Introduzione
Lo scopo di questa rassegna è quello di riassumere la letteratura finora disponibile relativa alla pirolisi e all'ingestione di vapore riscaldato di metamfetamina e ai processi di degradazione termica che la accompagnano. La metamfetamina è una comune droga d'abuso fumabile. Il fumo di una droga generalmente determina un rapido inizio d'azione, paragonabile, per quanto riguarda la metamfetamina, alla somministrazione per via endovenosa.
Nella maggior parte dei casi, la decomposizione termica inizia con la scissione del legame più debole (spesso C-N) per generare radicali liberi che poi formano i prodotti stericamente più stabili. Il processo di riscaldamento produce spesso prodotti di decomposizione termica e metaboliti. La tossicità acuta e cronica di questi sottoprodotti è poco o per nulla conosciuta.
L'inalazione dei vapori come modalità di ingestione porta i composti ai polmoni attraverso la bocca e il naso. Sebbene le membrane mucose della bocca e del naso abbiano lo scopo di filtrare il particolato, su queste superfici possono rimanere intrappolati i composti solubili in acqua. Una volta nei polmoni, le molecole si dividono nel flusso sanguigno a una velocità dipendente dal composto. I fattori che influenzano il grado di assorbimento includono la distanza percorsa dalle sostanze inalate nei polmoni, la solubilità intrinseca nel sangue e la velocità del flusso sanguigno attraverso i polmoni. Una volta nel flusso sanguigno, i composti vengono distribuiti ai tessuti senza il metabolismo di primo ordine che si verifica con i farmaci assorbiti dal tratto gastrointestinale. Di conseguenza, la dose efficace di un determinato farmaco ingerito con il fumo può essere molto più elevata rispetto alla stessa quantità di farmaco ingerita per via orale. Inoltre, gli effetti farmacologici possono manifestarsi quasi istantaneamente con una droga fumata. L'insorgenza rapida e intensa degli effetti farmacologici è la motivazione che spinge a fumare o iniettare una determinata sostanza, rispetto all'ingestione orale.
Nella maggior parte dei casi, la decomposizione termica inizia con la scissione del legame più debole (spesso C-N) per generare radicali liberi che poi formano i prodotti stericamente più stabili. Il processo di riscaldamento produce spesso prodotti di decomposizione termica e metaboliti. La tossicità acuta e cronica di questi sottoprodotti è poco o per nulla conosciuta.
L'inalazione dei vapori come modalità di ingestione porta i composti ai polmoni attraverso la bocca e il naso. Sebbene le membrane mucose della bocca e del naso abbiano lo scopo di filtrare il particolato, su queste superfici possono rimanere intrappolati i composti solubili in acqua. Una volta nei polmoni, le molecole si dividono nel flusso sanguigno a una velocità dipendente dal composto. I fattori che influenzano il grado di assorbimento includono la distanza percorsa dalle sostanze inalate nei polmoni, la solubilità intrinseca nel sangue e la velocità del flusso sanguigno attraverso i polmoni. Una volta nel flusso sanguigno, i composti vengono distribuiti ai tessuti senza il metabolismo di primo ordine che si verifica con i farmaci assorbiti dal tratto gastrointestinale. Di conseguenza, la dose efficace di un determinato farmaco ingerito con il fumo può essere molto più elevata rispetto alla stessa quantità di farmaco ingerita per via orale. Inoltre, gli effetti farmacologici possono manifestarsi quasi istantaneamente con una droga fumata. L'insorgenza rapida e intensa degli effetti farmacologici è la motivazione che spinge a fumare o iniettare una determinata sostanza, rispetto all'ingestione orale.
Il processo di riscaldamento
Una delle sfide associate all'identificazione dei prodotti di decomposizione termica delle droghe d'abuso fumate è la determinazione di intervalli di temperatura realistici e rappresentativi del processo, sia dal punto di vista dell'utente che da quello analitico. Non esiste un unico metodo di "fumare", ma piuttosto una serie di condizioni che vanno dal riscaldamento lieve o moderato con l'armamentario al riscaldamento più aggressivo che avviene in un sistema simile alla sigaretta. Nel caso più semplice, il riscaldamento volatilizza la droga per farla passare nel flusso sanguigno attraverso i polmoni. Sono possibili altri processi, tra cui la volatilizzazione di altri componenti e contaminanti, la volatilizzazione seguita da degradazione termica o la degradazione termica su una superficie seguita da volatilizzazione (Figura 1).
