Овладение секретами современной химии позволит овладеть многими актуальными и востребованными профессиями. Знание химии дает возможность работать в области медицины, фармакологии, биохимии и биофизики, молекулярной биологии, геологии… Химия — это ключ к успешному будущему: знания, полученные от репетитора по химии в Кемерово, помогут овладеть достойной профессией и найти свое место в жизни.
Большинство современных исследований проводится «на стыке наук», и для того, чтобы получить ответы на поставленные вопросы, привлекаются ученые разных специальностей: биологи, физики, и, конечно, химики. Роль химии следует подчеркнуть особо: благодаря развитию этой науки удалось открыть многие тайны живого мира. Исследователи изучили роль гормонов и ферментов, создают все новые и новые синтетические лекарственные средства, выяснили многие механизмы функционирования клетки… Перечислять можно бесконечно. Очевидно одно: без химии развитие современной науки о живой природе и медицины немыслимо. Химия и медицина: нерушимый союз
М.В. Ломоносов говорил: «Медик без довольного познания химии совершенен не может». Эти слова актуальны и по сей день. Создание синтетических лекарств считается одним из важнейших достижений науки ХХ века. Многие заболевания, ранее считавшихся неизлечимыми, перешли в категорию излечимых. В VI веке миллионы жизней уносила чума, в начале ХХ века тысячи людей погибли от гриппа. Благодаря современным лекарствам, созданным благодаря усилиям химиков и фармацевтов, этих жертв удалось бы избежать.
Синтетическая органическая химия начала развиваться в середине XIX века. Появились многочисленные искусственные красители, ароматические соединения и лекарственные препараты. Прародителем химиотерапии, то есть лечения заболеваний при помощи искусственно созданных лекарств, считается врач из Германии Пауль Эрлих, в 1891 году предложивший лечить малярию при помощи красителя метиленового синего. Этот препарат оказалось менее эффективным, чем хинин: прославился Эрлих благодаря созданию сальварсана — искусственно синтезированного препарата для лечения сифилиса. В настоящее время разработаны тысячи синтетических лекарственных препаратов, при помощи которых удается возвращать здоровье пациентам, которые всего несколько десятков лет назад считались безнадежными.
Однако не менее важно и знание неорганической химии, ведь многие современные лекарства имеют неорганическую природу. К тому же, организм человека довольно чутко реагирует на недостаток или избыток химических элементов:
онкологические заболевания связаны с изменениями содержания в организме цинка;
недостаток марганца приводит к болезням сердца;
никель влияет на процесс свертывания крови;
при недостатке кальция возникают заболевания опорно-двигательного аппарата.
В ХХ веке продолжительность жизни людей выросла в два раза. Во многом это связывают с использованием инновационных препаратов, созданных с участием химиков: в сто раз снизилась смертность от туберкулеза, в 10 раз — от гриппа, от атеросклероза — в 6 раз.
Химия — наука, которая еще долго не утратит своей актуальности. Благодаря химии человечеству удалось достигнуть многих успехов. В будущем роль химической науки будет лишь возрастать: работа «на стыке» дисциплин оказалась на редкость плодотворной.
Фото: wits.ac.za
Ни для кого не секрет, что химия в медицине имеет первостепенную задачу. Эта наука усовершенствует уже существующие препараты, предназначены для лечения. Организм человека – удивительный механизм и для его нормального функционирования нужно подбирать только качественные препараты. К самым популярным средствам относятся:
болеутоляющие;
снотворные;
антибактериальные;
химиотерапевтические;
витамины.
Все люди принимают лекарства для устранения того или иного симптома, а также для полного излечения от недуга.
Каждый периодически сталкивается с приемом болеутоляющих средств. По химической структуре их условно можно разделить на две категории: производные салициловой кислоты и пиразолона. Все эти вещества имеют три принципа действия:
анальгезирующие;
противовоспалительные;
жаропонижающие.
Салицины блокируют болевой импульс, тем самым снимая неприятные ощущения. Жаропонижение происходит за счет ингибирования соединений влияющих на терморегуляцию. Эти процессы обеспечивают качественную работу всего организма.
Химия в медицине как наука
Химия в медицине как наука способна объяснить большинство процессов протекающих в организме человека при приеме разного рода веществ.
Принцип действия снотворных напоминает влияние наркотических веществ на центральную нервную систему. Все эти препараты имеют различные сроки действия на организм. Это:
длительное;
среднее;
короткое.
Большое количество снотворных – производные барбитуриновой кислоты. Сама по себе она не оказывает влияния на организм человека. Наиболее маленькие дозы применяемых барбитуратов приостанавливают скорость реакции нервной системы на действие внешних раздражителей. Это важно учитывать людям, которые работают на сложных механических установках и автомобилях.
Антибактериальные средства применяются для лечения инфекций. К ним относится два типа препаратов: сульфаниламиды и антибиотики. Эти препараты всегда пользуются большим спросом, ведь за достаточно короткие сроки они способны уничтожить все патогенные микроорганизмы, тем самым обеспечивая нормальную жизнедеятельность человека.
Важно помнить, что при незаконченном лечении, у микроорганизмов появляется «иммунитет» на этот вид антибиотика. В случае повторного приема, пациент не получит желаемого результата. Химия в медицине повсеместно помогает большинству людей за короткие строки стать на ноги. Ее влияние значительно.
На ежегодной выставке «Химия» будут присутствовать ведущие специалисты отрасли, которые расскажут о новинках и последних тенденциях в развитии данной промышленности.
Читайте другие наши статьи:
Лакокрасочные материалы
Поставщики бытовой химии
Измерительные приборы
Оба тиреоидных гормона, Т3 и Т4, ускоряют реакции во всех клетках органов и тканей тела, в том числе увеличивают основной обмен, потребление кислорода, способствуют расщеплению глюкозы и жиров, повышают активность ферментов, стимулируют синтез белка, рост и дифференцировку тканей, влияют на состояние нервной и сердечно-сосудистой систем, печени, почек, других органов — в организме не так уж много гормонов, обладающих таким широким спектром действия! Более того, тироксин усиливает действие других гормонов — инсулина, адреналина, глюкокортикоидов. Поэтому поддерживать постоянный уровень Т3 и Т4 в организме жизненно важно.
Для профилактики гипотиреоза проводят мероприятия по дополнительному введению иода в рацион населения. Самый распространенный метод — иодирование поваренной соли. Обычно в нее добавляют иодид калия — примерно 25 мг на 1 кг. Однако KI во влажном теплом воздухе легко окисляется до иода, который улетучивается. Именно этим объясняется малый срок хранения такой соли — всего шесть месяцев. Поэтому в последнее время иодид калия заменяют иодатом KIO3. Кстати, это вовсе не тривиальная задача для технологов — равномерно распределить очень малое количество иода в большом объеме соли.
Помимо поваренной соли иод добавляют в витаминные смеси. Есть и такая пищевая добавка, как иодказеин. Это органическое соединение — иодированный молочный белок. Его уникальность в том, что при недостатке иода печень вырабатывает ферменты, которые расщепляют молекулы иодказеина, и высвобожденный иод всасывается в кишечнике. Если же иода в организме достаточно, то эти ферменты не вырабатываются и иод выводится из организма вместе с белком, таким образом, опасность передозировки исключается. Помимо прочего, иодказеин не распадается при высокой температуре, поэтому его можно использовать для выпечки хлеба. Для обогащения тонны хлеба иодказеином достаточно всего лишь пяти граммов белка. Суточная норма иода содержится в 250 г такого хлеба для взрослого и 100 г для ребенка.
Иодированные продукты не нужны тем, кто потребляет достаточно иода с пищей и водой. Потребность в иоде для взрослого человека мало зависит от пола и возраста и составляет примерно 150 мкг (0,15 мг) в сутки (однако она возрастает при беременности, усиленном росте, охлаждении). В большинстве пищевых продуктов иода очень мало. А вот рыба, особенно морская, богата иодом: в сельди и горбуше его 40–50 мкг, в треске, минтае и хеке — до 160 (в расчете на 100 г сухого продукта). Намного больше иода в печени трески — до 800 мкг, но особенно много его в бурых морских водорослях — «морской капусте», она же ламинария: до 500 мг! В нашей стране ламинария растет в Белом, Баренцевом и Охотском морях.
Кое-что про антибиотики
Все знают, что в названии «витамин С» буква С читается как русская «ц». Видимо, по аналогии название некогда распространенного антибиотика грамицидина С также произносят «грамицидин це». Однако это неверно: буква С в этом названии должна произноситься как «эс», от слова «советский» (можно встретить и написание «грамицидин S».) История появления этого лекарственного средства, как и многих других антибиотиков, интересна и драматична.
Когда говорят «антибиотик», чаще всего вспоминают пенициллин. Его открытие в середине ХХ века знаменовало собой новую эпоху в борьбе с болезнетворными микроорганизмами. Однако мало кто знает, что еще в начале 70-х годов XIX века врач и публицист Вячеслав Авксентьевич Манасеин и дерматолог Алексей Герасимович Полотебнов установили антибактериальные и лечебные свойства зеленой плесени. Но несовершенство химических методов не позволило в то время выделить из плесени действующее начало. В 1928 году шотландский бактериолог и биохимик Александер Флеминг (он приобрел известность еще в 1922 году благодаря открытию фермента лизоцима, см. «Химию и жизнь», 2011, № 1) заметил, что оставленная им на несколько дней культура стафилококковых бактерий покрылась плесенью. Вместо того чтобы выбросить испорченный препарат, Флеминг начал внимательно его разглядывать: он заметил, что вокруг каждого пятнышка плесени располагаются чистые области, где культура бактерий исчезла. Он понял, что в этих областях присутствует какое-то вещество, выделяемое плесневыми грибами, которое обладает сильным антибактериальным действием.
Так Флеминг открыл пенициллин. Это название происходит от рода грибов Penicillum (их около 250 видов). Флеминг использовал активный раствор пенициллина для лечения ран, но выделить действующее начало в чистом виде ему тогда не удалось: антибиотик быстро терял свои свойства при любых попытках его выделения и очистки. Справедливости ради следует сказать, что в 1985 году в архивах Лионского университета была найдена диссертация рано скончавшегося студента-медика Эрнста Августина Дюшена, в которой за сорок лет до Флеминга подробно охарактеризован открытый автором препарат из плесени Penicillium notatum, активный против многих патогенных бактерий.
Чистый препарат получил лишь десятилетие спустя английский биохимик Эрнст Борис Чейн, немец по происхождению, эмигрировавший из Германии в 1933 году. Он применил необычную для того времени методику сублимационной сушки: водный раствор препарата был заморожен до –40°C и при этой температуре из него в вакууме испарился лед. Полученные таким способом кристаллы пенициллина оказались стойкими и сохраняли свое действие в течение длительного времени.
Исследовал терапевтические свойства очищенного пенициллина и впервые применил его в лечебных целях английский патолог австралийского происхождения Говард Уолтер Флори. Ученые, открывшие и выделившие пенициллин в чистом виде, приобрели всемирную известность: Флеминг и Флори были удостоены звания пэра Британии, стали членами научных обществ и академий разных стран, а Флори был также награжден золотой медалью имени М. В. Ломоносова АН СССР. Флеминга даже избрали почетным вождем племени кайова в Северной Америке. В 1945 году Флеминг, Чейн и Флори получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
В СССР исследования микробиолога Зинаиды Виссарионовны Ермольевой (в будущем — академика АМН) увенчались в 1942 году выделением пенициллина из плесени Penicillum crustorum. После войны по разработанному Ермольевой методу было организовано производство пенициллина на заводах в разных городах страны. Ермольева также первой получила отечественный стрептомицин (в 1947 году), интерферон и некоторые другие препараты.
В годы войны в работу включился американский микробиолог Зельман Ваксман. С помощью разработанных им методов он предпринял поиск микроорганизмов, вырабатывающих антибиотики (именно он ввел в употребление термин «антибиотик», от греческого слова bios — жизнь и приставки anti, означающей «противодействие»). В 1943 году он выделил из актиномицетов вида Streptomyces griseus новый антибиотик стрептомицин, который обладал широким спектром антимикробного действия. Этот препарат оказался весьма эффективным в отношении микобактерий туберкулеза, а также большинства грамотрицательных и некоторых грамположительных микроорганизмов. Стрептомицином лечили бруцеллез, чуму, другие тяжелые болезни, против которых до этого не существовало специфических средств терапии. Особенно впечатляющим было действие стрептомицина на больных туберкулезным менингитом, который ранее в 100% случаев заканчивался смертью больного в течение 20 дней.
В 1942 году из культуры бактерий, обитающих на огородных почвах Подмосковья, Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражниковой был выделен первый оригинальный отечественный антибиотик, который назвали грамицидином С. Биохимики А. Н. Белозерский (будущий академик, вице-президент Академии наук) и Т. С. Пасхина показали, что грамицидин С — белок. Чтобы установить его строение, необходимо было серьезное химическое исследование. В рамках тогдашнего сотрудничества союзников Минздрав СССР в 1944 году передал образец нового антибиотика в дружественную Великобританию, в Листеровский медицинский институт (Лондон). Там им занялся известный биохимик Ричард Синг. Вместе с группой коллег из города Лидса Синг выяснил, что грамицидин С — весьма необычный белок: его молекула не линейная, а циклическая. Оказалось также, что это очень простой белок, так как он содержит всего пять различных аминокислот, причем каждая из них повторяется в цикле дважды (для сравнения: яичный альбумин, основной компонент яичного белка, содержит 20 разных аминокислот, а его молекулярная масса в десятки раз больше, чем у грамицидина). Среди тех, кто занимался анализом кристаллической структуры грамицидина С, была Маргарет Тэтчер, будущий премьер-министр Великобритании, незадолго до этого защитившая диссертацию по химии.
Поскольку микроорганизмы вырабатывают устойчивость к антибиотикам, приходится постоянно изыскивать все новые и новые препараты, а также модифицировать их или полностью синтезировать (так называемые полусинтетические и синтетические антибиотики). В настоящее время описано более шести тысяч только природных антибиотиков различного происхождения (из бактерий, грибов и актиномицетов). Однако широко применяется только сотая их часть. Кроме них, известно более 100 тысяч (!) полусинтетических антибиотиков, однако лишь немногие из них обладают всем комплексом нужных свойств. При определении их эффективности учитывают не только антимикробную активность, но и скорость развития резистентности к ним микроорганизмов, степень проникновения действующего вещества в очаги поражения, возможность создания и поддержания в течение необходимого времени терапевтических, но безопасных концентраций в тканях больного и т. д.
Большинство антибиотиков получают микробиологическим синтезом с помощью специально разработанных питательных сред. Основные их производители — грибы актиномицеты, плесневые грибы и бактерии. Природные антибиотики, в том числе бензилпенициллин, цефалоспорин, рифамицин, используют главным образом для получения полусинтетических производных. Чисто синтетических антибиотиков немного. К ним относится широко известный левомицетин. По своему строению антибиотики принадлежат к самым разным классам химических соединений: среди них можно найти аминосахара, антрахиноны, гликозиды, лактоны, феназины, пиперазины, хиноны, пиридины, терпеноиды… Неудивительно, что антибиотиков известно так много. Вероятно, в будущем новые антибиотики с заранее заданными свойствами станут создавать в основном методами генной инженерии.
ГАОУ СПО СО Саратовский областной базовый медицинский колледж
РЕФЕРАТ по дисциплине «Химия» на тему:«Химия и медицина»
Выполнили: студентки 512 группы
Герасимова С.А.
Брежнева В.И.
Саратов 2014
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. БОЛЕУТОЛЯЮЩИЕ (АНАЛЬГЕЗИРУЮЩИЕ) СРЕДСТВА
2. СНОТВОРНЫЕ СРЕДСТВА
3. ВИТАМИНЫ
4. КОНТАКТНЫЕ ЛИНЗЫ ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когда медики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто довольно успешно справлялись с болезнями.
Человек тысячами нитей связан с окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена, когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта истина уже была усвоена врачами.
В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину и часто врач, и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу о сурьме («триумфальная колесница антимония»), предлагал ее для избавления от всех болезней, хотя этот элемент – аналог мышьяка – ничего, кроме вреда, не мог принести страждущим.
Случайные удачи химиков и использование народного опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда не прерывались. В XV веке Теофраст Парацельс опроверг учение о пневмах, но тут же заменил их не менее таинственным «археем», не имеющим материальной природы, но подчиняющим себе материю. Эти фантастические «теории» были скоро забыты, но практическая врачебная деятельность Парацельса оказалась продуктивной. Он исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу ятрохимии – науки о применении определенных химических соединений для лечения болезней. Правда, рецепты Парацельса вызвали бы у современных врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через четыре сотни лет.
В XIX веке прогресс теоретической химии, великие открытия М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии, стимулированные сознанием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитие клеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и способствовали появлению плодотворных идей.
Блестящим выражением новых идей оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма – микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные инфекционные заболевания. При этом речь шла не о специальном подборе веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были заложены основы гигиены – области, в которой пути химии и медицины сошлись с великой пользой для человечества.
Химия помогла медицине справиться с опасными врагами – микробами, которых, собственно, еще никто как следует не знал, а многие вообще не признавали.
Английский хирург Д. Листер с большим успехом применил растворы фенола (карболовой кислоты) для дезинфекции тканей во время операций; П. Кох пользовался растворами хлорной ртути (сулемы), и только в 1909 году Стреттон открыл дезинфицирующие свойства растворов йода в спирте.
Все эти средства, хотя и помогли хирургам спасти сотни тысяч жизней оперированных ими больных, все же не решали задачу борьбы с инфекционными заболеваниями. Во-первых, дезинфицирующие средства влияли только на окружающую человека среду. Операция и послеоперационный период были менее опасными, но больной не избавлялся от тех микробов, которые уже проникли в организм. Во-вторых, йод, сулема, карболовая кислота и другие дезинфицирующие вещества иногда губили клетки организма, а погибшие ткани способствовали росту микробов. Поэтому, несмотря на все несомненные успехи методов дезинфекции, оставалась задача создания таких соединений, которые разрушали бы только микробные клетки.
