Trucizny i lekarstwa
"Chemia i Człowiek" (rok wydania 1986)
Substancje trujące, występujące w roślinach i zepsutych produktach spożywczych były niejednokrotnie przyczyną przypadkowych zatruć, często śmiertelnych, zwłaszcza wśród dzieci. W V wieku p.n.e. sąd ateński skazał na śmierć wielkiego filozofa Sokratesa. Podano mu do wypicia odwar z pietrasznika, zwany cykutą. Jest to jedna z najstarszych trucizn ludzkości.
Wiele roślin z rodziny Psiankowatych (Solanaceae), występujących również i na naszym terenie, zawiera tzw. alkaloidy tropeinowe o silnych właściwościach fizjologicznych. Wykazują one kilka wspólnych, charakterystycznych cech - rozszerzają źrenicę oka, porażają zakończenia gruczołów wydzielniczych, powodują suchość ust, zanik pocenia i zahamowanie wydzielania soków żołądkowych. Porażają też pracę serca. Podane w większych dawkach powodują śmierć.
Często występująca u nas roślina, zwana lulkiem, blekotem lub szalejem, zawiera głównie dwa alkaloidy - hioscyjaminę i skopolaminę. Nasiona tej rośliny są z wyglądu podobne do maku i z tego powodu zdarzają się zwykle na wsi ciężkie zatrucia dzieci. Obecnie, przy mechanicznym zbiorze, istnieje duża możliwość zanieczyszczenia maku nasionami lulka.
W czasie II wojny światowej otrzymywano masowo z lulka skopolaminę wchodzącą w skład tzw. leków lokomocyjnych, zapobiegających nudnościom i wymiotom, kiedy to masy ludzi przerzucano na wielkie odległości samolotami lub okrętami. Skopolaminę użyto wówczas również w innym celu. Osoba zatruta tym alkaloidem mówi prawdę, gdyż nie jest w stanie logicznie ocenić swej sytuacji. Zastosowali ją Niemcy wobec osób uwięzionych, zwłaszcza członków ruchu oporu, celem wydobycia z nich prawdziwych zeznań.
W okresie powojennym władze sądowe wielu państw zastosowały skopolaminę wobec osób podejrzanych o przestępstwo, jako tzw. chemiczny wykrywacz kłamstwa. Użycie tego „serum prawdy” godzi jednak w człowieka, który nie tylko mówi prawdę, lecz - podobnie jak pijany - oskarża się o przestępstwa nigdy niedopełnione.
Liczne nadużycia przy użyciu skopolaminy, zwłaszcza w procesach politycznych, skłoniły ONZ do wydania w roku 1958 manifestu potępiającego użycie środków chemicznych do wymuszenia zeznań. Broniąc praw człowieka, jego godności, uznano stosowane praktyki za powrót do średniowiecznego barbarzyństwa.
Następną rośliną z rodziny Psiankowatych powodującą ciężkie, a nawet śmiertelne zatrucia, jest dziędzierzawa lub bieluń. Jego ojczyzną są Indie Wschodnie, skąd przeniosły go wędrujące plemiona cygańskie. Cyganki sprzedawały podrostkom tzw. "płyny miłosne", które jednak nie wywoływały fali miłości u wybranej dziewczyny, lecz powodowały u niej stan zamroczenia. Rozpowszechniane natomiast pokątnie tzw. "lubczyki” zawierały wyciąg z pryszczawek (kantaryd), którego stosowanie prowadziło do ciężkiej choroby przewodu pokarmowego i nerek.
W tej samej rodzinie roślin występuje pokrzyk, czyli wilcza jagoda, roślina stosunkowo rzadko u nas występująca. Najczęściej spotyka się ją w lasach Krynicy, Żywca i Dolnego Śląska. Słodkie, czarno-granatowe jagody wielkości wiśni, zawierające nasiona podobne do maku, są niebezpieczną pokusą dla dzieci. Już po zjedzeniu kilku jagód może nastąpić śmiertelne zatrucie. Roślina zawiera zespół alkaloidów, a wśród nich hioscyjaminę i atropinę.
