Úvod
Cieľom tohto prehľadu je zhrnúť doterajšiu literatúru týkajúcu sa pyrolýzy a požitia zahriatych pár metamfetamínu a sprievodných procesov tepelnej degradácie. Metamfetamín je bežná fajčiaca droga, ktorá sa zneužíva. Fajčenie drogy vo všeobecnosti prináša rýchly nástup účinku, ktorý je v prípade metamfetamínu porovnateľný s intravenóznym podaním.
Vo väčšine prípadov sa tepelný rozklad začína štiepením najslabšej väzby (často C-N) za vzniku voľných radikálov, ktoré potom tvoria sterilne najstabilnejšie produkty. Pri zahrievaní často vznikajú produkty tepelného rozkladu, ako aj produkty, ktoré sú metabolitmi. Akútna a chronická toxicita týchto vedľajších produktov nie je dostatočne objasnená, ak je vôbec objasnená.
Vdychovanie výparov ako spôsob požitia dodáva zlúčeniny do pľúc cez ústa a nos. Hoci sliznice úst a nosa sú určené na filtrovanie častíc, na týchto povrchoch môže dochádzať k zachytávaniu zlúčenín rozpustných vo vode. Keď sa molekuly dostanú do pľúc, rozdeľujú sa do krvného obehu rýchlosťou závislou od zlúčeniny. Medzi faktory, ktoré ovplyvňujú stupeň absorpcie, patrí vzdialenosť, akou sa vdychované látky dostanú do pľúc, vlastná rozpustnosť v krvi a rýchlosť prietoku krvi pľúcami. Po vstupe do krvného obehu sa zlúčeniny distribuujú do tkanív bez metabolizmu prvého rádu, ku ktorému dochádza pri liečivách absorbovaných z tráviaceho traktu. V dôsledku toho môže byť účinná dávka danej drogy požitá fajčením oveľa vyššia ako rovnaké množstvo drogy požitej perorálne. Okrem toho sa farmakologické účinky môžu pri fajčenej droge prejaviť takmer okamžite. Rýchly a intenzívny nástup farmakologických účinkov je motivačným faktorom na fajčenie alebo injekčné užívanie danej látky na rozdiel od perorálneho požitia.
Vo väčšine prípadov sa tepelný rozklad začína štiepením najslabšej väzby (často C-N) za vzniku voľných radikálov, ktoré potom tvoria sterilne najstabilnejšie produkty. Pri zahrievaní často vznikajú produkty tepelného rozkladu, ako aj produkty, ktoré sú metabolitmi. Akútna a chronická toxicita týchto vedľajších produktov nie je dostatočne objasnená, ak je vôbec objasnená.
Vdychovanie výparov ako spôsob požitia dodáva zlúčeniny do pľúc cez ústa a nos. Hoci sliznice úst a nosa sú určené na filtrovanie častíc, na týchto povrchoch môže dochádzať k zachytávaniu zlúčenín rozpustných vo vode. Keď sa molekuly dostanú do pľúc, rozdeľujú sa do krvného obehu rýchlosťou závislou od zlúčeniny. Medzi faktory, ktoré ovplyvňujú stupeň absorpcie, patrí vzdialenosť, akou sa vdychované látky dostanú do pľúc, vlastná rozpustnosť v krvi a rýchlosť prietoku krvi pľúcami. Po vstupe do krvného obehu sa zlúčeniny distribuujú do tkanív bez metabolizmu prvého rádu, ku ktorému dochádza pri liečivách absorbovaných z tráviaceho traktu. V dôsledku toho môže byť účinná dávka danej drogy požitá fajčením oveľa vyššia ako rovnaké množstvo drogy požitej perorálne. Okrem toho sa farmakologické účinky môžu pri fajčenej droge prejaviť takmer okamžite. Rýchly a intenzívny nástup farmakologických účinkov je motivačným faktorom na fajčenie alebo injekčné užívanie danej látky na rozdiel od perorálneho požitia.