Figura 1. Riquadro superiore: Percorsi attraverso i quali un farmaco o un sale di farmaco può raggiungere la fase gassosa. Il generico B rappresenta una droga basica nella forma non protonizzata (base libera); TD si riferisce ai prodotti di decomposizione termica.
La metanfetamina è basica e contiene un gruppo amminico. Il solido può essere in forma di base libera (B), in forma di sale (tipicamente, ma non esclusivamente, il sale di cloridrato) o in forma protonata (BH+). La vaporizzazione, condizione preliminare per il fumo come definito in questa rassegna, può comportare più di un cambiamento di fase (Figura 1, Percorso 1), il cui grado dipenderà dalla modalità di riscaldamento, dalla temperatura, dalla matrice e dal farmaco in questione. Può verificarsi prima la degradazione termica del sale alla forma di base libera, seguita da una successiva vaporizzazione (Figura 1, percorso 2). In condizioni di riscaldamento diverse, la base o il sale possono subire una degradazione termica prima della vaporizzazione (Figura 1, percorsi 3 e 4), dove può avvenire un'ulteriore degradazione.
Le droghe possono essere ingerite per inalazione in ambito terapeutico e ricreativo. Gli agenti terapeutici possono essere somministrati per inalazione, ma queste modalità non comportano un riscaldamento aggressivo; l'obiettivo è piuttosto quello di generare un aerosol inalabile. L'unico uso terapeutico significativo delle sostanze vaporizzate è l'anestesia, dove gli agenti sono tipicamente in fase di vapore a temperatura ambiente. Le sigarette elettroniche sono sempre più diffuse come mezzo di somministrazione della nicotina. Questi dispositivi riscaldano delicatamente soluzioni di dioli, aromi e nicotina per generare un aerosol inalabile. Il calore viene erogato tramite una batteria con temperature comprese tra i 40 e i 65 °C. A queste temperature, la degradazione termica è un problema. A queste temperature, il degrado termico dovrebbe essere minimo. Al momento della stesura di questo articolo, non sono stati trovati rapporti pubblicati che parlino specificamente dell'ingestione di droghe d'abuso attraverso le sigarette elettroniche.
Come mostrato nella Figura 2a, le aree reattive sono la zona di combustione (reazioni esotermiche) e la zona di pirolisi, dove dominano le reazioni endotermiche. La combustione attiva si verifica nella punta ed è accentuata quando l'utente "soffia" sulla sigaretta e aspira aria attraverso la regione. Durante il soffio, la temperatura aumenta rapidamente e può raggiungere i 950 °C. L'ossigeno viene eliminato dall'aria mentre questa attraversa la regione di combustione per raggiungere la regione pirolitica.
Le droghe possono essere ingerite per inalazione in ambito terapeutico e ricreativo. Gli agenti terapeutici possono essere somministrati per inalazione, ma queste modalità non comportano un riscaldamento aggressivo; l'obiettivo è piuttosto quello di generare un aerosol inalabile. L'unico uso terapeutico significativo delle sostanze vaporizzate è l'anestesia, dove gli agenti sono tipicamente in fase di vapore a temperatura ambiente. Le sigarette elettroniche sono sempre più diffuse come mezzo di somministrazione della nicotina. Questi dispositivi riscaldano delicatamente soluzioni di dioli, aromi e nicotina per generare un aerosol inalabile. Il calore viene erogato tramite una batteria con temperature comprese tra i 40 e i 65 °C. A queste temperature, la degradazione termica è un problema. A queste temperature, il degrado termico dovrebbe essere minimo. Al momento della stesura di questo articolo, non sono stati trovati rapporti pubblicati che parlino specificamente dell'ingestione di droghe d'abuso attraverso le sigarette elettroniche.
Come mostrato nella Figura 2a, le aree reattive sono la zona di combustione (reazioni esotermiche) e la zona di pirolisi, dove dominano le reazioni endotermiche. La combustione attiva si verifica nella punta ed è accentuata quando l'utente "soffia" sulla sigaretta e aspira aria attraverso la regione. Durante il soffio, la temperatura aumenta rapidamente e può raggiungere i 950 °C. L'ossigeno viene eliminato dall'aria mentre questa attraversa la regione di combustione per raggiungere la regione pirolitica.
Figura 2. Cornice superiore: Zone riscaldate e flusso d'aria in una sigaretta. In basso a sinistra: Zone riscaldate e flusso d'aria in un dispositivo di riscaldamento improvvisato. In basso a destra: processo di riscaldamento all'aria aperta come in "Inseguendo il drago".