Do rodziny Psiankowatych należy również nasz popularny ziemniak. Zawiera on tzw. glikoalkaloid solaninę, będący połączeniem alkaloidu z cukrami. Solanina występuje w ziemniaku w ilości do 0,01%. Nie ma to żadnego znaczenia toksykologicznego, gdyż znajduje się ona w warstwach zewnętrznych odpadających przy obieraniu. Reszta solaniny przechodzi do wody podczas gotowania. Ponieważ solanina ma właściwości silnie trujące, może dojść, zwłaszcza przy niedokładnym obraniu ziemniaków, do zatruć objawiających się nudnościami i przewlekłymi wymiotami, dreszczami, a nawet zaburzeniami mowy i wzroku.
Najbardziej szkodliwe alkaloidy, mogące już w ułamkach miligrama spowodować śmiertelne zatrucia, znajdują się w bulwach korzeniowych tojadu mordownika. W zespole występujących tam alkaloidów najbardziej trująca jest akonityna, będąca mieszanką trzech odmian tego związku. Akonityna poraża ośrodek oddechowy i unerwienie serca, a w większych dawkach powoduje śmierć.
Silne własności toksyczne akonityny wypróbowali Niemcy w czasie II wojny światowej zatruwając nią pociski. W tym celu specjalnie dobrana grupa naukowców SS stworzyła placówkę badawczą w obozie koncentracyjnym w Buchenwaldzie. Zaprawionymi akonityną pociskami rewolwerowymi strzelano w biodra bezbronnych więźniów, a następnie obserwowano ich reakcję. Pierwsze oznaki zatrucia pojawiały się po upływie 20 minut jako pobudzenie ruchów i ślinotok. Po dalszych 40 minutach wyciek śliny był tak wielki, że zatruci nie nadążali z jej wypluwaniem i zaczęli wymiotować. Pojawiały się następnie silniejsze pobudzenia ruchów, jak rzucanie się na ziemię i przewracanie oczami. Po upływie dwóch godzin pobudzenie ustawało a więźniowie umierali.
Istnieje przypuszczenie, że akonityna i podobne w działaniu jady były stosowane do zatruwania różnego rodzaju pocisków, jak również w postaci trucizny dywersyjnej do zaprawiania artykułów żywnościowych i napojów, w lokalnych działaniach wojennych.
Pierwsze badania nad działaniem trucizn roślinnych rozpoczęto już w 11 wieku p.n.e.. Równocześnie pracowano nad odtrutkami. Uniwersalnym lekiem odtruwającym była niegdyś słynna driakiew przyrządzana aż z 60 składników, o wątpliwych jednak własnościach leczniczych.
Wśród trucicieli dawnych czasów najstraszniejszym był cesarz rzymski Kaligula, który pod byle pretekstem przesyłał ofierze zatrute smakołyki. Przemyślne trucizny, umieszczane w wieńcach i girlandach kwiatów zdobiących znienawidzonego gościa, produkowała królowa egipska Kleopatra. Nie gorszą znajomością trujących napojów odznaczał się legendarny książę Popiel, który podstępnie wytruł swych stryjów. Doskonale opanowaną sztukę trucia we Włoszech przeniosła do Polski królowa Bona. Miała ona na terenie dzisiejszej dzielnicy Zwierzyniec olbrzymie plantacje roślin sprowadzonych z Italii. Niestety, została sama otruta przez swych przeciwników politycznych. Rodzina Borgiów we Włoszech stała się synonimem najwyższej sztuki trucicielskiej. Szczytem bestialskiego i masowego trucia więźniów była jednak działalność Niemców w obozie koncentracyjnym w Oświęcimiu.
W średniowieczu występowała często wśród ubogiej ludności wiejskiej choroba zwana „tańcem świętego Wita”, ogarniająca całe wsie. Ludzie byli nawiedzani charakterystycznymi drgawkami i kurczami, co przypominało diabelski taniec. Niektórych mieszkańców opanowywała natomiast innego rodzaju choroba, nazwana „ogniem świętego antoniego”. Rozpoczynała się od mrowienia w palcach rąk i nóg, które po pewnym czasie ogarniała gangrena. Nie pomagały w przypadku tych epidemii żadne leki, okadzania, zamawiania i zaklinania. Nie znano przyczyny tej zarazy.