Proces zahrievania
Jednou z výziev spojených s identifikáciou produktov tepelného rozkladu fajčených drog zneužívania je určenie realistických a reprezentatívnych teplotných rozsahov tohto procesu z hľadiska používateľa aj z analytického hľadiska. Neexistuje jedna metóda "fajčenia", ale skôr škála podmienok od mierneho až stredne silného zahrievania pomocou pomôcok až po agresívnejšie zahrievanie, ku ktorému dochádza v systéme podobnom cigarete. V najjednoduchšom prípade sa zahrievaním droga odparí, aby sa dostala do krvného obehu prostredníctvom pľúc. Možné sú aj iné procesy vrátane volatilizácie iných zložiek a kontaminantov; volatilizácie s následnou tepelnou degradáciou alebo tepelnej degradácie na povrchu s následnou volatilizáciou (obrázok 1).
Obrázok 1. Horný rám: Cesty, ktorými sa liečivo alebo soľ liečiva môže dostať do plynnej fázy. Generické B predstavuje základné liečivo v neprotonovanej (voľnej bázickej) forme; TD sa vzťahuje na produkty tepelného rozkladu.
Metamfetamín je zásaditý a obsahuje jednu aminoskupinu. Pevná látka môže byť vo forme voľnej bázy (B), vo forme soli (zvyčajne, ale nie výlučne hydrochloridovej soli) alebo v protonovanej forme (BH+). Odparovanie, ktoré je nevyhnutnou podmienkou pre fajčenie, ako je definované v tomto prehľade, môže zahŕňať viac ako fázovú zmenu (obrázok 1, cesta 1), ktorej stupeň bude závisieť od spôsobu zahrievania, teploty, matrice a príslušného liečiva. Najskôr môže dôjsť k tepelnej degradácii soli na formu voľnej bázy, po ktorej nasleduje následné odparovanie (obrázok 1, cesta 2). Pri rôznych podmienkach zahrievania môže báza alebo soľ prejsť tepelnou degradáciou pred odparovaním (obrázok 1, cesty 3 a 4), pri ktorej môže dôjsť k ďalšej degradácii.
Drogy sa môžu v terapeutických a rekreačných podmienkach prijímať inhaláciou. Terapeutické látky sa môžu podávať inhaláciou, ale tieto spôsoby nezahŕňajú agresívne zahrievanie; cieľom je skôr vytvoriť inhalovateľný aerosól. Jediné významné terapeutické použitie vaporizovaných látok je v anestézii, kde sú látky zvyčajne v parnej fáze pri izbovej teplote. Popularita elektronických cigariet ako prostriedku na dodávanie nikotínu narastá. Tieto zariadenia jemne zahrievajú roztoky diolov, arómy a nikotínu, čím vytvárajú inhalovateľný aerosól. Teplo sa dodáva prostredníctvom batérie s teplotou v rozmedzí 40 - 65 °C. Pri týchto teplotách sa očakáva minimálna tepelná degradácia. V čase písania tohto článku neboli nájdené žiadne publikované správy, ktoré by sa konkrétne zaoberali požitím zneužívaných drog prostredníctvom elektronických cigariet.
Ako je znázornené na obrázku 2a, reaktívnymi oblasťami sú zóna spaľovania (exotermické reakcie) a zóna pyrolýzy, kde prevládajú endotermické reakcie. K aktívnemu spaľovaniu dochádza v špičke a zvýrazňuje sa, keď používateľ "potiahne" z cigarety a nasaje vzduch cez túto oblasť. Počas šlukovania teplota rýchlo stúpa a môže sa blížiť k 950 °C. Kyslík sa zo vzduchu odčerpáva, keď prúdi cez oblasť horenia do pyrolytickej oblasti.