К началу XX века органическая химия и методы химического синтеза достигли такого уровня, что химики уверенно перестраивали молекулы органических соединений и могли синтезировать сложную молекулу по заданной формуле.
Немецкий ученый П. Эрлих – один из основоположников химиотерапии – был убежден, что, изменяя структуру молекулы, можно найти такие соединения, которые будут специфически влиять только на клетки возбудителей инфекционных болезней, легко проникая в них и действуя достаточно быстро.
П. Эрлих проявил исключительное упорство в трудной работе по исследованию ряда мышьяковистых соединений. Было синтезировано и изучено более шестисот соединений, прежде чем удалось получить препарат под номером 606 (сальварсан), обладающий высокой лечебной активностью. Это было в 1909 году, а в 1912 году в лаборатории П. Эрлиха синтезировали вещество, имевшее номер 914 (неосальварсан), оказавшееся еще более действенным и менее токсичным «Волшебными пулями» называли молекулы сальварсанов – они, попадая в ткани организма, поражали только микробов. Это было громадным достижением и открывало важнейшие перспективы перед новой наукой – химиотерапией.
Число побежденных болезней долгое время оставалось очень небольшим, и острые инфекции продолжали угрожать человеку. Однако врачи опытным путем нашли еще один путь борьбы с ними – создание иммунитета (невосприимчивости к болезни посредством введения в организм специальных сывороток, полученных из тканей животных, перенесших заболевание). Так удавалось бороться с оспой, дифтерией, бешенством, так и сейчас справляются с полиомиелитом, холерой, столбняком, укусами змей и т. п. Но ученые долгое время не могли объяснить, как именно и почему возникает иммунитет. Только в наши дни удалось немного приподнять завесу над химическими тайнами иммунитета – только приподнять, не более! Это одна из труднейших и многообещающих задач химии ближайшего будущего.
Про химию и медицину можно писать бесконечно, но объём работы ограничен, поэтому в этом реферате мы рассмотрели только те вопросы, которые были особенно интересны для нас.
1. БОЛЕУТОЛЯЮЩИЕ (АНАЛЬГЕЗИРУЮЩИЕ) СРЕДСТВА
С раннего детства нам знакома зубная боль и такие лекарства, как аспирин, анальгин. Эти соединения относятся к группе ненаркотических анальгетиков: они не обладают седативным и снотворным действием, не вызывают эйфории (как наркотики), к ним не развивается привыкание. По химической структуре их можно разделить на производные салициловой кислоты (аспирин, салицилат натрия и др.) и пиразолона (амидопирин, антипирин, анальгин, бутадион).
Все эти вещества характеризуются тремя типами воздействия: анальгезирующим (обезболивающим), противовоспалительным и жаропонижающим. Механизм обезболивания объясняется их блокирующим действием на «пути проведения» болевых импульсов на уровне окончаний чувствительных нервов.
Понижение температуры тела является результатом теплоотдачи вследствие расширения кровеносных сосудов кожи и потоотделения.
Аспирин (ацетилсалициловая кислота) – один из наиболее сильных ингибиторов синтеза простагландинов. Он реже, чем другие салицилаты, оказывает побочные эффекты на организм человека, однако длительное (особенно без контроля врача) его использование может привести к серьезным заболеваниям желудочно-кишечного тракта (язвы и кровотечения желудка и т. д.). Все это следует иметь в виду и при приеме таблеток, содержащих ацетилсалициловую кислоту (аскофен, цитрамон и др.).
Амидопирин, антипирин, анальгин, бутадион широко используются при различных болевых ощущениях (головная боль, радикулиты, миозиты, невралгии, гриппе, лихорадках, ревматизме). У этих препаратов наиболее выражен обезболивающий эффект; их противовоспалительное действие невелико. Длительное применение этих лекарств может вызвать угнетение процессов кроветворения.
2. СНОТВОРНЫЕ СРЕДСТВА
Значительное количество снотворных относится к производным барбитуровой кислоты, хотя сама кислота снотворного действия не оказывает. болеутоляющий анальгезирующий химический снотворный
Уже более ста лет, после открытия Гутдейгом в конце XIX века снотворного эффекта у веронала, в медицинской практике широко применяются барбитураты в качестве снотворных, успокаивающих, противосудорожных средств и препаратов для наркоза. Многие препараты барбитуровой кислоты выпускают и применяют в виде натриевых солей, которые хорошо растворимы в воде и дают возможность применять эти препараты в виде инъекционных растворов.
Снотворные средства угнетающе влияют на передачу возбуждения в головном мозге. По механизму влияния на центральную нервную систему их относят к наркотическим веществам. Небольшие дозы снотворных средств действуют успокаивающе, средние – вызывают сон, большие – наркотическое действие. Механизм сна под влиянием снотворных средств отличается от естественного, характеризующегося чередованием периодов «медленного» и «быстрого» (до 25% общей продолжительности) сна. Большинство снотворных укорачивает длительность быстрого сна.
Бывают препараты длительного действия (барбитал, фенобарбитал), средней продолжительности (нитразепам, барбамил) и короткого действия (ноксирон, гекса-барбитал).
Даже небольшие дозы барбитуратов замедляют обычные скорости двигательных и психических реакций человека на внешние раздражения. Об этом должны помнить водители, тем более что некоторые барбитураты (фенобарбитал и барбитал) обладают длительным последствием (до 3-5 дней). Для барбитуратов характерен эффект привыкания, который развивается уже через две недели непрерывного приема. Другая особенность барбитуратов состоит в том, что они активируют действие ряда ферментов (в микросомах печени), дезактивируют лекарственные соединения. Поэтому действие лекарств при их совместном приеме с барбитуратами может быть ослаблено. Барбитураты немного снижают температуру тела. 3. ВИТАМИНЫ
Витамины… Они нужны как пища и воздух, но действуют в очень малых количествах, без них организм не может обойтись. Недостаток их есть причина ряда тяжелых заболеваний и снижения сопротивляемости, т.е. ослабления иммунных сил организма к действию микробов. В 1880 году врач Н.Н. Лунин доказал существование группы веществ, не относящихся к обычным частям пищи, но жизненно важным для человека. Его исследования были развиты К. Функом в 1911 году, предложившим их название – витамины. Еще через одиннадцать лет Н.Н. Бессонов открыл аскорбиновую кислоту – витамин С, излечивающий цингу и повышающий сопротивляемость организма к болезням.
Изучение витаминов помогло биохимикам понять механизм действия лекарственных веществ и немало способствовало успехам химиотерапии. Сейчас известно, что аскорбиновая кислота облегчает процесс переноса атомов водорода от пищевых веществ к кислороду, то есть улучшает дыхание клеток.
Другой витамин, названный витамином А (ретинолом), играет большую роль в процессе восприятия света сетчаткой глаза и необходим для сохранения клеточных оболочек. Ретинол называют витамином зрения, поскольку его недостаток в организме вызывает некоторые заболевания глаз, кроме того, витамин А участвует в образовании тканей, включая костные, и очень важен для роста детей.
Он защищает организм от простудных заболеваний, пневмонии, болезней кожи. Витамин А плохо растворим в воде, но хорошо растворяется в жирах.
В организме человека ретинол не синтезируется, его основными источниками являются каротины и среди них главным образом b-каротин, который в печени подвергается окислительному расщеплению с образованием витамина А.
Витамин В1 (тиамин), был открыт при изучении причин тяжелой болезни бери-бери, сопровождающейся прогрессирующими параличами, расстройством сердечной деятельности и нарушениями работы нервной системы. Все эти явления вызваны недостатком в организме витамина В1 , который входит в состав нескольких ферментов. Последние ускоряют биохимические реакции и таким образом регулируют сложный, многоступенчатый процесс окисления пищевых веществ. В состав витамина В1 входят азот и сера. Для медицинских целей витаминной промышленностью выпускаются синтетические препараты – тиамина бромид, тиамина хлорид и кокарбоксилаза.
Но вернемся к борьбе с микробами. Открытие и применение витаминов, развитие методов иммунизации с помощью специфических сывороток отодвинули на второй план работы в том направлении, которое было намечено П. Эрлихом. Это понятно, так как П. Эрлих добивался успеха, идя чисто опытным путем, не имея ясных представлений о механизме поражения микробов именно его «пулями». Биохимия в это время еще не была в состоянии объяснить гибель микробов «на молекулярном уровне». И пришлось довольно долго ждать решения этой задачи хотя бы для некоторых лекарственных веществ. Лишь в 1932 году ученик П. Эрлиха химик Г. Домагк, изучая соединения, содержащие два связанных атома азота –N=N– (диазосоединения), обнаружил, что одно из них (его позднее назвали красным стрептоцидом) успешно борется со стрептококковыми инфекциями. Опыты шли на мышах. Но однажды сын Г. Домагка, случайно уколов руку, заболел тяжелым стрептококковым заражением крови. Г. Домагк рискнул ввести ребенку красный стрептоцид и спас своего сына от грозившей ему неизбежной смерти.
После этого клинические испытания стали проводить быстрее и стрептоцид начал свое победное шествие по больницам и клиникам. Красная форма лекарства состояла из двух компонентов, неактивен был только один из них – белый стрептоцид.
Стрептоцид R1= H.
Он оказался менее сложным соединением, и именно его ввели врачи в медицинскую практику для борьбы с инфекциями. Было доказано, что причина, по которой стрептоцид подавляет рост микробов, заключается в том, что его молекула по своему строению очень похожа на парааминобензойную кислоту, необходимую для жизнедеятельности микробов; усваивая вместо нее стрептоцид (сульфаниламид), микроб отравляется и гибнет.
Разница в молекулах состоит только в том, что вместо группы –СООН в сульфаниламиде находится группа –SO2NH2; этого достаточно, чтобы отравить клетку стрептококка.
Теперь пути дальнейших исследований стали более ясными: очевидно, следует варьировать состав и структуру замещающих групп, вводить заместители в амино-группу и испытывать полученные соединения на их антимикробное действие. Подбор заместителей позволяет находить соединения, специфически «настроенные» на определенный вид микробов.
Это нелегкая работа, но изучение этого класса соединений было весьма плодотворным. Удалось создать препараты, способные подавлять развитие туберкулезных бактерий; в 1946 и 1951 гг. группа, возглавляемая Г. Домагком, получила парааминосалициловую кислоту (ПАСК) и изониазид, применение которых в последующие годы резко снизило смертность от туберкулеза.
В 1877 г. английский ученый У. Робертс пришел к выводу о том, что между плесневыми грибами и бактериями существует антагонизм. Микроорганизмы создают вокруг себя «зону безопасности», выделяя в окружающую среду особые вещества (их назвали антибиотиками), назначение которых – уничтожать другие микроорганизмы. Но среди этих «других» вполне могли оказаться и стафилококки, и стрептококки, и пневмококки и прочие серьезные враги человека.
В 20-х годах нашего века А. Флеминг – английский микробиолог, изучая стафилококки заметил, что в одной из чашек микробы почти не развиваются. А. Флеминг решил, что в эту чашку из атмосферы случайно попали споры плесневого гриба, относившегося к роду пенициллиум. Вещество, полученное из жидкости, в которой рос гриб, названное пенициллином, оказалось исключительно активным по отношению к целому ряду опасных микроорганизмов. Была установлена и формула пенициллина, получены его соли и различные производные, например натриевая соль бензилпенициллина.
Пенициллин действует на стрептококки, пневмококки, менингококки, спирохеты и несколько слабее на стафилококки. Воспаление легких, эндокардит, раневые инфекции, гнойный плеврит, перитонит, цистит, остеомиелит, ангины, дифтерия, рожистое воспаление, менингит, скарлатина, сибирская язва, – вот неполный список тяжелейших болезней, которые одолевает пенициллин. Итак, в дополнение к сульфаниламидам появились антибиотики. Исследования различных сред, в которых росли микробы, главным образом почв, взятых в различных районах земного шара, проводились широким фронтом. Вещества, выделяемые микроорганизмами, очищали, концентрировали и испытывали их способность подавлять рост болезнетворных микробов.
В историю освоения производства антибиотиков большой вклад внесли и советские ученые Г.Н. Гаузе, 3.В. Ермольева, М.М. Шемякин и др. В настоящее время врачи располагают большим набором веществ этого класса, эффективных при лечении заболеваний. Очень большую роль в лечении туберкулеза сыграл выделенный С.Я. Ваксманом из гриба актиномицета стрептомицин.
Левомицетин (хлорамфеникол) и тетрациклин (1945–1948 гг.) оказались ценными средствами при лечении сыпного тифа, дизентерии, бруцеллеза, коклюша, пневмонии и других заболеваний. Как и всегда, основной каркас молекулы лекарственного вещества допускает различные вариации, позволяющие улучшить его свойства или «настроить» его на определенный вид микробов.
В настоящее время известны уже сотни антибиотиков и установлен в общих чертах механизм их действия. Так, установлено, что пенициллин препятствует образованию клеточной стенки у бактерий, тетрациклины нарушают работу тех частей клетки, в которых происходит синтез белков (рибосомы), синтезы белка блокируются также и стрептомицином.
Практическое применение антибиотиков требует осторожности. Многие из них токсичны, некоторые вызывают аллергические реакции. Что же касается привыкания к ним микробов, то приходится постоянно бороться с «химическим сопротивлением» микробов.
Лекарственные средства обычно воздействуют на несколько метаболитических процессов. Наряду с полезным эффектом часто проявляется и вредное воздействие на организм – побочное действие, которое необходимо учитывать при приеме препарата.
Знание всех стадий обмена веществ у микроорганизмов, доступное современной биохимии, дает основания думать, что человечество, несомненно, выиграет бой с примитивными микроорганизмами, и будущие поколения не будут знать инфекционных болезней.
Но ими не исчерпывается все разнообразие недугов человека. Существуют еще многочисленные заболевания, связанные с нарушением регуляции физиологических процессов. В этом плане особенно выделяются различные злокачественные опухоли. Для подавления их роста, а так же для послеоперационного лечения разработано множество противоопухолевых препаратов.
Препарат нимустин применяют для лечения глиомы больших полушарий мозга, рака легких, желудка, печени, гортани, глотки, тонкого кишечника, меланомы кожи и др. Ломустин применяют для лечения лимфогранулематоза, рака легких меланомы кожи. Разработаны новые препараты этого типа – араноза и лизомустин (нитруллин).
Одним из страшнейших заболеваний является диабет, при котором расстраивается система регулирования содержания сахара в крови и человек страдает от чрезмерного повышения концентрации сахара. Лечить эту болезнь очень трудно. Здесь необходим союз медицины, физиологии, химии и биохимии. Для облегчения течения заболевания сахарным диабетом применяется инсулин.
Инсулин – гормон, вырабатываемой поджелудочной железой животных и человека. Он регулирует содержание сахара (глюкозы) в крови. При его недостатке и развивается сахарный диабет (гипергликемия). Инсулин является главным лекарственным препаратом для лечения этого заболевания. По своему химическому строению инсулин – это пептид, состоящий из двух цепочек (цепь А и цепь Б), связанных между собой дисульфидными «мостиками»:
Инсулин – это первый природный пептид (белок), полный синтез которого осуществлен в лабораторных условиях. В настоящее время ведутся работы по химической модификации животного инсулина, с целью полного его превращения в инсулин человека.
Другая болезнь века – гипертония. Для борьбы с ней также создано множество лекарственных препаратов, понижающих давление крови и способствующих расширению сосудов. 4. КОНТАКТНЫЕ ЛИНЗЫ
Многим кажется, что контактные линзы – дитя нашего столетия. Между тем их история начинается с Леонардо да Винчи. Позже идею линз высказывал Декарт. Томас Юнг экспериментировал с трубкой, заполненной водой и приставляемой к глазу, английский астроном Джон Гершель произвел теоретические расчеты.
Но реально, в материале, линза появилась в 1887 году, когда известный висбаденский стеклодув Ф. Мюллер изготовил вогнутые стеклянные диски по заказу одного из своих клиентов. Линзы были большими, прозрачными в середине и матовыми по краям, надевали их под веки. Больной носил линзы в течение пятнадцати лет.
Вскоре однофамилец стеклодува, студент-медик, сумел скорректировать подобным образом близорукость ни много, ни мало в 24 диоптрии. Правда, дольше получаса глаз не выдерживал.
Тогда же известный немецкий философ Адольф Фик применил новинку для коррекции астигматизма. Он и ввел термин – контактные линзы.
В десятые годы нашего века фирма «К. Цейс» начала выпускать небольшие партии линз. Отличались они, как всегда у Цейса, великолепными оптическими свойствами, но были тяжелы, неэластичны, непроницаемы для кислорода. Ну, и легко бились, конечно.
И вот в конце тридцатых годов появились первые линзы из пластмассы – полиметилметакрилата (сейчас их называют жесткими). Столь же прозрачные, как и стеклянные, но легкие, прочные, сравнительно простые в изготовлении, они быстро вытеснили своих предшественников. Правда, основные недостатки остались – малая кислородопроницаемость и неэластичность. Линзы раздражали глаза, хотя и меньше стеклянных.
На рубеже пятидесятых – шестидесятых годов в контактной коррекции произошел еще один скачок – появились мягкие линзы. Идея носилась в воздухе давно, американцы, например, экспериментировали с акриламидом. Но главный успех пришелся на долю академика Отто Вихтерле. Он и его сотрудники разработали гидрогель из сополимера гликольметакрилата и дигликольдиметакрилата. Материал содержал около 40% воды, был эластичен, химически инертен, биологически и механически устойчив. Чешские ученые запатентовали и высокопроизводительную технологию линз.
С тех пор контактная коррекция бурно развивается. Появилось множество новых материалов: и мягких, и жестких, и полужестких, объединяющих достоинства тех и других. В развитых странах линзы носят около сорока миллионов человек, и эта цифра быстро растет.
Кроме обычных линз существуют: цветные, бифокальные – для так называемого старческого зрения, солнцезащитные, косметические – позволяющие изменить цвет глаз и для больных с дефектами роговицы, линзы для плавания – вместо маски или подводных очков.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Благодаря этому реферату я стала лучше ориентироваться в химии, ознакомилась с правилами выполнения творческой работы, получила новые знания, узнала больше о значении химии в медицине. Названия:
Ш Сурьма-Sb
Ш Антимоний- Sb?S?