Dopiero nowoczesna chemia wytłumaczyła istotę tych dziwnych chorób mających jedno źródło. Uboga ludność odżywiała się często pośladem żytnim, zawierającym znaczną ilość sporyszu, będącego przetrwalnikiem grzyba pasożytującego zwykle w kłosach żyta. W „tańcu świętego Wita” pewien wpływ na przebieg choroby odgrywał też brak witaminy A. Sporysz zawiera szereg alkaloidów, pochodnych kwasu lizergowego, o bardzo silnym działaniu fizjologicznym. Jest on trujący dla człowieka i zwierząt. Objawem zatrucia są bardzo silne skurcze naczyń krwionośnych, na skutek czego występuje złe ukrwienie, a w końcu obumieranie tkanek, zwłaszcza w kończynach. Obecnie zboże jest przed przemiałem starannie czyszczone. Epidemie znikneły bez śladu.
Rośliny krajów tropikalnych zawierają wiele substancji o własnościach trujących. Jedna z nich kurara, wyciąg roślinny preparowany przez Indian z dorzecza Amazonki. Kurara jest bardzo gwałtownie działającym jadem, jeśli przedostanie się do krwiobiegu. Zawiera ona alkaloidy o różnym składzie, zależnie od sposobu przygotowania, wywołujące śmierć przez uduszenie. Strzały nasycone kurarą były bardzo groźną bronią zwalczającą przeciwników, ale ułatwiały też polowanie na zwierzęta: Mięso zwierzęcia ubitego kurarą można konsumować bez obawy, gdyż jad nie działa trująco, gdy przedostanie się do przewodu pokarmowego.
Najważniejszym spośród występujących w kurarze alkaloidów jest d-tubokuraryna, związek chemiczny o skomplikowanej budowie. Obecnie produkuje się syntetycznie substancje o działaniu podobnym do alkaloidów kurary. Służą one jako środki pomocnicze podczas narkozy porażając zakończenia ruchowe.
Najczęstsze zatrucia w Polsce są wywoływane przez muchomory, z których najniebezpieczniejszy jest muchomor żółtawy, zbierany ze względu na podobieństwo do pieczarki. Zawierają one związki silnie trujące jak: fallinę, pochodną choliny, rozkładającą czerwone ciałka krwi, oraz alkaloid L-muskarynę, wywołujący skurcze żołądka, zahamowanie czynności serca, a często też napady szału i halucynacje, a wreszcie porażenie oddechu i śmierć. Zielonkawy muchomor sromotnikowy zawiera bardzo skomplikowany w budowie chemicznej peptyd faloidynę, uszkadzający wątrobę, nerki i serce.
Kilka informacji na temat - trójtlenku arsenu As2O3 czyli arszenikowi, najsłynniejszej truciźnie w dziejach ludzkości. Związki arsenu, zwłaszcza trójsiarczek arsenu As2S3, znane były już w starożytności. Kobiety starożytności stosowały ten związek jako depilator do usuwania zbędnych włosów.
W VIII wieku naszej ery arabscy alchemicy otrzymali po raz pierwszy trójtlenek arsenu w postaci czystej. Arszenik jest białym bezpostaciowym związkiem, bez smaku i zapachu, trudno rozpuszczalnym w wodzie. Już dziesiąte części grama wprowadzone do przewodu pokarmowego są dawką śmiertelną dla człowieka. Jego działanie toksyczne jest wielokrotnie większe, jeśli przedostanie się do krwiobiegu.
Obecnie arszenik nie przedstawia już takiej groźby jak niegdyś, ze względu na łatwość wykrycia go na drodze chemicznej już w minimalnych ilościach. Masowe zatrucia związkami arsenu zanotowano na początku naszego wieku w Szwecji, gdzie zastosowano tapety z nadrukiem barwnym zawierającym arsen. Występują jedynie sporadyczne zatrucia arszenikiem w hutach szkła, gdzie służy on do odbarwiania zielonkawej masy szklanej.