Drogy sa môžu v terapeutických a rekreačných podmienkach prijímať inhaláciou. Terapeutické látky sa môžu podávať inhaláciou, ale tieto spôsoby nezahŕňajú agresívne zahrievanie; cieľom je skôr vytvoriť inhalovateľný aerosól. Jediné významné terapeutické použitie vaporizovaných látok je v anestézii, kde sú látky zvyčajne v parnej fáze pri izbovej teplote. Popularita elektronických cigariet ako prostriedku na dodávanie nikotínu narastá. Tieto zariadenia jemne zahrievajú roztoky diolov, arómy a nikotínu, čím vytvárajú inhalovateľný aerosól. Teplo sa dodáva prostredníctvom batérie s teplotou v rozmedzí 40 - 65 °C. Pri týchto teplotách sa očakáva minimálna tepelná degradácia. V čase písania tohto článku neboli nájdené žiadne publikované správy, ktoré by sa konkrétne zaoberali požitím zneužívaných drog prostredníctvom elektronických cigariet.
Ako je znázornené na obrázku 2a, reaktívnymi oblasťami sú zóna spaľovania (exotermické reakcie) a zóna pyrolýzy, kde prevládajú endotermické reakcie. K aktívnemu spaľovaniu dochádza v špičke a zvýrazňuje sa, keď používateľ "potiahne" z cigarety a nasaje vzduch cez túto oblasť. Počas šlukovania teplota rýchlo stúpa a môže sa blížiť k 950 °C. Kyslík sa zo vzduchu odčerpáva, keď prúdi cez oblasť horenia do pyrolytickej oblasti.
Obrázok 2. Horný rámček: Zahrievané zóny a prúdenie vzduchu v cigarete. Vľavo dole: Vyhrievané zóny a prúdenie vzduchu v improvizovanom vykurovacom zariadení. Vpravo dole: Proces zahrievania na voľnom priestranstve ako pri "naháňaní draka".
Chemickým reakciám tu dominuje redukčný rozklad. Kondenzácia a filtrácia pevných častíc prebieha ako produkty v blízkosti ústia. V článku z roku 2004 sa diskutovalo o experimentoch, ktorých cieľom bolo určiť, do akej miery sa pri fajčení cigariet tepelne rozkladajú prchavé zlúčeniny. Pomocou analytickej pyrolýzy na vstupe do GC-MS autori zistili, že pri väčšine zlúčenín sa väčšina materskej zlúčeniny prenáša na fajčiara. Táto štúdia preukázala, že stupeň neporušeného prenosu závisel od hmotnosti vzorca a prchavosti (čím menšia molekulová hmotnosť, tým väčší neporušený prenos) a v menšej miere od funkčných skupín a matrice. Autori porovnali výsledky analytickej pyrolýzy s fajčením pomocou rádioaktívne značených zlúčenín a pre relatívne prchavé zlúčeniny (< ~ 300Da) uviedli, že analytická pyrolýza je dobrým modelom pre fajčenie. Upozornili na jednu výhradu: táto metodika nadhodnotila stupeň pyrolýzy väčších, menej prchavých zlúčenín. Toto obmedzenie nie je kritické v súvislosti s drogami zneužívania, z ktorých väčšina má molekulovú hmotnosť menšiu ako 400Da.
Fajčenie cigariet nenapodobňuje typický proces, ktorý sa používa pri požití drog, ako sú kokaín, metamfetamín, amfetamín, heroín a fentanyl. V týchto prípadoch (obrázky 2b a 2c) sa drogy umiestňujú na povrch alebo do provizórnej fajky, napríklad žiarovky, a zahrievajú sa pomocou zapaľovača. Výpary sa nasávajú do pľúc pomocou slamky alebo podobného zariadenia. V závislosti od konštrukcie zariadenia môže používateľ nasávať vzduch cez zahriaty materiál alebo v prípadoch rúrok cez materiál. Neexistuje žiadna zóna spaľovania porovnateľná so zónou spaľovania v cigaretách. Preto sa mnohé spôsoby fajčenia lepšie opisujú ako zahrievanie pod holým nebom za oxidačných podmienok. Pri metóde označovanej ako "naháňanie draka" sa látka umiestni na povrch, ako je hliníková fólia, a zahrieva sa zapaľovačom. Fólia dosahuje zvýšenú teplotu až 600 °C v priebehu niekoľkých sekúnd, hoci absorpcia tepla matricou (určená tepelnými kapacitami) môže obmedziť teplotu tuhej látky na ~ 400 °C.
