Cianuro una sustancia mortal, química del envenenamiento por cianuro.

Muchos conocemos el cianuro y su fama por ser una sustancia letal especialmente por las películas o novelas donde es usado para realizar asesinatos y en píldoras de suicidio usadas por espías y soldados de la Alemania nazis cuando eran capturados. Cualquiera sea el caso siempre se manifiesta su gran poder toxico causando la muerte prácticamente al instante, pero ¿porque es tan letal?. En este post les explicare químicamente que es el cianuro, como afecta al cuerpo humano, los síntomas típico y el tratamiento en casos no letales.

Figura 1. Cianuro sustancia mortal.

¿Qué es el cianuro?

El cianuro es una sustancia química compuesta por un átomo de carbono y uno de nitrógeno unidos por un enlace triple como se muestra en la figura 2. Por lo general el cianuro o grupo ciano como también es conocido, se encuentra formando parte de otras sustancias químicas, tanto orgánicas como inorgánicas. En sustancias inorgánicas el grupo ciano se encuentra unido a otros átomos por atracciones electroestáticas es decir por enlaces iónico, por ejemplo, las sales de cianuro de sodio (NaCN), cianuro de potasio (KCN) y el cianuro de hidrógeno (HCN) también conocido como ácido cianhídrico. En sustancias orgánicas este grupo se une por enlaces covalente formando cientos de compuesto conocidos como nitrilos, por ejemplo, el acetonitrilo (CH₃CN).

Figura 2. Molécula del ion cianuro.

No todas las sustancias que posean el grupo ciano en ellas resultan ser altamente toxica. Como el grupo ciano no se libera fácilmente cuando está unido por un enlace covalente como lo es el caso de los compuestos orgánicos, estos resultan ser de gran manera mucho menos tóxicos que los compuestos inorgánicos. Estos últimos en general son sales que se solvatan fácilmente y el ion cianuro se libera, de manera que interacciona o reacciona de forma mucho más fácil con otras sustancias químicas.

¿Cómo ocurre el envenenamiento por cianuro?

El cianuro o ion cianuro genera un sofocamiento celular debido a la inhibición de las funciones de la enzima citocromo c oxidasa que este genera, evitando así que las células utilicen el oxígeno presente para completar sus ciclos biológicos.

La citocromo c oxidasa o complejos IV, es la última enzima en la cadena respiratoria transportadora de electrones de la mitocondria celular, como se muestra en la figura 3. Su principal función es convertir el oxígeno molecular (O₂) en agua (H₂O) y ayudar a mantener el potencial de la membrana mitocondrial por la liberación protones.

Figura 3. Cadena respiratoria transportadora de electrones de la mitocondria celular.

Químicamente lo que ocurre con la presencia del ion cianuro, es la coordinación de este al átomo central de hierro en la citocromo C oxidasa. Esto se produce por la diferencia de fuerza que existe entre los ligandos [CN]^- y O₂. Como el ion cianiuro es mas afín al centro metálico desplaza al oxigeno molecular de forma irreversible lo cual evita que la citocromo C oxidasa cumpla con su trabajo, el cual es el transporte de electrones hacia el oxígeno molecular para reducirlo a agua y completar la cadena de transporte de electrónes en la respiración aeróbica celular.

Sin la habilidad de la citocromo C oxidasa de usar el oxígeno, la mitocondria no puede producir la molécula transportadora de energía llamada trifosfina de adenosina o ATP por sus siglas en ingles. Por tanto, Los tejidos que necesita esta forma de energía, como las células musculares del corazón y las células nerviosas, rápidamente consumen toda su energía y comienzan a morir. Cuando una suficiente cantidad de células criticas mueren, entonces el ser vivo muere.

¿Cuales son las fuentes de cianuro?

Si bien es conocido que el cianuro ha sido usado como arma química en diversos conflictos bélicos mundiales y que se genera como desecho en diversos procesos industriales como en la minería de oro, lo cierto es que por increíble que parezca estamos continuamente en contacto con este tipo de sustancia. Diversas frutas y plantas producen compuestos lo cuales contiene cianuro conocidos como glucósidos cianogénicos. Estas sustancias son toxinas usadas como mecanismo de defensa por las plantas contra mamíferos que ingieren las plantas o a sus frutos como alimento. Los glucósidos cianogénicos estructuralmente son glucósidos de 2-hidroxinitrilos que puede ser hidrolizados por una enzima beta-glucósidasa formándose cianohidrina, liberando la molécula de glucosa. La cianohidrina formada es inestable y se disocia liberando cianuro de hidrógeno o ácido cianhídrico. Este proceso se muestra de forma general en la figura 4.

