Fizykochemiczne badania leków homeopatycznych

Data publikacji: 22.6.2004   |  Autor: Prof. n. AM, dr hab. chem. Iwona Wawer

STRESZCZENIE

W ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie biologicznymi efektami stosowania leków w bardzo małych dawkach, w postaci bardzo rozcieńczonych roztworów oraz lekami homeopatycznymi. Dostarczenie naukowych dowodów na skuteczność Ieków homeopatycznych wymaga odpowiedzi na pytania: 1) czy w roztworach wodnych istnieją stabilne asocjaty molekuł (kIastery), 2) czy różnice pomiędzy homeopatycznie rozcieńczanymi roztworami są mierzalne, oraz 3) dlaczego tak mała dawka leku działa terapeutycznie? Obliczenia teoretyczne (ab Initio HF, symulacje Monte Carlo, dynamika molekularna) potwierdzają stabilność klasterów wody o różnej strukturze. Pomiary czasów relaksacji metod H NMR wskazują na modyfikacje struktury homeopatycznych roztworów kwasu azotowego skutkiem ich rozcieńczania i wytrząsania w szklanych naczyniach. Różnice w strukturze zamrożonych roztworów homeopatycznych LiCI i NaCI przejawiają się w widmach termoluminescencyjnych. Brak prostoliniowej zależności pomiędzy dawką a odpowiedzią złożonego układu biologicznego wyjaśnia teoria chaosu i termodynamika procesów nieIiniowych.

ABSTRACT

In recent years there has been increasing interest in the biological effects of very low doses of drugs, ultra-high dilutions and homeopathic drugs. The demand for scientific evidence in homeopathy has raised following questions: i) do stable water elusters exist, ii) are the differences between homeopathically diluted solutions measurable and iii) why such small doses act therapeutically? Modifications of water structure by solutes (molecules/ions of drugs) and succussion (ions from glassware, paramagnetic oxygen) were folIowed by nuclear magnetic resonance NMR (chemical shifts, T2 relaxation times) and thermany stimulated luminescence. Chaos theory can be applied to explain nonlinearity between dose and response of complex biological system.


1. WSTĘP

Homeopatia powstała ok. 200 lat temu, jej ideę można lapidarnie wyrazić jako "podobne leczy podobne, jednak logika stojąca za tym sposobem leczenia jest znacznie starsza. Leczenie podobieństwami, aby pobudzić siły obronne organizrnu, przewija się w historii medycyny od czasów starożytnych. Niewątpliwą zasługą jej twórcy, niemieckiego lekarza S. Hahnemanna było zgromadzenie dokumentacji toksykologicznej i ustalenie dawek dla wielu substancji i ekstraktów roślinnych. Po upływie dwustu lat jesteśmy w innym miejscu rozwoju nauki, powstały nowe metody diagnostyczne i badawcze, więcej wiemy o biologicznej aktywności poszczególnych związków chemicznych a badania naukowe zmierzają do ustalenia molekularnego obrazu choroby. Wiedza zgromadzona przez Hahnemanna w znacznej części zestarzała się, jednak z dzisiejszej perspektywy można podziwiać jego intuicję i znajomość ludzkiego organizmu. Zaskakujące, ale nie zestarzał się proponowany przez niego sposób leczenia polegający na indywidualnym podejściu do pacjenta i na zastosowaniu bardzo małych dawek leków.

Nowe dyscypliny naukowe i sposoby leczenia zazwyczaj na początku swego istnienia napotykają na sprzeciw środowiska. Aby przekonać oponentów należy zebrać dowody eksperymentalne i rozwinąć teorię, w przeciwnym razie metoda zostaje uznana za nienaukową i jest zapominana. Sądząc po dużym zainteresowaniu lekami homeopatycznymi wśród pacjentów i lekarzy na całym świecie, homeopatii nie grozi zapomnienie ale ciągle jeszcze jest na etapie uwiarygadniania się. Cechy charakterystyczne homeopatii powodują jednak, że jej weryfikacja jest trudnym procesem.

Indywidualne dobieranie leku, a zarazem "całościowe" traktowanie pacjenta utrudnia opracowanie procedur leczenia poszczególnych chorób jak i statystyczną ocenę skuteczności leczenia. Prowadzone są jednak badania kliniczne [1,2] oceniające skuteczność terapii homeopatycznych (randomizowane, wykonywane metodą podwójnej ślepej próby na odpowiednio dużej grupie pacjentów, w kilku ośrodkach itp.)., z których część pokazuje. że efekt jest większy niż placebo.

