Toksykologja chemicznych środków bojowych/Rozdział VII
| <<< Dane tekstu >>> | |
| Autor | |
| Tytuł | Toksykologja chemicznych środków bojowych |
| Podtytuł | z 17 rysunkami oraz atlasem |
| Wydawca | Wojskowy Instytut Naukowo-Wydawniczy |
| Data wyd. | 1925 |
| Druk | Druk J. B. Kondeckiego |
| Miejsce wyd. | Warszawa |
| Źródło | Skany na Commons |
| Inne | Pobierz jako: EPUB  • PDF  • MOBI  Cały tekst |
| Indeks stron | |
Niemożliwą jest obecnie ogólna teorja zatrucia, któraby dawała mniej więcej dokładne pojęcie, dlaczego jedne substancje wprowadzone do ustroju mogą wywoływać niebezpieczne dla życia zjawiska, podczas gdy inne nie posiadają zupełnie takich właściwości. Cechy zatrucia są zależne nie od jakiejkolwiek jednej właściwości trucizny, ale stanowią wynik całego szeregu dodanych zjawisk, z których jedne posiadają charakter fizycznych, a drugie chemicznych odczynów. Dlatego też jakikolwiek podział naukowy trucizn jest prawie niewykonalny.
Narazie musimy zadowolnić się wyżej podanym podziałem trucizn na czynne wyłącznie w charakterze czynników fizycznych, nie ulegające żadnym zasadniczym zmianom w organizmie i takie, które podlegają tym lub innym zmianom chemicznym.
Jest to w zasadzie podstawa teorji Loewa (Natürliches System der Giftwirkungen), który jeszcze w r. 1883 zaproponował podział trucizn na katalityczne i substytucyjne — co mniej więcej odpowiada naszemu podziałowi na trucizny o
działaniu cząsteczkowem i trucizny rozkładające się w ciele chemicznie (§ 26).
Celem wytłumaczenia istoty działania tego rodzaju trucizn, a przedewszystkiem tego szczegółu, że wśród nich pewne związki, stanowiące mocne trucizny ogólne o działaniu protoplazmatycznem, są zupełnie bierne w stosunku do tkanek martwych, jak np. hydroxylamina NH2OH lub hydrazyna H2N.NH2 — O. Loew zaproponował następującą hypotezę. W skład żywej protoplazmy wchodzą liczne ugrupowania karbonilowe, C = OH’; CO’’— których w martwych tkankach nie dostrzegamy, i dlatego czynnemi w znaczeniu trucizn substytucyjnych są przeważnie związki zdolne do łączenia się z temi ugrupowaniami.
Loew podaje następujące wskazówki zależności działania związków trujących od rodzaju ich substytucji.
1. Dołączenie karboxylu (CO. OH) lub resztki kwasu siarczanego — (SO2OH) obniża toksyczność związku.
2. Zastąpienie wodoru chlorowcami podnosi ją.
3. Zastąpienie H przez grupę wodorotlenową OH obniża trujące właściwości trucizn katalitycznych — podnosi je u trucizn substytucyjnych.
4. Nitrowanie podnosi toksyczność, jeżeli temu nie przeszkodzi obecność karboxylu lub jego powstanie podczas dalszych zmian danej substancji w ustroju.
5. Każda zmiana w budowie cząsteczki trucizny, która potęguje jej zdolność do łączenia się z aldehydami i ketonami, a więc przedewszystkiem amidacja, podnosi jej właściwości trujące.
6. Wszystkie związki nienasycone są jadowitsze od odpowiednich związków nasyconych. Etylamina CH. CH. NH₂ jest trucizną bardzo słabą, wtedy gdy winylamina CH3. CH2. NH2 jest wyjątkowo czynną. Wyjątkowo wysoce trujące właściwości winylaminy tłumaczono później jako skutek wytwarzania się z niej połączenia cyklicznego:
| H2C | |
| ǁ❭ | NH. |
| H2C |
Uogólnienia teorji Loewa stały się podstawą całego szeregu dalszych badań, jak również podstawą teraźniejszego sposobu tłumaczenia działania pewnych związków, przyjmując istnienie t. zw. „ugrupowań toksofornych“ Erlicha, o których będzie jeszcze mowa później. Z tych prawideł jednakże mamy liczny szereg wyjątków i stosunki te są znacznie bardziej złożone niż wydaje się na pierwszy rzut oka. Wogóle znaczenie ugrupowań substytujących zmienia się prawie dla każdego szeregu związków, jak i w każdym poszczególnym odczynie fizjologicznym.
Teorja ta może znaleźć zastosowanie, i to tylko częściowo, jedynie w wytłumaczeniu działania pewnych związków organicznych, pozostawiając niewytłumaczonem działanie trucizn nieorganicznych i całego szeregu mocnych trucizn organicznych, nie stojących w żadnym stosunku do ugrupowania karbonylowego CO’’.
Bardziej odpowiednia jest teorja ogólnego przystosowania się ustroju, oparta na zasadach biologicznych doby obecnej. Zasadniczą ideą tej teorji jest, że każda obca substancja, nie należąca do stałych składników ustroju, każdy niezwykły dla organizmu czynnik, muszą zawsze stwarzać warunki patologiczne niebezpieczne dla życia, o ile organizm nie potrafi się do nich przystosować.
Dlatego wszystkie pierwiastki nie będące stałemi składnikami ciała (p. § 29) są mniej więcej trującemi. Stwierdzamy to, badając działanie rzadkich, lub mało rozpowszechnionych pierwiastków.
Ustrój żywy w pierwszych okresach swego istnienia przystosował się do pewnych składników, najprawdopodobniej zupełnie przypadkowo, ponieważ były one obecne w miejscu pierwszego powstania życia, i dlatego w niem uczestniczyły. Dziś ustrój żywy już nie jest w stanie wytrzymać żadnej zamiany jednych pierwiastków na drugie, nawet najbardziej do nich zbliżonych chemicznie. Tak np. brom nie może zastąpić chloru lub innych chlorowców, pomimo faktu dobrze znanego, że organizm może wydzielać w soku żołądkowym HBr zamiast HCl. Stront, który nie jest bardziej jadowitszym od wapnia, nie może zastąpić go jako składnik tkanki kostnej. Potas odgrywa w ustroju całkiem inną rolę niż sód i t. d.
Ilościowy skład organizmu jest zatem wynikiem pewnych przystosowań i, zależnie od warunków, wogóle podlega zmianom. Mamy tu również urzeczywistnienie znanych praw Virchow’a o zjawiskach chorobowych. Każde takie zjawisko posiada pewien stopień heterotopji, heterometrji i heterochronji, to znaczy, że różni się ono od normalnych stosunków obecnością pewnych związków jakościowo takich samych jak w stanie normalnym, lecz umieszczonych w innem miejscu, bądź nagromadzonych w odmiennej ilości, lub wreszcie pojawiających się w innym czasie. W istocie nawet taki zwykły składnik organizmu jak woda, staje się oznaką stanu chorobowego, jeżeli nagromadza się jako wysięk w jamach surowiczych, lub jeżeli zawartość jej we krwi ulegnie zbyt wyraźnej zmianie, albo jeżeli tkanki dorosłego człowieka staną się podobne pod względem zawartości wody do tkanek zarodka, zawierającego powyżej 90% wody. Trujące pierwiastki, jak jod i żelazo, mogą być w nieznacznych ilościach niezbędnemi składnikami organizmu; sam organizm może zawierać w odpowiedniem miejscu i odpowiedniej postaci ilość trucizn zupełnie wystarczającą dla jego otrucia w innych warunkach. Tak np. czerwone krwinki zawierają duże ilości potasu, zazwyczaj prawie całkiem nieobecnego w osoczu krwi. Jony potasu są bardzo mocną trucizną nasercową i dlatego każda znaczniejsza hemoliza, t. j. rozpuszczenie krwinek w osoczu, wywołuje zawsze niebezpieczne zjawiska w sercu i może nawet spowodować porażenie serca. Pewne hormony ustroju, jak np. adrenalina, są najmocniejszemi ze znanych trucizn.
Z punktu widzenia tej teorji podstawą zatrucia bywa: 1) obecność zupełnie obcych pierwiastków, czyli jakościowe zmiany w środowisku otaczającem komórki, albo nawet micelle; 2) ilościowe zmiany stężenia normalnych składników i 3) powstawanie w ustroju odczynów, do których dany ustrój nie jest przystosowany. Wynik śmiertelny lub ostra choroba, która może skończyć się wyzdrowieniem, lub długotrwałą kacheksją — wszystkie te zjawiska zależą raczej od rodzaju odczynów ustroju i jego zdolności do zrównoważenia zmian wynikłych podczas zatrucia, niż od bezpośrednich właściwości trucizny.
Biologiczne właściwości substancyj obcych przedstawiają się w zarysach następujących:
1. każda substancja obca pozostaje nieczynna, jeżeli jest bezwzględnie nierozpuszczalna w płynach ustroju. Najmniejsza rozpuszczalność jak np. ciężkich metali w wodzie, może się stać przyczyną ich jadowitości, dzięki istnieniu wpływów oligodynamicznych.
