Budowa i właściwości morfiny
Morfina (C₁₇H₁₉NO₃), czyli (5a,6a)-7,8-didehydro-4,5-epoksy-17-metylomorfinian-3,6-diol, jest organicznym związkiem chemicznym o masie molowej 285,343 g/mol, zaliczanym do grupy alkaloidów fenantrenowych. Cząsteczka morfiny posiada strukturę pentacykliczną; składa się z pierścienia benzenowego z jedną hydroksylową grupą funkcyjną (–OH), dwóch częściowo nienasyconych pierścieni cykloheksanu (w tym jednego posiadającego grupę hydroksylową (–OH), heterocyklicznego pierścienia piperydyny z grupą metylową (–CH₃) (trzeciorzędowej aminy cyklicznej) i pierścienia tetrahydrofuranowego (eteru cyklicznego). Pierścień benzenowy wraz z dwoma pierścieniami cykloheksanowymi tworzą układ pierścieni fenantrenowych. Morfina (jako pierwszy alkaloid roślinny) została wyizolowana z opium, czyli zagęszczonego wyciągu z niedojrzałych makówek maku lekarskiego przez niemieckiego farmaceutę Friedricha W. Sertürnera w 1805 roku; morfinę syntetyczną otrzymano w 1952 roku. Właściwości nasenne uzyskanej substancji stanowią źródło jej nazwy pochodzącej od greckiego boga marzeń sennych – Morfeusza.
Budowa cząsteczki morfiny. Źródło: shutterstock
Morfina w stanie czystym jest białym, krystalicznym i bezzapachowym ciałem stałym posiadającym charakterystyczny, gorzki smak. Źródło: shutterstock
Biosynteza i wydzielanie morfiny
Morfina jest alkaloidem roślinnym stanowiącym główny składnik opium, czyli zagęszczonego i wysuszonego soku mlecznego pozyskiwanego z nasion i niedojrzałych torebek nasiennych, (makówek) maku lekarskiego (Papaver somniferum). Sok mleczny (tzw. lateks naturalny) jest płynną mieszaniną związków chemicznych (m.in. węglowodanów, wosków, białek, olejków eterycznych, żywic, alkaloidów, garbników) syntetyzowanych na obszarze cytoplazmy oraz magazynowanych w wakuolach centralnych komórek wydzielniczych (mleczników) gatunków roślin z rodziny makowatych (Papaveraceae), astrowatych (Asteraceae) i wilczomleczowatych (Euphorbiaceae). Sok mleczny wydzielany jest w przypadku zranienia rośliny, czyli przerwania ciągłości tkanek roślinnych (np. w wyniku nagryzienia lub nacięcia). Wchodzące w jego skład alkaloidy, ze względu na toksyczne właściwości oraz nieprzyjemny, gorzki smak, odgrywają ważną rolę w obronie roślin przed zwierzętami roślinożernymi.Sok mleczny (opium) wydzielany przez mleczniki maku lekarskiego stanowi mlecznobiałą zawiesinę morfiny i pochodnych alkaloidów fenantrenowych – kodeiny (metylomorfiny), heroiny (diacetylomorfiny), tebainy (eteru dimetylowego morfiny) oraz dioniny (eteru dietylowego morfiny) o działaniu przeciwbólowym, przeciwkaszlowym i uspokajającym; oraz alkaloidów izochinolinowych – papaweryny i noskapiny (narkotyny) wykazujących działanie spazmolityczne (rozkurczające mięśnie gładkie narządów wewnętrznych). Morfina, tak jak pozostałe alkaloidy, występuje w wakuoli centralnej w postaci rozpuszczalnych soli (m.in. mekonianu morfiny, pektynianu morfiny, siarczanu (VI) morfiny). Główny alkaloid opium powstaje na drodze biosyntezy z alkaloidu benzoizochinolinowego – retikuliny. Substancja ta przekształca się pod wpływem enzymu syntazy salutarydyny w salutarydynę, która w wyniku oddziaływania kolejnego enzymu, reduktazy salutarydynowej (NADPH), tworzy bezpośredni prekursor alkaloidów morfinowych – salutaridynol. Związek ten przekształca się następnie do eteru dimetylowego morfiny, czyli tebainy, z której na drodze kolejnych przemian (poprzez produkty pośrednie – oripawinę i morfinon) powstaje cząsteczka morfiny.
