Cyklopropan

Ben Valsler

Tento týden Katrina Krämerová s anestetickým plynem, který ve 30. letech 20. století explodoval při operacích, možná až příliš doslova.

Katrina Krämerová

„Prováděli jsme naprosto rutinní, téměř drobnou operaci ženy, která potřebovala diatermii – operaci pomocí elektricky vyvolaného tepla – k odstranění nezhoubného nádoru jazyka. Pak došlo ke katastrofě. Zjistili jsme, že ležíme na podlaze, jsme omráčení a v uších nám zvoní od obrovské exploze. Byli jsme úplně ohlušeni. Také nás oslepil, předpokládám, záblesk, ale také trosky ve vzduchu. Byl tam strašný štiplavý zápach, ten si pamatuji obzvlášť, předpokládám, že to byla hořící guma z hadičky, která spojovala pacienta s anesteziologickým přístrojem.“

Tato slova mladšího domácího chirurga A. Friedmana, která se týkala Alana Macdonalda a byla publikována v roce 1994 v článku v British Journal of Anaesthesia. Scéna, kterou popisují, se neodehrála za světové války. Výbuch nezpůsobila bomba, ale samotná látka, která měla pacienta během invazivního zákroku udržet v bezbolestném spánku: Cyklopropan.

V roce 1957, kdy došlo k tomuto výbuchu, byl cyklopropan běžným anestetikem. Tuto sloučeninu objevil již v roce 1881 rakouský chemik August Freund, který ji původně pojmenoval trimethylen.

Z jedenáctistránkového rukopisu1 popisujícího objev strávil Freund osm pečlivým rozebíráním struktury cyklopropanu. Bez tehdejšího přístupu ke spektroskopii použil kombinaci experimentu a detektivní práce, na kterou by byl Sherlock Holmes hrdý, a dospěl k závěru, že látka musí mít tři jednotky CH2 uspořádané do trojúhelníku – a měl pravdu.

Cyklopropanový kruh je nejmenší možný karbocyklus. Ve skutečnosti je tak malý, že se chemické vazby deformují do rozhodně nepohodlného tvaru. Obvykle, když je mezi dvěma atomy uhlíku jediná vazba, vazebné elektrony sedí přímo mezi oběma atomy – situace, která je docela dobře znázorněna přímkami na nákresech struktury.

Ne tak u cyklopropanu. Intenzivní napětí deformuje spojení uhlíku s uhlíkem do podoby, kterou chemici nazývají banánové vazby – což je výstižný popis ohnutých elektronových mraků, které vypadají, jako by byly na pokraji rozpadu. Proto asi nepřekvapí, že je cyklopropan poměrně reaktivní a po smíchání s kyslíkem a jiskrou je náchylný k výbuchu.

To vědcům nebránilo v tom, aby ho vyzkoušeli jako anestetikum. Na počátku 20. století hledali lékaři náhradu za éter. Ten byl sice více než 50 let základním anestetikem, ale měl vedlejší účinky, způsoboval nevolnost a zvracení po operaci.

V roce 1928 začali dva kanadští lékaři testovat2 cyklopropan na zvířatech. Jakmile dosáhli správné směsi – asi 10 % se vzduchem – ukázalo se, že je poměrně úspěšný. Kočka umístěná do nádrže naplněné tímto plynem během několika minut omdlela a podle vědců „nereagovala na šťouchání“. Po vyjmutí z nádrže „kočka během jedné minuty zamrkala a pohnula jazykem, během tří minut se posadila a začala chodit. Za pět minut na pohlazení vrněla. O týden později byla zcela normální.“

Plyn vyzkoušeli také na „velmi tlustém“ 2,5kilogramovém králíkovi. Třikrát po sobě ho uspali, aniž by to mělo zjevný nepříznivý účinek.

V polovině 30. let 20. století se cyklopropan vyráběl průmyslově, což lékařům umožnilo přístup k plynu ve velkém množství a vysoké kvalitě. Ukázalo se, že je to silné anestetikum nejen pro kočky a králíky, ale i pro lidi. Lidé se z anestezie vyvolané cyklopropanem rychle zotavovali a díky jeho nasládlé vůni nebylo jeho vdechování úplně nepříjemné.

Růst popularity cyklopropanu však znamenal, že stále více lidí začalo pociťovat jeho výbušnou stránku. V roce 1939 došlo na operačních sálech v USA k 74 explozím cyklopropanu, z nichž 13 bylo smrtelných. Nicméně, jak upozornil MacDonald v roce 1994: „Ačkoli bylo zjištěno mnoho příčinných faktorů, zdá se, že se nikdo nepoučil, protože ke smrtelným explozím docházelo i nadále každý rok.“

Mezi příčinami byly jiskry způsobené statickou elektřinou, zástrčkami a spínači na lampách a chirurgickém vybavení. Při jedné obzvláště hrůzné nehodě explodovala během operace celá cyklopropanová láhev, která rozmetala střepiny a zapálila několik dalších plynových lahví ve stejné místnosti. Pacienti, dvě současně operované děti a čtyři lékaři byli zabiti, dvě sestry a další lékař zmrzačeni.

Vyšetřováním bylo zjištěno, že cyklopropanová láhev byla před přidáním cyklopropanu omylem částečně naplněna kyslíkem. Plynové lahve se v nemocnicích často používají opakovaně, ale tentokrát praxe používání stejné lahve pro různé plyny vytvořila smrtící směs.

Jak se zvyšovalo používání cyklopropanu na operačních sálech, zvyšoval se i výzkum jeho vedlejších účinků. Po delší době bezvědomí někteří pacienti upadali do bezvědomí, protože jim rychle klesal krevní tlak a jejich srdeční tep byl nepravidelný. Tento tzv. cyklopropanový šok nakonec znamenal zánik trojúhelníkové molekuly jako anestetika – pravděpodobně pro dobro všech zúčastněných. Dnes jsou fluorované étery nejpoužívanějším těkavým anestetikem.

Ačkoli cyklopropan způsobil mnoho smrtelných úrazů na místě, které mělo lidi léčit, mladší chirurg ze začátku našeho příběhu vyvázl bez zranění. K údivu všech, kteří tento příběh slyší, pacient přežil.“

Ben Valsler

Katrina Krämerová, vydatně podporovaná týmem Chemického světa. Příští týden se Brian Clegg vrací s jiskrou v oku

Brian Clegg

Používání zirkonů ve špercích nám umožňuje nahlédnout do historie lidstva, ale krystaly fungují také jako stroje času a vědcům umožňují nahlédnout do chemie rané Země.

Ben Valsler

Přidejte se k Brianovi příště. Do té doby jsou obvyklé komunikační linky otevřené – napište na [email protected] nebo tweetněte @chemistryworld. Jsem Ben Valsler, děkuji, že jste se ke mně připojili.