Le reazioni chimiche sono dominate dalla decomposizione riduttiva. La condensazione e la filtrazione del particolato avvengono come prodotti in prossimità della bocca. In un articolo del 2004 sono stati discussi degli esperimenti per determinare il grado di degradazione termica dei composti volatilizzati durante il fumo di sigaretta. Utilizzando una pirolisi analitica in ingresso a un GC-MS, gli autori hanno scoperto che per la maggior parte dei composti, la maggior parte del composto progenitore viene trasferita al fumatore. Questo studio ha dimostrato che il grado di trasferimento intatto dipende dal peso della formula e dalla volatilità (minore è il peso molecolare, maggiore è il trasferimento intatto) e in misura minore dai gruppi funzionali e dalla matrice. Gli autori hanno confrontato i risultati della pirolisi analitica con quelli del fumo utilizzando composti radiomarcati e, per i composti relativamente volatili (<~300Da), hanno riferito che la pirolisi analitica era un buon modello per il fumo. Hanno notato un'avvertenza: questa metodologia ha sovrastimato il grado di pirolisi dei composti più grandi e meno volatili. Questa limitazione non è critica nel contesto delle droghe d'abuso, la maggior parte delle quali ha un peso molecolare inferiore a 400Da.
Il fumo di sigaretta non imita il tipico processo di ingestione di droghe come la cocaina, la metanfetamina, l'anfetamina, l'eroina e il fentanil. In questi casi (Figure 2b e 2c), le droghe vengono poste su una superficie o in un tubo di fortuna come una lampadina e riscaldate con un accendino. Il vapore viene aspirato nei polmoni con una cannuccia o un dispositivo simile. A seconda del design del dispositivo, l'utente può aspirare l'aria sopra il materiale riscaldato o, nel caso dei tubi, attraverso il materiale. Non esiste una zona di combustione paragonabile a quella delle sigarette. Di conseguenza, molti modi di fumare sono meglio descritti come riscaldamento all'aria aperta in condizioni ossidative. Nel metodo denominato "chasing the dragon", la sostanza viene posta su una superficie come un foglio di alluminio e riscaldata con un accendino. Il foglio raggiunge temperature elevate fino a 600 °C in pochi secondi, anche se l'assorbimento del calore da parte della matrice (determinato dalle capacità termiche) può limitare la temperatura del solido a ~400 °C.
Il fumo di sigaretta non imita il tipico processo di ingestione di droghe come la cocaina, la metanfetamina, l'anfetamina, l'eroina e il fentanil. In questi casi (Figure 2b e 2c), le droghe vengono poste su una superficie o in un tubo di fortuna come una lampadina e riscaldate con un accendino. Il vapore viene aspirato nei polmoni con una cannuccia o un dispositivo simile. A seconda del design del dispositivo, l'utente può aspirare l'aria sopra il materiale riscaldato o, nel caso dei tubi, attraverso il materiale. Non esiste una zona di combustione paragonabile a quella delle sigarette. Di conseguenza, molti modi di fumare sono meglio descritti come riscaldamento all'aria aperta in condizioni ossidative. Nel metodo denominato "chasing the dragon", la sostanza viene posta su una superficie come un foglio di alluminio e riscaldata con un accendino. Il foglio raggiunge temperature elevate fino a 600 °C in pochi secondi, anche se l'assorbimento del calore da parte della matrice (determinato dalle capacità termiche) può limitare la temperatura del solido a ~400 °C.
Terminologia e meccanismo
Il termine più frequentemente utilizzato per descrivere il processo di fumo nel contesto delle droghe d'abuso è pirolisi. La pirolisi è un tipo di reazione di degradazione termica in fase gassosa che può avvenire in condizioni aerobiche o anaerobiche. In senso stretto, la pirolisi non è una combustione, ma può portare all'innesco di una combustione. L'intervallo di temperatura a cui avviene la pirolisi dipende dal materiale in decomposizione. In questa rassegna, la pirolisi sarà usata genericamente per descrivere la rottura di legami che producono radicali liberi che generano, direttamente o indirettamente, molecole di prodotto. Nella maggior parte dei casi, la scissione iniziale si basa sulla forza del legame e i composti che si formano possono essere previsti in base alla stabilità relativa dei prodotti e dei potenziali prodotti di riarrangiamento. Le reazioni di pirolisi (in ordine di frequenza) comprendono eliminazioni, riarrangiamenti, ossidazioni, riduzioni, sostituzioni e aggiunte. Vale la pena notare che la pirolisi in fase gassosa è stata ampiamente studiata in settori quali la combustione, la combustione di biomasse, i polimeri e l'energia/combustibili, ma non esistono strumenti o applicazioni pronte che permettano una rapida previsione in silico di quali prodotti pirolitici possano formarsi da una data piccola molecola in un determinato insieme di condizioni. Tra i tipi di reazione noti, l'eliminazione pirolitica è la più comunemente osservata e può essere classificata come α-eliminazione, β-eliminazione, 1,3-eliminazione, ecc. Molte di queste reazioni di eliminazione seguono un meccanismo Ei, un processo di eliminazione intramolecolare (i). Lo stato di transizione è ciclico e ogni doppio legame appena formato va generalmente verso il carbonio meno sostituito (regola di Hoffmann). Se un doppio legame esiste già all'interno della molecola prima della reazione, la formazione di un sistema coniugato sarà favorita se stericamente possibile.
