一滴毒物，如何让神经“死机”？ | 科学世界·探索

毒物，为什么能“微量夺命”？

剧毒之物，仅需微量便可致命。这是因为，有毒的化学物质会精准地干扰神经信号传导、酶功能等生命活动。即便化学结构只有细微差别，也可能导致毒性强弱迥异，甚至产生截然相反的效果。毒与人体内部机制紧密相关，因此，了解毒物不仅能让我们更加了解自身，而且能让我们一窥那个令人敬畏又神秘莫测的毒物世界。

在中南美洲，箭毒是猎人捕猎时常用的一种毒药，主要成分是右旋筒箭毒碱等，这些成分能使肌肉松弛。当栖息于树枝上的鸟类被涂有箭毒的箭射中后，会因失去运动能力而扑腾着从树上落下，猎人便可轻松地捕获它们。值得注意的是，箭毒只有通过血液进入生物体内时才会发挥效用，若经口摄入，毒素不易被吸收，因此用箭毒捕获的猎物，其肉类可安全食用。

黄金箭毒蛙体长约6厘米，生活在南美洲的哥伦比亚。除了黄色，还存在橙色和淡绿色的个体。其皮肤含有有毒成分——箭毒蛙碱。

神经毒素：专门截断身体“电报”

毒物是如何导致生物死亡的？有些化学物质会对生物产生某种作用，其中，对生物有害的被称为“毒物”，有益的则被称为“药物”。毒性的强弱，取决于构成该毒物的原子是如何排列组合的，即其化学结构。首先，让我们来看看一类能夺人性命的毒物——神经毒素。

神经毒素通过干扰神经细胞的功能来发挥作用。神经细胞主要由含有细胞核的细胞体和从细胞体延伸出的轴突构成，轴突的末端与另一神经细胞或肌肉细胞相连，形成被称为“突触”的连接结构。身体的运动指令经由神经细胞从大脑传递到肌肉，然而，当神经毒素进入人体后，会在轴突或突触处阻断信号传导，从而导致心脏、肺等重要器官功能衰竭，最终导致生物死亡。

当信号传导到神经细胞的轴突时，细胞表面的钠通道会打开，使钠离子从细胞外流入细胞内，引起电荷逆转，从而使信号得以进一步传导。钠通道在钠离子通过后便会关闭。但是，如果人体摄入了乌头碱，这些钠通道就会保持开放状态，导致钠离子不断流入细胞内，最终使信号传导中断。与之相反，如果摄入了河鲀毒素，钠通道会被堵塞，钠离子无法进入细胞内，同样导致信号传导受阻。在化学结构式中，“H”代表氢原子，“N”代表氮原子，“O”代表氧原子。碳原子用“C”表示，但与碳原子相连的部分氢原子在图示中被省略。

同一扇钠通道小门，三种毒物三种“堵法”

当我们的感觉器官（如眼睛和耳朵）接收到外界刺激，或当大脑向肌肉发出运动指令时，神经细胞内就会产生信号（电信号）。这些信号沿着轴突传递，这一过程就是神经传导。而使神经传导得以顺利进行的关键，正是那些带有正电荷的钠离子（Na⁺）。

在人体内，细胞外的钠离子浓度高于细胞内，因此细胞外带正电，而细胞内带负电。神经细胞的表面有很多被称为“钠通道”的“小门”，其功能是让钠离子进入细胞。当神经细胞受到刺激时，这些钠通道便会打开，让钠离子进入细胞，使原本带负电的区域转变为正电，从而产生电流。接着，周围的钠通道也会依次打开，促使更多钠离子进入，形成一连串沿着神经纤维传导的信号。但是，有些物质——如乌头碱（从乌头中提取的毒素）、箭毒蛙碱（从黄金箭毒蛙中提取的毒素）和河蚌毒素（从河蚌中提取的毒素）——能够阻断这些信号传导。

乌头碱和箭毒蛙碱，都是通过与细胞内的钠通道结合，并使这些通道保持开放状态来发挥作用。这导致钠离子持续流入细胞内，从而干扰正常的信号传导。这2种物质都属于生物碱，即一类含氮的碱性有机化合物。但与乌头碱不同的是，箭毒蛙碱还具有类固醇骨架，这是由碳原子构成的4个环状结构连接而成的基本骨架，因此二者在化学结构上存在显著的差异。

然而，河蚌毒素的作用机制与前述不同：它从细胞外部封闭钠通道，如同盖上盖子一样阻止钠离子进入细胞内，从而阻断钠离子的流动，使细胞内的信号无法传导。河蚌毒素也是一种生物碱，许多生物碱类化合物具有强烈的毒性。

沙林/VX：让乙酰胆碱“刹不住车”

传导至神经末梢，触发神经递质（如乙酰胆碱）释放，从而向另一个神经细胞或肌肉细胞传导刺激。当肌肉细胞的受体接收到乙酰胆碱后，会引发肌肉兴奋。随后，一种叫作“胆碱酯酶”的酶会分解乙酰胆碱，使肌肉从兴奋状态恢复到静息状态。这是神经信号传导过程中的正常生理环节。

在第二次世界大战期间，纳粹德国开发了一种名为“沙林”的有机磷类化学武器。沙林的作用机制是通过特异性地结合到胆碱酯酶上，使其失活。胆碱酯酶失活后，未被分解的乙酰胆碱在突触间隙过量积聚，从而引发神经和肌肉过度兴奋，最终导致肌肉痉挛和呼吸困难。1995年，日本奥姆真理教在东京地铁系统内使用沙林毒气发动恐怖袭击造成14人死亡。该事件被称为“东京地铁沙林毒气事件”。

此外，一种名为“VX”的有机磷类毒剂的化学结构与沙林非常相似，且通过相同的作用机制使人致命。

在沙林等具有相似化学结构的物质中，有些被用作农药。这类农药对害虫具有较强的毒性，但对人类的毒性相对较低。值得一提的是，沙林与VX在毒性强度上存在差异。哪怕是化学结构上存在微小差异，也可能显著改变毒物对目标生物的作用强度，这充分体现了有毒物质的复杂性和多样性。

当信号传导到神经细胞的轴突时，细胞表面的钠通道会打开，使钠离子从细胞外流入细胞内，引起电荷逆转，从而使信号得以进一步传导。钠通道在钠离子通过后便会关闭。但是，如果人体摄入了乌头碱，这些钠通道就会保持开放状态，导致钠离子不断流入细胞内，最终使信号传导中断。与之相反，如果摄入了河鲀毒素，钠通道会被堵塞，钠离子无法进入细胞内，同样导致信号传导受阻。在化学结构式中，“H”代表氢原子，“N”代表氮原子，“O”代表氧原子。碳原子用“C”表示，但与碳原子相连的部分氢原子在图示中被省略。

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本文摘编自杂志2026年第11期，文章内容略有删改。

实习编辑 | 周欣颖