Przyczyną trudności jest też fakt. że w dawce leku homeopatycznego o bardzo wysokim rozcieńczeniu może być zaledwie kilka molekuł substancji czynnej. Kwestią wymagającą wyjaśnienia jest więc struktura molekularna i mechanizm działania takich preparatów. Jedną z interesujących hipotez jest tzw. "pamięć wody". Wprowadzenie molekuł leku powoduje odwzorowanie jego ładunków i geometrii na otaczających go molekułach wody. Założeniem tej hipotezy jest, że przy kolejnych rozcieńczeniach strukturalne uporządkowanie roztworu zostaje zachowane. lekiem jest więc cały roztwór wodny, a nie tylko wprowadzone do niego związki.

Bardzo duże rozcieńczenie leków homeopatycznych powoduje jednak, że do ich badania większość standardowych metod analitycznych nie jest przydatna, co zniechęca naukowców.

 

2. STRUKTURA WODY

Jest oczywiste, że dla poznania mechanizmów działania tych leków zasadnicze znaczenie ma znajomość struktury wody. Dwa istotne pytania, adresowane są głównie do fizykochemików:
1.    Czy w wodzie istnieją stabilne klastery (asocjaty, kompleksy molekularne z wiązaniami wodorowymi)?
2.    Czy są jakieś mierzalne parametry, które wykazują różnice przy kolejnych rozcieńczeniach?

Jak wiadomo, woda mimo pozornie prostej budowy molekularnej jest bardzo trudnym obiektem badawczym. Szereg jej właściwości zostało co prawda sparametryzowanych. ale do ich wyjaśnienia nie ma dobrego modelu teoretycznego [3]. Wiele anomalnych właściwości wody (np. kontrakcja przy topnieniu lodu, duża pojemność cieplna) wiąże się z różnicami w oddziaływaniach międzymolekularnych czyli w sposobie asocjacji. Każda z molekuł wody może utworzyć cztery wiązania wodorowe OH...O, najprostszy model struktury to czworościan z atomem tlenu w środku i ładunkami H (atomy wodoru) oraz pary elektronowe tlenu na wierzchołkach (kąt H-Q-H 109", odległość O..O 0.45nm). Takie upakowanie potwierdzają badania rentgenograficzne i neutronograficzne lodu. ale oprócz tetraedrycznego istnieje też lód o strukturze heksagonalnej czy kubicznej (w ośmiu postaciach polimorficznych). Można oczekiwać. że po stopieniu lodu jego regularne uporządkowanie zniknie, ale nie znikają przecież wiązania wodorowe ani kierunkowość oddziaływań. Wodę w fazie ciekłej można rozpatrywać jako chaotycznie poruszający się zbiór molekuł, w którym pływają większe lub mniejsze "lodopodobne" fragmenty.

W cieczy, gdzie mają miejsce bezładne ruchy molekuł, "struktura wody" jest charakteryzowana jako gęstość prawdopodobnieństwa znalezienia jednego z tlenów w określonej odległości od sąsiada. W wodzie ciekłej może zachować się tetraedryczny układ molekuł, co sugeruje liczba koordynacyjna 4.4, czyli 4 najbliższych sąsiadów w odległości ok. 0.3 nm. Jednak woda jest cieczą dynamiczną, oprócz dyfuzji całych molekuł (w 25 stopniach C czas korelacji tc=8ps, współczynnik samodyfuzji 0=2.5 x 10-9 m2/s) występuje też szybki (rzędu ps) transfer protonów we wiązaniach wodorowych. Ani dyfuzja translacyjna czy rotacyjna ani przeskoki protonów nie powodują zniszczenia struktury wody i dominacji jej monomerów. Rozerwane wiązania wodorowe są natychmiast odtwarzane, chociaż liczba wiązań wodorowych maleje np. ze wzrostem temperatury. Stabilność sieci wiązań wynika z tzw. efektu kooperatywnego, jej rozerwanie w jednym miejscu wymaga bowiem reorganizacji całego łańcucha. Obliczenia teoretyczne potwierdzają, że większe agregaty są trwalsze niż dimer, a więc bardziej prawdopodobne jest ponowne połączenie oderwanej molekuły z klasterem niż utworzenie dimeru z inną molekułą.

Metody spektroskopowe (widma NMA, lR i R) przekonują, że woda jest cieczą zasocjowaną ale położenie sygnałów (pasm) w widmie jest średnią ważoną różnych asocjatów. W widmach podczerwieni i Ramana można obserwować pasmo grup OH niezwiązanych wiązaniem wodorowym. Klastery wody (dimery i tetramery) zarejestrowano w trakcie desorpcji z zeolitu HZSM-5 (SVAI=13) x H2O [4]. Nie ma jednak eksperymentalnych dowodów na istnienie dużych asocjatów, np. dodekaedrów, o zdefiniowanej geometrii.