2) Każda substancja rozpuszczalna może stać się niebezpieczną dla organizmu tyko przez prostą zmianę warunków fizykochemicznych organizmu. Dlatego ustalenie grupy trucizn katalitycznych nie ma wartości.
3) Działanie chemiczne każdej substancji zależy od właściwości składników organizmu, z któremi substancja ta może wstępować w związki, 4) Każdy z takich odczynów jest mniej więcej niezależny od innych odczynów organizmu i dlatego substancje czynne w jednym kierunku mogą być zupełnie bierne w innem, prócz tego i sam szereg wzrastającej czynności substancyj obcych musi być bezwzględnie inny dla każdego takiego odczynu.
Dlatego właśnie wszelkie próby podziału trucizn stosownie do jadowitości na podstawie dawki śmiertelnej chybiłyby celu. Nie może być żadnego ugrupowania trucizn w tem znaczeniu nawet dla zwierząt tego samego gatunku. Dane o dawkowaniu mają zaledwie przybliżoną wartość praktyczną.
5) Odczyny chemiczne w zatruciu mogą mieć znaczenie ogólne, gdy wywołują jednakowe skutki w każdym wypadku, mogą też być mniej więcej swoistemi, działając tylko na część substancyj, lub nawet na jedyną w swoim rodzaju substancję obecną w organizmie. Dlatego stopień jadowitości ustalony w stosunku do jednego odczynnika, np. jakiegoś zaczynu, nie jest bynajmniej miarodajny dla drugiego.
Ogólna analiza naukowa działania pewnej substancji na organizm składa się z ustalenia jej stosunku do następujących odczynów fizjologicznych:
a) podtrzymania stanu fizycznego tkanek i płynów ustroju (ciśnienia osmotycznego, stopnia adsorpcji wody, napięcia powierzchniowego, lepkości i t. d.).
b) Podtrzymania stałości odczynu środowiska. Organizm łatwo może zrównoważyć nadmiar jonów OH’, lecz jest bardzo czuły na nadmiar jonów H’. Dlatego każda substancja zawierająca te jony, lub wytwarzająca je pod wpływem utleniania, wywołuje zjawiska acidozy, zwykle odrazu zrównoważane przez organizm.
c) Działania na białka. Działanie to może być odwracalne i zależne od zmian warunków rozprószenia białek jako koloidów (szereg Hofmeistr’a) albo nieodwracalne, polegające na głębszych zmianach chemicznych powodujących przedewszystkiem skrzepnięcie białek, jak np. działanie wszystkich ciężkich metali w stanie jonów.
d) Działanie na zaczyny, które może być zarówno dodatniem (aktywacja fermentów), jak i ujemnem (trzucizny zaczynów). Każdy zaczyn ma swoje własne środki uczynniające (aktywatory) jak również i trucizny.
e) Działania na lipoidy. Są one dotychczas bardzo mało zbadane, chociaż posiadają bez wątpienia poważne znaczenie w szeregu odczynów najbardziej złożonych. Jako przykład można przytoczyć współdziałanie pomiędzy lecytyną a saponinami, trucizną żmii i toksynami bakteryjnemi, jak również rolę odgrywaną w organizmie w procesach odtrucia przez cholesterynę.
f) Działania na ustroje jednokomórkowe, chwilowe porażenie (zanik ruchów wymoczków) lub śmierć.
Każdy rodzaj drobnoustrojów posiada odporność i wrażliwość swoistą. Dla pasorzytów wyżej stojących, należących do pierwotniaków, jak np. pasorzyty zimnicy, kiły, pewnych chorób podzwrotnikowych (trypanosomiazy), mamy wyraźny etiotropizm, czyli drobnoustroje te są wrażliwsze na działanie niektórych środków, niż komórki chorego organizmu, wskutek czego można je zabić w żywym ustroju. Takiemi zabójczemi dla nich środkami są: chinina, pewne organiczne pochodne arsenu i niektóre barwniki anilinowe. Jednakże dla większości drobnoustrojów mamy stosunek odwrotny, niektóre ustroje są wogóle najbardziej odporne wśród żywych komórek, szczególnie gdy znajdują się w stanie zarodników, np. zarodniki wąglika (Baccillus anthracis). Takich najodporniejszych tworów używamy zazwyczaj do sprawdzania działania tego rodzaju trucizn, noszących nazwę antyseptycznych. Istnieje szereg trucizn o wzrastającem znaczeniu antyseptycznem swoistem dla danego gatunku drobnoustrojów (bakteryj) niezależnie od innych właściwości tych trucizn. Wogóle środki antyseptyczne prócz bakteryj zabijają też inne komórki, naodwrót większość najmocniejszych trucizn, jak np. trucizny układu nerwowego, jest bezwzględnie nieczynna w stosunku do bakteryj.
g) Działanie na izolowane komórki organizmów wyższych, jak np. nabłonek migawkowy, plemniki, leukocyty, których zatrucie łatwo daje się zauważyć w postaci zaniku ruchów i zwłaszcza na krwinki czerwone, których uszkodzenie wywołuje hemolizę. Chwilowe osłabienie lub zanik ruchów (paraliż odwracalny) jest cechą działania trucizn narkotycznych, a stały zanik przejawów życiowych — cechą tak zw. trucizn protoplazmatycznych, czyli komórkowych; rozpuszczenie się w otaczającym płynie jest oznaką przejaw cytolitycznych, a w stosunku do krwinek — hemolitycznych.
h) Działania na izolowane narządy; bardzo dogodnemi przedmiotami dla doświadczeń porównawczych są:
1. tak zw. nerwowo-mięśniowy preparat żaby;
2. izolowane serce żaby lub żółwia, używane bez specjalnych przyrządów lub z zastosowaniem pewnych przyrządów zwanych hematizatorami;
3. izolowane serce, płuca, jelita, nerki, macica i inne narządy ssaków, których użycie w tym celu stało się możliwe dzięki udoskonaleniu wspomnianych hematizatorów. Na izolowanych narządach zauważyć można nietylko zwykłe i dające się łatwo wymierzyć przejawy życiowe, lecz także i jakościowy ich charakter.
Ponieważ porażenie serca jest najczęstszą przyczyną śmierci, badania nad działaniem trucizn na serce izolowane dają w wielu wypadkach obraz istotny zatrucia zwierząt. Badania te są prócz tego pewniejsze i dogodniejsze do przeprowadzenia porównań niż wszystkie inne.
i) Działania na ośrodkowy układ nerwowy, co da się zbadać tylko w warunkach doświadczeń na całym ustroju. Często jesteśmy zmuszeni używać do tego celu nawet ludzi. Tylko w ten sposób bowiem można zbadać środki działające na wrażliwość psychiczną, wywołujące sen, znieczulenie miejscowe i t. d. Doświadczenia czynione na zwierzętach są jednak niezbędne, już chociażby dlatego, że porażenie ośrodka oddechowego, druga zasadnicza przyczyna śmierci, może być zbadana tylko w ten sposób. Ilość kierunków, w jakich da się przeprowadzić podobne doświadczenia, jest niemal nieograniczona.
k) Działania na wytwarzanie i oddawanie ciepła. Są to również bardzo złożone zjawiska, związane ze zmianami układu nerwowego, jak również ze stanem ogólnej przemiany materji. Znanym jest cały szereg trucizn wywołujących obniżenie ciepłoty zwierząt ciepłokrwistych (środki antypyretyczne), w przeciwstawieniu do szeregu środków podnoszących ciepłotę ciała, np. tetrahydronaftylamina.
l) Działania na ogólną przemianę materji, które może spowodować wzmożenie tej przemiany, czyli natężony rozkład materji lub też zatrzymanie całego rozkładu. Działanie to jest charakterystyczne dla wielu trucizn; niektóre z nich mogą działać też w innych kierunkach, ale są i takie, dla których ten objaw jest zasadniczy.
Stąd wynika, że ogólnego działania trucizny nie możemy zdefinjować, możemy jedynie ustalić jej wpływ na poszczególne odczyny życiowe, lub właściwości ustroju.
Do badań porównawczych niezbędne jest ustalenie siły działania, dla której miarodajną jest nie bezwzględna lub względna dawka, lecz wyłącznie tylko odpowiednie stężenie. Żeby uniezależnić stężenie od właściwości chemicznych i składu badanych ciał, mając na względzie, że niezależność taka jest podstawą badań porównawczych, przy ustalaniu roli zmian budowy chemicznej przyjęto zamiast zwykłego oznaczenia dawki, używać oznaczenia stężenia w grammolekułach na litr rozczynnika (wody, powietrza) lub kilogram wagi ciała. Stężenie rozczynu zawierającego jedną grammolekułę na litr przyjmujemy za 1, każdy inny rozczyn będzie miał stężenie n/m, gdzie n jest ilością gramów w litrze rozczynu, (więc stężenia w zwykłym oznaczeniu) a m — ciężar cząsteczkowy.