Biosynteza morfiny. Źródło: Mephisto spa, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Działanie morfiny
Morfina oddziałuje na organizm przez wiązanie i pobudzanie receptorów odpowiedzialnych za przewodnictwo bólowe – receptorów opioidowych (μ) obecnych w ośrodkowym układzie nerwowym (mózgowiu i rdzeniu kręgowym) i tkankach obwodowych układu pokarmowego oraz układu wydalniczego. Receptory opioidowe w warunkach fizjologicznych pobudzane są przez substancje chemiczne produkowane i wydzielane przez neurony mózgowe, rdzeniowe oraz obwodowe ssaków, określane wspólnym mianem peptydów opioidowych (enkefaliny, endorfiny, dynorfiny). Możliwość pobudzania receptorów opioidowych przez morfinę wynika z jej budowy przestrzennej, przypominającej cząsteczkę endorfiny. Morfina jest agonistą receptorów opioidowych; związanie się cząsteczki alkaloidu z receptorem powoduje jego pobudzenie, którego skutkiem jest zahamowanie aktywności cyklazy adenylowej i spadek poziomu cyklicznego AMP (cAMP), zwiększony wypływ jonów potasowych (K⁺) z komórki (hiperpolaryzacja błony komórkowej) oraz spadek przewodnictwa napięciowo-zależnych kanałów wapniowych. Pobudzenie receptora opioidowego przez morfinę prowadzi więc do zahamowania uwalniania neuroprzekaźników, co uniemożliwia przewodzenie bodźców bólowych przez synapsę (działanie presynaptyczne). Ośrodkowe i obwodowe oddziaływanie morfiny na organizm znosi czysty antagonista receptorów opioidowych – nalokson.Morfina wykazuje silne działanie przeciwbólowe (analgetyczne) i uspokajające (sedacyjne); hamuje odruch kaszlu; wpływa depresyjnie na ośrodek oddechowy w rdzeniu przedłużonym (obniżenie częstości i głębokości oddechów); stymuluje wydzielanie wazopresyny (hormonu antydiuretycznego) przez podwzgórze, pobudzając wzmożoną resorpcję wody w kanalikach nerkowych i zatrzymanie wydalania moczu; hamuje perystaltykę oraz czynność wydzielniczą narządów układu pokarmowego (np. żołądka, jelit, dróg żółciowych), rozszerza naczynia krwionośne i silnie zwęża źrenice. Morfina oddziałuje również na układ hormonalny; hamuje czynność wydzielniczą kory nadnerczy przyczyniając się do spadku stężenia kortyzolu we krwi. Długotrwałe stosowanie morfiny prowadzi do rozwoju tolerancji w wyniku ciągłego pobudzania receptorów opioidowych oraz uzależnienia fizycznego i psychicznego pod wpływem kompensacyjnej adaptacji neuronów do presynaptycznego oddziaływania tego alkaloidu. Odstawienie morfiny u osoby uzależnionej prowadzi do pojawienia się objawów abstynencji (tzw. głodu narkotykowego), do których zaliczają się bezsenność, stany lękowe, uczucie niepokoju, rozdrażnienie, osłabienie, drżenie mięśni, nadmierna potliwość, wymioty, biegunka, zaburzenia sercowo-naczyniowe). Przedawkowanie może doprowadzić do śmierci w wyniku niewydolności oddechowej spowodowanej porażeniem ośrodka oddechowego.
Zastosowanie morfiny
Morfina jest mocnym lekiem opioidowym wykorzystywanym w medycynie jako środek przeciwbólowy (analgetyk) do leczenia silnych dolegliwości bólowych, m.in. przewlekłego bólu nowotworowego, bólu pourazowego (zmiażdżenia, otwarte złamania kości, oparzenia, ciężkie urazy klatki piersiowej), bólu pooperacyjnego, dusznicy bolesnej (dławicy piersiowej), bólu spowodowanego zawałem mięśnia sercowego, kolce nerkowej i wątrobowej, zespołach bólowych (np. zespołów bólowych kręgosłupa, zespołów bólowych klatki piersiowej), kolki nerkowej i wątrobowej. Morfina stosowana jest również jako środek uspokajający w trakcie przygotowywanie pacjenta do znieczulenia i zabiegu operacyjnego (premedykacji). Preparaty z morfiną mogą być przyjmowane w postaci doustnej (chlorowodorek i siarczan (VI) morfiny) bądź roztworów do iniekcji podawanych podskórnie, dożylnie lub domięśniowo (siarczan (VI) morfiny). Morfina wykorzystywana jest również do znieczulenia miejscowego – znieczulenia podpajęczynówkowego (rdzeniowego) i zewnątrzoponowego. Alkaloid ten stosowany jest także w przemyśle farmaceutycznym do produkcji kodeiny (metylomorfiny) – słabego leku opioidowego o działaniu przeciwkaszlowym, przeciwbiegunkowym i przeciwbólowym.
Siarczan (VI) morfiny w postaci roztworu do iniekcji. Źródło: shutterstock
Bibliografia
- Jane B. Reece, Lisa E. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson; “Biologia Campbella”; Dom Wydawniczy Rebis, Poznań 2020. ;
- Tadeusz Gałamon; “Chemia – repetytorium dla maturzystów i kandydatów na wyższe uczelnie na kierunkach przyrodniczych i akademiach medycznych, ”; Wydawnictwo Medyk, Warszawa 2004.;
- John McMurry; “Chemia organiczna”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005.;
- Andrew Burrows, John Holman, Andrew Parsons, Gwen Pilling, Gareth Price; “Chemistry³. Introducing inorganic, organic and physical chemistry ”; Oxford University Press, 2017.;
- Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. I, VII, VIII, IX”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1998-1999.;
- K.-H. Lautenschlager, W. Schroter, A. Wanninger; “Nowoczesne kompendium chemii”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2016. ;
- Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren; “Organic Chemistry”; Oxford University Press, 2012. ;
- promil