Problem struktury i stabilności klasterów wody jest intensywnie badany teoretycznie. Najwięcej obliczeń wykonano dla dimerów i trimerów (ze względu na ich niewielkie rozmiary), uwzględnienie większej liczby molekuł bardzo wydłuża czas obliczeń komputerowych. Obliczenia ab initio metodą HF SCF prowadzili Amerykanie w latach 1993-95. Stabilne okazały się cykliczne pentamery, były one podstawą do konstruowania większych struktur dodekaedrów (H2O)21 (H2O)22. Obliczenia wykonano też dla heksamerów, heptamerów j oktamerów [5].

Do badania jeszcze większych asocjatów stosuje się metody Monte Carlo dynamiki molekularnej. Przykładowo, analizowano napięcie powierzchniowe, współczynnik samodyfuzji, gęstość upakowania j pracę potrzebną do stworzenia klasterów złożonych z 64, 94,125,190, 256 i 512 molekuł wody przy pomocy dynamiki molekularnej [6].

Interesująca jest nie tylko struktura czystej wody, ale chyba bardziej struktura rozcieńczonych roztworów soli. Rozpuszczenie soli wywołuje dwa efekty: niszczenia struktury wody przez objętościowo duże jony oraz tworzenie sfery hydratacyjnej wokół jonów. Mechanizm rozpuszczania soli i trójwymiarowa struktura hydratacyjnych par jonowych byty badane metodami dyfrakcyjnymi oraz teoretycznie, przy zastosowaniu symulacji Monte Carlo [7]. Liczba hydratacyjna Li+ wynosi 6 lub 4 w zależności od stężenia roztworu ale pierwsza sfera hydratacyjna jest tak mocno związana z jonem Li, że nie tworzą się kontaktowe pary jonowe.

 

3. NMR A BADANIA PREPARATÓW HOMEOPATYCZNYCH

Jedną z metod, która dostarcza informacji o strukturze roztworów i ciał stałych, jest magnetyczny rezonans jądrowy. Jeśli próbkę wody włożymy między bieguny silnego magnesu to momenty magnetyczne jąder H oddziałują z polem magnetycznym. Wielkość oddziaływania zależy od rozkładu gęstości elektronowej wokół jądra dlatego metoda 1H NMR jest czuła zarówno na jej zmiany związane ze strukturą molekuły (wiązania chemiczne, konformacje) jak i na oddziaływania międzymolekularne. W widmie `H NMR wody widać pojedynczy sygnał protonów OH, jego położenie (przesunięcie chemiczne) zależy od temperatury, ciśnienia, ew. obecności soli i innych związków. Niewielki dodatek alkoholi powodował nieliniowe zmiany przesunięcia chemicznego, można to było wyjaśnić zmianami struktury wody pod wpływem zwiększających się rozmiarów fragmentu aIkilowego molekuły alkoholu [8]. Przesunięcie chemiczne sygnału wody jest średnią ważoną dla wszystkich asocjatów obecnych w roztworze, nie jest to więc parametr dostarczający istotnych informacji strukturalnych.

Ciekawsze okazały się wyniki pomiarów czasów relaksacji spinowo-spinowej, T2 i spinowo-sieciowej, T, [9] ponieważ procesy relaksacji też są powiązane z inter- i intramolekularnymi oddziaływaniami protonów a ich efektywność jest miarą odległości proton-proton. Inspiracją byty wcześniejsze badania procesów relaksacji w roztworach homeopatycznych, byty one powtarzane aby wyeliminować1artefakty eksperymentalne. Zmierzono T2 i T1, dla serii roztworów kwasu azotowego (nic-ac) o rozcieńczeniach od 1c do 25c, przygotowanych z wytrząsaniem i bez wytrząsania w naczyniach szklanych i kwarcowych. Zaskakujące, ale duże różnice w czasach relaksacji zmierzono dla roztworów w kapilarach o różnej średnicy, nasunęło to przypuszczenie, że jakąś rolę mogą odgrywać ścianki rurki pomiarowej. PowtarzaIne wyniki otrzymano dla serii roztworów przygotowywanych i wytrząsanych w naczyniach kwarcowych, różniły się one znacznie od tych otrzymanych w naczyniach ze zwykłego szkła sodowego. Efekt ten widać wyraźnie dla super czystej wody: pomiar T2 bez wytrząsania, daje 3500 ms w rurce szklanej i 2550 ms w kwarcowej. Jest oczywiste, że poprzez przechowywanie i wytrząsanie roztworów wodnych w naczyniach ze szkła sodowego do roztworu wymywane są jony, mikrocząstki krzemionki czy paramagnetyczne zanieczyszczenia, które mają wpływ na jego strukturę. Aby wyeliminować wpływ paramagnetycznego tlenu, który jest rozpuszczony w wodzie, roztwory po wytrząsaniu należałoby odgazować (jest to ogólnie przyjęta procedura przy pomiarach czasów relaksacji.)

