Fragments of Disaster Medicine IV. Radicals in our nature and the nature of radicals

Abstract

In unserer industrialisierten Gesellschaft leiden zunehmend Menschen aller Altersgruppen unter rezidivierenden Allergien und Entzündungen. So sind ungeachtet unserer Hochleistungsmedizin intrinsisches (also nicht allergisches sowie oft Infekt-behaftetes) Asthma und obstruktive Atemwegserkrankungen (COPD) mit ihrer erheblich höheren Mortalität aktuell stark vertreten. Welchen Beitrag liefern dabei Luft- und Umwelt- verschmutzung? Wie wirkt sich die Erderwärmung mit absehbar katastrophalen Szenarien auf unsere Gesundheit aus? Risikofaktoren und Auslöser inflammatorischer Vorgänge sind neben Bakterien altbekannte aber auch neuartige, pandemisch wirkende Viren. Um Entzündungen zu verstehen, sind neuere biologisch-chemische Grundlagen einzubeziehen: Reaktive freie Radikale werden dabei eine Rolle spielen. Sie heißen „Oxidantien“, wenn sie an ein Molekül als „Antioxidans“ andocken, ein Elektron aufnehmen oder eines seiner Atome abspalten. Kleine reaktive Radikale bewegen sich diffusionskontrolliert und attackieren am Zielort auch biologische Moleküle. Schnelle, schädigende Austauschreaktionen sind im Gewebe oft reparierbar. Überwiegen die aggressiv oxidativ agierenden Teilchen jedoch die Mechanismen der antioxidativen Kompensation, so entwickelt sich eine Entzündung. Reduktion und Oxidation sind lokal nicht gleich wahrscheinlich. In manchen Molekülen bestehen für Radikalreaktionen bevorzugte Segmente als „funktionelle Gruppen“. An ihnen können freie Radikale zu weniger reaktiven Molekeln dimerisieren oder passager größere Addukte bilden. Um zu Beginn schwerer Entzündungsprozesse reaktive Spezies abzufangen, sind funktionelle Gruppen medikamentös nutzbar. - Warum wird das oft nicht erkannt? - Naturwissenschaftliche Fächer sind bisher von älteren Vorstellungen zur chemischen Bindung geprägt. Darin dominieren mit kontinuierlichen Übergängen polare bis ionische Strukturen. Das Auffüllen und Entleeren der äußeren Elektronenschalen von Reaktanden gemäß einer Edelgaskonfiguration (Oktettregel) ist Bestandteil der Lehre. Freie Radikale haben in diesem Denken keinen Platz. Doch die Bindung der Atome in Molekülen allein aus heteropolaren, elektrostatischen Salzstrukturen und der Theorie ihrer elektrolytischen Dissoziation in Lösung ist mit quantentheoretischen Berechnungen nicht vereinbar.

Some knowledge of chemistry seems necessary again to understand the fragments of disaster medicine. A special case for the connection of the two atoms A and B is the heteropolar ionic compound A+B-. Its electrolytic dissociation in solution was established by S. Arrhenius and its crystalline structure was perfected by W. Kossel with the octet rule, that means: In polar bonds atoms try to arrange their outer bond electrons similar to outer noble gas shells. On the other hand, however, a covalent bond consisting of atoms A and B is verified by quantum chemical calculations, even if this bond in A-B showed a certain polarity before: Each bond break yields uncharged fragments of reactive free radicals. They are fundamental to understanding of becoming and decay, diseases, pandemics, catastrophes and the recognition of changes in the environment, in the atmosphere as well as global warming. Kossel ́s binding theory had a strong influence on the development of chemistry in Germany. However, it does not provide a space for the existence of free radicals, nor does it provide an adequate environment for homolysis and homo-synthesis in the world of biology. Moreover Kossel ́s theory collocated polar and ionic structure from experimental synthetic chemistry into physiological processes, which are exactly impossible there for thermodynamic reasons.