Dla porównania działania badanej substancji najwłaściwiej jest przyjąć za jednostkę stężenie cząsteczkowe jakiejkolwiek trucizny danego szeregu i podzielić przez tę liczbę odpowiednie stężenie innych trucizn. Im prostszy i mniej zależny od warunków jest obserwowany odczyn, tem pewniejsze będą wyniki takiego porównania. To samo można powiedzieć o znaczeniu składu chemicznego. Najskuteczniejsze jest porównywanie wpływów zmian nieznacznych w budowie molekuły, ponieważ w takich warunkach jesteśmy uprawnieni do oczekiwania, że treść działania pozostanie niezmieniona.
Z pośród olbrzymiej ilości istniejących prób porównania działania poszczególnych trucizn tylko bardzo nieliczne odpowiadają wskazanym wyżej warunkom. Tem niemniej użyteczność wyłuszczonych podstaw z najzupełniejszą wyrazistością wynika z ich zestawienia.
Jako przykład przytoczymy ciekawe wyniki badań Reid-Hunt’a nad jadowitością nitrylów, pochodnych kwasu pruskiego, wywołującego jako objaw zasadniczy porażenie ośrodka oddechowego. Doświadczenia były dokonane na myszach.
Nazwa |
Wzór |
Ciężar mol. |
m/gm
|
Szereg jadowitości=G/L (mol. HCN=I) |
| Kwas pruski | H CN
|
27 | 0,005 | I
|
| Acetonitryl | CH3CN
|
41 | 0,700 | 92,2
|
| Benzonitryl | C6H5CN
|
103 | 0,18 | 9,5
|
| Tolunitryl | C7H7CN
|
117 | 0,032 | 1,47
|
| Nitryl migdałowy | C7H7O. CN
|
133 | 0,023 | 0,93
|
| Chlorowodorek dwuetyloaminoacetonitrylu | CH2 ⟨ | CN N(C2H5)2H.Cl |
148,5 | 0,031 | 1,09 |
| Dwuetyloaminofeniloacetonitryl | C6H5.CH ⟨ | CN N(CH) |
188 | 0,025 | 0,73 |
Z zestawienia wnioskujemy, iż jadowitość tych związków nie jest zależna od ich ciężaru cząsteczkowego i budowy cząsteczki, lecz od jakiejś innej przyczyny, która według Reid-Hunt’a tkwi w łatwości rozszczepiania się w ustroju lub odwrotnie w stałości związku. Możemy podkreślić również, że pochodne aromatyczne są czynniejsze niż tłuszczowe.
Inny przykład daje działanie lakrymatorów, t. j. chemicznych środków bojowych wywołujących łzawienie.
Środki te można według ich budowy chemicznej podzielić na następujące grupy:
1. pochodne acetonu,
2. pochodne benzolowe (aromatyczne),
3. grupa chloropikryny.
Do pierwszej grupy należą: akroleina CH2=CH−CO−H; chloroaceton CH3. CO. CH2Cl; bromaceton CH3CO. CH2Br i chloroacetofenon CH2ClCO C6H5,
do drugiej: chlorowane i bromowane pochodne benzylu i ksylylu,
do trzeciej: jedna tylko chloropikryna.
Chloroacetofenon jest jednocześnie pochodnym aromatycznym i acetonowym. Cedenit NO2C6H4CH2 Cl zawiera, jak i chloropikryna, grupę nitro NO2.
Przeliczone zgodnie z omówionemi zasadami współczynniki napastliwości tych środków w stosunku do napastliwości kamitu są następujące.
Czynne stężenie cząsteczkowe
|
Stopień napastliwości
| |||
| Kamit C6H5.CH(CN)Br | 14.10-10 | 1
| ||
| Bromek ksylilu C6H5.CH3CH2Br | 90.10-10 | 6,6
| ||
| Bromek benzylu C6H5CH2Br | 230.10-10 | 16,4
| ||
| Chloraceton | CO ⟨ | CH3 CH2Cl |
2100.10-10 | 1,50
|
| Bromaceton | CO ⟨ | CH3 CH2Br |
700.10-10 | 50,0
|
| Akroleina H. CO. C2H2. | 2142.10-8 | 153,0
| ||
| Chloropikryna CCl3NO2 | 1230.10-10 | 87,8
| ||
| Cedenit C6H4NO2CH2 Cl | 100-10 | 7,14
| ||
| Chloroacetofenon | CO ⟨ | C6H5 CH2Cl |
33.10-10 | 2,7
|
Musimy podkreślić, że i ten sposób porównania stopnia czynności stosownie do stężenia cząsteczkowego, jest tylko przybliżony. Zupełnie niewiadomemi pozostają zarówno losy dostarczonej trucizny, jak i treść wywoływanych przez nią zmian chemicznych, więc przedewszystkiem ilość powstałych w danym wypadku czynnych równoważników. Rozczyn substancji zawierający jedną grammolekułę na litr nie jest obowiązkowo równoważnikiem drugiego takiego rozczynu, jak to wiemy z chemji analitycznej. Dlatego uzależnienie siły działania od stopnia stężenia może się okazać bardziej powikłane niż można byłoby się spodziewać na pierwszy rzut oka.
Zupełnie pewne dane można otrzymać tylko w wypadkach, kiedy chemiczne losy danej substancji w ustroju są ściśle ustalone.
Na tych zasadach toksykologji porównawczej powstanie w przyszłości prawdopodobnie prawdziwe dawkowanie naukowe, obecnie prawie nie istniejące, pomimo olbrzymiej ilości surowego materjału oraz pewnych bardzo ciekawych uogólnień doświadczalnych. Tylko prawdziwa chemja toksykologiczna mogłaby dostarczyć podstaw zarówno do ściśle naukowego podziału trucizn, jak i do celowej syntezy związków posiadających potrzebne do pewnych celów właściwości.
Jednakże w chwili obecnej możemy już dać pewne wskazówki istnienia stałej zależności właściwości trujących, chemicznie czynnych, substancyj od:
1. jakościowego ich składu, obecności tych czy innych pierwiastków,
2. obecności w składzie cząsteczki pewnych ugrupowań, 3. wartościowości pierwiastków tworzących związek,
4. rodzaju połączeń pomiędzy atomami, przeważnie wśród związków organicznych,
5. budowy stereochemicznej związku.
Celem ustalenia zależności działania toksycznego od składu jakościowego, musimy przedewszystkiem zaznajomić się z działaniem na organizm samych pierwiastków, w stanie zarówno cząsteczkowym jak i zjonizowanym.
Trujące właściwości pierwiastków zależą przedewszystkiem od ich zdolności do reagowania z płynami organizmu i tworzenia związków rozpuszczalnych w jego składnikach. Pierwiastki nierozpuszczalne są zupełnie nieczynne. Jako rozpuszczalniki występują jednak nietylko sama woda lecz też lipoidy i inne składniki komórek ustroju, co może w znacznym stopniu zmienić warunki. Następnie działanie każdej nierozpuszczalnej substancji zależne jest od stopnia jej dyspersji. Koloidalne rozczyny niektórych pierwiastków, np. srebra i rtęci, posiadają właściwości, których brak ich suspensjom, a działanie tych rozczynów jest zbliżone do działania jonów.
Co do czynności, stosownie do rozpuszczalności pierwiastków w płynach lub innych składnikach organizmu, posiadamy następujące dane.
Gazy szlachetne, grupy 0 systemu perjodycznego — hel, argon, neon, krypton i xenon, jako bezwzględnie bierne chemicznie, pozostają też w ustroju nieczynne. Z innych pierwiastków mających w zwykłych warunkach postać gazu zupełnie biernemi i nierozpuszczającemi się we krwi stosownie do prawa Henry Dalton’a są wodór i azot. Tlen jest ciałem bardzo czynnem już w stanie wolnym (odczyny utleniania); również bardzo czynnemi są wszystkie chlorowce, które reagują z wodą i tworzą odrazu czynne jony. Inne metaloidy, mające postać ciał stałych, prócz nielicznych wyjątków, są nierozpuszczalne i dlatego zachowują się biernie. Można podzielić je, stosownie do ich umieszczenia w systemie perjodycznym, na trzy grupy: pierwiastki czterowartościowe: węgiel, krzem, tytan; pierwiastki trój- lub pięciowartościowe: (azot, fosfor, vanad, arsen, antymon, bismut), i pierwiastki dwu, cztero lub sześciowartościowe (tlen siarka, selen i telur). Z tych pierwiastków jeden tylko fosfor, i to wyłącznie w postaci białego krystalicznego fosforu, stanowi już w stanie cząsteczkowym mocną truciznę, o niewiadomem co do treści działaniu katalitycznem. Fosfor nie jest bezwzględnie nierozpuszczalny w wodzie, a tem bardziej w żółci. Rozpuszczalność jego jest 0,000127, stosownie 0,02411%. Dzięki temu może on przeniknąć do lipoidów wewnątrz-komórkowych. Trująca właściwość jego jest zależna od stopnia dyspersji. Gdy 0,1 fosforu w stanie emulsji (pasta fosforowa) zabija napewno dużego psa, kilka gramów tegoż fosforu w kawałkach przechodzi przez przewód pokarmowy bez żadnych złych następstw.