Fajčenie cigariet nenapodobňuje typický proces, ktorý sa používa pri požití drog, ako sú kokaín, metamfetamín, amfetamín, heroín a fentanyl. V týchto prípadoch (obrázky 2b a 2c) sa drogy umiestňujú na povrch alebo do provizórnej fajky, napríklad žiarovky, a zahrievajú sa pomocou zapaľovača. Výpary sa nasávajú do pľúc pomocou slamky alebo podobného zariadenia. V závislosti od konštrukcie zariadenia môže používateľ nasávať vzduch cez zahriaty materiál alebo v prípadoch rúrok cez materiál. Neexistuje žiadna zóna spaľovania porovnateľná so zónou spaľovania v cigaretách. Preto sa mnohé spôsoby fajčenia lepšie opisujú ako zahrievanie pod holým nebom za oxidačných podmienok. Pri metóde označovanej ako "naháňanie draka" sa látka umiestni na povrch, ako je hliníková fólia, a zahrieva sa zapaľovačom. Fólia dosahuje zvýšenú teplotu až 600 °C v priebehu niekoľkých sekúnd, hoci absorpcia tepla matricou (určená tepelnými kapacitami) môže obmedziť teplotu tuhej látky na ~ 400 °C.
Terminológia a mechanizmus
Termín, ktorý sa najčastejšie používa na opis procesu fajčenia v súvislosti s drogami zneužívania, je pyrolýza. Pyrolýza je typ reakcie tepelnej degradácie v plynnej fáze, ktorá môže prebiehať v aeróbnych alebo anaeróbnych podmienkach. Prísne definovaná pyrolýza nie je spaľovanie, ale pyrolýza môže viesť k iniciácii spaľovania. Rozsah teplôt, pri ktorých dochádza k pyrolýze, závisí od materiálu, ktorý sa rozkladá. V tomto prehľade sa pyrolýza bude používať všeobecne na opis rozrušovania väzieb za vzniku voľných radikálov, ktoré priamo alebo nepriamo vytvárajú molekuly produktov. Vo väčšine prípadov je počiatočné štiepenie založené na pevnosti väzby a vzniknuté zlúčeniny možno predpovedať na základe relatívnej stability produktov a potenciálnych produktov preskupenia. Pyrolýzne reakcie (v poradí podľa frekvencie) zahŕňajú eliminácie, preskupenia, oxidácie, redukcie, substitúcie a adície. Stojí za zmienku, že pyrolýza v plynnej fáze sa intenzívne študuje v oblastiach, ako je spaľovanie, spaľovanie biomasy, polyméry a energia/palivá, ale neexistujú hotové nástroje alebo aplikácie, ktoré by umožňovali rýchle in-silico predpovedanie toho, aké pyrolýzne produkty môžu vzniknúť z danej malej molekuly za daného súboru podmienok. Z uvedených typov reakcií sa najčastejšie pozoruje pyrolytická eliminácia, ktorú možno rozdeliť na α-elimináciu, β-elimináciu, 1,3-elimináciu atď. Mnohé z týchto eliminačných reakcií sa riadia mechanizmom Ei, teda vnútromolekulovým (i) eliminačným procesom. Prechodný stav je cyklický a každá novovzniknutá dvojitá väzba vo všeobecnosti smeruje k najmenej substituovanému uhlíku (Hoffmannovo pravidlo). Ak v molekule pred reakciou už existuje dvojitá väzba, uprednostňuje sa vznik konjugovaného systému, ak je to stericky možné.
Niekoľko prác sa zaoberalo vplyvom protonizačného stavu a formy kyslej soli základných liečiv hodnotených pre pyrolytické produkty. Chloridový anión (zo soli HCl) môže pôsobiť ako nukleofil, v dôsledku čoho boli ako pyrolýzne produkty pozorované chlórované produkty.