Alcuni lavori hanno affrontato l'influenza dello stato di protonazione e della forma di sale acido dei farmaci basici valutati per i prodotti pirolitici. L'anione cloruro (da un sale di HCl) può agire come nucleofilo e di conseguenza sono stati osservati prodotti clorurati come prodotti di pirolisi.
Alcuni lavori hanno affrontato l'influenza dello stato di protonazione e della forma di sale acido dei farmaci basici valutati per i prodotti pirolitici. L'anione cloruro (da un sale di HCl) può agire come nucleofilo e di conseguenza sono stati osservati prodotti clorurati come prodotti di pirolisi.
Figura 3. Prodotti pirolitici della metamfetamina riportati.
I principali prodotti di pirolisi sono sette: anfetamina (17, Figura 3), trans-fenilacetone (18, Figura 3), dimetil-anfetamina (19, Figura 3), n-acetil, n-propionile, n-formil-metil-anfetamina (20, Figura 3) e n-cianometil-anfetamina (21, Figura 3). Uno studio del 1999 ha confermato molti di questi prodotti pirolitici e ne ha identificati altri, tra cui furfuril-metil-anfetamina, 2-propenilbenzene, benzil-metil-chetossima, 3,4-diidro-2-naftaleone, n-formil-anfetamina, n-acetil-anfetamina e bibenzile, sebbene le identificazioni non siano state confermate da standard di riferimento.
Un lavoro pubblicato nel 2007 da Ely et al. ha utilizzato una pirospia analitica e ha identificato anfetamina, etilbenzene, 1-fenilpropene (22, Figura 3), toluene, stirene, efedrina, nor-efedrina e diversi metaboliti come prodotti pirolitici. Sono state valutate alcune miscele (con caffeina, lidocaina e benzocaina) senza differenze degne di nota nei prodotti pirolitici della metamfetamina. È stato segnalato anche il bibenzile, ma l'identificazione non è stata confermata da standard di riferimento.
Gli ultimi componenti elencati non hanno un effetto significativo sull'organismo del consumatore a causa delle quantità estremamente ridotte. Ad esempio, la sublimazione di 1 g di metanfetamina produce non più di 0,00001 g di efedrina e norefedrina, una quantità 1000 volte inferiore alla dose minima efficace. Probabilmente, durante la sublimazione si formano altre sostanze, ma in quantità talmente insignificanti che non è possibile identificarle in questa fase di sviluppo dei metodi di controllo.
Un lavoro pubblicato nel 2007 da Ely et al. ha utilizzato una pirospia analitica e ha identificato anfetamina, etilbenzene, 1-fenilpropene (22, Figura 3), toluene, stirene, efedrina, nor-efedrina e diversi metaboliti come prodotti pirolitici. Sono state valutate alcune miscele (con caffeina, lidocaina e benzocaina) senza differenze degne di nota nei prodotti pirolitici della metamfetamina. È stato segnalato anche il bibenzile, ma l'identificazione non è stata confermata da standard di riferimento.
Gli ultimi componenti elencati non hanno un effetto significativo sull'organismo del consumatore a causa delle quantità estremamente ridotte. Ad esempio, la sublimazione di 1 g di metanfetamina produce non più di 0,00001 g di efedrina e norefedrina, una quantità 1000 volte inferiore alla dose minima efficace. Probabilmente, durante la sublimazione si formano altre sostanze, ma in quantità talmente insignificanti che non è possibile identificarle in questa fase di sviluppo dei metodi di controllo.