Jako odtrutkę przeciw zatruciom arszenikowym stosowano zażywanie tej trucizny od najmniejszych, nieszkodliwych dawek, aż do dużych, przewyższających wielokrotnie dawkę toksyczną. Okazało się, że przy tym sposobie postępowania ściany żołądka nie wchłaniają arszeniku, który jest w końcu wydalony z kałem. Na skutek przyzwyczajenia nie wywołuje on zatruć śmiertelnych. U ludzi wykonujących wielki wysiłek podczas wędrówki w górach praktyki te pozwalają na wydobycie z siebie ostatnich rezerw energii, przy czym dają odczucie siły i wytrwałości. Zjadacze arszeniku wydają się w pierwszym okresie zdrowi i silni. Ale przeciążenie organizmu prowadzi wreszcie do całkowitej ruiny zdrowia.
Zjawisko kumulacji energii żywotnej po zażyciu małych dawek arszeniku wykorzystywali Cyganie już od XVI wieku w oszukańczym handlu końmi. Stare zniedołężniałe chabety po kuracji arszenikiem odzyskiwały na pewien czas energię i ładny wygląd, a po przemalowaniu sierści znajdowały chętnych nabywców.
Obecnie leki arsenowe, ze względu na równoczesne oddziaływanie toksyczne, są wypierane przez antybiotyki. Groźna niegdyś biała trucizna, przetworzona w użyteczne związki, została oddana na pożytek człowieka i wreszcie odłożono ją do lamusa.
Pierwszy alkaloid, morfinę, wyodrębnił Serturner z opium w roku 1804. Trzydzieści lat później, w roku 1831, J. Liebig podał dla tego związku wzór sumaryczny C17H19O3N. Dopiero w roku 1923 Robinson zaproponował budowę, strukturalną morfiny. Upłynęło znów ponad 30 lat, gdy chemicy w 1956 roku potwierdzili jej budowę, dokonując pełnej syntezy tego związku chemicznego. W sumie trzeba 125 lat, by móc powiedzieć z całą pewnością, że cząsteczka morfiny jest zbudowana z czterech pierwiastków reprezentowanych przez czterdzieści atomów rozmieszczonych w przestrzeni w dość osobliwy sposób.
Pierwszą wzmiankę o zastosowaniu skutecznego leku przeciwmalarycznego, którym była sproszkowana kora chinowa, spotykamy w roku 1693. Trzeba było jednak odczekać niemal 130 lat na wyodrębnienie z niej istotnego składnika chininy, czego dokonali francuscy aptekarze Pelletier i Caventou w roku 1820. II lat potem Liebig podał sumaryczny wzór chininy -C20H24N2O2. Ale upłynął znów cały wiek, gdy w roku 1944 Woodward otrzymał ten związek na drodze wieloetapowej syntezy, potwierdzając tym jego strukturę chemiczną. Wspaniały rozwój chemii pozwala obecnie na wyizolowanie czynnej substancji, ustalenie jej budowy chemicznej i dokonanie nie tylko pełnej syntezy, ale również korzystnych modyfikacji cząsteczki - w przeciągu kilku lat.
Odpowiednio przygotowany surowiec roślinny lub zwierzęcy najczęściej przygotowywano z wodą, słabymi roztworami kwasów lub zasad, alkoholem, a także tłuszczami, prawie zawsze w podwyższonych temperaturach. Poddawano go też procesowi destylacji, wytapiania lub wyciskania. Otrzymano w ten sposób nalewki, wyciągi i destylaty. Po odparowaniu uzyskanych roztworów i kolejnym traktowaniu powstałego osadu różnymi rozpuszczalnikami, a następnie przez wielokrotną krystalizację otrzymywano wreszcie substancję zasadniczą w postaci czystej. Substancje fizjologicznie czynne spotyka się w surowcach naturalnych często w znikomych stężeniach i do tego w obecności wielu związków o różnorodnej budowie chemicznej. Do niedawna izolowanie tych substancji i ich dostateczne oczyszczanie połączone było z wielokrotnym powtarzaniem opisanych zabiegów, co w końcu powodowało wielkie straty, a co najgorsze - zmiany chemiczne, a więc utratę aktywności biologicznej. Z tego też powodu chemicy byli zmuszeni do opracowania coraz to bardziej subtelnych metod działania.