Pomiary czasów relaksacji NMR okazały się więc bardzo czułym narzędziem do detekcji subtelnych zmian struktury roztworów, warto wykonać takie badania (w kwarcowych rurkach i po odgazowaniu roztworu) dla serii innych leków homeopatycznych. Jednak najpierw należałoby odpowiedzieć na kolejne pytanie: czy informacje uzyskane z pomiarów w rurkach kwarcowych i w beztlenowych warunkach będą istotne dla mechanizmu działania skoro leki homeopatyczne stosowane w terapii są wytwarzane w zupełnie innym środowisku. Nie ulega natomiast wątpliwości, że pomiary te zwracają uwagę na jakość wody używanej do produkcji leków homeopatycznych, w tym na zawartość w niej minerałów.

 

4.    TERMOLUMINESCENCJA

Termoluminescencja to świecenie stymulowane termicznie, zjawisko to jest wykorzystywane głównie w badaniach. kryształów. Aby wywołać luminescencję obiekt badań jest schładzany i aktywowany poprzez naświetlenie promieniowaniem UV, rentgenowskim, gamma czy np. wiązką elektronów. W materiale powstają defekty, pary elektron-dziura, które rekombinują po podgrzaniu, a emitowana energia (poświata) jest rejestrowana w postaci widma składającego się z charakterystycznych pików. Ich częstotliwość i intensywność jest źródłem informacji o strukturze badanego materiału. Obiektem badań mogą być ciecze po zamrożeniu w niskiej temperaturze, wykonano takie badania dla wody oraz ultra wysokich rozcieńczeń LiCI i NaCI [10]. Poświata termoluminescencyjna heksagonalnego lodu (H2O I D2O) napromieniowanych promieniami gamma (dawką 10kGy) w temperaturze 77K składa się z dwóch pików, przy czym intensywność światła pochodzącego od D2O jest większa niż pochodzącego od H2O i zmienia się w zależności od dawki. Jest prawdopodobne, że drugi z pików może być powiązany z siecią wiązań wodorowych lodu; aby to udowodnić wykonano identyczny eksperyment zamrażając roztwory elektrolitów. Wybrano LiCI, o którym wiadomo, że jego jony silnie zaburza strukturę wody i rzeczywiście, w emitowanym widmie roztworu o  stężeniu 0.1 M jeden z pików byt praktycznie nie zmieniony podczas gdy drugi z nich zniknął.

Interesujące wydawało się sprawdzenie, czy w cieczy mogą się zachować jakieś struktury charakterystyczne dla wyjściowego roztworu soli mimo, że zostaje on poddany serii kolejnych rozcieńczeń (aż do osiągnięcia „stężenia" rzędu 10-30g/cm3) oraz energicznemu mieszaniu.

Roztwory LiCI oraz NaCI o ultra wysokich rozcieńczeniach otrzymywane były w laboratoriach francuskiej firmy homeopatycznej Boiron, a proces rozcieńczania i wytrząsania próbek przebiegał identycznie jak przy produkcji leków homeopatycznych. Zamrożone próbki roztworów poddano napromienieniu w temperaturze 77K, a następnie rejestrowano ich poświatę. Poświata termoluminescencyjna każdej z próbek okazała się inna! Sugeruje to, że modyfikacje struktury wiązań wodorowych wody powodowane przez jony są specyficzne dla danej soli i pozostają charakterystyczną cechą roztworu. mimo super wysokiego rozcieńczenia i wytrząsania.

 

5.    HOMEOPATIA A TERMODYNAMIKA

Biologiczne efekty działania bardzo małych dawek leków stają się lepiej zrozumiale jeśli mechanizm ich działania rozpatrywać na poziomie receptorów komórkowych. Pokazano np., że serotonina działa pobudzająco na serce już w stężeniu 10-15 g/ml a izoprenalina przy 10-11 g/ml. Małe dawki często działają odmiennie niż duże; spotykanym mechanizmem jest pobudzanie czynności życiowych organizmu przez małe dawki podczas gdy duże lub lek długo stosowany tłumią te reakcje.

