Структурная идентификация и сравнительная оценка содержания метаболитов инкапаситанта BZ в моче и плазме крови крыс

Основные моменты
- в зоне специальной военной операции отмечается применение украинскими вооруженными и террористическими формированиями нелетальных отравляющих веществ, что является нарушением Конвенции о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и его уничтожении (КЗХО);
- разработан хромато-масс-спектрометрический способ, позволяющий установить факт отравления BZ и его аналогами по их метаболитам в моче и плазме крови.
Актуальность. Начиная с 2022 г., в зоне СВО дважды фиксировались случаи обнаружения вещества EA-3167, структурного и функционального аналога инкапаситанта BZ, включенного в Список 2 КЗХО. Отмечены случаи отравления российских военнослужащих. Несмотря на давнее открытие самого BZ, сведения о его метаболизме и возможных маркерах отравления, опубликованные в открытых источниках, крайне неполны и недостаточны.
Цель работы – обнаружение и структурная идентификация метаболитов BZ в моче и плазме крови крыс; оценка относительного содержания BZ и его метаболитов.
Материалы и методы. Жидкостная и газовая хроматография-масс-спектрометрия высокого разрешения. Оценка относительного содержания метаболитов BZ проводилась исходя из величин интенсивностей (площадей) пиков метаболитов в условиях жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии высокого разрешения. Определялись характеристики метаболитов, характерных для отравления BZ.
Результаты. В моче и плазме крови крыс предположительно идентифицировали более 40 метаболитов BZ, образованных в результате окислительных и (частично) гидролитических модификаций исходной молекулы. Структуры окисленных метаболитов фазы I содержали до четырех дополнительных атомов кислорода, входящих в состав гидроксильных групп на фенильных остатках и N-оксида. Метаболиты фазы I подвержены интенсивному конъюгированию с образованием O-метильных и глюкуронидированных форм, а также их комбинаций. Было найдено, что содержание ряда метаболитов в моче (в том числе глюкуронида дигидроксилированного метилированного метаболита) увеличивалось вплоть до 24 ч после экспонирования. Неизмененный BZ присутствовал в моче крыс лишь в небольших концентрациях.
Выводы. Для подтверждения отравления BZ методом хроматографии-масс-спектрометрии наиболее удобны моногидроксилированные, N-окисленные и дигидроксилированные метилированные формы. При значительном времени после отравления рекомендуется обнаружение глюкуронидов моногидроксилированных и дигидроксилированных метилированных метаболитов.
Практическая значимость работы. Разработанный подход позволяет объективно подтверждать факт отравления инкапаситантом BZ и его аналогами по стабильным метаболитам в биосредах. Результаты работы имеют важное прикладное значение для химико-аналитического обеспечения контроля за соблюдением КЗХО и судебно-медицинской экспертизы.

1. Anczyk E, Maćkowiak AM. (eds.) Psychoactive substances, drugs and altered states of consciousness: cultural perspectives. Katowice: Sacrum Publishing House and Authors; 2016. 204 p.

2. Gibson RE, Rzeszotarski WJ, Eckelman WC, Jagoda EM, Weckstein DJ, Reba RC. Differences in affinities of muscarinic acetylcholine receptor antagonists for brain and heart receptors. Biochem Pharmacol. 1983;32(12):1851–56. https://doi.org/10.1016/0006-2952(83)90049-7

3. Palmer WG. Field-Water Quality Standards for BZ. Technical Report. U S Army Biomedical Research & Development Laboratory. Fort Detrick, 1990. URL: https://apps.dtic.mil/sti/citations/ADA220896 (дата обращения: 21.09.2025)

4. Ketchum JS. Chemical Warfare Secrets Almost Forgotten. A Personal Story of Medical Testing of Army Volunteers with Incapacitating Chemical Agents During the Cold War (1955-1975). Santa Rosa: ChemBooks Inc.; 2006. 360 p.

5. Rzeszotarski WJ, Gibson RE, Eckelman WC, Simms DA, Jagoda EM, Ferreira NL, et al. Analogues of 3-quinuclidinyl benzilate. J Med Chem. 1982;25(9):1103-06. https://doi.org/10.1021/jm00351a020

6. Ball JC. Review article. Dual use research of concern: derivatives of 3-quinuclidinyl benzilate (BZ). Mil Med Sci Lett (Voj Zdrav Listy). 2015;84(1):2-41. https://doi.org/10.31482/mmsl.2015.001

7. Misik J, Korabecny J, Nepovimova E, Kracmarova A, Kassa J. Effects of novel tacrine-related cholinesterase inhibitors in the reversal of 3-quinuclidinyl benzilate-induced cognitive deficit in rats--Is there a potential for Alzheimer's disease treatment? Neurosci Lett. 2016;612:261-68.

8. Zhang JJ, Fu H, Lin R, Zhou J, Haider A, Fang W, et al. Imaging Cholinergic Receptors in the Brain by Positron Emission Tomography. J Med Chem. 2023;66(16):10889-916. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c00573

9. Akashita G, Nakatani E, Tanaka S, Okura T. Development of simultaneous determination of dopamine 2, histamine 1, and muscarinic acetylcholine receptor occupancies by antipsychotics using liquid chromatography with tandem mass spectrometry. J Pharmacol Toxicol Methods. 2024;127: 107518.