Ogromnym postępem w pracach biochemicznych było wprowadzenie tzw. metod chromatograficznych, których zasady rozdzielania polegają na różnicach fizykochemicznych uzyskiwanej substancji i materiałów użytych do jej izolowania. Wykorzystuje się tu np. różnicę wielkości cząsteczek. Jeśli badany materiał przepuszcza się przez rurę napełnioną odpowiednio dobranym porowatym materiałem, to zatrzyma on w swych porach mniejsze cząsteczki silniej niż większe. W innym rodzaju chromatografii wykorzystuje się wzajemne oddziaływanie elektrostatyczne między materiałem zapełniającym rurę szklaną a odmiennie naładowanymi cząsteczkami izolowanej substancji. Ostatnie lata przyniosły rewelacyjny sposób oczyszczania chromatograficznego, który otworzył nowe drogi w badaniach biochemicznych. Jest on oparty na spostrzeżeniu, iż biomakrocząsteczki mogą tworzyć z innymi cząsteczkami specyficzne związki, zwane kompleksowymi, ulegające łatwemu rozkładowi. Oznacza to, że jedynie określona substancja z badanego roztworu może związać się z nośnikiem, a substancje towarzyszące o odmiennej budowie nie są wychwytywane. W końcowej fazie procesu, przez zmianę temperatury, kwasowości lub stężenia roztworu rozbija się kompleks nośnika i danej substancji, którą następnie jest wypłukiwana.
Podczas badań początkowych zastosowano jako nośnik skrobię do wychwytywania enzymów. Obecnie stosuje się syntetyczne związki wielocząsteczkowe. O skuteczności tego postępowania świadczy fakt iż, starymi metodami izolowano z bakterii przez wielostopniowe oczyszczanie enzym asparaginazę, niestety o niskim stopniu aktywności. Dzięki nowej metodzie wyizolowano w postępowaniu jednorazowym ten sam enzym o aktywności trzydziestokrotnie większej. Opisaną metodą uzyskano nie tylko enzymy o olbrzymim stopniu aktywności, lecz wyizolowano również antyciała, antygeny, a nawet wirusy, co przy dawnych metodach postępowania nie zawsze było możliwe.
Ciekawy jest sposób w jaki chemik określa, że otrzymana i oczyszczona przez niego substancja jest "chemicznie czysta". Za kryterium tej czystości uznaje on najczęściej ustalenie jakiejś wartości fizycznej, np. punktu topnienia lub wrzenia, współczynnika załamania światła itd. Gdy okaże się, że wyizolowana substancja ma np. stały, niezmieniający się punkt topliwości, przystępuje się do określenia jej składu poprzez spalenie próbki odważonej z wielką dokładnością. Jeśli substancja zawiera węgiel, to po spaleniu powstanie dwutlenek węgla, który można łatwo wychwycić w roztworze zasady i przez zważenie naczynia oznaczyć jego masę. Gdy substancja zawiera wodór, to po spaleniu powstanie woda, którą również łatwo można wyłapać w naczyniu z materiałem higroskopijnym. Prostym sposobem można teraz obliczyć procentową zawartość pierwiastków w badanej próbce.
Następna czynność to określenie uporządkowania atomów w cząsteczce, czyli ustalenie jej wzoru strukturalnego. Dla wyklarowania struktury związku bada się jego zachowanie w różnych reakcjach chemicznych, zwłaszcza prowadzących do powstania innych, znanych już substancji. Na podstawie licznych i różnorodnych reakcji można wreszcie zbudować model strukturalny. Należy następnie sprawdzić, czy nie popełniono błędu w rozumowaniu i postępowaniu. Sprawdzianem jest synteza badanego związku ze znanych dobrze substancji prostych. Gdy ta próba wypadła pomyślnie, model strukturalny może być uważany za zgodny z rzeczywistością.
Zrozumiałe staje się teraz, jakiego wyczynu dokonali chemicy, kiedy uzyskali w stanie czystym morfinę, Określili jej wzór sumaryczny C17H19O3N, a wreszcie ustalili jeszcze bardziej skomplikowany wzór strukturalny. Nie dziwmy się teraz, że badania trwały łącznie aż 125 lat.