Ш Хлорная ртуть(сулема)- HgCl2
Ш Раствор фенола (карболовая кислота)- C6H6O
Ш Сальварсан- C12H14N2Cl2As2
Ш Салициловая кислота- C7H6O3
Ш Салицилат натрия- C7H5NaO3
Ш Пиразолон- C3H4N2O
Ш Антипирин- C13H17N3O
Ш Бутадион- C19H20N2O2
Ш Ацетилсалициловую кислота- C9H8O4
Ш Барбитуровой кислота- C4H4N2O3
Ш Натриевая соль- Na3C6H5O7
Ш Фенобарбитал- C12H12N2O3
Ш Нитразепам- C15H11N3O3
Ш Барбамил- C??H??N?O?
Ш Ретинол- C20H30O
Ш Тиамин- C??H??ClN?OS
Ш Кокарбоксилаз- C12H19N4O7P2S+
Ш Парааминосалициловая кислота (ПАСК)- C7H7NO3
Ш Изониазид- C6H7N3O
Ш Бензилпенициллин- C16H18N2O4S
Ш Левомицетин (хлорамфеникол)- C11H12Cl2N2O5
Ш Тетрациклин- C22H24N2O8
Ш Нимустин- C9H13ClN6O2
Ш Ломустин- C9H16ClN3O2
Ш Араноза – C7H13N3O6
Размещено на Allbest.ru
…
ВВЕДЕНИЕ
Химики второй половины XXвека продолжили дело предков и очень активно занимались исследованиями живойприроды. В пользу этого тезиса может свидетельствовать хотя бы тот факт, что из39 Нобелевских премий по химии, врученных за последние 20 лет (1977-1996), 21премия (больше половины! а ведь отраслей химии очень много) была получена зарешение химико-биологических проблем. Это и неудивительно, ведь живая клеткаэто настоящее царство больших и малых молекул, которые непрерывновзаимодействуют, образуются и распадаются… В организме человека реализуетсяоколо 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупностьразличных химических превращений. В одной клетке организма может происходитьпримерно 2000 реакций. Все эти процессы осуществляются при помощи сравнительнонебольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химияхарактеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений,состоящих из неорганических и органических остатков. Глава 1. СОВРЕМЕННАЯХИМИЯ И МЕДИЦИНА
Неорганические частипредставлены водой и ионами различных металлов, галогенов и фосфора (восновном), органические части представлены белками, нуклеиновыми кислотами,углеводами, липидами и достаточно обширной группой низкомолекулярных биорегуляторов,таких как гормоны, витамины, антибиотики, простагландины, алкалоиды, регуляторыроста и т.д.
Для современных врачей ифармацевтов изучение неорганической химии также имеет большое значение, так какмногие лекарственные препараты имеют неорганическую природу. Поэтому медикидолжны четко знать их свойства: растворимость, механическую прочность,реакционную способность, влияние на человека и окружающую среду.
Современная медицинашироко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организмеи возникновением и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенночутко организм реагирует на изменение в нем концентрации микроэлементов, т. е.элементов, присутствующих в организме в количестве, меньшем 1 г на 70 кг массы человеческого тела. К таким элементам относятся медь, цинк, марганец, молибден,кобальт, железо, никель.
Из неметаллоидов в живыхсистемах практически всегда можно встретить атомы водорода, кислорода, азота,углерода, фосфора и серы в составе органических соединений и атомы галогенов ибора как в виде ионов, так и в составе органических частиц. Отклонение всодержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит кдостаточно тяжелым нарушениям метаболизма.
Большая часть болезнейобусловлена отклонением концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связанос тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходитв несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, ониявляются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-тозвено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточнуюфункцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимыхвеществ.
Доказано, что сизменением концентрации цинка связано течение раковых заболеваний, кобальта имарганца – заболеваний сердечной мышцы, никеля – процессов свертывания крови.Определение концентрации этих элементов в крови позволяет иногда обнаружитьранние стадии различных болезней. Так, изменение концентрации цинка в сывороткекрови связано с протеканием заболеваний печени и селезенки, а концентрацийкобальта и хрома — некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.
В поддержании нормальнойжизнедеятельности организма очень велика роль органических молекул. Их можноразделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы:
биологическиемакромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры(нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витаминыи многие другие вещества).
Для химии особенно важноустановление связи между строением вещества и его свойствами, в частности,биологическим действием. Для этого используется множество современных методов,входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.
В современной науке награнице химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаютсяиспользуемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принятообъединять под термином «физико-химическая биология». К этомунаправлению относят:
а) химию природныхсоединений (биоорганическая и бионеорганическая химия bioorganic chemistry and inorganic biochemistry соответственно);
б) биохимию;
в) биофизику;
г) молекулярную биологию;
д) молекулярную генетику;
е) фармакологию имолекулярную фармакологиюи множество смежных дисциплин. В большей части современных биологическихисследований активно используются химические и физико-химические методы.Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология,был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ.Даже такая классическая «чисто биологическая» наука, как физиология,все более активно использует достижения химии и биохимии. В США НациональныеИнституты Здоровья (NationalInstitutes of health USA) в настоящее время финансируют направлениямедицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздоменьше, чем биохимические, считая физиологию «неперспективной и отжившей свое» наукой.Возникают такие, кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки, какмолекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые видымедико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощьюкоторого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит;применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методовпозволяет теперь определять множество важных веществ не нарушая целостностикожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологическойжидкости.
Итак, чем же занимаютсявсе вышеперечисленные науки, являющиеся различными ветвями физико-химическойбиологии?
Основой химии природныхсоединений явилась традиционная органическая химия, которая первоначальнорассматривалась как химия веществ, встречающихся в живой природе. Современнаяже органическая химия занимается всеми соединениями, имеющими углеродные (илизамещенные гетероаналогами углерода) цепочки, а биоорганическая химия,исследующая природные соединения, выделилась в отдельную отрасль науки. Химияприродных соединений возникла в середине XIX века, когда были синтезированынекоторые жиры, сахара и аминокислоты (это связано с работами М. Бертло, Ф. Велера,А. Бутлерова, Ф. Кекуле и др.).
Первые подобные белкамполипептиды были созданы в начале нашего века, тогда же Э. Фишер вместе сдругими исследователями внес свой вклад в исследование Сахаров. Развитиеисследований по химии природных веществ продолжалось нарастающими темпамивплоть до середины XX века. Вслед за алкалоидами, терпенами и витаминами этанаука стала изучать стероиды, ростовые вещества, антибиотики, простагландины идругие низкомолекулярные биорегуляторы. Наряду с ними химия природныхсоединений изучает биополимеры биоолигомеры (нуклеиновые кислоты, белки,нуклеопротеиды, гликопротеины, липопротеины, гликолипиды и др.). Основнойарсенал методов исследования составляют методы органической химии, однако для решенияструктурно-функциональных задач активно привлекаются и разнообразныефизические, физико-химические, математические и биологические методы. Основнымизадачами, решаемыми химией природных соединений, являются:
а) выделение виндивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации,перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации,ультрацентрифугирования, противоточного распределения и т.п.;
б) установлениеструктуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической ифизической органической химии с применением масс-спектроскопии, различных видовоптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализаядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсииоптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др.;
в) химический синтез ихимическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтезаналогов и производных, с целью подтверждения структуры, выяснения связистроения и биологической функции, получения препаратов, ценных дляпрактического использования;
г) биологическоетестирование полученных соединений in vitro и in vivo.
Крупнейшими достижениямихимии природных соединений явились расшифровка строения и синтез биологическиважных алкалоидов, стероидов и витаминов, полный химический синтез некоторыхпептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др.соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидныепоследовательности множества генов и т.д. и т.п.
Появление науки биохимииобычно связывают с открытием явления ферментативного катализа и самихбиологических катализаторов ферментов, первые из которых были идентифицированыи выделены в кристаллическом состоянии в 20х годах двадцатого столетия.Биохимия изучает химические процессы, происходящие непосредственно в живыхорганизмах и использует химические методы в исследовании биологическихпроцессов. Крупнейшими событиями в биохимии явились установление центральнойроли АТФ в энергетическом обмене, выяснение химических механизмов фотосинтеза,дыхания и мышечного сокращения, открытие трансаминирования, установлениемеханизма транспорта веществ через биологические мембраны и т.п.
Молекулярная биологиявозникла в начале 50х годов, когда Дж. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуруДНК, что позволило начать изучение путей хранения и реализации наследственнойинформации.
Крупнейшие достижениямолекулярной биологии открытие генетического кода, механизма биосинтеза белковв рибосомах, основы функционирования переносчика кислорода гемоглобина.
Следующим шагом на этомпути явилось возникновение молекулярной генетики, которая изучает механизмыработы единиц наследственной информации генов, на молекулярном уровне. Одной изактуальнейших проблем молекулярной генетики является установление путейрегуляции экспрессии генов перевод гена из активного состояния в неактивное иобратно; регуляция процессов транскрипции и трансляции. Практическимприложением молекулярной генетики явилась разработка методов генной инженерии игенотерапии, которые позволяют модифицировать наследственную информацию,хранящуюся в живой клетке, таким образом, что необходимые вещества будутсинтезироваться внутри самой клетки, что позволяет получать биотехнологическимпутем множество ценных соединений, а также нормализовать баланс веществ,нарушившийся во время болезни. Суть генной инженерии рассечение молекулы ДНК наотдельные фрагменты, что достигается с помощью ферментов и химическихреагентов, с последующим соединением; эта операция производится с целью вставкив эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов нового фрагмента гена, отвечающего засинтез нужного нам вещества, вместе с так называемыми регуляторами участкамиДНК, обеспечивающими активность «своего» гена. Уже сейчас с помощьюгенной инженерии получают многие лекарственные препараты, преимущественнобелковой природы: инсулин, интерферон, соматотропин и др. Глава 2.ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «ХИМИЯ И МЕДИЦИНА»
химиямедицина курс обучение
В нашинформационный век – век модернизации биологического и химического образования,как ни странно, школьники обладают достаточно скудными знаниями о своеморганизме, способах сохранения здоровья и выхода из ситуаций, когда организмутребуется «ремонт». Для выявления причин требуемого «ремонта» необходимо знать,что собой представляет человеческий организм с точки зрения химии и биологии,что лежит в основе сохранения и поддержания здоровья, как помочь своемуорганизму справиться с простудными заболеваниями и что лучше применить:лекарственные или растительные препараты.
При изученииэтого курса формируются понятия о здоровье, компонентах и показателях здоровья,факторах, определяющих здоровье (наследственность, продукты питания, качествосреды обитания, образ жизни), о лекарствах и их действии на организм,правильном их употреблении. Всегда необходимо помнить о том, что «доза можетубить и доза может вылечить».
Курс «Химия имедицина» позволяет погрузиться в систему вопросов по биологии и химии:химические свойства металлов и неметаллов, химические реакции, химия клетки,продукты питания, наследственность организма.
Содержаниеданного курса вводит учащихся в область теоретических основ медицины, связанныхс сохранением здоровья, частично обеспечивает профессиональную ориентациюстаршеклассников, а интерес ко всему этому способны стимулировать следующиевысказывания.
• В основежизни лежат химические процессы, а заболевания – это результат нарушения их ворганизме, который является большой ретортой.
Т. Парацельс
• Все естьяд, ничто не лишено ядовитости, и все есть лекарство. Лишь только доза делаетлекарство ядом или лекарством.
Т. Парацельс
• Жизнь – этовечное движение жидкостей между клетками и внутри клеток. Остановка этогодвижения приводит к смерти. Частичное замедление этого движения в каком-тооргане вызывает частичное расстройство. Общее замедление движения внеклеточныхжидкостей вызывает болезнь.
Врач А.С. Залманов,«Тайная мудрость»
• Я не степьюхожу –Я хожу по аптеке, Разбираясь в ее травяной картотеке.Беспредельная степь, Бесконечнаястепь, Ты природой написанныйСтранный рецепт.
С. Кирсанов
• Другогоничего в природе нет, Ни здесь, ни там в космических глубинах: Все – от песчинокмалых до планет – Из элементов состоит единых.
С. Щипачев
• Что неизлечивают лекарства, то излечивает железо, что не излечивает железо, тоизлечивает огонь.
Гиппократ
Цели курса.
1. Расширитьзнания учащихся об организме как химической фабрике.
2. Продолжитьформирование у учащихся понимания важности сохранения здоровья на биологическоми химическом уровне.
3.Сформировать у учащихся навыки элементарной медицины.
Задачи курса.
1.Актуализировать и расширить знания учащихся по вопросам здоровьесбережения.
2. Научитьшкольников анализировать образ жизни с точки зрения влияния на здоровье.
3. Выработатьу учащихся навыки оценки функционального состояния своего организма.
4. Обеспечитьпрофессиональную ориентацию старшеклассников.
Структура исодержание курса (34 ч)
Занятие Kоличество часов Темазанятия Виддеятельности Введение в курс «Химия и медицина» (24 ч)
1, 2 2 Почему надо лечить организм Лекция Химия и здоровье (12 ч)
3 1 Факторы, влияющие на здоровье человека Беседа 45 2 Формула здоровья Лекция, беседа 6 1 Химические элементы и жизнедеятельность организма Лекция 7, 8 2 Для чего мы едим, и что мы едим. Питание и болезни. Пищевая аллергия Беседа 91011 3 Заболевания, вызванные недостатком химических элементов в организме Лекция, беседа. Сообщения учащихся 12 1 Всему свое время (потребность организма в химических элементах на разных этапах развития) Лекция 13 1 Где «задерживаются» токсические вещества? Лекция 14 1 Заболевания и группы крови «Kруглый стол» Зеркало организма (4 ч)
15 1 Kожа. Характеристика и типы кожи. Kожные заболевания Выступления учащихся 16 1 Зубы – индикатор внутренних проблем организма. Заболевания зубов Лекция 17 1 На приеме у стоматолога Ролевая игра 18 1 Медицина и косметология «Kруглый стол» Химия и медицина (9 ч)
19 1 Развитие медицины, этапы становления Лекция 20 1 Лекарства. Открытие лекарств и лекарственные формы Лекция 2122 2 Kлассификация лекарств Лекция 23 1 Лекарства и растительные препараты Лекция 24 1 Аспирин, стрептоцид: химический состав, путь и действие их в организме Лекция 25 1 Препараты для сердечно-сосудистой системы Лекция 26 1 Антибиотики и их действие на организм Лекция 27 1 Зависимость организма от лекарств Дискуссия Биологически активные соединения (4 ч)
28 1 Витамины. Kлассификация, действие витаминов на организм. Заболевания, вызванные недостатком или избытком витаминов Беседа.Сообщения учащихся 29 1 Ферменты, их классификация, роль в организме. Значение ферментов Лекция 30 1 Гормоны. Значение гормонов. Заболевания, вызванные недостатком или избытком гормонов в организме. Гормональные препараты Лекция 31 1 Обменные процессы в организме. Роль водно-солевого обмена в жизнедеятельности организма Лекция с элементами беседы Генные заболевания у человека (3 ч)
32 1 Генная программа человека Лекция 33 1 Болезни с наследственным предрасположением Лекция 34 1 Социальная среда и человек Беседа пример мазьили эмульсия бензилбензоата – сложного эфира бензойной кислоты и бензиловогоспирта С6Н5–С(О)–О–СН2–С6Н5.
К сожалению,у многих больных эти средства вызывают аллергию, поэтому до сих пор не потерялиактуальность старые методы лечения, основанные на применении элементной серы ввиде мазей на вазелине. Но значительно более эффективен, хотя и трудоемок,метод М.П.Демьяновича. При лечении по этому методу в кожу втирают в течение10–15 мин 60%-й водный раствор тиосульфата натрия. После высыхания кожи ипоявления на ней кристалликов втирают в течение 10–15 мин 6%-й водный растворсоляной кислоты. Вымыться разрешается через три дня. К этому времени больнойвыздоравливает.
Как вы можетеобъяснить сущность метода Демьяновича с точки зрения химика?
Примечание.При выполнении этого задания желательно обсудить проблемы профилактики чесотки.Это чрезвычайно заразное заболевание, которое передается не только принепосредственном контакте с больным, но и через его личные вещи – одежду,полотенца, а также через бумажные деньги. Лучший способ уберечься от чесотки –строго соблюдать правила личной гигиены. Задание 3. В книге М.М. Гурвича «Домашняя диетология» для страдающихмочекаменной болезнью приведена такая рекомендация: «Из зелени и овощей в рационвключают те сорта, которые считаются бедными кальцием и щелочнымивалентностями: горох, брюссельскую капусту, тыкву». Прокомментируйте этуформулировку с позиции химика, а если сможете, то и агронома. Задание 4. Для лечения малокровия (пониженное содержание в кровигемоглобина) с давних пор применяют препараты железа, в том числе сульфатжелеза(II), а иногда и восстановленное железо в порошке. Известен и старинныйнародный рецепт от малокровия – «железное яблоко»: в яблоко (лучше сортантоновка) втыкают несколько гвоздей и выдерживают сутки. Затем гвоздивынимают, а яблоко съедает больной.
Как вы можетеобъяснить эффективность «железного яблока» с точки зрения химика? Задание 5. Лечение травами становится все более популярным, однакобольшинство людей не соблюдают точно правила приготовления отваров и настоев,особенно дозировку сырья, хотя это очень важно при лечении этим способом.Большинство трав рекомендуют заваривать в такой пропорции: 20 г (одна полная столовая ложка) сухой измельченной травы на стакан (200 мл) кипящей воды, т. е.соотношение массовых частей 1:10. Летом можно готовить препараты не из сушеных,а из свежесобранных трав. Как при этом правильно рассчитать соотношение травы иводы, чтобы получить настой той же концентрации?
