Patolodzy ale z humorem (recenzja)

Recenzji książek jeszcze tu na blogu nie miałem. Ale tą akurat warto jest jak sądzę tutaj zaprezentować.

  O czym jest ta książka? W dużej mierze o tym jak bardzo źle może coś pójść w organizmie. I o tym jak to wykryć. Zawód patologa raczej częściej jest kojarzony z medycyną sądową, wykonywaniem autopsji, badaniem wagi narządów itp. - no, chyba że komuś myli się z patologiczną młodzieżą, która kradnie żarówki i sika na klatce. Natomiast osoby zajmujące się oglądaniem wycinków tkanki są chyba pospolicie uważane za tych samych laborantów od badania moczu i krwi. Już samo pokazanie na czym właściwie polega zawód i jak dużą niesie odpowiedzialność, jest jedną z lepszych stron książki.

  Każdy pobrany wycinek, czy to pochodzący z wyciętego z powodu choroby narządu, czy to pobrany przy diagnostycznej biopsji, musi zostać przez nich przebadany - spreparowany, zabarwiony odpowiednimi środkami i uważnie obejrzany pod kątem obecności anomalii, wskazujących na możliwą chorobę. Czasem więc trafiają się im ciekawostki, jakie trudno by było wykryć innymi sposobami.
  Dużo częściej jednak ich zajęcie sprowadza się do przeglądania kolejnych wyciętych znamion, guzków i polipów, i opisywania po raz kolejny, że to normalna tkanka, czasem ze zwłóknieniem, naciekiem zapalnym, czy też czasem z resztkami nieszczęśliwie zawędrowanej pomiędzy kiszki wykałaczki. Niestety też często muszą opisywać nowotwory różnego pochodzenia i stadiów, decydujące o dalszym losie anonimowego pacjenta.

  Technicznie rzecz biorąc, większość tekstów w książce to trochę obrobione i wygładzone językowo teksty z bloga "Patolodzy na klatce". Regularni czytelnicy nie będą więc treściami mocno zaskoczeni. Dla czytelnika, który z twórczością autorki zetknął się po raz pierwszy w księgarni, będzie to pozycja nietypowa - o przypadkach medycznych i ich zawikłanych przyczynach, ale napisana z dystansem i umiejętnie dozowanym humorem. Z bardzo żywymi ilustracjami - dla niektórych ilustracje części omawianych organów, guzów i torbieli mogą się okazać nie do przełknięcia. Cóż, książka opisująca dokładnie niektóre choroby musi się wdawać w rzeczy ociekające krwią, limfą i innymi płynami, nie do końca przyjemnymi w wyobrażeniu.
  Przykładowo jeśli ktoś posiada silnie rozwiniętą wyobraźnię i empatię, to przeczytanie rozdziału o wadach wrodzonych może być dla niego trudnym zadaniem.

  Autorka stara się w miarę możliwości jasno tłumaczyć mechanizmy chorobowe, ale bez pomijania naukowych nazw i pojęć. Język jaki stosuje, zaprawiony jest humorem ale ostrożnie dawkowanym, często bowiem mowa o stanach trudnych, związanych z chorobą i śmiercią. Świadczy o tym choćby podtytuł, będący nawiązaniem do Rodziny Poszepszyńskich:



  Książka zasadniczo podzielona jest na kilka części - pierwsza to artykuły na tematy nieco luźniejsze, na przykład o kobietach, które dały nazwisko jednostkom chorobowym, czy o obrazach mikroskopowych, które do złudzenia przypominają rzeczy i zjawiska z życia codziennego (rozdział "Pięćdziesiąt twarzy pępowiny, czyli pieska widzę w tym raku"). Druga poświęcona jest nowotworom, począwszy od tych najstarszych, notowanych w zapisie kopalnym, przez przypadki specyficznych chorób w historii, aż po współczesną diagnostykę oraz pewnie niepokojące objawy, jakie warto znać. Trzecia część skupia się na chorobach pasożytniczych i zakaźnych, w tym na omówieniu co takiego właściwie robi komórkom wirus HPV, że wywołuje nowotwory; czy na opisaniu chorób wywoływanych przez rozwijające się w organizmie glony.
  Czwarta część omawia przypadki patologii ciąży, wad wrodzonych oraz wad związanych z zapłodnieniem, które do pojawienia się jakiegokolwiek płodu nie doprowadzą. Ostatnia część omawia różne przypadłości, od celiakii, aż po kamicę we wszystkich możliwych miejscach.