Zdolnemi do powolnego reagowania w ustroju — są siarka, selen i tellur, z których siarka, szczególnie w stanie delikatnego proszku, tak zw. mleka siarkowego (lac sulfuris) łączy się w jelitach z wodorem i zasadami, tworząc siarczki, podlegające następnie utlenieniu, a selen i tellur, w stanie rozczynów koloidalnych wstępują w połączenie z rodnikami alkoholowemi, tworząc dwumetyloselen i dwumetylotelur Te(CH3)2, i Se(CH3)2. Selen i tellur posiadają pewne właściwości trujące. Koloidalne ich rozczyny znajdują zastosowanie jako środki przeciw nowotworom, ponieważ przypuszczalnie mogą one hamować wzrost tkanek.
Inne pierwiastki nie mogą istnieć w ustroju jako takie, gdyż w obecności wody tworzą natychmiast zjonizowane związki, wobec tego zawarte są w ustroju tylko w stanie jonów i tworzą związki rozpuszczalne.
Takie właściwości wśród elektroujemnych pierwiastków, zawartych w ustroju, w postaci anionów posiadają przedewszystkiem chlorowce F, Cl, Br, J. Inne aniony, pochodne metaloidów, są zwykle mniej więcej złożonemi połączeniami z innemi pierwiastkami, przeważnie z tlenem i działanie ich już nie jest działaniem pierwiastków jako takich. Wogóle wpływ anionów na czynność odpowiedniego związku jest niewyraźny. W tych wypadkach, gdzie z porównania czynności można ustalić istnienie takiej zależności, nie zawsze odpowiada ona zasadniczemu uogólnieniu, że jadowitość pierwiastku wzrasta równolegle do jego ciężaru atomowego. Uogólnienie to sprawdza się dość wyraźnie w szeregu: S; Se; Te; lub N; P; V; As; Sb; Bi; lecz dla chlorowców F; Cl; Br; J istnieją stosunki odwrotne.
Pierwiastki, mające właściwości metali, występują w organizmie w charakterze katjonów. Środowiska naszego ciała składają się z płynów zawierających zawsze pewien nadmiar jonów wodoru, wskutek powstających ciągle pod wpływem utlenienia kwasu węglowego i innych kwasów organicznych. Płyny ustrojowe występują w roli kwasów i dlatego wszystkie pierwiastki metaliczne serji elektrochemicznej, znajdujące się poniżej wodoru muszą być rozpuszczalne w organizmie i mogą istnieć w nim w małych stężeniach prawie wyłącznie tylko stanie jonów, albo związków nierozpuszczalnych. Pewna część metali reaguje bezpośrednio z wodą już w temperaturze ciała, są to: Cs, Rb, K, Na, Li, Ca, Sr, Ba. Łatwo rozpuszczalnemi w organizmie są też Mg, Zn, Cd — znacznie odporniejszemi są chrom, żelazo i jeszcze bardziej odpornemi — kobalt, nikiel, cyna i ołów.
Pierwiastki niezdolne do wytworzenia wodoru pod wpływem działania słabych kwasów są prawie nierozpuszczalnemi. Są to: miedź, rtęć, srebro, palad, platyna, złoto. Dlatego są one czynne tylko w razie gdy zostały użyte w stanie związków zjonizowanych.
Gdy jesteśmy zmuszeni wydać sąd o działaniu pierwiastka, mamy do czynienia nie z cząsteczkami, lecz z atomami, które tworzą proste, złożone lub zespolone jony, albo wreszcie występują jako składniki związków niezjonizowanych (nieelektrolity, w niektórych razach wodór, wszystkie metale, a z metaloidów chlorowce). Jony te są prostemi atomami pierwiastków, które albo straciły swój elektron (ujemny nabój elektryczny) albo też dołączyły go. Pierwsze są katjonami mającemi nabój dodatni, drugie anjonami, mającemi nabój ujemny.
W innych wypadkach w roli anjonów występują połączenia kilku pierwiastków jednocześnie, jak np. ClO4, SO4, NO3, HS, CNS i t. p. Jeżeli w skład takiego anjonu wchodzi pierwiastek, który zwykle wchodzi w skład katjonów, lub jeżeli budowa chemiczna takiego anjonu nie układa się w ramy zwykłej wartościowości związków typowych, jak wymienione wyżej, mówimy o jonach zespolonych. Przykładem takich jonów są jony żelaza i żelazocjanków (FeCy6)IV i (FeCy6.)III, w których nie można zosobna ustalić ani żelaza ani cjanu. Złożone i zespolone jony mają swoje właściwości, w których trudno jest zauważyć właściwości pierwiastków, z których są złożone. Okoliczność ta wywiera rozstrzygający wpływ na ich oddziaływanie na organizm. A więc znane żelazocjanki nie posiadają ani właściwości trujących cjanków, ani właściwości jonów żelaza, które w postaci jonów zarówno Fe’’ jak i Fe’’’ jest dość silną trucizną.
Wogóle stosunek jonów do odczynów w organizmie jest nieco inny, niż cząsteczek ciał prostych lub związków niezjonizowanych. Jak już wspomniano stosunek ten niezupełnie wyraźny dla anjonów jest bardziej określony dla katjonów. Jeszcze w połowie zeszłego stulecia Black i Rabuteau ustalili ogólne prawo, według którego trujące właściwości metali wzrastają równolegle z ich ciężarem cząsteczkowym. Ponadto zauważono już wtedy że istnieją mniej więcej prawidłowe stosunki pomiędzy członkami grup podobnych, dających pochodne o charakterze izomorficznym (formy krystaliczne, mogące pobudzać roztwory swych analogów do krystalizacji). W dalszym ciągu, po ustaleniu systemu perjodycznego, okazało się, że tego rodzaju ugrupowanie trucizn odpowiada mniej więcej grupom tablicy Mendelejewa. Jakościowe szczegóły, typowe dla działania przedstawicieli danej izomorficznej grupy lub dla klasy systemu perjodycznego, okazują się zasadniczo jednakowemi. Dla pierwiastków ze zmienną wartościowością (żelazo, cer) zauważono, że jadowitość wzrasta razem z wartościowością. Jon Fe’’’ jest według Balck’a 80 razy jadowitszym od Fe’’, Ce’’’ 12 razy od Ce’’.
Można przyjąć, że najjadowitsze metale należą do pierwiastków o największym ciężarze atomowym. Są to bar (137), rtęć (200,6), tal (204), ołów (207) i uran (238). Nieczynność pewnych pierwiastków ze znacznym ciężarem atomowym, jak np. toru, tantalu i bizmutu, zależy od małej rozpuszczalności związków powstających w organizmie. Srebro (107), złoto (197) i grupa metali platynowych, należą do działu wyraźnych trucizn.
Dane Black’a są bardzo ciekawe jako pierwsza próba ustalenia pewnej łączności pomiędzy właściwościami pierwiastków a ich względną jadowitością. Przytaczamy je poniżej wraz z obliczeniem względnej dawki Black’a w stężeniu cząsteczkowem.
| Nazwa pierwiastka | ciężar at. | dawka śmiertelna g/kg | stężenie cząsteczkowe. | |
| I | Lit | 7 | 1,2 | 0,17 |
| Rubid | 85 | 0,12 | 0,0014 | |
| Cez | 133 | 0,12 | 0,0009 | |
| Srebro | 108 | 0,12 | 0,00026 | |
| Złoto | 196 | 0,028 | 0,000015 | |
| II | Beryl | 9 | 0,023 | 0,0025 |
| Glin | 27 | 0,007 | 0,00026 | |
| Żelazo (Fe’’’) | 56 | 0,004 | 0,00007 | |
| Ytr | 90 | 0,004 | 0,000036 | |
| Cer (Ce’’’) | 140 | 0,005 | 0,000036 | |
| III | Bar | 136 | 0,08 | 0,0006 |
| Cer (Ce’’) | 140 | 0,062 | 0,0004 | |
| Tor | 231 | 0,034 | 0,00014 | |
| Magnez | 24 | 0,97 | 0,04 | |
| Żelazo (Fe’’) | 56 | 0,32 | 0,0057 | |
| Nikiel | 58 | 0,18 | 0,003 | |
| Kobalt | 58 | 0,17 | 0,003 | |
| Miedź | 63 | 0,17 | 0,0027 | |
| IV | Cynk | 65 | 0,18 | 0,0024 |
| Kadm | 112 | 0,085 | 0,00075 | |
| V | Wapień | 40 | 0,50 | 0,125 |
| Stront | 87 | 0,37 | 0,004 | |
| VI | Palad | 106 | 0,008 | 0,125 |
| Platyna | 195 | 0,027 | 0,00013 |
Dane zostały otrzymane przy bardzo nielicznych doświadczeniach z królikami w warunkach dość prymitywnych (wstrzykiwanie dożylne rozpuszczalnych soli), nie można ich przeto uważać za rozstrzygające. Są w nich oczywiste błędy, jak np. zbytnia jadowitość żelaza, większa od baru, za duża jadowitość strontu, większa od magnezu i t. p. lecz zasadę Black’a stwierdziły dalsze doświadczenia.