Od prawie 40 lat chemicy wprowadzili, obok wypracowanych metod badania chemicznego, metody fizyczne, co uprościło i przyspieszyło ich badania nad strukturą związków chemicznych. Chemik bada więc teraz widma danego związku w promieniach podczerwonych i nadfiołkowych. Okazało się, że badanie absorpcji światła umożliwia wgląd w stan wiązań cząsteczek. Pochłanianie światła w zakresie widzialnym oraz podczerwonym i nadfiołkowym zależy od struktury elektronowej cząsteczek, co wiąże się ściśle z właściwościami chemicznymi substancji. Przeprowadza się też ważne próby polegające na ugięciu się promieni rentgenowskich przez kryształy danego związku lub wykorzystuje się do wyklarowania struktury spektroskopię masową.
Wyizolowanie czynnej substancji z produktów naturalnych, określenie jej struktury i synteza, to dopiero jeden rozdział pracy chemika zajmującego się przygotowywaniem leków. Następny etap to modyfikacja, czyli częściowa zmiana struktury cząsteczki, prowadząca do otrzymania substancji mniej toksycznej i o korzystniejszym oddziaływaniu leczniczym. Praca na tym odcinku jest żmudna, długa oraz wymaga współpracy wielu ludzi o różnych specjalnościach. Współczesna wiedza umożliwia otrzymywanie skutecznych leków ze związków niewystępujących w naturze, lecz syntetyzowanych w laboratorium.
Tytoń, rozpowszechnił się w Europie w XVI wieku. Początkowo wąchano roztarte na pył liście jako tzw. tabakę, lecz wreszcie pojawili się pierwsi palacze. Ten nowy zwyczaj wywołał początkowo gwałtowną reakcję. Papież Urban VI rzucił klątwę na palaczy, a w wielu krajach dokonywano egzekucji za palenie tytoniu. Zwłaszcza car Michał Romanow tępił surowo używanie tytoniu. Stopniowo ostre zakazy łagodzono, a kiedy car Piotr I wyjechał do Holandii i również nauczył się palić, cała Rosja zaciągnęła się tytoniowym dymem.
Nikotyna jest najważniejszym alkaloidem tytoniu, a benzopiren, znajdujący się w dymie tytoniowym, jest jedną z najgroźniejszych substancji rakotwórczych. Tytoń zawiera alkaloidy o silnym działaniu fizjologicznym. Zwłaszcza nikotyna zawarta w ilości 1-6% jest osobliwym narkotykiem, który może zwiększać pobudzenie organizmu przy naruszonej równowadze fizjologicznej, a więc np. w stanach depresji, natomiast w stanach podniecenia obniża pobudliwość. Powoduje ona też wzrost ciśnienia krwi na skutek skurczu naczyń krwionośnych, często wywołuje wymioty, nerwobóle, porażenia mięśni i uszkodzenia serca, a wzmagając wydzielanie soku żołądkowego może przyśpieszyć wystąpienie choroby wrzodowej.
Część nikotyny rozpada się podczas żarzenia tytoniu, w wyniku czego powstają substancje o właściwościach rakotwórczych, wśród których najgroźniejszym jest benzopiren. Nic więc dziwnego, że rak płuc u palaczy jest niemal pięćdziesiąt razy częstszy niż u niepalących. Benzopiren występuje również w dymach przemysłowych i spalinach motoryzacyjnych. Benzopiren przedostaje się wraz z dymem do wędzonych produktów żywnościowych. Nic dziwi więc fakt, że w Japonii gdzie spożywana jest olbrzymia ilości wędzonych ryb - jedna trzecia wszystkich zachorowań nowotworowych to rak żołądka. Badania wykazały, że substancją rakotwórczą nie jest sam benzopiren, lecz produkty jego przemian w organizmie żywym. Ze względu na to, ze różne organizmy w różny sposób przekształcają benzopiren.
Już w końcu XVIII wieku stwierdzono, że kominiarze stykający się stale z sadzą chorują na raka skóry, Dalsze badania wykazały, iż tym chemicznym środkiem drażniącym były węglowodory aromatyczne o wysokiej temperaturze wrzenia. ...
apd61