Wady?
  Cóż, zastanawiałem się jak książkę odebrałby zupełny laik, który nie miał wcześniej okazji czytać bloga autorki, oraz niespecjalnie dużo pamięta z lekcji biologii. Może przydatny byłby w takiej sytuacji jakiś suplement, objaśniający formie rysunku czy wyraźnego zdjęcia komórkę i jej struktury; obawiam się bowiem, że powtarzające się uwagi o wyglądzie chromatyny czy cytoplazmy, mogą być dla niektórych za mało obrazowe.
  Z ilustracjami i obrazowością pojawia się niekiedy trochę problemów - pewna wspomniana w tekście mała sierotka jest w polskiej popkulturze na tyle mało znana, że bez googlania trudno się domyślić, jaki właściwie kształt miały upamiętnione w pewnym eponimie oczęta. Wiem oczywiście, że z ilustrowaniem pojęć można przesadzić w drugą stronę, więc to kwestia pewnego wyważenia.

  W kończącym książkę rozdziale "Po co komu sekcja zwłok?" zdziwiło mnie, że tak skupiono się na walorach poznawczych, edukacyjnych, prawnych czy związanych z ostateczną weryfikacją diagnoz, natomiast ledwie napomknięto na końcu o pierwszym powodzie jaki przyszedł mi do głowy - o możliwości wykrycia takiej przyczyny, jaka ma wpływ na jeszcze żyjących ludzi. W końcu odkrycie, że przyczyną tajemniczej choroby zmarłego było zatrucie metalami ciężkimi z wody, lub choroba genetyczna, z pewnością zainteresowałoby innych członków jego rodziny, z którymi może się jeszcze niezauważalnie dziać to samo.

  Z mojego punktu widzenia oceniając, chętnie dowiedziałbym się z książki czegoś więcej o technikach barwienia preparatów; jest rozdział o hematoksylinie i eozynie, a przecież jeszcze tyle różnych ciekawych kolorków się wykorzystuje, włącznie z kolorowymi czy świecącymi przeciwciałami. 

Ostatnio w laboratorium (69.)

Nigdzie się tak bardzo nie pobrudzisz, jak w dobrze wyposażonym laboratorium chemicznym. Zwłaszcza wtedy, gdy przydarzy ci się pracować z nieszczelną rękawiczką, jak to zdarzyło mi się ostatnio podczas pracy ze stężonym kwasem azotowym. Oczywiście szybko umyłem palec, na którym poczułem w pewnej chwili podejrzaną śliskość. Efekt: żółta plama na skórze, której już się nie dało zmyć.

W sumie nie pierwszyzna, ale jeszcze o tym na blogu nie pisałem.

Plama to wynik znanej z podręczników szkolnych reakcji ksantoproteinowej, często przedstawianej jako reakcja charakterystyczna dla białek, co nie jest zupełnie słuszne. Polega ona w zasadzie na nitrowaniu grup aromatycznych w niektórych aminokwasach poprzez podgrzewanie ze stężonym kwasem azotowym. Po zalkalizowaniu środowiska żółta plama staje się ciemnopomarańczowa.
.
Kilka spośród aminokwasów budujących białka, w tym te w naszym organizmie, zawiera aromatyczne grupy, to jest węglowodorowe pierścienie o odpowiednim układzie wiązań podwójnych. Ze względu na bliskość atomu azotu, a także często inne dodatkowe grupy, pierścień aromatyczny jest dość aktywny i stosunkowo łatwo ulega nitrowaniu. Dotyczy to w zasadzie tyrozyny i tryptofanu, o tym aby w takich warunkach reaktywna była Prolina nie znalazłem informacji. Pierścień fenylowy w Tyrozynie nitruje się głównie w pozycji meta:

Aminokwas fenyloalanina nie daje w tej reakcji zabarwienia, ze względu na to, że grupa fenylowa jest w nim nieaktywna. Od azotu dzieli ją dłuższy odcinek.
W przypadku białek obfitujących w aromatyczne aminokwasy, nitrowanie można doprowadzić do dość wysokiego poziomu. Jednym z niekiedy używanych typów amatorskich materiałów wybuchowych jest znitrowane mleko w proszku, zawierające głównie nitrokazeinę. [1]

Nitroaminokwasy mogą też powstawać w organizmie w wyniku metabolizmu. Jedną z odmian wolnych rodników, jakim bacznie przygląda się medycyna, są reaktywne formy azotu (RFA), wywodzące się zwykle od tlenku azotu II (NO) będącego wolnym rodnikiem. Jest on ważnym sygnalizatorem chemicznym, regulującym procesy zapalne i napięcie mięśni, i wytwarzanym przez specjalny enzym. Z drugiej jednak strony może on reagować z białkami i DNA, zaburzając ich funkcję. W organizmie szybko ulega przemianie do innych reaktywnych cząsteczek, jak dwutlenek azotu czy nadtlenoazotyn. W pewnych procesach chorobowych RFA są wytwarzane w nadmiernych ilościach, prowadząc do stanu stresu nitrozacyjnego.
Znitrowana tyrozyna, powstająca w takich reakcjach, mogłaby być wskaźnikiem natężenia tego procesu.[2]

Canary Girls

Reakcja podobna do ksantoproteinowej może też zachodzić w wyniku kontaktu z innymi reaktywnymi nitrozwiązkami. W okresie I wojny światowej w USA zwrócono uwagę na skutki przewlekłego narażenia na trotyl. U pracujących nad przerobem tego wybuchowego materiału robotnic rozwijało się przewlekłe, żółte zabarwienie skóry całego ciała. Zaczęto je przez to nazywać Kanarkowymi Dziewczynami. Bardziej groźny okazał się jednak wpływ trotylu na inne organy, często wywoływał uszkodzenie wątroby, niedokrwistość i powiększenie śledziony. U 400 pracownic pojawiła się żółtaczka związana z niewydolnością wątroby, która zabijała co czwartą. Niektóre z nich rodziły żółte dzieci.
Na szczęście po pewnym czasie od zaprzestaniu kontaktu z chemikaliami, kolor skóry zanikał.[3]

Ot takie dodatkowe ciekawostki na temat znanej i "nieciekawej" reakcji.
----------
[1]  https://www.aristatek.com/newsletter/0512December/TechSpeak.aspx
[2] https://www.pnas.org/content/101/12/4003
[3] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Canary_Girls

Ostatnio w laboratorium (68.)

Do laboratorium analitycznego mogą czasem przychodzić dziwne próbki. Jak choćby ostatnio - przyniesiono nam próbkę osadu z bojlera, o uderzającym zielonym kolorze, z zapytaniem czy możemy zbadać jakie pierwiastki w tym są, bo coś takiego się wytrąca. Już pierwszy rzut oka sugerował miedź:

Ale oko nie spektroskop, należało to jakoś potwierdzić. Pierwsze badanie - reakcja z kwasem solnym. Osad powoli rozpuszczał się, wydzielając bąbelki gazu. Czyli w skład osadu raczej wchodził zwykły węglanowy kamień. Roztwór po rozpuszczeniu miał słaby, zielonkawo-niebieski kolor. Co jeszcze mogło tam siedzieć? Wprawdzie mamy na wyposażeniu ICP-OES, ale włączanie aparatu na jedną próbkę było bezsensowne, najwyżej dołożymy próbkę roztworzonego osadu do innych, gdy będzie więcej zamówień. Na szybko to ja mogłem zrobić tylko klasyczne analizy próbówkowe.