Następne ściślejsze doświadczenia wykazały, że do ustalenia działania ciężkich metalów jonizowane ich sole zupełnie są nieużyteczne, ponieważ tworzą z białkiem krwi i tkanek nierozpuszczalne albuminaty; niezjonizowanych zaś ich związków nie można porównywać ze zjonizowanemi, jak np. z solami metali alkalicznych lub ziem alkalicznych.
Dlatego w studjach nad działaniem jonów, prace naukowe doby ostatniej ograniczają się do badania wpływu jonów na czynność pewnych narządów odosobnionych (przeważnie serca żaby), lub na przebieg rozwoju poczwarek i jajek rozmaitych zwierząt wodnych. Z doświadczeń tych wynika, że sprawa jest bardziej zawiła niż narazie przypuszczano i że każdy prawie jon posiada swoiste właściwości stanowiące o znacznych różnicach jakościowych w ich działaniu. Najbierniejszym z jonów metali zasadowych jest sód, najbardziej rozpowszechniony w otoczeniu, z pośród ziem alkalicznych — stront. Potas i wapień są wyraźnemi truciznami nasercowemi — magnez jest trucizną narządu nerwowego (wywołuje porażenie ośrodków). Potas tworzy mniej więcej jedną grupę z rubidem, cezem i litem, a wapień ze znacznie mocniejszym barem. Działanie litu na serce różni się nieco od działania grupy złożonej z ceru, rubidu i potasu. Dla serca żaby lit jest mocniejszą trucizną od potasu, a dla ssaków odwrotnie. Stosunki te wikłają się w większym stopniu wskutek pewnego antagonizmu w działaniu potasu i wapnia, jak również porażającego wpływu na mięśnie serca jonów sodu, usuwających jony wapnia. Należy również zauważyć, że w grupie potasu właściwość trująca dla odosobnionego serca żaby wzrasta odwrotnie do zwiększenia się ciężaru atomowego, więc najmocniejszą trucizną jest potas, najsłabszą cez. Zależy to prawdopodobnie od stopnia radjoaktywności tych pierwiastków, spadającego w kierunku K, Rb, Cs (pierwiastki te są źródłem promieni β), ponieważ zastępują się one nawzajem stosownie do tej właściwości. Charakterystycznym jest fakt że toksyczną ich wartość może zastąpić każdy inny pierwiastek radjoaktywny, niezależnie od gatunku promieni (a więc i inne pierwiastki dające promienie α, tak np. uran, tor, rad lub niton).
Wogóle co do jadowitości pierwiastków chemicznych obecnych we krwi w stanie jonów, to według danych Binet’a dla serca żaby mamy szereg następujący: sód — 0; stront — 1; wapień — 3; bar — 5; potas — 7; lit — 10. Po dodaniu chlorków tych metali do wody, w której znajdowały się drobne rybki, Richet ustalił dla w nich taki mniej więcej szereg: amon NH1’ — 64; potas — 100; lit — 300; bar — 780; magnez — 1500; stront — 2200; wapień — 2400; sód — 2417 mg pierwiastku na 1 litr wody. Po przeliczeniu na stężenie cząsteczkowe, wykazujące odpowiednią ilość jonów, będziemy mieli potas 0,0025; amon 0,0036; bar 0,0053; stront 0,0262; lit 0,0429; magnez 0,0613; wapień 0,0600; sód 0,1500.s
Trzeba wszakże zauważyć, że działanie tych pierwiastków nietylko na organizm w całości, ale nawet na serce żaby są jakościowo niejednakowe. Tak np. podczas gdy lit, potas, (rubid, cez) i sód wywołują zatrzymanie się serca w rozkurczu (diastola), wapień, stront i bar w skurczu (systola).
Wszystkie inne metale zaliczamy z punktu widzenia toksykologicznego do szeregu metali ciężkich. W stanie jonów tworzą one z białkiem krwi lub tkanek nierozpuszczalne albuminaty i dlatego działają w postaci tak zwanych adstringentia, czyli środków przyżegających. Jest to działanie wyraźnie miejscowe. Działanie ogólne, nawet bardzo wyraźne, wywołują one tylko wtedy, gdy wchodzą do ustroju w składzie innych ugrupowań złożonych; również działają one też w sposób niewyjaśniony jeszcze całkowicie, prawdopodobnie w drodze wpływów oligodynamicznych.
Za przykład może służyć stały składnik ustroju — żelazo. Zawarte jest ono w ustroju niemal wyłącznie w stanie nierozpuszczalnych związków organicznych (ferratyny i hemosyderyny) i tylko częściowo nieorganicznych (siarczek żelaza), w których jon Fe’’’ może być jeszcze wykryty przez zwykłe odczyny chemiczne, albo też tworzy połączenie metaloorganiczne i w tym stanie (jak np. w stanie hemochromogenu) wymyka się z pod normalnych metod analizy. Resorpcja żelaza po wprowadzeniu do przewodu pokarmowego jest bardzo nieznaczna; niemal cała ilość żelaza przechodzi do kału. Żelazo wprowadzone dożylnie lub podskórnie, o ile nie tworzy natychmiast nierozpuszczalnych osadów, (wstrzyknięte np. w postaci albuminatów, cukrzanów lub soli podwójnych kwasów organicznych, jak np. kwasu winnego lub w połączeniu z aminokwasami) w znacznej części zostaje też wydzielone przez jelita. Zawartość Fe w moczu pozostaje niezmienna. W tych warunkach jednak występują też mniej więcej wyraźnie trujące właściwości pierwiastka. Związki żelaza, które nie są ani zespolonemi jonami w rodzaju żelaza, żelazocjanków, ani połączeniami organicznemi, jak zasadniczo bierne barwniki krwi, lecz połączedniami zawierającemi jony Fe’’ lub Fe’’’, wywołują ogólne porażenie układu nerwowego w dawkach 0,04 — 0,06 na kg (licząc tylko i zawartość Fe), co odpowiada stężeniu cząsteczkowemu 0,0007 — 0,0010.
Mniej więcej podobnie działają inne metale ciężkie, z tą różnicą, że pewna ich część, pomimo wyraźnego enterotropizmu, poosiada niemniej wyraźny nephrotropizm, przez co wywołują one anatomiczne uszkodzenia nietylko jelit, lecz również nerek. W zatruciu związkami metali ciężkich prócz uszkodzeń miejscowych dróg wprowadzenia i wydzielenia, zasługuje na uwagę ciekawe zjawisko długotrwałego nagromadzenia ich w ciele. Miejscem nagromadzania bywa zazwyczaj wątroba, a w rzadszych wypadkach szpik kostny, gruczoły chłonne, śródbłonek naczyniowy, skóra, jak również tkanka kostna.
Wśród metali do trucizn nerkowych zaliczamy przedewszystkiem uran i chrom, następnie rtęć, ołów, tal i mangan. Pewne podrażnienie nerek wywołują także cynk, kadm, glin i metale ziem rzadkich, z których najlepiej zbadanym jest cer. Do tych pierwiastków należy dołączyć jeszcze, jako osobną grupę wanad i bizmut i inne pierwiastki tej grupy — P, As, Sb — tworzące anjony.
Ogólne działanie metali ciężkich występujące, prócz zatruć przewlekłych rtęcią i ołowiem, tylko w warunkach doświadczalnych, polega na uszkodzeniu układu nerwowego, czego skutkiem bywa porażenie ośrodkowe. Bezpośrednie działanie paraliżujące na mięśnie, łącznie z mięśniem sercowym, jest mniej wyraźne.
Wyraźnie bakterjobójcze, antyseptyczne działanie soli metali ciężkich polega na zdolności łączenia się jonów z białkiem; najwyraźniej występuje ono dla soli rtęci i srebra, a już w znacznie słabszym stopniu dla ołowiu, miedzi, cynku i bizmutu. Stąd wnioskujemy, że metale ciężkie są też truciznami komórkowemi.
Jak wynika z działania metali ciężkich, w przeważającej większości przypadków substancjami czynnemi w ustroju są nie same pierwiastki, lecz ich pochodne chemiczne. Pochodne takie mogą mieć właściwości jonów, posiadających naboje elektryczne i podlegających prawom dysocjacji — mogą one również być cząsteczkami, lub odłamkami cząsteczek, niezdolnemi do samodzielnego istnienia, wszakże wywierającemi wpływ na właściwości zawierającego je związku.