Примечание.Влажность правильно высушенной травы 8–15%; в свежесорванных растениях взависимости от их вида содержание воды колеблется от 70 до 95%. Задание 6. Для уменьшения кислотности желудочного сока и снижения егоферментной активности при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки,гастритах с повышенной кислотностью в арсенале врачей есть такие препараты, какбекарбон (одна таблетка содержит сухого экстракта красавки 0,01 г и гидрокарбоната натрия 0,3 г), оксид магния МgО, магнезия белая Мg(ОН)2•4МgCO3•H2О,викалин (в состав которого входит BiNO3(OH)2, Мg(ОН)2•4МgCO3•H2О,NaHCO3), гидроксид алюминия (в виде аморфного белого порошка),алмагель (смесь специально приготовленного геля Al(OH)3 с MgO исорбитом).
Многиебольные до сих пор при отсутствии этих лекарств пользуются обычной питьевойсодой, чтобы избавиться от изжоги (что врачи делать не рекомендуют!).Попробуйте сравнить механизм действия всех названных препаратов и объяснить,какими преимуществами обладает каждый из них. Почему врачи сейчас отдаютпредпочтение препаратам на основе Al(OH)3 и не рекомендуют приниматьсоду для нейтрализации избыточной кислотности желудочного сока? Задание 7. Профессиональные спортсмены обычно имеют при себе препаратыдля неотложной помощи при небольших травмах (например, растяжение связокголеностопного сустава). В качестве таких препаратов часто используютэтилхлорид C2H5Cl в ампулах или комплект из двухгерметичных пакетов: в одном находится сухой NH4NO3, вдругом – вода. Оба препарата действуют одинаково: вызывают быстрое охлаждениеповрежденного сустава – это снимает боль и отечность. Однако, с точки зренияхимика, их действие принципиально различается. Попробуйте объяснить, в чемзаключается различие.
Подсказка:температура кипения этилхлорида 12–16 °С. Задание 8. Многим известен способ лечения насморка или радикулита спомощью поваренной соли. Ее нагревают на сковороде или в духовке, насыпают вмешочек из плотной ткани, а мешочек прикладывают к больному месту на несколькочасов.
Какиесвойства поваренной соли использованы в этом рецепте? Кстати, вместо соли можноиспользовать и чистый песок, который, как известно, состоит преимущественно изSiO2. Задание 9. В рекламе лечебно-косметического крема «Ксения»рассказывается о свойстве этого крема восстанавливать солевой баланс в мышечныхи костных тканях. В числе прочих в тексте есть такая фраза: «Тем временем“Ксения” перемывает вам косточки, выясняя свои отношения с кальцием, то бишьизвесткой, и делает из вас ягодку в полном смысле слова. Если вы пользуетесь“Ксенией”, вам не грозит отложение солей кальция в аорте, сердце и почках. Выизбежите остеохондроза, кальциноза мягких тканей, остеопороза…» Что в этомтексте может вызвать возражение со стороны химика?
Прокомментируйтеэту фразу с точки зрения химика. Задание 10. Кариес стал настоящим бичом населения России. По статистике,им болеют более 96% населения. Одна из мер профилактики – тщательный уход зазубами. Желательно их чистить щеткой после каждого приема пищи. Но есть одноисключение – если вы съели кислые ягоды или фрукты, лучше в течение часа нечистить зубы, особенно жесткой щеткой. Почему?
Подсказка:химический состав зубной эмали близок к составу минерала гидроксилапатита Са5ОН(РО4)3. Задание 11. Кальций играет важную роль в жизнедеятельности организма.Ионы кальция необходимы для осуществления процесса передачи нервных импульсов,сокращения скелетных мышц и мышцы сердца, формирования костной ткани,свертывания крови. Препараты кальция широко используют, в частности, прилечении переломов, усиленном выделении кальция из организма, что происходит удолго лежащих больных. В арсенале медиков имеется несколько препаратов кальция.Чаще всего применяют глюконат, лактат и глицерофосфат кальция в виде таблеток.По своему действию на организм эти препараты похожи, поэтому врачи нередкорекомендуют приобрести любой из них, оставляя право выбора за пациентом.
Какойпрепарат рациональнее выбрать из вышеперечисленных, если их цена примерноодинакова? Ответы и решения
1. Да, этотпрепарат можно использовать без риска для здоровья. Белый осадок – это карбонаткальция СаСО3, который образовался в результате взаимодействия СаСl2с СO2 воздуха. Небольшое количеcтво СаСO3 абсолютнобезвредно.
Следуетпомнить, что описанный нами случай все-таки является исключением из общегоправила – большинство лекарственных препаратов нельзя употреблять послеистечения срока их хранения, указанного на упаковке, т. к. большинство из нихявляются органическими соединениями сложного состава и продукты их разложениямогут быть токсичными.
2. Приподкислении раствора тиосульфата натрия происходит образование тиосернойкислоты:
Na2S2O3+ 2HCl = H2S2O3 + 2NaCl.
Тиосернаякислота быстро разлагается с выделением серы и сернистого газа:
H2S2O3= S? + H2O + SO2.
В моментвыделения сера особенно активно действует на чесоточного клеща, аналогичнымдействием обладает и SO2, поэтому метод Демьяновича дает такиехорошие результаты.
3. У химикасловосочетание «щелочные валентности» вызывает недоумение. Валентность – этоспособность атома присоединять или замещать определенное число других атомовили атомных групп с образованием химической связи. Но что имел в виду автор под«щелочными валентностями», можно только догадываться. Если воспользоватьсясправочником, в котором приведен химический состав растительных продуктов, томожно обнаружить, что овощи содержат наряду с кальцием также калий, натрий,рубидий, литий, т. е. щелочные металлы. Можно предположить, что их автор и называет«щелочными валентностями».
Причиноймочекаменной болезни является нарушение солевого обмена в организме, поэтомуминеральный состав пищи очень важен для больного, которому необходимо следитьза содержанием в его рационе всех минеральных веществ, в том числе и щелочныхметаллов.
Болеекорректно, с точки зрения химика, этот совет должен быть сформулирован так: «Иззелени и овощей в рацион включать те, которые бедны кальцием и щелочнымиметаллами». В тексте есть формулировка, некорректная и с точки зрения биолога:термин «сорт» следовало бы заменить термином «вид» или «культура».
4. Железоприменяют для лечения малокровия, т. к. оно входит в состав гемоглобина. Яблокитаким больным рекомендуются по той причине, что в них по сравнению с другимифруктами содержится больше железа (в среднем 2200 мг в 100 г продукта). Железо, входящее в состав сплава, из которого сделаны гвозди, растворяются, хотя имедленно, в органических кислотах, содержащихся в яблоке. Яблоко обогащаетсяжелезом еще больше. Считается, что из всех сортов яблок больше всего железа вантоновке, много в них и кислот, что облегчает растворение железа.
5. Примем длярасчета среднеарифметические значения содержания влаги в растениях:
(70 + 95)/2 =82,5% – свежие,
(8 + 15)/2 =11,5% – сухие.
Дляприготовления одного стакана настоя надо взять 20 г сушеного сырья и 200 г воды. Если массовая доля воды в сушеном сырье составляет 11,5%, тосодержание сухого растительного материала составляет (100–11,5)=88,5%. Тогда
100 г сырья – 88,5 г раст. матер. 20 г сырья – х г раст. матер.
Отсюда
х =20•88,5/100 = 17,7 г.
Дляприготовления одного стакана настоя необходимо 17,7 г сухого растительного материала.
Всвежесорванных растениях массовая доля сухого вещества составляет(100–82,5)=17,5%. Тогда
100 г сырья – 17,5 г сух. раст. матер. х г сырья – 17,7 г сух. раст. матер.
Отсюда
х =100•17,7/17,5 = 100,1 г.
химиямедицина курс
Поскольку внастоях и отварах трав абсолютно точно дозировать содержание лекарственноговещества невозможно, с достаточной степенью точности можно принять, чтонеобходимое нам количество сухого растительного материала содержится в 100 г свежесорванной травы. В таком количестве травы содержится и значительное количество воды,следовательно, надо уменьшить объем воды для приготовления настоя. В 100 г свежесорванной травы содержится 82,5%, т. е. 82,5 г воды. Для приготовления стакана настоя надовзять (200–82,5)=117,5 г воды.
6. При приемевнутрь соды, как и таблеток бекарбона, белой магнезии, викалина, происходитвзаимодействие NaHCO3 c НСl, содержащейся в желудочном соке, приэтом выделяется СО2 и в довольно значительном количестве: еслипринять 1 г NaНСO3, то при условии его полного взаимодействия с НСlвыделится 0,52 г СО2 (около 0,3 л). (Желательно выполнить расчеты.) Углекислый газ не только вызывает дискомфорт в желудке (ощущение тяжести,переполнения, отрыжку), но и возбуждающе действует на рецепторы слизистойоболочки желудка, вызывая усиление секреции желудочного сока. Кстати, именнопоэтому больным гастритом и язвенной болезнью не рекомендуется употреблятьгазированные напитки. С точки зрения физиологии предпочтительнее такиевещества, как MgO и Al(OH)3. Последний, кроме нейтрализации кислоты,образует гель, который обволакивает стенки желудка, равномерно распределяясь повсей его поверхности, и обеспечивает более продолжительное действие.
7. В заданиирассматривается изменение энергии при фазовых переходах: при испарении жидкостии растворении твердого вещества. При обработке сустава этилхлоридом понижениетемпературы происходит за счет его быстрого испарения. При смешиваниисодержимого двух пакетов другого препарата (нитрата аммония и воды) понижениетемпературы обусловлено процессом растворения соли в воде. В данном случаеэнергия расходуется на разрыв ионных связей в молекуле NH4NO3.
8. Этозадание на повторение физических свойств химических соединений, которые нередкоопределяют сферу их применения.
В данномслучае играют роль не химические, а физические свойства хлорида натрия – егодовольно высокая теплоемкость. Аналогичным свойством обладает и песок.
9. У химикапрежде всего вызывает недоумение термин «известка». Этим словом в просторечииобозначают группу строительных материалов, применяющихся для побелки, вчастности гашеную известь Са(ОН)2 и мел СаСО3. Во-первых,не понятно, что имели в виду авторы рекламного текста – известь или мел;во-вторых, абсолютно некорректно отождествлять все соли кальция, в составекоторых этот элемент может находиться в организме, с «известкой», что сделалиавторы, написав «… с кальцием, то бишь известкой». Правильно здесь только то,что любая «известка» действительно содержит кальций.
10.Гидроксилапатит относится к основным солям, которые легко растворяются вкислотах, даже в таких слабых, как яблочная, лимонная, щавелевая, содержащихсяв кислых фруктах. В связи с этим эмаль частично размягчается и при чистке зубовее легко повредить. Лучше сразу после того, как вы съели кислые ягоды илифрукты, прополоскать рот раствором питьевой соды.
11. Очевидно,по экономическим соображениям следует выбрать тот препарат, в котором большемассовая доля кальция. Для этого необходимо рассчитать массовую долю кальция втрех соединениях.
Глюконаткальция
[НО–СН2–(СН–ОH)4–С(O)–О–]2Ca•H2O,M = 448 г/моль, ?(Ca) = 0,089.
Лактаткальция
[СН3–СН(ОН)–С(О)–О–]2Ca•5H2O,M = 308 г/моль, ?(Ca) = 0,13.
Глицерофосфаткальция
СаРО3–O–C3H5(ОН)2•2H2O,M = 246 г/моль, ?(Ca) = 0,16.
Такимобразом, из трех солей массовая доля кальция больше всего в глицерофосфатекальция. Надо также иметь в виду, что по своему физиологическому действиюглицерофосфат кальция несколько отличается от лактата и глюконата, т. к.содержит фосфор. По этой причине, кроме того действия, которое оказывают наорганизм глюконат и лактат кальция, он стимулирует обмен веществ и оказываетобщеукрепляющее и тонизирующее действие. В целом можно сказать, чтоглицерофосфат кальция не только содержит больше всего кальция, но и имеет болеевысокую биологическую активность за счет фосфора. ЛИТЕРАТУРА
1. Азимов А. Краткая история химии.Москва: Мир,1983.
2. Габриелян О.С. Химия 10 класс.Москва: Дрофа,2005.
3. Глинка Н.Л. Общая химия. Петербург:Химия,1999.
4. Крамаренко В.Ф. Токсикологическаяхимия. Киев: Выща школа,1989.
5. Макаров К.А. Химия и медицина.Москва: Просвещение,1998.
6. Оганесян Э.Т., Книжник А.З. Неорганическаяхимия. Москва: Медицина,1989.
7. Советский энциклопедический словарь.Москва,1989.
Размещено на www.
Содержание. I. Введение.……………………………………………………………………………… II. Химия – союзник медицины. …………………………………………………… §1. Болеутоляющие (анальгезирующие) средства. …..………………… §2. Снотворные средства. ……………………………………………………… §3. Антибактериальные и химиотерапевтические средства.…….… §4. Витамины.…….………………………………………………………………… §5. Химиотерапевтические аспекты будущего. ………………………… §6. Химия регулирует рождаемость. ………………………………………. §7. Контактные линзы. …………………………………………………………. §8. Этиловый спирт.……………………………………………………………… §9. Наркотики.……………………………………………………………………… III. Заключение. ………………………………………………………………………. IV. Список используемой литературы.…………..……………………………. Введение. Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки
прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться
успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когда
медики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто
довольно успешно справлялись с болезнями. Человек тысячами нитей связан с
окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена,
когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта
истина была усвоена врачами. В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину
и часто врач, и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории
не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не
на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к
ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу
о сурьме («триумфальная колесница антимония»), предлагал ее для избавления
от всех болезней. Этот элемент- аналог мышьяка- ничего, кроме вреда, не мог
принести страждущим. Случайные удачи химиков и использование народного
опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда
не прерывались. В XV в. Теофраст Парацельс опроверг учение о пневмах, но
тут же заменил их не менее таинственным «археем», не имеющим материальной
природы, но подчиняющим себе материю. Эти фантастические «теории» были
скоро забыты, но практическая врачебная деятельность Парацельса оказалась
продуктивной. Он исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу
ятрохимии – науки о применении определенных химических соединений для
лечения болезней. Правда, рецепты Парацельса вызвали бы у современных
врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному
пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через
четыре сотни лет. История медицины сохранила опись «всяким зельям»,
привезенным в Москву в 1602г. английским аптекарем Джеймсом Френчем по
поручению королевы Елизаветы. Среди «зелий» числятся: «цидоны яблоки в
сахаре, слива дамасен, сыроп соку цитронова, водка коричная, можжевеловая,
пиретрум, калган, алоэ, опиум» и даже «глина армянская»; имеются и вещества
животного происхождения, например «олений рог». Всего 171 лекарство.
Некоторые из них безусловно приносили пользу, это, в частности, «сок
цитронов», т.е. лимонный сок, калган, алоэ, которые и ныне применяются в
медицине. В XIX в. прогресс теоретической химии, великие открытия М. В.
Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии,
стимулированные созданием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитие
клеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и
способствовали появлению плодотворных идей. Блестящим выражением новых идей
оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные
уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма –
микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные
инфекционные заболевания. При этом речь шла не о специальном подборе
веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о
дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были
заложены основы гигиены- области, в которой пути химии и медицины сошлись с
великой пользой для человечества. Неважно было с гигиеной в Европе в средние века. Чешский ученый Бетина
пишет, что даже сам король Франции Людовик XV мылся не чаще двух раз в год,
а в Париже было принято выливать помои из окон на улицу- закон обязывал
граждан лишь предупреждать прохожих возгласом: «Берегись, вода!» Тяжелые
эпидемии были расплатой за невнимание к миру микробов, населявших почву,
воду и атмосферу. Врачи хорошо знали, что, какой бы удачной ни была
операция, всегда остается риск послеоперационных осложнений. В госпиталях и
родильных домах часто приходилось наблюдать массовую гибель больных,
вызванную тем, что мы сейчас называем инфекцией (чаще всего от
микробов—стафилококков или стрептококков). Одним из первых, кто понял значение гигиенических мероприятий, был
венский врач И.Зиммельвейс, обязавший сестер в родильном доме, где он был
главным врачом, мыть руки в растворе хлорной извести. Смертность среди
рожениц сразу резко снизилась. Химия помогла медицине справиться с опасными
врагами- микробами, которых, собственно, еще никто как следует не знал, а
многие вообще не признавали. Английский хирург Д.Листер с большим успехом применил растворы фенола
(карболовой кислоты) для дезинфекции тканей во время операций; П. Кох
пользовался растворами хлорной ртути (сулемы), и только в 1909 г. Стреттон
открыл дезинфицирующие свойства растворов йода в спирте. Все эти средства,
хотя и помогли хирургам спасти сотни тысяч жизней оперированных ими
больных, все же не решали задачу борьбы с инфекционными заболеваниями. Во-
первых, дезинфицирующие средства влияли только на окружающую человека
среду. Операция и послеоперационный период были менее опасными, но больной
не избавлялся от тех микробов, которые уже проникли в организм. Во-вторых,
йод, сулеме, карболовая кислота и другие дезинфицирующие вещества иногда
губили клетки организма, а погибшие ткани способствовали росту микробов.
Поэтому, несмотря на все несомненные успехи методов дезинфекции, оставалась
задача создания таких соединений, которые разрушали бы только микробные
клетки. К началу XX в. органическая химия и методы химического синтеза
достигли такого уровня, что химики уверенно перестраивали молекулы
органических соединений и могли синтезировать сложную молекулу по заданной
формуле. Немецкий ученый П. Эрлих – один из основоположников химиотерапии – был
убежден, что, изменяя структуру молекулы, можно найти такие соединения,
которые будут специфически влиять только на клетки возбудителей
инфекционных болезней, легко проникая в – них и действуя достаточно быстро.
П.Эрлих, занимаясь изучением клеток микробов, окрашивал их различными
красителями, как это принято в микробиологии. Такие препараты лучше видны и
позволяют исследовать тонкие детали строения клеток, которые без окраски
незаметны. Определенные красящие вещества более прочно связываются с
клеткой микроба, чем с клетками организма человека. Отсюда следовал вывод,
что если бы эти красители оказались гибельными для микробов, то их можно
было бы использовать для лечения вызываемой микробами болезни, не опасаясь
отравления больного. Так, например, было известно, что метиленовая синька,
которой хозяйки подсинивают белье, оказывает лечебное действие при малярии.