Przegrzebałem odczynniki, szukając czegoś specyficznego. Dimetyloglioksymu nie było, podobnie jak benzoinooksymu, rodanek amonu jeszcze nie doszedł, wreszcie zdecydowałem się na dwie reakcje. Do części roztworu dodałem wodorotlenku sodu - powstał jasnoniebieski osad, jaki raczej daje miedź. Do drugiej dodałem roztwór żelazocyjanku potasu (ściślej: odczynnik Carreza I), powstał brunatno-czerwony osad, charakterystyczny dla miedzi. Aha, czyli w sumie potwierdzone.

Zastanawiałem się jednak czy da się w tym jeszcze wykryć żelazo, które zdecydowanie częściej występuje w wodzie, podbarwiając kamień kotłowy na brązowo. Nie było widać aby osad wodorotlenku podbarwiał rdzawy wodorotlenek żelaza III. Obstawiałem, że żelazo może być ewentualnie związane w formie związków żelaza II o słabym, zielonkawym zabarwieniu, maskowanym przez miedź. Postanowiłem dodać do zlewki kilka kropel wody utlenionej. Żelazo się dzięki temu utleni, osad pociemnieje. Myślałem przy tym, że wodorotlenek miedzi nie zareaguje, bo aby utlenić miedź do jeszcze wyższych stopni utlenienia, to trzeba bardziej agresywnych warunków. A jednak zostałem zaskoczony - zawartość zlewki stała się intensywnie zielona:

No dobra, może to żelazo daje taki efekt. Żółty i niebieski dają zielony, widocznie żelaza jest w tym osadzie dużo. Zrobiłem ślepą próbę z siarczanem miedzi, ale wynik był podobny - wodorotlenek miedzi w reakcji z wodą utlenioną robił się zielony.
Wyjaśnienie wiąże się z powstawaniem związku, o jakim wcześniej nie czytałem - powstaje nadtlenek miedzi - CuO2. Jest to związek nietrwały, szybko zresztą zaobserwowałem stopniowe ciemnienie i brunatnienie osadu, zachodzące z wydzielaniem bąbelków tlenu; po upływie 30 minut w zlewce był już tylko drobny, czarny osad tlenku miedzi II CuO.
Charakter i struktura tego tlenku są dyskutowane - w pewnym warunkach daje się uzyskać związek o podobnej stechiometrii, mający charakter dwutlenku, z czterowartościową miedzią.[1] W tym przypadku przypuszczalnie jest to cykliczny nadtlenek jonowy, zawierający dwuanion O²⁻
₂  .
W strukturze wewnętrznej wysokotemperaturowych nadprzewodników z grupy miedzianów, daje się wyróżnić płaszczyzny tlenku o stosunku 1:2, w których następuje nadprzewodnictwo elektronowe.

Tymczasem następnego dnia zauważyłem, że w próbówce w której badałem reakcję na żelazocyjanki, roztwór nad osadem związków miedzi zabarwił się na niebiesko. Błękit pruski jest lepiej rozpuszczalny w wodzie od żelazocyjanku miedzi, zwłaszcza przy mocno niestechiometrycznym stosunku jonów, co świadczyło o tym, że kamień kotłowy jednak zawierał też trochę żelaza.

ps. Tak się złożyło, że to 300 wpis na tym blogu.
--------
[1]  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/j150655a014

Burza w próbówce

Przygotowując się do pokazów chemicznych, jakie mam prowadzić w firmie na imprezie plenerowej, postanowiłem przetestować klasyczne doświadczenie, którego jakoś tak nie miałem okazji jeszcze oglądać gdzieś indziej. Tak zwana "burza w próbówce" to efektowna forma spalania, w której najbardziej interesujący jest właściwy utleniacz.