Przy objaśnianiu właściwości trujących związków złożonych może wchodzić w rachubę przedewszystkiem istnienie pewnej zależności ich od jakościowego składu. Objaśnienie takie okazuje się mniej więcej użyteczne dopóty, dopóki mamy do czynienia z łatwo rozkładającemi się związkami, jak naprzykład niezjonizowane pochodne metali ciężkich. Jony zespolone zawierające żelazo, rtęć, ołów, arsen, związki organiczne tych pierwiastków lub ich jonów posiadają odmienne właściwości. Ołów trójetylowy jest trucizną nasenną. Trójfeniloarsen wydziela się bez żadnego rozkładu z moczem i jest dlatego ciałem obojętnem. Istnieje liczny szereg związków organicznych arsenu kilkaset razy mniej trujących niż kwas arsenawy i posiadających specjalny tropizm wobec pewnych pasorzytów. Tak np. dawka śmiertelna As2O3, dla człowieka jest 0,002 na kg lecz człowiek wytrzymuję łatwo 0,06 atoksylu, 0,1 arsacetyny, i 0,2 salwarsanu, co w przeliczeniu na odpowiednią zawartość arsenu odpowiada 15 mg; 18,6 mg; 26 mg i 80 mg As2O3 na kg.
Z drugiej strony połączenie trzech zasadniczych składników ciała: węgla, wodoru i tlenu, może posiadać najstraszniejsze właściwości trujące, jak np. pikrotoksyna C30H34O13, albo kantarydyna (C5H6O2)n. Nawet najprostszy związek węgla i tlenu — czad CO jest typową trucizną.
Można wszakże powiedzieć: 1) że pochodne obcych dla organizmu pierwiastków są wogóle trującemi, 2) że pewne pierwiastki nadają zwykle właściwości trujące zawierającym je związkom, jak to np. daje się bardzo wyraźnie stwierdzić dla 3 — 5 wartościowych pierwiastków azotu, fosforu, arsenu, antymonu, wanadu i bizmutu — wśród ich pochodnych mamy cały szereg niebezpiecznych trucizn.
Łącznie z zasadniczemi właściwościami pierwiastków, trzeba zwrócić uwagę na ich wartościowość. Wskutek wielkiej różnorodności w działaniu poszczególnych pierwiastków, wpływ tego czynnika może być wykrytym tylko w tych wypadkach, gdzie chodzi o zmienne właściwości tego samego pierwiastka. Jeszcze Black podkreślił różnicę jadowitości Ce’’ i Fe’’ w porównaniu z Ce’’’ i Fe’’’, ostatnie są znacznie czynniejsze; Fe’’’ jest trucizną 80 razy silniejszą od Fe’’. Prócz tego zauważono, że wraz ze zmianą wartościowości zmienia się też i jakość działania. Tak np. Fe’’ jest nieczynnem w stosunku do naczyń płucnych, a wywołuje paraliż mięśnia sercowego i zatrzymuje krzepnięcie krwi, wówczas, gdy F’’’ wywołuje skurcz naczyń płucnych, podrażnienie serca i wzmożenie krzepliwości krwi. Dla anjonów zauważono stosunek odwrotny, albo brak jakiegokolwiek wpływu wartościowości. Tak np. trójwartościowe związki arsenu, fosforu lub azotu, są zwykle bardziej jadowite niż odpowiednie związki pięciowartościowe. (Dla świdrowców — Trypanosoma — As2O3 jest 200 razy jadowitszem od As2O5).
Mniej więcej podobne stosunki istnieją dla siarki. Siarczki R2S’’ przewyższają jadowitością siarczyny R2S’’’’O, a siarczyny — siarczany R2SVIO2.
Według tych wskazówek rozpatrywać możemy ciekawą hypotezę zmiennej wartościowości węgla, który w olbrzymiej ilości swoich pochodnych występuje zawsze jako związek czterowartościowy. Są jednak związki, których budowy nie można wytłumauczyć ani przypuszczeniem wiązania podwójnego =C=C= ani też potrójnego −C≡C−, ani przez powstawanie pierścieni zamkniętych polimetylowych, (CH2)n, pierścienia benzolowego, lub innych. Dla związków tego rodzaju przyjęta jest hypoteza, popierana głównie przez Neff’a, o istnieniu dwuwartościowej modyfikacji węgla. Wszystkie związki tego rodzaju posiadają właściwości wyjątkowo trujące. Do tych należy przedewszystkiem czad — CO, kwas piorunujący H−O−N=C a dalej być może chloropikryna — C(NO2)Cl3, która w takim wypadku mogłaby posiadać dwie formy tautomeryczne
| Cl−C−N | / O Cl \ O Cl |
i | CCl3−N | // O \\ O |
z wielką łatwością przechodzące jedna w drugą i dlatego nie dające się rozdzielić w drodze zwykłej destylacji frakcyjnej. Prawdopodobnem jest, że i w rodniku cjanu CN węgiel też jest dwuwartościowym, przynajmniej w tak zw. izonitrylach R−N=C.
Oprócz tego należy zauważyć, że w zatruciach pochodnemi pierwiastkami rozmaitej wartościowości, liczba odczynów, umiejscowienie ich i możliwe zmiany tych pochodnych w ustroju wzrastają wraz ze zmiennością wartościowości i dlatego objawy zatrucia wywoływane przez te ciała są niezmiernie złożone.
Na podstawie tych nielicznych i sprzecznych danych nie można było oprzeć teorji ogólnej, tem bardziej, że objawy zatrucia są zwykle w sposób niezwykle zawiły ze sobą powiązane. Powstało więc przekonanie, że działanie trujące zależy w gruncie rzeczy od charakteru połączeń międzycząsteczkowych czyli od budowy cząsteczkowej. Stanowi to jedyne możliwe wytłumaczenie faktu, że związki złożone z jednakowych ilości i jakości pierwiastków, mogą się jednak ogromnie różnić pod względem toksyczności.
W istocie właściwości toksyczne są niemniej chwiejne niż właściwości chemiczne i fizyczne i najmniejsze różnice budowy wywołują bardzo poważne różnice tych właściwości. Znamy bardzo liczne związki czynne optycznie, skręcające płaszczyznę polaryzacji światła, różnica pomiędzy niemi polega wyłącznie na przestrzennym układzie zupełnie tych samych zresztą ugrupowań dookoła niesymetrycznego atomu węgla. Bywają trzy rodzaje takich ciał — skręcające na lewo, skręcające w takim samym stopniu na prawo i optycznie nieczynne, stanowiące równodrobinowe mieszaniny dwóch poprzednich antypodów. Otóż kiedy w grę wchodzą substancje trujące, np. adrenalina, okazuje się zazwyczaj, że najmocniejsze działanie posiada związek, skręcający płaszczyznę polaryzacji na lewo i najsłabsze skręcający na prawo, zaś obojętny znajduje się pośrodku. Również nikotyna, skręcająca płaszczyznę na lewo, jest dwa razy mocniejszą trucizną od skręcającej na prawo.
Bardziej jeszcze wyraźny jest wpływ izometrji strukturalnej związków aromatycznych. Pochodne orto- meta- i para- mają zawsze nietylko inne właściwości chemiczne i fizyczne, ale także niejednakowe właściwości toksyczne. Tak np. dla metylofenolów (krezolów) mamy najmocniejsze działanie związku para, za tem idzie orto, a najsłabszym jest związek meta. Dla innych związków stosunki te są nieco odmienne. Np. wśród dwufelonów C5H4(OH)2 mamy szereg o>p>m.
Również nie ulega wątpliwości, że na toksyczność związków duży wpływ wywiera obecność w ich cząsteczce podwójnych i potrójnych wiązań węgla.
Prawo, w zeszłem jeszcze stuleciu ustalone przez Loewa, zgodnie z którem związki nienasycone, posiadające takie wiązanie, są wielokrotnie czynniejsze od związków nasyconych, t. j. posiadających o H2 (lub o 2H2 więcej) możemy uważać za aktualne i w chwili obecnej. Tak np. wszystkie pochodne zawierające rodnik winylowy, C2H3 są znacznie czynniejsze od związków zawierających rodnik etylowy C2H5. Etylamina C2H5NH jest substancją nie wiele czynniejszą od amoniaku, podczas gdy winylamina C2H3NH2 jest jedną z najsilniejszych trucizn nerkowych. Winylamina zabija królika w dawce 0,025 na kg w ciągu 4—6 godzin. Siarczek dwuetylu (C2H5).2.S nie posiada żadnych właściwości drażniących, wówczas gdy dwuwinylosulfid może wywoływać podrażnienie nawet skóry.
Aldehyd propjonowy C2H5COH, nie jest wcale trucizną oddechową, zaś akroleina C2H3.COH lub aldehyd krotonowy C3H5COH posiadają wybitne właściwości duszące. To samo widzimy w grupie bardziej złożonych związków. Tak np. z mentolu, składnika zwykłego olejku miętowego, otrzymano keton menton
| (CH3)2 CH.CH. < | CH2−CH2 CH2−CO |
> CH. CH3 |
z którego przez zamianę grupy (CH3)2 CH.CH. na (CH3)2CC wytwarza się pulegon, zawarty w amerykańskim olejku trującym Pooleyoil, działający na a przemianę materji nie gorzej od fosforu. Karwon mający dwa podwójne wiązania:
| CH2 \\ CH3 / |
C. CH | / CH2−CH2 \\ \ CH2−CO / |
CH3 |
z których jedno w jądrze sześciometylenowem jest również dość mocną trucizną.