Действие, правда, довольно слабое, но ведь можно химически изменить
молекулу этого вещества – не станет ли оно от этого более эффективным?
Позже, уже после первых работ П. Эрлиха, удалось получить хороший
противомалярийный препарат на основе метиленовой синьки. П.Эрлих проявил исключительное упорство в трудной работе по исследованию
ряда мышьяковистых соединений, применяемых для лечения сифилиса. Было
синтезировано и изучено более шестисот соединений, прежде чем удалось
получить препарат под номером 606 (сальварсан), обладающий высокой лечебной
активностью. Это было в 1909 г., а в 1912 г. в лаборатории П.Эрлиха
синтезировали вещество, имевшее номер 914 (неосальварсан), оказавшееся еще
более действенным и менее токсичным «Волшебными пулями» называли молекулы
сальварсанов – они, попадая в ткани организма, поражали только микробов.
Это было громадным достижением и открывало важнейшие перспективы перед
новой наукой- химиотерапией. Число побежденных болезней долгое время оставалось очень небольшим, и
острые инфекции продолжали угрожать человеку. Однако врачи опытным путем
нашли еще один путь борьбы с ними – создание иммунитета (невосприимчивости
к болезни посредством введения в организм специальных сывороток, полученных
из тканей животных, перенесших заболевание). Так удавалось бороться с
оспой, дифтерией, бешенством, так и сейчас справляются с полиомиелитом,
холерой, столбняком, укусами змей и т. п. Но ученые долгое время не могли
объяснить, как именно и почему возникает иммунитет. Только в наши дни
удалось немного приподнять завесу над химическими тайнами иммунитета –
только приподнять, не более! Это одна из труднейших и многообещающих задач
химии ближайшего будущего. Тему «Химия- союзник медицины» я выбрала, потому что своё будущее хочу
связать с профессией врача. Про химию и медицину можно писать бесконечно,
но объём работы ограничен, поэтому я осветила только то, что мне было
особенно интересно. Я почти уверена, что благодаря этой работе мне будет
легче осваивать профессию врача. Болеутоляющие (анальгезирующие) средства С раннего детства нам знакома зубная боль и такие лекарства, как
аспирин, анальгин, пирамидон (амидопирин). Эти соединения относятся к
группе ненаркотических анальгетиков: они не обладают седативным и
снотворным действием, не вызывают эйфории (как наркотики), к ним не
развивается привыкание. По химической структуре их можно разделить на
производные салициловой кислоты (аспирин, салицилат натрия и др.) и
пиразолона (амидопирин, антипирин, анальгин, бутадион): Схема-1 Все эти вещества характеризуются тремя типами действия: анальгезирующим
(обезболивающим), противовоспалительным и жаропонижающим. Механизм
обезболивания объясняется их блокирующим действием на «пути проведения»
болевых импульсов на уровне окончаний чувствительных нервов. Считают также,
что салицилаты тормозят синтез веществ (простагландинов), участвующих в
генерации болевых импульсов. Механизм противовоспалительного действия’ этих
препаратов связывают с их антагонизмом с так называемыми веществами
воспаления. В основе жаропонижающего свойства этих соединений лежат
процессы ингибирования (замедления) действия соединений (простагландины
группы Е), которые оказывают пирогенные воздействия на центр теплорегуляции
гипоталамуса. Понижение температуры тела является результатом теплоотдачи
вследствие расширения кровеносных сосудов кожи и потоотделения. Аспирин (ацетилсалициловая кислота)- один из наиболее сильных
ингибиторов синтеза простагландинов. Он реже, чем другие салицилаты,
оказывает побочные эффекты на организм человека, однако длительное
(особенно без контроля врача) его использование может привести к серьезным
заболеваниям желудочно-кишечного тракта (язвы и кровотечения желудка и т.
д.). Для уменьшения повреждающего действия лекарства на слизистую оболочку
желудка его следует принимать после еды, запивая большим количеством
молока. Большие дозы аспирина и других салицилатов, принимаемые в течение
продолжительного времени, могут вызвать аллергические реакции, ускорить
процессы распада белков и жиров, вызвать ослабление слуха (звон в ушах).
Поэтому не следует увлекаться жаропонижающим свойством аспирина. Необходимо
помнить, что лихорадка- это защитная реакция организма на большие
температуры, и ее подавление (особенно при невысоких температурах) вредно
для организма. Все это следует иметь в виду и при приеме таблеток,
содержащих ацетилсалициловую кислоту (аскофен, цитрамон и др.). Анальгин и амидопирин (пирамидон) широко используются при различных
болевых ощущениях (головная боль, радикулиты, миозиты, невралгии, гриппе,
лихорадках, ревматизме). У этих препаратов более выражен обезболивающий
эффект; их противовоспалительное действие невелико. Длительное применение
этих лекарств может вызвать угнетение процессов кроветворения. Снотворные средства Снотворные средства угнетающе влияют на передачу возбуждения в головном
мозге. По механизму влияния на центральную нервную систему их относят к
наркотическим веществам. Небольшие дозы снотворных средств действуют
успокаивающе, средние—вызывают сон, большие – наркотическое действие.
Бывают препараты длительного действия (барбитал, фенобарбитал), средней
продолжительности (нитразепам, барбамил) и короткого действия (ноксирон,
гексабарбитал). Механизм сна под влиянием снотворных средств отличается от
естественного, характеризующегося чередованием периодов «медленного» и
«быстрого» (до 25% общей продолжительности) сна. Большинство снотворных
укорачивает длительность быстрого сна. Значительное количество снотворных относится к производным барбитуровой
кислоты. Сама кислота снотворного действия не оказывает. Даже небольшие
дозы барбитуратов замедляют обычные скорости двигательных и психических
реакций человека на внешние раздражения. Схема-2 Об этом должны помнить водители, тем более что некоторые барбитураты
(фенобарбитал и барбитал) обладают длительным последствием (до 3—5 дней).
Для барбитуратов характерен эффект привыкания, который развивается уже
через две недели непрерывного приема. Другая особенность барбитуратов
состоит в том, что они активируют действие ряда ферментов (в микросомах
печени), дезактивируют лекарственные соединения. Поэтому действие лекарств
при их совместном приеме с барбитурьтами может быть ослаблено. Барбитураты
немного снижают температуру тела. Антибактериальные и химиотерапевтические средства Все мы за свою жизнь не раз и не два переболели такими инфекционными
заболеваниями, как грипп или ангина. Предупредить эти и другие инфекционные
болезни можно с помощью антисептиков и дезинфицирующих средств, уничтожив
микробы на подступах к организму. Организму в борьбе с проникающими в него
болезнетворными микроорганизмами помогают химиотерапевтическпе средства,
обладающие антибактериальным, противовирусным, противогрибковым и другим
действием. К антибактериальным химиотерапевтическим средствам в первую очередь
относятся сульфаниламидные препараты и антибиотики. Сульфаниламиды — первые
антибактериальные средства, использованные в борьбе с такими болезнями, как
ангина, пневмония, дифтерия, различные желудочно-кишечные заболевания
(дизентерия и др.). Они эффективны в борьбе и с пневмококками,
менингококками, гонококками. В настоящее время сульфациламиды подразделяют
на препараты, хорошо всасывающиеся в желудочно-кишечном тракте
(сульфадимезин, сульфазин, норсульфазол, этазол – непродолжительного
действия; сульфадиметоксин, сульфапиридазин – продолжительного действия),
и препараты, плохо всасывающиеся (фталазол): Схема-3 Механизм действия всех сульфаниламидов основан на структурной аналогии
их строения и строения фолиевой кислоты, которую синтезируют многие
бактерии. Витамины. Витамины… Они нужны как пища и воздух, но действует в очень малых
количествах, без них организм не может обойтись. Недостаток их есть причина
ряда тяжелых заболеваний и снижение сопротивляемости, т.е. ослабление
иммунных сил организма к действию микробов. В 1880 г. врач Н. Н. .Лунин
доказал существование группы веществ, не относящихся к обычным частям пищи,
но жизненно важным для человека. Его исследования были развиты К.Функом в
1911 г., предложившим их название- витамины. Еще через 11 лет Н. Н.
Бессонов открыл аскорбиновую кислоту- витамин С, излечивающий цингу и
повышающий сопротивляемость организма к болезням. Ее состав оказался
сравнительно простым: Схема-4 Изучение витаминов помогло биохимикам понять механизм действия
лекарственных веществ и немало способствовало успехам химиотерапии. Сейчас
известно, что аскорбиновая кислота облегчает процесс переноса атомов
водорода от пищевых веществ к кислороду, т.е. улучшает дыхание клеток. Другой витамин, названный витамином А, играет большую роль в процессе
восприятия света сетчаткой глаза и необходим для сохранения клеточных
оболочек. Он защищает организм от простудных заболеваний, пневмонии,
болезней кожи. Его формула довольно сложна: Схема-5 Обращает на себя внимание большой углеводородный “хвост” этой молекулы.
На конце такой цепочки находится всего одна группа ОН. Так как группа ОН
повышает растворимость соединений в воде, а углеводородная цепь понижает
ее, витамин А плохо растворим в воде. Но он хорошо растворяется в жирах. Витамин В1, был открыт при изучении причин тяжелой болезни бери-бери,
сопровождающейся прогрессирующими параличами, расстройством сердечной
деятельности и нарушениями работы нервной системы. Все эти явления вызваны
недостатком в организме витамина В1, который входит в состав нескольких
ферментов. Последние ускоряют биохимические реакции и таким образом
регулируют сложный, многоступенчатый процесс окисления пищевых веществ. В
состав витамина В1 входят азот и сера: Схема-6 Другие стадии окисления требуют присутствия других витаминов, часто
объединяемых в общую группу витаминов В. К ним же причисляют и витамины,
необходимые для отдельных этапов синтеза сложных соединений, процессов
переноса отдельных групп атомов от одной молекулы к другой, образования
гемоглобина и т.п. Было доказано, что витамин В12, содержащий в молекуле
ион кобальта, необходим для кроветворения и является прекрасным средством
для излечивания злокачественной анемии. Он проявляет лечебное действие в
ничтожно малых количествах. Витамины группы D необходимы для нормального развития костей, витамин Р
(рутин) усиливает действие витамина С и повышает прочность и эластичность
стенок кровеносных сосудов, витамин Е улучшает состояние нервно-мышечной
системы и подавляет образование опасных для клеток соединений, содержащих
свободные радикалы (т.е. имеющих не спаренные электроны и вследствие этого
чрезмерно повышенную химическую активность). Тесная связь между ферментами
и витаминами показывает, что, применяя витамины для лечения болезней, врач,
в сущности, восстанавливает то химическое равновесие, которое соответствует
нормальной работе организма. Но вернемся к борьбе с микробами. Открытие и применение витаминов,
развитие методов иммунизирования с помощью специфических сывороток
отодвинули на второй план работы в том направлении, которое было намечено
П.Эрлихом. Это понятно, так как П.Эрлих добивался успеха, идя чисто опытным
путем, не имея ясных представлений о механизме поражения микробов именно
его «пулями». Биохимия в это время еще не была в состоянии объяснить гибель
микробов «на молекулярном уровне». И пришлось довольно долго ждать решения
этой задачи хотя бы для некоторых лекарственных веществ. Лишь в 1932 г.
ученик П. Эрлиха химик Г. Домагк, изучая соединения, содержащие два
связанных атома азота —N=N— (диазосоединения), обнаружил, что одно из них
(его позднее назвали красным стрептоцидом) успешно борется со
стрептококковыми инфекциями. Опыты шли на мышах. Но однажды сын Г.Домагка,
случайно уколов руку, заболел тяжелым стрептококковым заражением крови.
Г.Домагк рискнул ввести ребенку красный стрептоцид и спас своего сына от
грозившей ему неизбежной смерти.После этого клинические испытания стали
проводить быстрее и стрептоцид начал свое победное шествие по больницам и
клиникам. Красная форма лекарства состояла из двух компонентов, неактивен
был только один из них – белый стрептоцид. Он оказался менее сложным
соединением, и именно его ввели врачи в медицинскую практику для борьбы с
инфекциями. Было доказано, что причина, по которой стрептоцид подавляет
рост микробов, заключается в том, что его молекула по своему строению очень
похожа на парааминобензойную кислоту, необходимую для жизнедеятельности
микробов; усваивая вместо нее стрептоцид (сульфаниламид, на языке химиков),
микроб отравляется и гибнет. Формулы этих двух веществ следующие: Схема-7 Разница в молекулах состоит только в том, что вместо группы —СООН в
сульфаниламиде находится группа —SO2NH2; этого достаточно, чтобы отравить
клетку стрептококка. Теперь пути дальнейших исследований сделались более ясными: очевидно,
следует варьировать состав и структуру замещающих групп, вводить
заместители в аминогруппу и испытывать полученные соединения на их
антимикробное действие. Так, если в группах —NH2 (сульфаниламида) заместить
по одному атому водорода на группы: Схема-8 (в группе —SO2NH2), то получится соединение, известное под названием
фталазол – прекрасное лечебное средство в борьбе с кишечными инфекциями.
Подбор заместителей позволяет находить соединения, специфически
«настроенные» на определенный вид микробов. Это нелегкая работа: из более
чем 6000 испытанных соединений лишь 20 оказались пригодными для медицинских
целей. Но в целом изучение этого класса было весьма плодотворным. Удалось
создать препараты, способные подавлять развитие туберкулезных бактерий; в
1946 и 1951 гг. группа, возглавляемая Г. Домагком, получила
парааминосалициловую кислоту (ПАСК) и изониазид, применение которых в
последующие годы резко снизило смертность от туберкулеза: Схема-9 В 1877 г. английский ученый У.Роберте пришел к выводу о том, что между
плесневыми грибами и бактериями существует антагонизм. Микроорганизмы
создают вокруг себя «зону безопасности», выделяя в окружающую среду особые
вещества (их назвали антибиотиками), назначение которых—уничтожать другие
микроорганизмы. Но среди этих «других» вполне могли оказаться и
стафилококки, и стрептококки, и пневмококки и прочие серьезные враги
человека. В 20-х годах нашего века А.Флеминг – английский микробиолог,
изучая стафилококки, колонии которых росли в чашках Петри на студне из
агара, заметил, что в одной из чашек микробы почти не развиваются.
А.Флеминг решил, что в эту чашку из атмосферы случайно попали споры
плесневого гриба, относившегося к роду пенициллиум. Вещество, полученное из
жидкости, в которой рос гриб, названное пенициллином, оказалось
исключительно активным по отношению к целому ряду опасных микроорганизмов.
Была установлена и формула пенициллина, получены его соли и различные
производные, например натриевая соль бензилпенициллина: Схема-10 Пенициллин действует на стрептококки, пневмококки, менингококки,
спирохеты и несколько слабее на стафилококки. Воспаление легких,
эндокардит, раневые инфекции, гнойный плеврит, перитонит, цистит,
остеомиелит, ангины, дифтерия, рожистое воспаление, менингит, скарлатина,
сибирская язва – вот неполный список тяжелейших болезней, которые одолевает
пенициллин. Итак, в дополнение к сульфаниламидам появились антибиотики.
Исследования различных сред, в которых росли микробы, главным образом почв,
взятых в различных районах земного шара, проводились широким фронтом.
Вещества, выделяемые микроорганизмами, очищали, концентрировали и
испытывали их способность подавлять рост болезнетворных микробов. В историю освоения производства антибиотиков большой вклад внесли и
советские ученые Г. Н. Гаузе, 3. В. Ермольева, М. М. Шемякин и др. В
настоящее время врачи располагают большим набором веществ этого класса,
эффективных при лечении заболеваний. Очень большую роль в лечении
туберкулеза сыграл выделенный С.Я.Ваксманом из гриба актиномицета
стрептомицин. Левомицетин и тетрациклин (1945—1948 гг.) оказались ценными
средствами при лечении сыпного тифа, дизентерии, бруцеллеза, коклюша,
пневмонии и других заболеваний. Как и всегда, основной каркас молекулы
лекарственного вещества допускает различные вариации, позволяющие улучшить
его свойства или «настроить» его на определенный вид микробов. В настоящее время известны уже сотни антибиотиков и установлен в общих
чертах механизм их действия. Так, установлено, что пенициллин препятствует
образованию клеточной стенки у бактерий, тетрациклины нарушают работу тех
частей клетки, в которых происходит синтез белков (рибосомы), синтезы белка
блокируются также и стрептомицином. Практическое применение антибиотиков
требует осторожности. Многие из них токсичны, некоторые вызывают
аллергические реакции. Что же касается привыкания к ним микробов, то
приходится постоянно бороться с «химическим сопротивлением» микробов. Тем
не менее знание всех стадий обмена веществ у микроорганизмов, доступное
современной биохимии, дает основания думать, что человечество, несомненно,
выиграет бой с примитивными микроорганизмами и будущие поколения не будут
знать инфекционных болезней. Но ими не исчерпывается все разнообразие недугов человека. Существуют
еще многочисленные заболевания, связанные с нарушением регуляции
физиологических процессов. Примером может служить диабет, при котором
расстраивается система регулирования содержания сахара в крови и человек
страдает от чрезмерного повышения концентрации сахара. Лечить такие болезни
очень трудно. Здесь необходим союз медицины, физиологии, химии и биохимии.
Намечаются успехи и на этом фронте. В частности, сульфамидные препараты
оказались пригодными для снижения уровня сахара. Другая болезнь— гипертония
также поддается лечению специальными препаратами, понижающими давление
крови и способствующими расширению сосудов. Будем же уверенно смотреть в
будущее, полагаясь на объединенные силы всех ветвей науки о природе и не
забывая, что тайны жизни и развития организма скрыты в его молекулах. Химиотерапевтические аспекты будущего. Без малейшего сомнения можно утверждать, что медицинская химия в борьбе
с инфекционными заболеваниями достигла значительных успехов. Но тот, кто
думает, что мы почти полностью одолели огромное множество возбудителей
болезней, глубоко заблуждается и особенно сильно потому, что именно
химиотерапия вирусных заболеваний находится еще на стадии ученичества.
Например, миксовирус гриппа А, вызывающий все достойные упоминания
гриппозные заболевания в мире, постоянно образует новые болезнетворные
подтипы, и каждые 9-10 лет происходят эпидемические вспышки инфекции.