10. Innis RB, Tune L, Rock R, Depaulo R, U'Prichard DC, Snyder SH. Tricyclic antidepressant radioreceptor assay. Eur J Pharmacol. 1979;58(4):473-77. https://doi.org/10.1016/0014-2999(79)90319-4

11. Григорьев АМ, Фатеенков ВН. Современные психоактивные вещества и их обнаружение в биомедицинских пробах. Вестник войск РХБ защиты. 2022;6(4):320-341. https://doi.org/10.35825/2587-5728-2022-6-4-320-341

12. Григорьев АМ, Яшкир ВА, Крылов ВИ, Колосова НА, Фатеенков ВН. Идентификация EA-3167, структурного аналога инкапаситанта BZ, в объектах, доставленных из зоны проведения специальной военной операции, и обнаружение его метаболитов в моче при экспонировании крыс. Вестник войск РХБ защиты. 2024;8(1):18-33. https://doi.org/10.35825/2587-5728-2024-8-1-18-33

13. Sng MT, Ng WF. In-situ derivatisation of degradation products of chemical warfare agents in water by solid-phase microextraction and gas chromatographic–mass spectrometric analysis. J Chromatogr. A. 1999;832(1-2):173-82. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(98)00990-x

14. Black RM, Muir B. Derivatisation reactions in the chromatographic analysis of chemical warfare agents and their degradation products. J Chromatogr A. 2003;1000(1-2):253-281. https://doi: 10.1016/s0021-9673(03)00183-3

15. Valdez CA, Leif RN, Vu AK, Salazar EP. Trocylation of 3-quinuclidinol, a key marker for the chemical warfare agent 3-quinuclidinyl benzilate, for its enhanced detection at low levels in complex soil matrices by electron ionization gas chromatography-mass spectrometry. Rapid Commun Mass Spectrom. 2021;35(15):e9123. https://doi.org/10.1002/rcm.9123

16. Kuitunen ML, Dutoit JC, Siegenthaler P. Identification of acidic degradation products of chemical warfare agents by methylation with trimethylsilyldiazomethane and gas chromatography–mass spectrometry. J Anal Sci Technol. 2022;13(29):1-13. https://doi.org/10.1186/s40543-022-00338-1

17. Black RM, Read RW. Application of liquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionisation mass spectrometry, and tandem mass spectrometry, to the analysis and identification of degradation products of chemical warfare agents. J Chromatogr A. 1997;759(1-2):79-92. http://dx.doi.org/10.1016/S0021-9673(96)00763-7

18. Read RW, Black RM. Rapid screening procedures for the hydrolysis products of chemical warfare agents using positive and negative ion liquid chromatography–mass spectrometry with atmospheric pressure chemical ionization. J Chromatogr A. 1999;862(2):169-77. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(99)00944-9

19. Byrd GD, Sniegoski LT, White VE. Development of a confirmatory chemical test for exposure to 3-quinuclidinyl benzilate (BZ). Chem Abstr. 1987;110:70602

20. Byrd GD, Sniegoski LT, White VE. Determination of 3-quinuclidinyl benzilate in urine. J Res Natl Bur Stand. 1988;93:293–95. https://doi.org/10.6028/jres.093.050

21. Byrd GD, Paule RC, Sander LC, Sniegoski LT, White E, Bausum HT. Determination of 3-quinuclidinyl Benzilate (QNB) and Its Major Metabolites in Urine by Isotope-Dilution Gas-Chromatography Mass-Spectrometry. J Anal Toxicol. 1992;16:182-7. https://doi.org/10.1093/jat/16.3.182

22. Uher M, Mžik M, Karasová JŽ, Herman D, Čechová L, Dlabková A, Hroch M. In vitro and in vivo metabolism of 3-quinuclidinyl benzilate by high-resolution mass spectrometry. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2020;120:113519 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2020.113519

23. Herman D, Dlabkova A, Cechova L, Vanova N, Misik J, Jun D, Zdarova Karasova J. Simple validated method of LC-MS/MS determination of BZ agent in rat plasma samples. Drug Test Anal. 2020;12(4):431-38. https://doi.org/10.1002/dta.2742

24. Dlabkova A, Herman D, Cechova L, Hroch M, Vanova N, Zdarova Karasova J. 3-Quinuclidinyl benzilate (agent BZ) toxicokinetics in rats. Basic Clin Pharmacol Toxicol. 2021;129(3):246-55. https://doi.org/10.1111/bcpt.1362

25. Бонитенко ЕЮ, Бонитенко ЮЮ, Бушуев ЕС, Головко АИ, Горбачева ТВ, КуценкоСА и др. Острые отравления лекарственными средствами и наркотическими веществами. СПб.: ЭЛБИ-СПб; 2010. 440 с.

26. Веселовская НВ, Коваленко АЕ. Наркотики. М.: Триада-Х; 2000. 206 с.