Dwujodek acetylenu IC⋮CI jest najmocnieszą ze znanych trucizn komórkowych i działa na drobnoustroje w znikomo małych stężeniach 1/107, domieszka zaś jego pary do powietrza zabija nawet ssaki.
Słabo trującej cholinie
| (CH3)3⋮ N | / C2H4OH \ OH |
odpowiadają: bardzo trująca neuryna
| (CH3)3⋮ N | / C2H3OH \ OH |
i jeszcze czynniejszy związek
| (CH3)3⋮ N | / C ⋮ CH \ OH. |
Nie można wszakże twierdzić, że każdy związek nienasycony jest koniecznie trujący. Tak np. allylamina jest trucizną bardzo słabą, dwumetyloallyloamina zupełnie obojętną substancją, wówczas czas gdy izoallylamina jest trującą (allylamina ma wzór CH2:CH.CH2NH2, izoallylamina: CH3.CH:CH.NH2). Pochodne allylowe mocznika są nieczynne. Zawierające podwójne wiązania kwasy tłuszczowe są zwykłemi składnikami olejków roślinnych (oliwnego, sezamowego, słonecznikowego, lnianego, konopianego, makowego i t. p.) i są używane jako środki spożywcze bez żadnych złych skutków.
Już z tych danych możemy wywnioskować, że szczegóły budowy cząsteczkowej mają zasadniczy wpływ na jej naturę chemiczną, łącznie z właściwościami toksycznemi. Jednak jak to już mieliśmy sposobność zauważyć w innych wyżej omawianych uogólnieniach wyjątki są tu niemniej liczne niż prawidłowe zachowanie się a bardzo często skutki zmiany budowy przybierają charakter całkiem odmienny od oczekiwanego.
Dzieje się to przedewszystkiem dlatego, że dotychczas mówi się o zatruciu w taki sposób, jakbyśmy tu mieli do czynienia z najprostszym odczynem chemicznym lub fizycznem zjawiskiem. W istocie jednak nawet takie proste działania jak bakterjobójcze — czyli dezynfekujące, są skutkiem końcowym całego szeregu bardzo złożonych odczynów, z których każdy musielibyśmy poddać bardzo szczegółowej analizie, zanim moglibyśmy go zdefinjować.
Całkiem błędne jest traktowanie ugrupowań jadonośnych (toksofornych) w znaczeniu ogólnem; należy raczej przyznać, że ugrupowania przyjmowane jako trujące, są prawdopodobnie inne i wywierają zgoła odmienny wpływ w każdym prawie przez zatrucie wywołanym odczynie ustroju.
W chwili obecnej nie mamy jeszcze możności powiedzieć dlaczego ten lub inny związek jest trucizną, ani świadomie zmienić jego właściwości w kierunku pożądanym, jak to już jest do pewnego stopnia możliwe w syntezie sztucznych barwników.
Budowa cząsteczki środków nieorganicznych nie jest jeszcze tak dokładnie zbadana i ustalona, jak w dziedzinie związków organicznych zawierających węgiel. Dlatego też z nielicznemi wyjątkami, wszystkie prawie teorje działania toksycznego polegają na szczegółach budowy cząsteczek związków organicznych. Z tego punktu widzenia należy także rozpatrywać samą micellę żywą, na którą działa trucizna. Według teraźniejszych poglądów micella musi posiadać wśród swych bocznych łańcuchów ugrupowania zdolne do związania obcej dla ustroju cząsteczki trucizny, która ze swej strony powinna również posiadać odpowiednie grupy łącznikowe. Trucizna nie posiadająca takich łączników, albo ich pozbawiona, może działać tylko fizycznie albo katalitycznie, nie odgrywając roli odczynnika chemicznego (jak każda trucizna we właściwem tego słowa znaczeniu). W takich razach mamy do czynienia z pochłanianiem dostarczonej trucizny przez lepsze rozczynniki według teorji Owerton Mayer’a, albo też ze zjawiskami adsorpcji, czyli powstawania rozczynów stałych. W niektórych wypadkach powstają niestałe połączenia chemiczne, w rodzaju doparków, lub soli, które łatwo rozkładają się, wytwarzając na nowo niezmienioną truciznę. Nagromadzoną w ten sposób truciznę możemy ilościowo otrzymać zpowrotem przez wydobywanie z odpowiednich tkanek zapomocą tych lub innych odczynników. Zjawiska te są bardzo podobne do zjawisk barwienia, t. zw. substancjonalnego. Musimy zaznaczyć, że rzeczywiście ustrój zatrzymuje tylko nieznaczną część trucizny, nawet w tych razach gdy mamy do czynienia z bardzo małemi dawkami. Tak np. bardzo czynne atropina i strychnina — bywają najczęściej wydzielane w stanie niezmienionym wraz z moczem. Jednak niektóre doświadczenia wykazują, że niewielka nawet zmiana w budowie cząsteczki tych trucizn może zmienić całkowicie ich czynność. Tak np. przez przyłączenie do morfiny rodnika HOSO2 otrzymamy pozbawiony zupełnie właściwości nasennej i prawie niejadowity kwas sulfo-morfinowy — przez usunięcie jednej grupy metylowej z bardzo czynnej kokainy wytwarza się mało czynna i pozbawiona właściwości znieczulającej benzoilo-ekgonina i t. d. Z tego wnioskujemy, że ilość micelli reagujących z trucizną, jak również ilość zmian cząsteczkowych, możliwych do wywołania w niej, jest znikomo mała, wskutek czego ilość trucizny czynnej w ustroju jest znacznie mniejsza od dawki rzeczywistej. Należy przypuścić, że liczba łączników dla trucizn jest też wyjątkowo mała i ogranicza się do niewielkiej ilości zróżniczkowanych komórek układu nerwowego. Jedna i ta sama trucizna może posiadać szereg zarówno różnych łączników, jak również i najrozmaitszych ugrupowań toksofornych i dlatego, po pierwsze działanie jej może być niezmiernie złożone, a po drugie zasadnicze przetworzenie jej działania staje się możliwe przez usunięcie pewnych ugrupowań, co można uskutecznić drogą bardzo nieznacznych zmian budowy cząsteczki. Tak np. usunięcie dwóch atomów wodoru w jądrze hydrofenantrenowem morfiny (powstawanie tetrahydrofenantrenu) zamiast heksahydrofenantrenu przetwarza nasenną truciznę (grupa morfiny) w truciznę wywołującą skurcze (grupa tebainy). Podobny skutek osiągamy też przez dołączenie grupy metylowej. Kodeina ma wyraźne właściwości trucizny skurczowej. W pewnych wypadkach jedno i to samo ugrupowanie odgrywa rolę łącznika i toksofornej czyli jadonośnej grupy zarazem.
Z tych danych zasadniczych wnioskujemy, że celem zbadania trucizn należy: 1) zamknąć analizę w ramach jakiegokolwiek właściwego jej działania, 2) ustalić stosunek tego działania do zmian chemicznych budowy substancji w ustroju, wyjaśnić zdolność organizmu do częściowego chociażby tylko jej niszczenia i po 3) zmieniać przez dołączanie różnych pierwiastków i ugrupowań skład chemiczny trucizny, notując powstające przytem zmiany działania.
W podanych warunkach staje się możliwem ustalenie zależności właściwości toksycznych od składu chemicznego i budowy cząsteczki. O ile nie będziemy zwracali uwagi na liczne wyjątki, wymagające hypotez dopełniających, otrzymamy takie uogólnienia:
1. naogół biorąc, czynność związku wzrasta jednocześnie z powiększeniem ciężaru cząsteczkowego, o ile temu nie stają na przeszkodzie warunki rozpuszczalności w wodzie. Tak np. działanie narkotyczne węglowodorów, alkoholów, aldehydów, ketonów i t. d. wzrasta równolegle do liczby atomów C w ich cząsteczkach, natomiast polimeryzacja wręcz przeciwnie, zawsze zmniejsza stopień toksyczności.
2. Połączenia z prostym szeregiem atomów C działają silniej od swych izomerów z rozgałęzionym szkieletem węglowym. Połączenia cykliczne mają inne działanie od połączeń szeregu tłuszczowego.
3. Zmiana wodorów na chlorowce podnosi czynność rodników szeregu tłuszczowego i prawie nie działa na węglowodory cykliczne. Brom i jod są wogóle czynniejszemi od chloru.
4. Zamiana wodoru na wodorotlenek nie zmienia istoty działania, lecz czyni substancję bardziej zdolną do połączeń z micellami organizmu. Wodorotlenek jest prawdopodobnie najpospolitszym łącznikiem.
5. Alkylowanie i przedewszystkiem acylowanie (połączenie z rodnikami kwasów) w wielu wypadkach zmniejsza lub nawet niszczy czynność związków.