Поэтому химио – и иммунотерапевты в последующие десятилетия должны будут
серьезно поработать над этой проблемой. Малое предложение в последнее время веществ, подавляющих рост вирусов,
не имеет никаких существенных дополнений. Применение новых терапевтических
средств (иоддезоксиуредина, адамантамина, метилизатин-(-тиосемикарбазона)
для лечения вызванных патогенными вирусами заболеваний, таких, как
пузырьковая сыпь (например, поясничная рожа). К болезням, имеющим тенденцию распространяться выше среднего уровня,
относятся ревматизм и ревматический полиартрит. Эти заболевания по своей
сущности далеко неодинаковы. Ревматическая лихорадка как одна из акутных
форм воспалительного ревматизма вызывается определенным видом
стрептококков, поэтому с ней можно надежно бороться, например,
пенициллином. Кроме того, можно делать защитные прививки, что касается
хронического ревматизма суставов, то возбудитель его до сих пор неизвестен.
Для лечения применяют симптоматические средства-противовоспалительные и
болеутоляющие (например, преднистон).
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ОРГАНИЧЕСКОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Реферат по истории методологии химии:
ХИМИЯ И МЕДИЦИНА
Выполнила: студентка гр. 25х111
Игуменова А.И.
Проверила: Метелева Г.П.
Тюмень 2014
Содержание
Введение
Лекарственные средства
Химиотерапевтические аспекты будущего
Химия регулирует рождаемость
Контактные линзы
Этиловый спирт
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когда медики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто довольно успешно справлялись с болезнями. Человек тысячами нитей связан с окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена, когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта истина была усвоена врачами.
В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину и часто врач, и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу о сурьме («триумфальная колесница антимония»), предлагал ее для избавления от всех болезней. Этот элемент- аналог мышьяка- ничего, кроме вреда, не мог принести страждущим. Случайные удачи химиков и использование народного опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда не прерывались. В XV в. Теофраст Парацельс опроверг учение о пневмах, но тут же заменил их не менее таинственным «археем», не имеющим материальной природы, но подчиняющим себе материю. Эти фантастические «теории» были скоро забыты, но практическая врачебная деятельность Парацельса оказалась продуктивной. Он исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу ятрохимии – науки о применении определенных химических соединений для лечения болезней. Правда, рецепты Парацельса вызвали бы у современных врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через четыре сотни лет. История медицины сохранила опись «всяким зельям», привезенным в Москву в 1602г. английским аптекарем Джеймсом Френчем по поручению королевы Елизаветы. Среди «зелий» числятся: «цидоны яблоки в сахаре, слива дамасен, сыроп соку цитронова, водка коричная, можжевеловая, пиретрум, калган, алоэ, опиум» и даже «глина армянская»; имеются и вещества животного происхождения, например «олений рог». Всего 171 лекарство. Некоторые из них безусловно приносили пользу, это, в частности, «сок цитронов», т.е. лимонный сок, калган, алоэ, которые и ныне применяются в медицине.
В XIX в. прогресс теоретической химии, великие открытия М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии, стимулированные созданием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитие клеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и способствовали появлению плодотворных идей. Блестящим выражением новых идей оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма – микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные инфекционные заболевания. При этом речь шла не о специальном подборе веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были заложены основы гигиены- области, в которой пути химии и медицины сошлись с великой пользой для человечества.
Неважно было с гигиеной в Европе в средние века. Чешский ученый Бетина пишет, что даже сам король Франции Людовик XV мылся не чаще двух раз в год, а в Париже было принято выливать помои из окон на улицу- закон обязывал граждан лишь предупреждать прохожих возгласом: «Берегись, вода!» Тяжелые эпидемии были расплатой за невнимание к миру микробов, населявших почву, воду и атмосферу. Врачи хорошо знали, что, какой бы удачной ни была операция, всегда остается риск послеоперационных осложнений. В госпиталях и родильных домах часто приходилось наблюдать массовую гибель больных, вызванную тем, что мы сейчас называем инфекцией (чаще всего от микробов-стафилококков или стрептококков).
Одним из первых, кто понял значение гигиенических мероприятий, был венский врач И.Зиммельвейс, обязавший сестер в родильном доме, где он был главным врачом, мыть руки в растворе хлорной извести. Смертность среди рожениц сразу резко снизилась. Химия помогла медицине справиться с опасными врагами- микробами, которых, собственно, еще никто как следует не знал, а многие вообще не признавали.
Английский хирург Д.Листер с большим успехом применил растворы фенола (карболовой кислоты) для дезинфекции тканей во время операций; П. Кох пользовался растворами хлорной ртути (сулемы), и только в 1909 г. Стреттон открыл дезинфицирующие свойства растворов йода в спирте. Все эти средства, хотя и помогли хирургам спасти сотни тысяч жизней оперированных ими больных, все же не решали задачу борьбы с инфекционными заболеваниями. Во-первых, дезинфицирующие средства влияли только на окружающую человека среду. Операция и послеоперационный период были менее опасными, но больной не избавлялся от тех микробов, которые уже проникли в организм. Во-вторых, йод, сулеме, карболовая кислота и другие дезинфицирующие вещества иногда губили клетки организма, а погибшие ткани способствовали росту микробов. Поэтому, несмотря на все несомненные успехи методов дезинфекции, оставалась задача создания таких соединений, которые разрушали бы только микробные клетки. К началу XX в. органическая химия и методы химического синтеза достигли такого уровня, что химики уверенно перестраивали молекулы органических соединений и могли синтезировать сложную молекулу по заданной формуле.
Немецкий ученый П. Эрлих – один из основоположников химиотерапии – был убежден, что, изменяя структуру молекулы, можно найти такие соединения, которые будут специфически влиять только на клетки возбудителей инфекционных болезней, легко проникая в – них и действуя достаточно быстро. П.Эрлих, занимаясь изучением клеток микробов, окрашивал их различными красителями, как это принято в микробиологии. Такие препараты лучше видны и позволяют исследовать тонкие детали строения клеток, которые без окраски незаметны. Определенные красящие вещества более прочно связываются с клеткой микроба, чем с клетками организма человека. Отсюда следовал вывод, что если бы эти красители оказались гибельными для микробов, то их можно было бы использовать для лечения вызываемой микробами болезни, не опасаясь отравления больного. Так, например, было известно, что метиленовая синька, которой хозяйки подсинивают белье, оказывает лечебное действие при малярии. Действие, правда, довольно слабое, но ведь можно химически изменить молекулу этого вещества – не станет ли оно от этого более эффективным? Позже, уже после первых работ П. Эрлиха, удалось получить хороший противомалярийный препарат на основе метиленовой синьки.
П.Эрлих проявил исключительное упорство в трудной работе по исследованию ряда мышьяковистых соединений, применяемых для лечения сифилиса. Было синтезировано и изучено более шестисот соединений, прежде чем удалось получить препарат под номером 606 (сальварсан), обладающий высокой лечебной активностью. Это было в 1909 г., а в 1912 г. в лаборатории П.Эрлиха синтезировали вещество, имевшее номер 914 (неосальварсан), оказавшееся еще более действенным и менее токсичным «Волшебными пулями» называли молекулы сальварсанов – они, попадая в ткани организма, поражали только микробов. Это было громадным достижением и открывало важнейшие перспективы перед новой наукой- химиотерапией.
Число побежденных болезней долгое время оставалось очень небольшим, и острые инфекции продолжали угрожать человеку. Однако врачи опытным путем нашли еще один путь борьбы с ними – создание иммунитета (невосприимчивости к болезни посредством введения в организм специальных сывороток, полученных из тканей животных, перенесших заболевание). Так удавалось бороться с оспой, дифтерией, бешенством, так и сейчас справляются с полиомиелитом, холерой, столбняком, укусами змей и т. п. Но ученые долгое время не могли объяснить, как именно и почему возникает иммунитет. Только в наши дни удалось немного приподнять завесу над химическими тайнами иммунитета – только приподнять, не более! Это одна из труднейших и многообещающих задач химии ближайшего будущего.
Лекарственные средства
Все лекарственные вещества могут быть разделены на две большие группы: неорганические и органические. Те и другие получаются из природного сырья и синтетически.
Сырьем для получения неорганических препаратов являются горные породы, руды, газы, вода озер и морей, отходы химических производств.
Сырьем для синтеза органических лекарственных препаратов служат природный газ, нефть, каменный уголь, сланцы и древесина. Нефть и газ являются ценным источником сырья для синтеза углеводородов, являющихся полупродуктами при производстве органических веществ и лекарственных препаратов. Полученные из нефти вазелин, вазелиновое масло, парафин применяются в медицинской практике.
Как ни много известно лекарственных препаратов, как ни богат их выбор, предстоит еще немало сделать в этой области. Как же в наше время создаются новые лекарства?
В первую очередь нужно найти биологически активное соединение, оказывающее то или иное благоприятное воздействие на организм. Существуют несколько принципов такого поиска.
Весьма распространен эмпирический подход, не требующий знания ни структуры вещества, ни механизма его воздействия на организм. Тут можно выделить два направления. Первое – это случайные открытия. Например, было случайно открыто слабительное действие фенолфталеина (пургена) а также галлюциногенное действие некоторых наркотических веществ. Другое направление – это так называемый метод “просеивания”, когда сознательно, с целью выявления нового биологически активного препарата проводят испытания многих химических соединений.
Существует и так называемый направленный синтез лекарственных веществ. В этом случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и, незначительно модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта замена влияет на биологическую активность соединения. Порой достаточно минимальных изменений в структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем снять его биологическую активность. Пример: в молекуле морфина, который обладает сильным болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода на метильную группу и получили другое лекарство – кодеин. Болеутоляющее действие кодеина в десять раз меньше, чем морфина, но зато он оказался хорошим средством против кашля. Заменили два атома водорода на метил в том же морфине – получили тебаин. Это вещество уже совсем “не работает” как обезболиватель и не помогает от кашля, но вызывает судороги.
В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск лекарственных средств на основе общетеоретических представлений о механизме биохимических процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с реакциями вне организма и о факторах, влияющих на такие реакции.
Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и путем небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат. Именно так, химической модификацией природного пенициллина, получены многие его полусинтетические аналоги, например оксацилин.
После того, как биологически активное соединение отобрано, определена его формула и структура, нужно исследовать, не является ли это вещество ядовитым, не оказывает ли на организм побочных воздействий. Это выясняют биологи и медики. А затем снова очередь за химиками – они должны предложить наиболее оптимальный способ, которым это вещество будут получать в промышленности. Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими трудностями и оно обходится так дорого, что применение его в качестве лекарства на данном этапе не возможно.
Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям: фармакологическая и химическая.
Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно этой классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости от их действия на системы и органы. Например: 1. снотворные и успокаивающие (седативные); 2. сердечно – сосудистые; 3. анальгезирующие (болеутоляющие), жаропонижающие и противовоспалительные; 4. противомикробные (антибиотики, сульфаниламидные препараты и др.); 5. местно-анестезирующие; 6. антисептические; 7. диуретические; 8. гормоны; 9. витамины и др.
В основу химической классификации положено химическое строение и свойства веществ, причем в каждой химической группе могут быть вещества с различной физиологической активностью. По этой классификации лекарственные вещества подразделяются на неорганические и органические. Неорганические вещества рассматриваются по группам элементов периодической системы Д. И. Менделеева и основным классам неорганических веществ (оксиды, кислоты, основания, соли). Органические соединения делятся на производные алифатического, алициклического, ароматического и гетероциклического рядов. Химическая классификация более удобна для химиков, работающих в области синтеза лекарственных веществ.
Химиотерапевтические аспекты будущего
Без малейшего сомнения можно утверждать, что медицинская химия в борьбе с инфекционными заболеваниями достигла значительных успехов. Но тот, кто думает, что мы почти полностью одолели огромное множество возбудителей болезней, глубоко заблуждается и особенно сильно потому, что именно химиотерапия вирусных заболеваний находится еще на стадии ученичества. Например, миксовирус гриппа А, вызывающий все достойные упоминания гриппозные заболевания в мире, постоянно образует новые болезнетворные подтипы, и каждые 9-10 лет происходят эпидемические вспышки инфекции. Поэтому химио – и иммунотерапевты в последующие десятилетия должны будут серьезно поработать над этой проблемой.
Малое предложение в последнее время веществ, подавляющих рост вирусов, не имеет никаких существенных дополнений. Применение новых терапевтических средств (иоддезоксиуредина, адамантамина, метилизатин–тиосемикарбазона) для лечения вызванных патогенными вирусами заболеваний, таких, как пузырьковая сыпь (например, поясничная рожа).
К болезням, имеющим тенденцию распространяться выше среднего уровня, относятся ревматизм и ревматический полиартрит. Эти заболевания по своей сущности далеко неодинаковы. Ревматическая лихорадка как одна из акутных форм воспалительного ревматизма вызывается определенным видом стрептококков, поэтому с ней можно надежно бороться, например, пенициллином. Кроме того, можно делать защитные прививки, что касается хронического ревматизма суставов, то возбудитель его до сих пор неизвестен. Для лечения применяют симптоматические средства-противовоспалительные и болеутоляющие (например, преднистон).
Несмотря на интенсивную пропаганду, проводимую в промышленно развитых странах, тенденция к приему излюбленной высококалорийной пищи до сих пор имеет лишь слабый уклон вниз, а малоподвижный образ жизни остается поистине бичом наших дней. Поэтому специалисты должны внести что-то новое в борьбу с ожирением.
Во многих прогрессивных в экономическом отношении странах очень широко распространены сердечно-сосудистые заболевания, причиняющие много страданий людям. Будьте осторожны: около вас бродит призрак инфаркта! Причины этого явления коренятся во все возрастающем ограничение подвижности, в злоупотреблениях возбуждающими средствами, в особенности алкоголем и курением, в нерациональном питании, в непродуктивной лихорадочной работе и нервных повседневных перегрузках организма.
Уже из приведенного перечисления факторов риска следует, что биохимикам не так скоро удастся создать волшебную пилюлю от заболеваний сердца. Сразу же напрашивается мысль, а не устранить ли вначале корни зла? Для этого не потребуется ни много времени, ни больших капиталовложений. Однако легче сказать, чем сделать! Поэтому в ближайшие десятилетия и химикам, и медикам есть, чем заняться. Органической причиной многих сердечно-сосудистых заболеваний является склероз (обызвествление) кровеносных сосудов вследствие нарушения холестеринового обмена. При этом холестерин откладывается в стенках артерий. Если бы удалось в последующие годы найти и изготовить вещества, которыми можно было бы регулировать биосинтез холестерина, то этим был бы сделан первый шаг к каузальной (причинной) терапии склероза кровеносных артерий. В последние 20 лет нашего столетия химики надеются дать нам распоряжение лекарства, которыми можно замедлить, остановить и даже повернуть вспять процесс атеросклероза.
Предупреждение закупорки вен сгустками крови (тромбами) повлечет за собой снижение смертности от инфаркта миокарда. Из многих веществ, которые могут рассасывать тромбы, представляет интерес фермент стрептокиназа, получаемый из фильтратов обычных стрептококковых штаммов. Его химическая структура еще досконально не выяснена. Установлено, что он особенно пригоден для терапевтического лечения свежих тромбов, однако может разрушать и застарелые сгустки крови максимум за 4 дня
В заключение следует упомянуть о том, что химия помогает) не только терапевтам, но и хирургам. Им она дает все больше новых вспомогательных средств, например уменьшающие трудоемкость операций: клеи для заделывания ран, различные искусственные органы из пластмасс.
Применение пластмасс в хирургии:
Артерии
Внутреннее ухо
Глазное яблоко, головки суставов, грудь
Зубы
Кожа, кости, костные пластинки, кровь
Легкие, межпозвоночные диски, мочевой пузырь, мочеточники
Носовой хрящ, оболочки нервов
Пальцы, печень, почки
Сердечные клапаны, сердце, трахея
и т.д.
Химия регулирует рождаемость
Биохимические исследования в области размножения стали уже малозаметной повседневностью. Однако при всем этом мы стоим в самом начале многообещающего пути, конечным итогом которого может быть очень деликатное регулирование биологического процесса размножения с помощью химических средств, подобранных для каждого индивидуально.
Биология размножения людей, управляется сложной гормональной системой. Схематически её можно представить так: производимые промежуточным мозгом рилизинг-гормоны вызывают образования гонадотропинов в железах гипофиза, а те уже действуют на половые железы, выделяющие в свою очередь половые гормоны. Гонадотропины – это гормоны- белки, а половые гормоны представляют собой стероиды. Когда концентрация гормона достигает обычного значения, срабатывает механизм обратной связи и начинается торможение всей действующей цепи через дополнительную доставку собственного гормона. Изложенная схема представляет собой основу для практического вмешательства в процесс размножения. Если в соответствующее звено цепи ввести нужный гормон или эквивалентное ему по биологическому действию соединение, то можно будет регулировать весь процесс по собственному желанию.
Надо сказать, что пока практически можно оказывать влияние «только» на женщин. Как известно, примерно четырехнедельный цикл деятельности яичника заключается в том, что в нем развивается фолликул-пузырек величиной с горошину, в котором содержится яйцеклетка. Из приведённой выше схемы следует, что и прогестерон (гормон желтого тела) и эстрадиол (женский половой гормон) тормозят образование в гипофизе гормонов ФСГ (гормон, стимулирующий функцию фолликул) и ГСРСТ (гормон, стимулирующий разрастание соединительной ткани), необходимых для развития яйцеклетки. Если в крови искусственно повысить концентрацию эстрогенов (женских половых гормонов) или гестагенов (гормонов желтого тела), то можно полностью прервать менструальный цикл. Без ФСГ не может созреть фолликул, а без ГСРСТ не произойдет овуляции, т.е. самопроизвольного выхода яйцеклетки из фолликула, когда он уже созреет. Из этого факта следует, что для предотвращения беременности необходим препарат, тормозящий овуляцию. Такой препарат разработан и представляет собой смесь двух указанных типов гормонов (эстрогенов и гестагенов) или, гораздо чаще, их синтетических производных в виде пилюль. Применение лишь одного из них приводит к нежелательным результатам. Если взять только эстроген, то возникает опасность усиленного образования вторичных женских (половых) признаков, что приемлемо лишь в определенных пределах. Но если применять один только гестаген, то в организме женщины начнут образовываться мужские половые гормоны (поскольку блокируется продуцирование эстрогенов), а вместе с ними могут возникнуть и отрицательные изменения в ее внешнем облике.