Panoramica deiprodotti di pirolisi
L'anfetamina è uno stimolante del sistema nervoso centrale che, come la metanfetamina, si basa su un aumento del rilascio di catecolamine (dopamina, noradrenalina e serotonina) dalle terminazioni presinaptiche, che riduce la stanchezza, induce una sferzata di energia, riduce il bisogno di sonno e sopprime l'appetito.
Ilfenilacetone è una sostanza utilizzata per la sintesi di anfetamina e metanfetamina, nonché un metabolita inattivo di questi tensioattivi. Nell'organismo subisce l'ossidazione ad acido benzoico, la coniugazione con la glicina per formare acido ippurico, che viene escreto dai reni. Non ha un effetto psicoattivo evidente sull'organismo con questo metodo di utilizzo.
Ladimetilamfetamina è uno stimolante del SNC meno potente dell'anfetamina e della metamfetamina, con effetti simili. La N-formilmetanfetamina è una sostanza tossica che irrita la pelle e le mucose, provoca disturbi metabolici, tende ad accumularsi nell'organismo, causando disturbi mentali, lesioni organiche del sistema nervoso centrale. Si riduce a metanfetamina in ambiente acido.
La N-formilmetanfetamina è una sostanza tossica che irrita la pelle e le mucose, provoca disturbi metabolici, tende ad accumularsi nell'organismo, causando disturbi mentali, lesioni organiche del sistema nervoso centrale.Si riduce a metanfetamina in ambiente acido.
L'1-Pnilpropene è un agente cancerogeno e mutageno; non si accumula nell'organismo. L'inalazione frequente provoca il cancro ai polmoni.
LaN-cianometil-metanfetamina è un forte veleno, ha un effetto irritante locale sulla pelle e sulle mucose; nell'organismo viene metabolizzata in cianuri, che inibiscono la respirazione cellulare. Si forma solo quando la metamfetamina viene sublimata insieme al tabacco (ad esempio, quando si fuma una sigaretta con metamfetamina).
Ilfenilacetone è una sostanza utilizzata per la sintesi di anfetamina e metanfetamina, nonché un metabolita inattivo di questi tensioattivi. Nell'organismo subisce l'ossidazione ad acido benzoico, la coniugazione con la glicina per formare acido ippurico, che viene escreto dai reni. Non ha un effetto psicoattivo evidente sull'organismo con questo metodo di utilizzo.
Ladimetilamfetamina è uno stimolante del SNC meno potente dell'anfetamina e della metamfetamina, con effetti simili. La N-formilmetanfetamina è una sostanza tossica che irrita la pelle e le mucose, provoca disturbi metabolici, tende ad accumularsi nell'organismo, causando disturbi mentali, lesioni organiche del sistema nervoso centrale. Si riduce a metanfetamina in ambiente acido.
La N-formilmetanfetamina è una sostanza tossica che irrita la pelle e le mucose, provoca disturbi metabolici, tende ad accumularsi nell'organismo, causando disturbi mentali, lesioni organiche del sistema nervoso centrale.Si riduce a metanfetamina in ambiente acido.
L'1-Pnilpropene è un agente cancerogeno e mutageno; non si accumula nell'organismo. L'inalazione frequente provoca il cancro ai polmoni.
LaN-cianometil-metanfetamina è un forte veleno, ha un effetto irritante locale sulla pelle e sulle mucose; nell'organismo viene metabolizzata in cianuri, che inibiscono la respirazione cellulare. Si forma solo quando la metamfetamina viene sublimata insieme al tabacco (ad esempio, quando si fuma una sigaretta con metamfetamina).
Conclusioni.
1. Non fumare metamfetamina con il tabacco in nessun caso.
2. Nel caso in cui si fumi metanfetamina pura, è consigliabile far passare i vapori attraverso un liquido contenente un acido debole (succo di limone, di mela o di arancia, vino secco, ecc.) prima dell'inalazione. I gas vengono raffreddati in acqua e non danneggiano l'apparato respiratorio. Se si seguono queste raccomandazioni, l'inalazione di metanfetamina non è più pericolosa dell'uso intranasale o orale.
2. Nel caso in cui si fumi metanfetamina pura, è consigliabile far passare i vapori attraverso un liquido contenente un acido debole (succo di limone, di mela o di arancia, vino secco, ecc.) prima dell'inalazione. I gas vengono raffreddati in acqua e non danneggiano l'apparato respiratorio. Se si seguono queste raccomandazioni, l'inalazione di metanfetamina non è più pericolosa dell'uso intranasale o orale.
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