6. Czynność pochodnych, zawierających azot, zależy przedewszystkiem od właściwości zasadniczego związku azotowego, od wartościowości azotu i od sposobu jego połączenia w cząsteczce. Pochodne pięciowartościowego azotu (zasady amonowe R’’’’. NOH) mają właściwości kurare i paraliżują kończyny nerwów ruchowych w mięśniach. Amoniak NH3 ma znaczenie trucizny skurczowej, również wyraźne działanie tego rodzaju wykazuje N3H (kwas azotowodorowy).
| N \ ∥ N / |
NH. |
Hydrazyna (NH2−NH2) i hydroksylamina (NH2OH) są truciznami paraliżującemi, działają one na ośrodek oddechowy podobnie do kwasu pruskiego. Pochodne tych związków mają niejednakowe właściwości. Aminy, szeregu tłuszczowego, zawierające rodniki nasycone należą wogóle do trucizn skurczowych słabszych od amoniaku. W połączeniach z czynnemi rodnikami (nienasyconemi) występują właściwości tych ostatnich. Aminy szeregu aromatycznego, jak również zawierające azot ugrupowania heterokliczne wszystkie niemal bez wyjątku są truciznami. Ugrupowanie NH jest wogóle czynniejsze od NH2, chociaż istnieją tu interesujące wyjątki. Tak np. dwufenyloamina (C6N5)2 NH jest ciałem zupełnie obojętnem, wówczas gdy anilina C6H5.NH2 jest mocną trucizną. Jeszcze bardziej jadowite są fenilendwuaminy, a mianowicie parafenilendwuaminy.
Złożone pochodne pirydyny i chinoliny stanowią jądra najczynniejszych trucizn alkaloidów.
7. Dołączenie ugrupowań NO i NO2 podnosi właściwości trujące związku. Połączenie zapomocą tlenu wodorotlenka (powstanie estrów kwasów azotowego i azotawego) wywołuje porażenie naczyń, nie obserwowane w innych połączeniach.
8. Zmiana wodoru na rodnik cjanowy daje stosunki powikłane, zależnie od powstawania związków cjanowych lub izocjanowych. Izocjanki R−N=C wywołują porażenie ośrodka oddechowego, wówczas gdy prawdziwe cjanki R−C≡N głęboką zapaść (porażenie kory mózgowej). Wogóle pochodne te są mniej trujące niż kwas pruski. Jedynie tylko cjanhydryny aldehydowe, stanowiące przetwory połączenia HCN i aldehydów według ogólnego wzoru
| R− | C | / OH \ C=N |
| ∣ H |
najmocniejszemi truciznami. Tak np. cjanhydryna chloralu CCl3.CH(CN)OH jest trzydzieści razy bardziej jadowita od kwasu pruskiego.
9. Połączenia siarki można rozpatrywać albo jako pochodne siarkowodoru, związku wyraźnie toksycznego, albo też siarczku węgla CS2, trucizny niemniej niebezpiecznej, lub wreszcie kwasu siarkowego i siarczkowego SO4’’ i SO3’’. Pochodne siarkowodoru, tak zw. merkaptany i siarkoetery, są mniej czynne od substancji pierwotnej. Pochodne CS2 (kwas ksantogenowy COS) są także jadowite. Wśród pochodnych kwasu siarkowego mamy takie mocne trucizny jak estry kwasu siarkowego i przetwory ich chlorowania, używane jako chemiczne środki bojowe (vaillantite SO2OCH3Cl — sulvinite SO2O.C2H5Cl i siarczan dwumetylowy SO2(OCH3)2). Zwykle jednak resztki kwasów, a mianowicie kwasu siarkowego HO.SO2O’ działają w sposób odtruwający. Tak np. przez połączenie z resztką kwasu siarkowego, z bardzo trujących fenolów lub morfiny wytwarzają się związki zupełnie obojętne.
Z powyższych danych zasadniczych wynika, że analiza składu chemicznego trucizn stała się zadaniem możliwem do wykonania tylko pod warunkiem połączenia pracy doświadczonych chemików z pracą fizjologów. Tylko na podstawie licznych doświadczeń ze związkami stopniowo odmienianemi, można będzie ustalić rodzaj łączności pomiędzy pewnem ugrupowaniem w cząsteczce, a jej toksycznością. Ugrupowania takie nie zawsze odgrywają jednakową rolę. Mogą one być:
1. łącznikami, których obecność umożliwia oddziaływanie na micellę. Usunięcie tych łączników lub związanie ich przez dołączenia alkylów lub acylów powinno pozbawić truciznę jej czynności albo odkryć inne właściwości, których nie udało się zauważyć przedtem wskutek przewagi działania łączników. Zupełnie jest możliwa obecność całego szeregu łączników nowej siły w jednej i tej samej cząsteczce.
2. Ugrupowaniami toksycznemi można nazwać te, którym dany związek zawdzięcza swe właściwości toksyczne w stanie niezmienionym i niezależnym od zmiany drugorzędnych ugrupowań. Takiem ugrupowaniem jest np. tropina, ugrupowanie zasadnicze licznych alkaloidów szeregu kokainy i atropiny.
Wzór jego jest:
Pośród chemicznych środków bojowych ugrupowaniem tego rodzaju jest prawdopodobnie mustardyl — S(CH2CH2)2’’, grupa toksoforowa trucizn grupy iperytu.
3. Ugrupowaniami dołączonemi, lub ubocznemi, których znaczenie nie zawsze jest jednakowe. Tak np. metyl, wytwarza z dość biernego kwasu siarkowego mocną truciznę — siarczan metylu i przetwarza czynny amoniak w obojętną trójmetylaminę. Wśród tych bocznych ugrupowań zdarzają się takie, których działanie jest mniej więcej stałe; dlatego też używano je w celu otrzymania odpowiednich zmian właściwości związku. Tak np. ustalono, że obecność bocznego ugrupowania CH.Cl2, lub CH2Cl — wywołuje powstawanie właściwości drażniących u rodników, które ich nie posiadają. Również nitro i nitrozo — grupy w pewnych warunkach nadają związkowi właściwości trucizny naczyniowej, jak też zdolność do wywołania methemoglobinemji, a chlorowanie lub bromowanie podnosi właściwości nasenne i t. d.
Streszczając dane o działaniu trucizn, ich losy w ustroju, ich właściwości fizyko-chemiczne jak również budowę ich cząsteczek i zdolność do odczynów chemicznych, wnioskujemy, że trujące działanie na ustrój może posiadać tylko substancja o właściwościach niżej wyliczonych.
A. — Trucizny o działaniu miejscowem.
1. — Wyraźna zdolność do reagowania, lub chociażby połączenia się z białkiem albo z lipoidami komórek.
2. — Obecność łączników swoistych dla kończyn nerwowych
3. — Obecność swoistych do każdego poszczególnego działania ugrupowań toksycznych lub odpowiednich połączeń ubocznych.
4. — Właściwości chemotropiczne w razie powstawania ropieni aseptycznych.
B. — Dla trucizn o działaniu ogólnem.
1. — Pewien stopień stałości w ustroju. Rozkładające się łatwo substancje bywają zwykle bierne.
2. — Dostateczna zdolność do nagromadzania się w ustroju celem osiągnięcia odpowiedniego minimalnego stężenia.
3. — Obecność w składzie cząsteczki odpowiednich ugrupowań czynnych jak również łączników.
4. — Właściwości swoiste tych łączników jako podstawa cytotropizmu i czynności oligodynamicznej.
5. — Pewna zdolność do zmian chemicznych w warunkach istniejących w komórkach żywych. Zupełnie bierne substancje mogą posiadać tylko właściwości odczynników fizyko-chemicznych i nie należą do rzędu trucizn mocnych.
Stąd wysnuwa się wniosek, że działanie właściwe trucizn należy do szeregu zjawisk najbardziej złożonych, dzięki czemu toksykologja ogólna stanowi jeden z najciekawszych, ale również najtrudniejszych działów medycyny teoretycznej. Istniejące dane są jeszcze zupełnie niewystarczające.
Dokonano jednak już licznych badań w celu sztucznego otrzymania rozmaitych środków leczniczych i jesteśmy już w posiadaniu dość wartościowego materjału, który w przyszłości może być zużytkowany w chemji toksykologicznej.
Co się tyczy wszakże szczególnych zadań chemji środków bojowych, to dotychczas systematycznych zasadniczych badań jeszcze nie posiadamy. To co zostało zrobione w tym kierunku będzie dokładniej omawiane w rozdziale szczegółowej toksykologji chemicznych środków bojowych.
Na tem miejscu należy podkreślić, że z wyjątkiem nielicznych i mało nadających się do celów wojennych chemicznych środków o działaniu ogólnem, wszystkie inne środki bojowe są truciznami o wyraźnem działaniu miejscowem. Są to środki wywołujące zapalenie (flogogenne) t. j. trucizny komórkowe lub, ściślej mówiąc, działające na śródbłonek naczyń krwionośnych, albo środki drażniące kończyny swoistych nerwów czuciowych i w ten sposób powodujące pewne odruchy, jako to: łzawienie, kichanie, skurcz mięśni głośni i oskrzelików, i t. p.
Odruchy te są dość proste i dlatego badanie skuteczności chemicznych środków bojowych w stosunku do tego działania, które jest ich przeznaczeniem, będzie w porównaniu z innemi zadaniami toksykologji naukowej rzeczą stosunkowo dość łatwą.