Первые препараты, тормозящие овуляцию, были приготовлены в 1960 г. в США на основе этинилнортестостерона и метилового эфира этинилэстрадиола. В предшествующем этому десятилетии все авторитетные фармацевтические фирмы мира разрабатывали различные препараты подобного типа. В наше время найдены и новые действующие принципы и, главное, созданы противозачаточные средства, не оказывающие побочного действия.
Новинкой последних лет является разработка препаратов пролонгированного действия. Их вводят путем инъекций. Однократная доза надежно предохраняет от беременности в течение месяца. Преимуществом здесь является то, что отпадает необходимость ежедневного приема и что надежность действия 100%-ная. Действующим агентом служит ацетат медроксипрогестерона-гестаген, не оказывающий побочного действия. В настоящее время гормональными противозачаточными или стимулирующими рождаемость средствами пользуются во всем мире свыше 30 млн. женщин. В ГДР число женщин, желающих иметь детей и применяющих для этого соответствующие пилюли, составляет свыше 500000. Практически их принимает каждая седьмая женщина в детородном возрасте (до 45 лет), используя тем самым возможность, которую предоставляет ей химия для регулирования рождаемости. Совершенно очевидно, что потребность в этом регулировании весьма актуальна для современного человека. В высокоразвитых странах пилюли принимают не потому, что женщины вообще не хотят иметь детей, а просто потому, что они хотят сами определить наиболее удобное время для их рождения. Вследствие того, что препараты обеспечивают исключительно высокую биологическую надежность, их положительное влияние на работоспособность личности просто трудно переоценить.
Путем введения тестостерона можно действенно затормозить образование фолликулостимулирующего гормона и тем самым прервать развитие и созревание спермы. Таким образом, возникает возможность разработки противозачаточных гормональных пилюль не только для женщин, но и для мужчин. Правда, повышенное количество тестостерона может привести к усиленному развитию вторичных половых признаков, так что потенциальные кандидаты для подобного лечения должны иметь в виду, что им гораздо чаще придется бриться. Торможения образования ФСГ можно достичь и с помощью эстрогенов, но это будет обусловливать падение количества ГСРСТ и понижение выработки организмом тестостерона, что затем приведет к «феминизации» мужчин. Обойти возникающие трудности можно комбинированием эстрогенов и андрогенов. Поскольку до сих пор еще нет достаточно дешевых препаратов, оказывающих андрогенное действие, разработка антиспермальных пилюль достанется уже нашим потомкам.
Проблема регулирования рождаемости имеет два аспекта: помимо предохранения от нежелательной беременности немаловажное значение приобретает и ее стимуляция. Этот аспект также актуален. Например, в ГДР от 10 до 15% всех супружеский пар остаются бездетными из-за того, что один из супругов бесплоден. В 50% случаев мы имеем дело с бесплодием женщин, в 40%-со стерильностью мужчин, а в 10% виновны оба партнера. Бесплодие женщин примерно в 40% случаев вызывается нехваткой гонадотропинов, вследствие чего и происходит блокада овуляции. В зависимости от того, в каком участке организма произошло нарушение выработки гормонов-в гипофизе (образование гонадотропинов) или промежуточном мозге, положение можно исправить введением соответствующих гормонов белковой структуры или эквивалентных им биологически активных соединений. Примерно с середины 1972 г. в женской клинике Берлинского университета успешно введен в практику лютеинизирующий рилизинг-гормон, состоящий из 10 аминокислот. Такой метод лечения может приобрести в будущем большое значение, если удастся синтезировать рилизинг-гормон или найти и получить подходящий заменитель.
Хотелось бы обратить внимание на то обстоятельство, что природное или искусственное управление сексуальной биологией млекопитающих может производиться по тем же самым принципам и, как уже указывалось в предыдущей главе, может быть использовано в животноводстве, организованном на промышленной основе.
Биохимики ведут также борьбу за то, чтобы появляющееся на свет потомство не получало травм при рождении, т.е. выполняют функции акушеров-незаменимых помощников при родах.
Контактные линзы
Многим кажется, что контактные линзы- дитя нашего столетия. Между тем их история начинается с Леонардо да Винчи. Позже идею линз высказывал Декарт. Томас Юнг экспериментировал с трубкой, заполненной водой и приставляемой к глазу, английский астроном Джон Гершель произвел теоретические расчеты.
Но реально, в материале, линза появилась в 1887 году, когда известный висбаденский стеклодув Ф. Мюллер изготовил вогнутые стеклянные диски по заказу одного из своих клиентов. Линзы были большими, прозрачными в середине и матовыми по краям, надевали их под веки. Больной носил линзы в течение пятнадцати лет.
Вскоре однофамилец стеклодува, студент-медик, сумел скорректировать подобным образом близорукость ни много, ни мало в 24 диоптрии. Правда, дольше получаса глаз не выдерживал.
Тогда же известный немецкий философ Адольф Фик применил новинку для коррекции астигматизма. Он и ввел термин – контактные линзы.
В десятые годы нашего века фирма «К. Цейс» начала выпускать небольшие партии линз. Отличались они, как всегда у Цейса, великолепными оптическими свойствами, но были тяжелы, неэластичны, непроницаемы для кислорода. Ну, и легко бились, конечно.
И вот в конце тридцатых годов появились первые линзы из пластмассы – полиметилметакрилата (сейчас их называют жесткими). Столь же прозрачные, как и стеклянные, но легкие, прочные, сравнительно простые в изготовлении, они быстро вытеснили своих предшественников. Правда, основные недостатки остались – малая кислородопроницаемость и не эластичность. Линзы раздражали глаза, хотя и меньше стеклянных.
На рубеже пятидесятых – шестидесятых годов в контактной коррекции произошел еще один скачок – появились мягкие линзы. Идея носилась в воздухе давно, американцы, например, экспериментировали с акриламидом. Но главный успех пришелся на долю академика Отто Вихтерле. Он и его сотрудники разработали гидрогель из сополимера гликольметакрилата и дигликольдиметакрилата. Материал содержал около 40% воды, был эластичен, химически инертен, биологически и механически устойчив. Чешские ученые запатентовали и высокопроизводительную технологию линз.
С тех пор контактная коррекция бурно развивается. Появилось множество новых материалов: и мягких, и жестких, и полужестких, объединяющих достоинства тех и других. В развитых странах линзы носят около сорока миллионов человек, и эта цифра быстро растет.
Словосочетание, вынесенное в подзаголовок, недаром разбито на две части. Каждая из них предъявляет свои требования к материалу линзы.
Раз есть контакт, значит, полимер не должен вызывать аллергию, быть химически активным, а тем более – токсичным, канцерогенным. Короче – опасным для организма.
С другой стороны, и организм не должен вредить линзе, годами плавающей в слезной жидкости. А там – масса всякой всячины: неорганические вещества, ферменты, липиды. Жесткие линзы, действительно, устойчивы к ним. Мягкие держатся год – другой, потом покрываются непрозрачными протеиновыми бляшками.
Материал должен смачиваться: к полностью гидрофобной линзе глаз привыкнуть не сможет. В мягких линзах из гидрогелей это требование выполняется само собой, в жестких – чаще с помощью всяких ухищрений, о которых речь впереди.
Далее, линзы не должны вносить в глаз инфекцию, а значит, время от времени их надо дезинфицировать. Жесткие линзы просто моют детским мылом. Мягкие или кипятят, или стерилизуют химически. Материал обязан выдерживать эти манипуляции.
Очень важна кислородопроницаемость материала. Именно от нее зависит зрительный комфорт и продолжительность непрерывного ношения линз. И вот почему.
Роговица дышит. Поступающий через ее поверхность кислород окисляет глюкозу, основной источник энергии для обменных процессов в глазу. Если кислорода не хватает, глюкоза расщепляется не до конца и весь механизм разглаживается. Меняется рН слезной жидкости, баланс ионов натрия и калия, растворенных кислорода и углекислого газа. Меняются толщина и форма роговицы, вплоть до отека. Начинается резь в глазах, они краснеют. Зрение затуманивается, вокруг источников света появляется радужный ореол. Линзы надо немедленно снять!
Кстати, курильщики, активные и пассивные: дым от папирос сильно ускоряет эти процессы. Если вы носите линзы, подумайте о глазах, раз уж не думаете о легких.
Так вот, материал должен пропускать достаточное количество кислорода, тогда и носить можно по долгу. Лучшие современные образцы – до нескольких месяцев подряд, не снимая.
Вторая часть подзаголовка: «линзы». Что добавит она?
Прежде всего, прозрачность. Вообще-то у полимеров она хуже, чем у стекла, но линзы берут малой толщиной. И пропускают в итоге столько же света, сколько и очки:92 – 95 %.
Далее, линза должна сохранять свою форму. На это способен не всякий аморфный полимер, а лишь стеклообразный или высокоэластичный. Из первого делают жесткие, из второго – мягкие линзы.
Линзы под старость затуманиваются, желтеют, покрываются микротрещинами и неровностями.
Самый почтенный из всех материалов – полиметилметакрилат, он же плексиглас, он же оргстекло – служит контактной коррекцией уже более пятидесяти лет.
Лучше пропускает кислород материалы нового поколения: ацетобутират целлюлозы, поли – 4 – метилпентен – 1, сополимеры метилметакрилата с акриловой кислотой и т. п.
Но самая достойная «партия» для жестких линз – кремний и фторорганические соединения. По кислородопроницаемости у них почти нет конкурентов среди синтетических материалов. Да вот беда – полная гидрофобность, исправить это можно двумя путями. Первый – привить к поверхности гидрофильные мономеры, например, акриловую кислоту или N – винилпирролидон. Но поверхностный слой постепенно истирается, открывая гидрофобные проталины, и линза приходит в негодность. Более надежен второй способ: сополимеризация с гидрофильными компонентами – теми же акрилатами, виниловыми соединениями – во всем объеме. Именно так за рубежом синтезируют материалы, обладающие отличными механическими свойствами, прозрачностью, хорошей смачиваемостью. Они чуть эластичнее своих предшественников, что для глаз не мало важно.
В нашей стране такие полимеры разработаны во Всероссийском центре контактной коррекции.
Есть два вида мягких линз: низкогидрофильные – около 40% воды, и высокогидрофильные – 45-85%. Первые можно носить 12-14 часов подряд, вторые – от несколько суток до нескольких недель.
Кроме обычных линз существуют: цветные, бифокальные – для так называемого старческого зрения, солнцезащитные, косметические – позволяющие изменить цвет глаз и для больных с дефектами роговицы, линзы для плавания – вместо маски или подводных очков.
В последние годы число обладателей линз выросло и продолжает расти.
Этиловый спирт
Этиловый спирт относится к веществам наркотического типа и оказывает угнетающее действие на центральную нервную систему человека. В организме спирт окисляется до кислых продуктов (CO2 и H2O) через стадии образования ацетальдегида и уксусной кислоты. При этом высвобождается значительное количество энергии-29,8 кДж/ч. За 1 ч в печени окисляется 10 мл спирта. Введение спирта в организм нарушает его теплоизоляцию вследствие расширения кожных кровеносных сосудов. Субъективное ощущение тепла, связанное с этим явлением, на самом деле не сопровождается повышением температуры тела. Наоборот, организм теряет теплоту, и прием спирта на холоде связан с риском замерзания. Усиливая активность слюнных и желудочных желез, спирт приводит лишь к усиленному выделению соляной кислоты и угнетающе (особенно при концентрации 15-20%) действует на пищеварительные ферменты. Прием спиртных напитков приводит к отравлению организма. При концентрации спирта в крови 1-2 г/л наступает опьянение, при 3-4 г/л развивается общая интоксикация организма, при 5-8 г/л наступает смерть.
При злоупотреблении спиртными напитками развивается хронический гастрит, цирроз печени, жировая дистрофия сердца и печени, страдает интеллект, память, развиваются психические заболевания (психозы, белая горячка). Для лечения алкоголизма используют выработку отрицательных условные рефлексов, например рвотное средство – апоморфин. Механизм действия другого препарата – тетурама – основан на том, что под его влиянием задерживается процесс окисления этанола на стадии образования ацетальдегида. Накопление последнего в организме вызывает неприятные ощущения (тошнота, рвота, головная боль, чувство страха). Больной должен понимать, что даже небольшие дозы этанола в крови могут привести на фоне действия тетурама к летальному исходу.
Заключение
О значении химии в медицине можно говорить бесконечно.
Успехи химии, внедрение ее продуктов в медицину открывают безграничные возможности для преодоления различных заболеваний.
В последнее время биология, медицинская наука и практика все чаще используют достижения современной химии. Огромное количество лекарственных соединений поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств достигнуты новые успехи.
Большое количество химических веществ служит для изготовления самых разнообразных протезов.
Химические заводы выпускают для медицинских целей трубки, шланги, ампулы, шприцы, белково-витаминные и другие напитки, кислород, перевязочный материал, аптечную посуду, оптику, красители, больничную мебель и многое другое.
химия заболевание лечение медицина
Список используемой литературы
Поллер З. Химия на пути в третье тысячелетие: перевод с немецкого/ перевод и предисловие Васиной Н.А. – М.: Мир, 1982.
Макаров К. А. Химия и здоровье: Кн. для внеклассного чтения. – М.: Просвещение, 1985.
Конев С.В. и др. Откровения трёхмерного мира/ Конев С.В., Аксенцев С.Л., Волотовский И.Д. – Мн.: Высшая школа, 1981.
Буцкус П.Ф. Книга для чтения по органической химии: Пособие для учащихся 10 классов/ сост. Буцкус П.Ф. – 2-е. изд., переработанное. – М.: Просвещение, 1985.
Глинка Н.Л. Общая химия: Уч. пособие для вузов. – Л.: Химия, 1983.
Кузнецов В.И. Общая химия: Тенденции развития. – М.: Высшая школа, 1989.
Химия и жизнь (журнал): №3, 1991.
Химия и жизнь (журнал): №4, 1991.
Химия и жизнь (журнал): №4, 1992.
Химия и жизнь (журнал): №12, 1991.
Розен Б.Я. Химия – союзник медицины/ Розен Б.Я. и Шарипова Ф.С. –
Издательство Науки Казахской ССР, 1984.
Размещено на Allbest.ru
Содержание.
I. Введение.……………………………………………………………………………… II. Химия – союзник медицины. …………………………………………………… §1. Болеутоляющие (анальгезирующие) средства. …..………………… §2. Снотворные средства. ……………………………………………………… §3. Антибактериальные и химиотерапевтические средства.…….… §4. Витамины.…….………………………………………………………………… §5. Химиотерапевтические аспекты будущего. ………………………… §6. Химия регулирует рождаемость. ………………………………………. §7. Контактные линзы. …………………………………………………………. §8. Этиловый спирт.……………………………………………………………… §9. Наркотики.……………………………………………………………………… III. Заключение. ………………………………………………………………………. IV. Список используемой литературы.…………..…………………………….
Введение. Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когда медики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто довольно успешно справлялись с болезнями. Человек тысячами нитей связан с окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена, когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта истина была усвоена врачами. В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину и часто врач, и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу о сурьме («триумфальная колесница антимония»), предлагал ее для избавления от всех болезней. Этот элемент- аналог мышьяка- ничего, кроме вреда, не мог принести страждущим. Случайные удачи химиков и использование народного опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда не прерывались. В XV в. Теофраст Парацельс опроверг учение о пневмах, но тут же заменил их не менее таинственным «археем», не имеющим материальной природы, но подчиняющим себе материю. Эти фантастические «теории» были скоро забыты, но практическая врачебная деятельность Парацельса оказалась продуктивной. Он исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу ятрохимии – науки о применении определенных химических соединений для лечения болезней. Правда, рецепты Парацельса вызвали бы у современных врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через четыре сотни лет. История медицины сохранила опись «всяким зельям», привезенным в Москву в 1602г. английским аптекарем Джеймсом Френчем по поручению королевы Елизаветы. Среди «зелий» числятся: «цидоны яблоки в сахаре, слива дамасен, сыроп соку цитронова, водка коричная, можжевеловая, пиретрум, калган, алоэ, опиум» и даже «глина армянская»; имеются и вещества животного происхождения, например «олений рог». Всего 171 лекарство. Некоторые из них безусловно приносили пользу, это, в частности, «сок цитронов», т.е. лимонный сок, калган, алоэ, которые и ныне применяются в медицине. В XIX в. прогресс теоретической химии, великие открытия М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии, стимулированные созданием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитие клеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и способствовали появлению плодотворных идей. Блестящим выражением новых идей оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма – микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные инфекционные заболевания. При этом речь шла не о специальном подборе веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были заложены основы гигиены- области, в которой пути химии и медицины сошлись с великой пользой для человечества. Неважно было с гигиеной в Европе в средние века. Чешский ученый Бетина пишет, что даже сам король Франции Людовик XV мылся не чаще двух раз в год, а в Париже было принято выливать помои из окон на улицу- закон обязывал граждан лишь предупреждать прохожих возгласом: «Берегись, вода!» Тяжелые эпидемии были расплатой за невнимание к миру микробов, населявших почву, воду и атмосферу. Врачи хорошо знали, что, какой бы удачной ни была операция, всегда остается риск послеоперационных осложнений. В госпиталях и родильных домах часто приходилось наблюдать массовую гибель больных, вызванную тем, что мы сейчас называем инфекцией (чаще всего от микробов—стафилококков или стрептококков). Одним из первых, кто понял значение гигиенических мероприятий, был венский врач И.Зиммельвейс, обязавший сестер в родильном доме, где он был главным врачом, мыть руки в растворе хлорной извести. Смертность среди рожениц сразу резко снизилась. Химия помогла медицине справиться с опасными врагами- микробами, которых, собственно, еще никто как следует не знал, а многие вообще не признавали. Английский хирург Д.Листер с большим успехом применил растворы фенола (карболовой кислоты) для дезинфекции тканей во время операций; П. Кох пользовался растворами хлорной ртути (сулемы), и только в 1909 г. Стреттон открыл дезинфицирующие свойства растворов йода в спирте. Все эти средства, хотя и помогли хирургам спасти сотни тысяч жизней оперированных ими больных, все же не решали задачу борьбы с инфекционными заболеваниями. Во-первых, дезинфицирующие средства влияли только на окружающую человека среду. Операция и послеоперационный период были менее опасными, но больной не избавлялся от тех микробов, которые уже проникли в организм. Во-вторых, йод, сулеме, карболовая кислота и другие дезинфицирующие вещества иногда губили клетки организма, а погибшие ткани способствовали росту микробов. Поэтому, несмотря на все несомненные успехи методов дезинфекции, оставалась задача создания таких соединений, которые разрушали бы только микробные клетки. К началу XX в. органическая химия и методы химического синтеза достигли такого уровня, что химики уверенно перестраивали молекулы органических соединений и могли синтезировать сложную молекулу по заданной формуле.