Niekoľko prác sa zaoberalo vplyvom protonizačného stavu a formy kyslej soli základných liečiv hodnotených pre pyrolytické produkty. Chloridový anión (zo soli HCl) môže pôsobiť ako nukleofil, v dôsledku čoho boli ako pyrolýzne produkty pozorované chlórované produkty.
Obrázok 3. Zaznamenané pyrolytické produkty metamfetamínu.
Existuje sedem hlavných pyrolýznych produktov: amfetamín (17, obrázok 3), trans-fenylacetón (18, obrázok 3), dimetylamfetamín (19, obrázok 3), n-acetyl, n-propionyl, n-formyl-metylmetamfetamín (20, obrázok 3) a n-kyanometylmetamfetamín (21, obrázok 3). Štúdia z roku 1999 potvrdila mnohé z týchto pyrolytických produktov a identifikovala mnohé ďalšie vrátane furfurylmetylamfetamínu, 2-propenylbenzénu, benzylmetylketoxímu, 3,4-dihydro-2-naftaleónu, n-formylamfetamínu, n-acetylamfetamínu a bibenzylu, hoci identifikácie neboli potvrdené referenčnými štandardmi.
V práci, ktorú v roku 2007 uverejnili Ely a kol. sa použila analytická pyrosonda a ako pyrolytické produkty sa identifikovali amfetamín, etylbenzén, 1-fenylpropén (22, obrázok 3), toluén, styrén, efedrín, nor-efedrín a niekoľko metabolitov. Hodnotilo sa niekoľko zmesí (s kofeínom, lidokaínom a benzokaínom) bez výrazných rozdielov v pyrolytických produktoch metamfetamínu. Bol zaznamenaný aj bibenzyl, ale identifikácia nebola potvrdená referenčnými štandardmi.
Posledné uvedené zložky nemajú významný účinok na organizmus spotrebiteľa vzhľadom na mimoriadne malé množstvá. Napríklad sublimáciou 1 g metamfetamínu vzniká najviac 0,00001 g efedrínu a norefedrínu, čo je 1000-krát menej ako minimálna účinná dávka. Pri sublimácii pravdepodobne vzniká množstvo ďalších látok, ale v takých zanedbateľných množstvách, že ich v tomto štádiu vývoja kontrolných metód nie je možné identifikovať.
V práci, ktorú v roku 2007 uverejnili Ely a kol. sa použila analytická pyrosonda a ako pyrolytické produkty sa identifikovali amfetamín, etylbenzén, 1-fenylpropén (22, obrázok 3), toluén, styrén, efedrín, nor-efedrín a niekoľko metabolitov. Hodnotilo sa niekoľko zmesí (s kofeínom, lidokaínom a benzokaínom) bez výrazných rozdielov v pyrolytických produktoch metamfetamínu. Bol zaznamenaný aj bibenzyl, ale identifikácia nebola potvrdená referenčnými štandardmi.
Posledné uvedené zložky nemajú významný účinok na organizmus spotrebiteľa vzhľadom na mimoriadne malé množstvá. Napríklad sublimáciou 1 g metamfetamínu vzniká najviac 0,00001 g efedrínu a norefedrínu, čo je 1000-krát menej ako minimálna účinná dávka. Pri sublimácii pravdepodobne vzniká množstvo ďalších látok, ale v takých zanedbateľných množstvách, že ich v tomto štádiu vývoja kontrolných metód nie je možné identifikovať.
Stručný prehľad produktov pyrolýzy
Amfetamín je stimulant centrálneho nervového systému, ktorý je podobne ako metamfetamín založený na zvýšení uvoľňovania katecholamínov (dopamínu, noradrenalínu a serotonínu) z presynaptických zakončení, čo znižuje únavu, vyvoláva prílev energie, znižuje potrebu spánku a potláča chuť do jedla.
Fenylacetón je látka používaná na syntézu amfetamínu a metamfetamínu, ako aj neaktívny metabolit týchto povrchovo aktívnych látok. V tele podlieha oxidácii na kyselinu benzoovú, konjugácii s glycínom za vzniku kyseliny hippurovej, ktorá sa vylučuje obličkami. Nemá výrazný psychoaktívny účinok na organizmus pri tomto spôsobe užívania.