Materiał doświadczalny nagromadzony przez homeopatię, dotyczący efektów stosowania bardzo małych dawek, może się okazać cenny, jeśli zastosować do jego interpretacji teorię chaosu z termodynamiką procesów nieliniowych.

Problem w tym. że obecnie praktykująca generacja lekarzy miała na. studiach głównie procesy równowagowe, które można opisać linearnie, tzn. mały bodziec - mała reakcja. Duży bodziec - duży efekt. Tmczasem w przypadku złożonych systemów, niebędących w równowadze, takiej prostej zależności nie ma. Odwrotnie, nieliniowość odpowiedzi jest raczej regułą. Wiele procesów w organizmach żywych, zwłaszcza reguIowanych enzymatycznie, zachodzi w sposób cykliczny a ich charakterystyka jest dość złożona. Oscylacje stężeń reagentów często tworzą dynamiczny obraz, zwany atraktorem, którego przebiegi można przewidzieć stosując odpowiedni model matematyczny. Jest cechą takich układów, że bardzo mała zmiana któregoś z parametrów powoduje przejście w stan chaosu (lub utworzenie innego atraktora, np. charakterystycznego dla stanu choroby przewlekłej).

Nieliniowość zjawisk, zdolność, do samoregeneracji i dynamika, które cechują żywe organizmy powoduje, że w badaniach trzeba zastosować aparat pojęciowy i matematyczny teorii złożoności, teorii, chaosu czy teorii informacji. Jego konsekwencją są pojawiające się możliwości nowych eksperymentów [11] np. propozycja, aby w badaniach efektów małych dawek w pierwszym rzędzie uwzględnić „węzły" przekazujące informację oraz wykożystać możliwości chemii i fizyki kwantowej.

Niewielkie zainteresowanie homeopatią ze strony środowisk akademickich sprzyja alternatywnym wyjaśnieniom, np. z udziałem "sił tajemnych", Warto wtedy przypomnieć zasady termodynamiki (zarówno l-szą, mówiąca, że energia/materia nie powstają z niczego) jak i koncepcje termodynamiki ukladów dynamicznych działających w warunkach nierównowagowych stworzone przez Hit Prigogine`a (nagoda Nobla w 1977 r.).

 

Piśmiennictwo:

  1. Albrecht, van Wijk R, Dittloff S. A newdatabase on basic research in homeopathy. Homeopathy 2002. 91:162-185.
  2. Mathie RT. The research evidence for homeopathy: a fresh assessment ot the literature. Homeopathy 2003, 92:84-91.
  3. Frank F, Water; second edition, a matrix of life. RSC Paperbacks, Cambridge, UK, 2000.
  4. Olson DH, Zygmunt SA, Erhardt MK, Curtis LA, Iton LE. Evidence for dimeric and tetrameric water clusters in HZSM-5. Zeolites.1997, 18:347-349.
  5. Jensen JO, Krishnan PN, Burke LA. Theoretical study of water clusters. Chem. Phys. Letters 1995, 241:253-260; ibid. 1995, 246 1:13-19
  6. Brodskaya EN, Eriksson JC, Laaksonen A ,Rusanov AI. L.ocal structure and work for formation of water clusters studied by molecular dynamies simulations. J. Colloid Interiace Sci. 1996,180:86-97.
  7. Asada T. Nishimoto K. Monte Cario simulations of M+CI- (H2O)n (M=Li, Na) clusters and the dissolving mechanism of ion pairs in water. Chem. Phys. Letters 1995, 232: 518-523.
  8. Wawer I, Zenin SW. Wlijanije małych dobawok spirtow na strukturu wody Zhur. Fiz. Khim.USSR 1987 52:203-204
  9. Milgrom LR, King KR, Lee J, Pinkus AS. On the investigation of homeopathtic potencies using low resolution NMR 2 Relaxation times: an experimental and critical survey ot the work of Roland Cent et al. Br. Hom.J. 2001, 90:5-13,
  10. Rey L. ThermoIuminescence of ultra-high diIutions of lithium chloride and sodium chIoride. Physica A. 2003. 323:67-74,
  11. Bellavite P. Complexity science and homeopathy: a synthethic overview Homeopathy 2003, 92:203-212.

Inne artykuły tego autora

Zobacz także

11.1.2013

Autor: Robert Medhurst

Badania naukowe (cykl comiesięcznych artykułów)

Prezentujemy cykl artykułów prezentujących liczne dowody naukowe na działanie leków homeopatycznych. Ponieważ na polskich listach dyskusyjnych pojawiają się wpisy sceptyków wyrażających swoją niczym nie popartą opinię, że homeopatia nie działa - im właśnie w sposób szczególny dedykujemy ten cykl.

czytaj dalej »