Figura 4. Hidrólisis del glucósido cianogénico.

Los glucósidos cianogénicos se encuentran presente en una gran variedad de plantas como bambú, soja, yuca, etc; y en semillas de frutas tales como en los duraznos, las cerezas, las ciruelas, la manzana, etc. Incluso, se estima que consumir alrededor 40 o 50 semillas de manzana son suficientes para causar la muerte de un adulto debido a los altos contenidos de glucósido cianogénico.

Síntomas del envenenamiento por cianuro.

Los síntomas que se presenta por el envenenamiento por cianuro son similares a otras condiciones generadas por la exposición a diversas sustancias químicas por lo que no se le deben atribuir estos síntomas solo al envenenamiento por cianuro.

• Síntomas inmediatos a baja dosis: Dolor de cabeza, mareos, debilidad, confusión, fatiga y perdida de coordinación.

• Síntomas de exposición a altas dosis: baja presión arterial, pérdida de consciencia, convulsiones, disminución del ritmo cardíaco, falla respiratoria, coma y muerte.

La muerte de la persona usualmente es el resultado de fallas respiratorias o daño al corazón. Otra característica única es que la piel de la persona expuesta se torna azul oscuro por la coordinación del cianuro al hierro o roja debido a los altos niveles de oxígeno en la sangre como se muestra en la imagen 5.

Figura 5. Coloración de la piel de un paciente envenenado por cianuro.

Tratamiento contra el envenenamiento por cianuro.

El tratamiento solo es posible cuando la exposición ha sido a bajas dosis. Normalmente el cuerpo humano tiene la capacidad de desintoxicarse de bajas cantidades de cianuro, como es el caso cuando el cianuro es consumido en las semillas de frutas o el proveniente de los cigarrillos y combustión de diversos hidrocarburos. Pero cuando el grado de cianuro supera lo que el cuerpo puede asimilar se necesita un tratamiento.

En la actualidad el antídoto estándar para el envenenamiento por cianuro consiste en inhalar pequeñas dosis de nitrito de amilo, seguido por el suministro vía intravenosa de nitrito de sodio y por último el suministro tiosulfato de sodio de igual forma por vía intravenosa. El objetivo de estas sustancias es oxidar el hierro presente en la hemoglobina de su estado ferroso a férrico es decir de un estado de oxidación Fe²⁺ a Fe³⁺ convirtiendo la hemoglobina a metahemoglobina. El ion cianuro es más afín al hierro en su estado férrico por lo que el ion cianuro se coordina a la metahemoglobina permitiendo a la citocromo C oxidasa cumplir su función.

Muerte rápida y dolorosa.

A pesar de que el cianuro es un veneno muy toxico y mata a una persona en pocos segundos o minutos, el hecho es que los pocos segundos que le tome a la persona quedar inconsciente por efectos del cianuro serán los segundos más dolorosos de su vida.

La principal sensación que sentirá una persona por la privación del oxígeno en las células es una sofocación intensa y la falta de aire. Debido a que el cianuro destruye la habilidad de las células de utilizar el oxígeno para producir energía, las células son forzadas a usar un sistema ineficiente de respaldo en un intento de superar los niveles críticos de energía. Un subproducto generado por este sistema es el ácido láctico, la cantidad de este ácido incrementa en la célula, creando una condición muy dolorosa conocida como acidosis. Este tipo de dolor es similar al dolor que acompaña una actividad física intensa o un ataque al corazón. Además, se originan espasmos musculares muy fuerte, causando el arqueo de la espalda como un puente colgante con la energía suficiente para comprimir las vértebras y en algunos casos origina la fractura de las mismas, algo similar ocurre con las extremidades donde los espasmos causan movimientos innaturales y muy dolorosos.

Espero que este post sea de utilidad e interés, saludos.

Referencias

1. Cyanide
2. Cyanide poisoning
3. Cytochrome c oxidase
4. Heather B., Li L., Krishnan P., Joseph L. y Gary E., (2008). “Interaction of Cyanide and Nitric Oxide with Cytochrome c Oxidase: Implications for Acute Cyanide Toxicity”. Toxicological Sciences, 111, 101-111.
5. Eraldo A., Maurizio B., Colin G., Bo M., y Giacomo R., (2005). "The Interaction of Cyanide with Cytochroine Oxidase". European Journal of Biochemistry, 2 (23), 396 - 400.