Dimetylamfetamín je stimulant CNS, ktorý je menej účinný ako amfetamín a metamfetamín, s podobnými účinkami. N-formylmetamfetamín je toxická látka, ktorá dráždi pokožku a sliznice, spôsobuje poruchy metabolizmu, má tendenciu hromadiť sa v organizme, spôsobuje duševné poruchy, organické zmeny centrálneho nervového systému. V kyslom prostredí sa redukuje na metamfetamín.
N-formylmetamfetamín je toxická látka, ktorá dráždi pokožku a sliznice, spôsobuje poruchy metabolizmu, má tendenciu hromadiť sa v tele, spôsobuje duševné poruchy, organické zmeny centrálneho nervového systému. v kyslom prostredí sa redukuje na metamfetamín.
1-Pnylpropén je karcinogén a mutagén; v organizme sa nehromadí. Časté vdychovanie spôsobuje rakovinu pľúc.
N-kyanometylmetamfetamín je silný jed, má lokálne dráždivý účinok na kožu a sliznice, v tele sa metabolizuje na kyanidy, ktoré inhibujú bunkové dýchanie. Vzniká len pri sublimácii metamfetamínu spolu s tabakom (napríklad pri fajčení cigarety s metamfetamínom).
Fenylacetón je látka používaná na syntézu amfetamínu a metamfetamínu, ako aj neaktívny metabolit týchto povrchovo aktívnych látok. V tele podlieha oxidácii na kyselinu benzoovú, konjugácii s glycínom za vzniku kyseliny hippurovej, ktorá sa vylučuje obličkami. Nemá výrazný psychoaktívny účinok na organizmus pri tomto spôsobe užívania.
Dimetylamfetamín je stimulant CNS, ktorý je menej účinný ako amfetamín a metamfetamín, s podobnými účinkami. N-formylmetamfetamín je toxická látka, ktorá dráždi pokožku a sliznice, spôsobuje poruchy metabolizmu, má tendenciu hromadiť sa v organizme, spôsobuje duševné poruchy, organické zmeny centrálneho nervového systému. V kyslom prostredí sa redukuje na metamfetamín.
N-formylmetamfetamín je toxická látka, ktorá dráždi pokožku a sliznice, spôsobuje poruchy metabolizmu, má tendenciu hromadiť sa v tele, spôsobuje duševné poruchy, organické zmeny centrálneho nervového systému. v kyslom prostredí sa redukuje na metamfetamín.
1-Pnylpropén je karcinogén a mutagén; v organizme sa nehromadí. Časté vdychovanie spôsobuje rakovinu pľúc.
N-kyanometylmetamfetamín je silný jed, má lokálne dráždivý účinok na kožu a sliznice, v tele sa metabolizuje na kyanidy, ktoré inhibujú bunkové dýchanie. Vzniká len pri sublimácii metamfetamínu spolu s tabakom (napríklad pri fajčení cigarety s metamfetamínom).
Závery.
1. Za žiadnych okolností nefajčite metamfetamín s tabakom.
2. V prípade, že fajčíte čistý metamfetamín, odporúča sa pred inhaláciou prepustiť výpary cez tekutinu obsahujúcu slabú kyselinu (citrónovú, jablkovú alebo pomarančovú šťavu, suché víno atď.). Plyny sa ochladzujú vo vode a nepoškodzujú dýchací systém. Ak dodržíte tieto odporúčania, inhalácia metamfetamínu nie je nebezpečnejšia ako intranazálne alebo orálne užívanie.
2. V prípade, že fajčíte čistý metamfetamín, odporúča sa pred inhaláciou prepustiť výpary cez tekutinu obsahujúcu slabú kyselinu (citrónovú, jablkovú alebo pomarančovú šťavu, suché víno atď.). Plyny sa ochladzujú vo vode a nepoškodzujú dýchací systém. Ak dodržíte tieto odporúčania, inhalácia metamfetamínu nie je nebezpečnejšia ako intranazálne alebo orálne užívanie.
Last edited by a moderator:
