https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=20308921&memberNo=253010
6. "Pulmonary Edema." (2023년 02월 26일). Cleveland Clinic. 2022년 09월 16일 수정, https://my.clevelandclinic.org/health/diseases/24218-pulmonary-edema
7. "[도축 병리] 폐수종 (Pulmonary edema)." (2023년 02월 26일). 돼지와 사람. 2017년 07월 20일 수정, http://www.pigpeople.net/news/article.html?no=3548
8. "Case Definition: Vesicant (Mustards, Dimethyl Sulfate, and Lewisite)." (2023년 02월 26일). Centers for Disease Control and Prevention; CDC. 2018년 04월 04일 수정, https://emergency.cdc.gov/agent/vesicants/casedef.asp
9. "Medical Management Guidelines for Blister Agents: Sulfur Mustard Agent H or HD (C4H8Cl2S) Sulfur Mustard Agent HT." (2023년 02월 25일). ATSDR; Agency for Toxic Substances and Disease Registry. 2011년 08월 25일 수정, https://wwwn.cdc.gov/TSP/MMG/MMGDetails.aspx?mmgid=924&toxid=191

 

사진

1. "Figure 2 - uploaded by Rita Wickham." (2023년 02월 25일). ResearchGate. 2006년 12월 수정, https://www.researchgate.net/figure/Extravasation-Induced-Ulceration-Note-From-Vesicant-Extravasation-Myths-and-Realities_fig1_6650582
2. "FIGURE 3 - uploaded by Sara Carella." (2023년 02월 25일). ResearchGate. 2017년 09월 수정, https://www.researchgate.net/figure/Extravasation-early-signs-vesicles_fig3_319654406
3. "red blood cell." (2023년 02월 25일). thinglink. 2014년 수정, https://www.thinglink.com/scene/459821369350160384
4. "Pulmonary Edema." (2023년 02월 26일). Cleveland Clinic. 2022년 09월 16일 수정, https://my.clevelandclinic.org/-/scassets/images/org/health/articles/24218-pulmonary-edema