Wykonanie nie jest skomplikowane, choć nie należy do zupełnie bezpiecznych. Do szklanej próbówki nalewa się niedużo (2-3 ml) stężonego kwasu siarkowego. Na tą ciecz pipetą, aby nie doszło do wymieszania, dodaje się alkohol etylowy; ja użyłem 96%. Powstają dwie przezroczyste warstwy o wyraźnie różnej gęstości. Następnie do próbówki nasypuje się szybko odrobinę (na koniec metalowej łopatki) suchego nadmanganianu potasu. Doświadczenie lepiej wychodzi, jeśli nadmanganian ma formę kryształków a nie drobnego proszku.
Kryształki przechodzą przez alkohol bez zmian, po czym wpadają w warstwę kwasu, która zabarwia się na brunatno. Po pewnym czasie z pogranicza faz zaczynają unosić się bąbelki, oraz pojawiać się rozbłyski światła, którym towarzyszy słyszalny trzask.

Efekt nie pojawił się od razu. Po wsypaniu pierwszej porcji bardzo drobnego pyłku, kwas się zabarwił na zielono, a trzaski pojawiały się bardzo rzadko, może raz na minutę. Byłem rozczarowany, więc sypnąłem więcej. Rozbłyski stały się nieco intensywniejsze. Dopiero użycie porcji kryształków odsianych, aby były nieco większe, dało efekt jak na filmie.

Jaki jest mechanizm? W często podawanych opisach po prostu nadmanganian w kwaśnym środowisku utlenia alkohol, a rozbłyski wywołują grudki na granicy faz, to jednak trochę za duże uproszczenie, nie tłumaczące czemu bardziej intensywne trzaski pojawiają się po pewnym czasie od wyraźnie widocznego przebicia faz i zatonięcia kryształków w samym kwasie.
Nadmanganian potasu to sól - kationem jest potas zaś anionem nadmanganian. Każdemu anionowi w soli powinien odpowiadać jakiś kwas, który po deprotonacji wytworzy ten anion. Czasem wolnych kwasów odpowiadających anionom nie da się wyizolować, bo są nietrwałe. Podobnie jest w tym przypadku.
W stężonym kwasie siarkowym jon nadmanganianowy tworzy kwas manganowy VII (HMnO₄), ten jest jednak nietrwały i w stężonym kwasie siarkowym traci cząsteczkę wody. Powstaje więc tlenek manganu VII (Mn₂ O₇  ), nazywany też siedmiotlenkiem manganu, który formalnie jest bezwodnikiem tego kwasu.

Siedmiotlenek manganu to natomiast substancja bardzo interesująca. Mimo że jest tlenkiem metalu, w temperaturze pokojowej jest cieczą o głębokim, zielonym kolorze. Wypływa na wierzch mieszaniny kwasu siarkowego z nadmanganianem potasu tworząc oleistą, połyskującą warstewkę:

Jest też cząsteczką niezwykle silnie reaktywną. Powoli rozkłada się na tlen i niższe tlenki manganu, wydzielając też przy okazji niewielką ilość ozonu, wyczuwalną jako ostry zapach. W kontakcie z substancjami organicznymi wywołuje ich gwałtowny zapłon. Sam przebieg reakcji jest podkręcany tym, że powyżej temperatury 60 stopni wybucha, rozkładając się na tlen, ozon i tlenki manganu o niższym stopniu utlenienia.
Mechanizm powstawania burzy w próbówce jest więc następujący: kryształki nadmanganianu rozpuszczają się w kwasie,  powstaje siedmiotlenek manganu. Część z niego rozpuszcza się w kwasie tworząc zieloną parę jonową, część natomiast formuje krople, które przedostają się do interfazy, gdzie wchodzą w reakcję z alkoholem. W wyniku wysokiej temperatury utleniania alkoholu wybuchają.
Równie gwałtowny przebieg ma reakcja z dowolną inną materią organiczną. Tutaj przykład reakcji z papierem, w parowniczce, w której udało mi się uzyskać większą ilość tlenku:

Eksperyment w próbówce nie jest do końca bezpieczny. Nieco większa niż zazwyczaj kropla może rozbić próbówkę, a płonąca mieszanina alkoholu, tlenku manganu i stężonego kwasu siarkowego, to nie jest coś co chciałbym zobaczyć na którymkolwiek stole.
Pozostałości po reakcji należy szybko przelać do dużej zlewki z zimną wodą i zobojętnić.