Немецкий ученый П. Эрлих – один из основоположников химиотерапии – был убежден, что, изменяя структуру молекулы, можно найти такие соединения, которые будут специфически влиять только на клетки возбудителей инфекционных болезней, легко проникая в – них и действуя достаточно быстро. П.Эрлих, занимаясь изучением клеток микробов, окрашивал их различными красителями, как это принято в микробиологии. Такие препараты лучше видны и позволяют исследовать тонкие детали строения клеток, которые без окраски незаметны. Определенные красящие вещества более прочно связываются с клеткой микроба, чем с клетками организма человека. Отсюда следовал вывод, что если бы эти красители оказались гибельными для микробов, то их можно было бы использовать для лечения вызываемой микробами болезни, не опасаясь отравления больного. Так, например, было известно, что метиленовая синька, которой хозяйки подсинивают белье, оказывает лечебное действие при малярии. Действие, правда, довольно слабое, но ведь можно химически изменить молекулу этого вещества – не станет ли оно от этого более эффективным? Позже, уже после первых работ П. Эрлиха, удалось получить хороший противомалярийный препарат на основе метиленовой синьки. П.Эрлих проявил исключительное упорство в трудной работе по исследованию ряда мышьяковистых соединений, применяемых для лечения сифилиса. Было синтезировано и изучено более шестисот соединений, прежде чем удалось получить препарат под номером 606 (сальварсан), обладающий высокой лечебной активностью. Это было в 1909 г., а в 1912 г. в лаборатории П.Эрлиха синтезировали вещество, имевшее номер 914 (неосальварсан), оказавшееся еще более действенным и менее токсичным «Волшебными пулями» называли молекулы сальварсанов – они, попадая в ткани организма, поражали только микробов. Это было громадным достижением и открывало важнейшие перспективы перед новой наукой- химиотерапией.
Число побежденных болезней долгое время оставалось очень небольшим, и острые инфекции продолжали угрожать человеку. Однако врачи опытным путем нашли еще один путь борьбы с ними – создание иммунитета (невосприимчивости к болезни посредством введения в организм специальных сывороток, полученных из тканей животных, перенесших заболевание). Так удавалось бороться с оспой, дифтерией, бешенством, так и сейчас справляются с полиомиелитом, холерой, столбняком, укусами змей и т. п. Но ученые долгое время не могли объяснить, как именно и почему возникает иммунитет. Только в наши дни удалось немного приподнять завесу над химическими тайнами иммунитета – только приподнять, не более! Это одна из труднейших и многообещающих задач химии ближайшего будущего.
Тему «Химия- союзник медицины» я выбрала, потому что своё будущее хочу связать с профессией врача. Про химию и медицину можно писать бесконечно, но объём работы ограничен, поэтому я осветила только то, что мне было особенно интересно. Я почти уверена, что благодаря этой работе мне будет легче осваивать профессию врача. Болеутоляющие (анальгезирующие) средства
С раннего детства нам знакома зубная боль и такие лекарства, как аспирин, анальгин, пирамидон (амидопирин). Эти соединения относятся к группе ненаркотических анальгетиков: они не обладают седативным и снотворным действием, не вызывают эйфории (как наркотики), к ним не развивается привыкание. По химической структуре их можно разделить на производные салициловой кислоты (аспирин, салицилат натрия и др.) и пиразолона (амидопирин, антипирин, анальгин, бутадион):
?Бакинский Государственный Университет
КУРСОВАЯ РАБОТА
студента I курса химического факультета
Тема: “Химия и медицина”
Баку, 2010 г.
Содержание
1. Введение……………………………………………………………………………………………………
2. Источники получения лекарственных средств……………………………………..
3. Создание лекарственных средств…………………………………………………………..
4.Классификация лекарственных средств………………………………………………..
5. Анельгезирующие (болеутоляющие) средства……………………………………..
6. Снотворные средства……………………………………………………………………………….
7. Противосудорожные средства……………………………………………………………….
8. Психотропные средства………………………………………………………………………….
9. Местноанестезирующие средства…………………………………………………………
10. Химиотерапевтические средства…………………………………………………………..
11.Антисептические средства……………………………………………………………………
12. Кардиотонические средства…………………………………………………………………
13. Диагностические средства…………………………………………………………………….
14. Наркотики……………………………………………………………………………………………….
15. Полимеры в медицине…………………………………………………………………………..
16. Контактные линзы………………………………………………………………………………….
17. Заключение…………………………………………………………………………………………….
18. Списоклитературы……………………………………………………………………………….
Введение
Химия с давних времен вторглась в жизнь человека и продолжает оказывать ему разностороннюю помощь и сейчас. Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когдамедики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто довольно успешно справлялись с болезнями. Человек тысячами нитей связан с окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена, когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта истина была усвоена врачами.
В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину, и частоврач и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу о сурьме (“Триумфальная колесница антимония”), предлагал ее для избавления от всех болезней. Этот элемент – аналогмышьяка – ничего, кроме вреда, не мог принести страждущим. Случайные удачи химиков и использование народного опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда не прерывались.
Теофраст Парацельс исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу ятрохимии (от греч. iatros – врач) – науки о применении определенных химических соединений для лечения болезней. Правда, рецептыПарацельса вызвали бы у современных врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через четыре сотни лет.
В XIX в. прогресс теоретической химии, великие открытия М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии, стимулированные созданием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитиеклеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и способствовали появлению плодотворных идей. Блестящим выражением новых идей оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма – микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные инфекционные заболевания. При этом речь шла не оспециальном подборе веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были заложены основы гигиены – области, в которой пути химии и медицины сошлись с великой пользой для человечества.
Английский хирург Джозеф Листер с большим успехом применил растворы фенола…
ОРГАНИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Органическая
химия и медицина
Органическая химия
теснейшим образом связана с медициной. Огромное количество разнообразных
лекарственных средств, которыми располагает сегодня медицина, в подавляющем
большинстве органические соединения. Химики – органики в содружестве с
медиками, микробиологами и фармацевтами смогли не только установить строение
многих природных соединений, используемых в медицине, но и синтезировать
некоторые из них. Наряду с этим химики пошли по пути создания соединений, хотя
и отличающихся от природных, но обладающих аналогичным, а часто и более
эффективным действием. Более того, были получены новые лекарственные средства,
которые не знает природа, но способные излечивать многие болезни.
Большую роль в медицине
играют синтетические полимерные материалы. Из них делают многое: от одноразовых
шприцов до искусственных клапанов сердца. Какие
бывают лекарства и почему они лечат
Лекарства бывают
разные. Сколько болезней, столько и лекарств. Часто бывает и так, что одно и то
же заболевание лечат многими лекарствами. Обычно лекарственные средства
классифицируют по их основному лечебному действию. Одни лекарственные средства
обладают противомикробным действием (например, сульфаниламидные препараты:
например стрептоцид, норсульфазол, сельфален, фталазол, сульфадимезин и др.). С
их помощью удается побороть инфекционные заболевания. Другие лекарства помогают
снять боль, но не вызывают потери сознания (например, ацетилсалициловая
кислота, или аспирин, прарцетамол, анальгин и др.). Существуют лекарства,
которые воздействуют на сердце и кровеносные сосуды (нитроглицерин, анапрелинн,
дибазол др.) Получены антигистаминные для лечения аллергических заболеваний,
противоопухолевые для лечения злокачественных новообразований и даже
психофармакологические препараты, влияющие на психическое состояние человека.
В большинстве своем
лекарственные препараты редко бывают простыми веществами. Чаще это сложные по
химическому строению органические вещества или их смеси. И хотя число
лекарственных препаратов огромно, мы ограничимся рассказом только о двух самых
известных и часто применяемых лекарствах – аспирине и белом стрептоциде.
Едва ли найдется
человек, который не знаком с аспирином (ацетилсалициловая кислота). Это
вещество не обнаружено в природе. Аспирин впервые синтезировал немецкий химик
Ш. Герхард в 1853г. путем ацетилирования салициловой кислоты уксусным ангидридом.
Однако в течение 40 лет
эта реакция не привлекала к себе внимания, и только в 1893г. другой известный
немецкий химик – Ф. Гофман подарил миру это замечательное лекарство. Аспирин
обладает обезболивающим, жаропонижающим, противоспалительным и противоревматическим
действием.
Аспирин – замечательное
лекарство. Но безвредно ли оно? Заметим, что безвредных лекарств вообще не
бывает. Что же касается аспирина, то вы должны знать: его нельзя принимать на
пустой желудок. Аспирин может вызвать внутрижелудочное кровотечение. Но если
нужно срочно прибегнуть к аспирину, то запейте его хотя бы стаканом молока.
Полимеры
в медицине
Медицина давно и с
успехом использует различные полимерные материалы. Особенно часто их применяют
в хирургии. Полимеры используют при операциях на костях и суставах, при
закрытии дефекта черепа, восстановлении суставным связок, сухожилий и т.д. Из
полимеров изготавливают различные протезы внутренних органов – кровеносных
сосудов, пищевода, желчных протоков, клапанов сердца и др. С помощью пластиков
исправляют отдельные дефекты лица – заменяют части носа, ушной раковины,
глазницы. При операциях на кровеносных сосудах применяют материал из лавсана,
пропилена, капрона и кремнийорганических полимеров. При этом сосудистый протез
«врастает» в ткани организма, выполняя роль своеобразного каркаса, на котором
формируется новая стенка сосуда. Особенно широко применяют полимерные материалы
в стоматологии для изготовления искусственных зубов и протезов. Для этого
наиболее подходящими материалами оказались полиакриловые полимеры, которые
хорошо окрашиваются под цвет собственных зубов и десен, не поглощают остатков
пищи и не доступны для микробов. В то же время они достаточно эластичны и
прочны. Хорошая совместимость полиакрилового пластика с соединительной тканью позволяет
применять его и для исправления крупных дефектов черепа. В последнее время с
этой целью стали использовать фторпласт. Биологически инертные
кремнийорганические соединения применяют для создания искусственного хрусталика
глаза.
В качестве заменителей
человеческой крови применяют синтетические кровезаменители – высокомолекулярные
химические соединения, которые по своим физическо – химическим свойствам близки
к плазме крови (поливиниловый спирт, поливинилпиролидон).
Как известно, потеря
человеком половины крови вызывает смерть. Но это происходит не из-за потери
эритроцитов, а в результате падения кровеносного давления. Кровообращение
замедляется, температура тела падает, нарушается обмен веществ, наступает
кислородное голодание центральной нервной системы. Это приводит к остановке
дыхания и сердца. Кровезаменяющие жидкости восполняют временно недостающую
кровь, поддерживают необходимое давление крови. Но к сожалению, кровезаменители
не могут связывать кислород. Поэтому сейчас идут поиски таких кровезаменителей,
которые могли бы связывать кислород и доставлять его к клеткам организма, а
обратно – оксид углерода (IV).
Среди полимеров – кровезаменителей появились и такие которые не только заменяют
на короткое время кровь, но и лечат. В молекулы этих соединений введены
вещества для лечения туберкулеза, склероза; получены сочетания полимеров – кровезаменителей
с антибиотиками, с противораковыми препаратами. Образуя устойчивые водные
растворы, они совмещаются с кровяной плазмой и не оказывают на живой организм
отрицательного воздействия. Так решается задача использования полимеров в
качестве пролонгатов – средств, продлевающих действие лекарств.
Полимерные материалы
применяют для упаковки лекарственных препаратов и создания сложным медицинских приборов
(аппараты «искусственное сердце» – АИК, «искусственные легкие», «искусственная
почка» и др.). Медицинскую практику вошли и заняли достойное место шприцы
одноразового пользования.
А разве можно не
упомянуть о хирургическом шовном материале, который легко стерилизуется, а
после операции бесследно рассасывается в тканях организма?
Ассортимент полимерных
материалов, используемых в медицине, с каждым годом расширяется. Это полиэтилен
низкого давления, пенополиуретан, полипропилен, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические
полимеры. Нашли применения и специальные клеи, которые при хирургическом
вмешательстве могут склеивать ткани, заменяя шовный материал. Не отказались в
медицине и от резины: от резиновой грелки до специальной резиновой надувной
кровати для больных обширными ожогами. Полимеры
в сельском хозяйстве
Сельское хозяйство в
последние годы потребляет различные полимерные материалы в довольно больших количествах.
Например, пленочные материалы широко используют при сооружении теплиц и
парников. Их также применяют при силосовании кормов, сооружении каналов и
водоемов в качестве противофильтрационных материалов.
Для орошения теплиц и
парников, транспортировки жидких удобрений и ядохимикатов, устройства систем
водоснабжения используются трубы и шланги, которые также изготовлены из
полимеров. Такие трубы можно применять и для орошения полей и обводнения
пастбищ.
укырыиецецццццццццццццыпаирыявкыит ывапр
Кратко.
Одно из самых заметных достижений органического синтеза ХХ столетия — получение новых лекарственных средств. В результате многие болезни, которые раньше считались смертельными, перешли в разряд излечимых. В VI веке чума уничтожила половину населения Византийской империи, а в XIV веке только за три года — с 1347 по 1350-й — в Европе от чумы умерло 25 миллионов человек. Миллионами исчисляются жертвы гриппа 1918 года («испанки»). Синтез в лабораториях новых лекарственных средств и их последующее внедрение в медицинскую практику, вероятно, спасли от смерти на протяжении ХХ века сотни миллионов человеческих жизней.Во второй половине XIX века быстрыми темпами начала развиваться синтетическая органическая химия. Она дала людям красители, душистые вещества, лекарственные средства. Тем не менее еще в начале ХХ века число индивидуальных химических соединений, применявшихся в качестве лекарственных средств, исчислялось единицами. Начало химиотерапии — лечению болезней с применением химических препаратов — положил немецкий врач, бактериолог и биохимик Пауль Эрлих. В 1891 году он предложил применить для лечения малярии краситель метиленовый синий. Однако это соединение не могло конкурировать с природным хинином. Позже Эрлих прославился сальварсаном, «волшебной пулей», первым эффективным средством против сифилиса.Между синтезом нового соединения и его применением в медицине иногда проходили десятилетия. С XIX века была известна сульфаниловая (п-аминобензолсульфоновая) кислота H2N—C6H4—SO3H. Впервые ее получил еще в 1845 году французский химик Шарль Фредерик Жерар. В 1908 году был получен амид этой кислоты H2N—C6H4—SO2—NH2, а затем и его N-замещенные (по амидной группе) производные с общей формулой H2N—C6H4—SO2—NH—R, которые получили название сульфаниламидов. Но только 27 лет спустя немецкий химик Герхард Домагк выяснил, что соединения этой группы убивают многие микроорганизмы и их можно использовать для лечения ряда инфекционных заболеваний.Первым синтетическим лечебным препаратом был азокраситель красного цвета пронтозил (красный стрептоцид) H2N—C6H4—N=N—C6H4—SO2—NH2, который синтезировали в 1932 году немецкие химики Фриц Митч и Йозеф Кларер. Домагк исследовал действие этого препарата на множестве мышей, получивших десятикратную смертельную дозу культуры гемолитического стрептококка. Эффект был поразительным: все мыши остались живы, тогда как в контрольной группе все погибли. Это было первое в мире лекарственное средство, давшее такие прекрасные результаты. Необходимо было провести испытание на людях. Именно в это время маленькая дочь Домагка уколола себе палец. В ранку попала инфекция, образовался нарыв, и началось заражение крови. В больнице хирурги очистили нарыв, но заражение не проходило, положение становилось угрожающим. И Домагк решился испытать на дочери пронтозил. Результат не заставил себя ждать: нарыв прошел, девочка выздоровела. Средство помогало также при воспалении легких, при некоторых других болезнях. В 1939 году Домагку за открытие первого антибактериального препарата была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.В конце 1935 года было показано: пронтозил действует не сам по себе. Лечебный эффект, как это нередко бывает, оказывает продукт его распада в организме — известный еще с 1908 года сульфаниламид H2N—C6H4—SO2—NH2. Его назвали белым стрептоцидом. С тех пор было синтезировано более 20 тыс. производных сульфаниламида, из которых в медицине используется лишь несколько десятков. В числе самых известных — стрептоцид, норсульфазол, сульфадимезин, этазол, сульфадиметоксин, фталазол, сульгин, бисептол; они отличаются строением радикала R в общей формуле сульфаниламидов (в ряде случаев замещается также один из атомов водорода в аминогруппе).Исключительную роль в лечении многих инфекций играют антибиотики, первый из которых был случайно открыт в 1928 году. Но синтетические лекарственные средства позволяют бороться не только с бактериальными инфекциями. После открытия транквилизирующего (нейролептического) действия элениума появились десятки близких по структуре соединений, составивших большую группу транквилизаторов (нозепам, лоразепам, феназепам, тетразепам и др.).Во многом благодаря лекарственным средствам средняя продолжительность жизни в промышленно развитых странах за последнее столетие удвоилась. Так, в Германии смертность от пневмонии, которая в 1936 году составляла 165 на 100 тысяч населения, снизилась к 1985 году в результате применения сульфаниламидных препаратов в дес
ять раз, смертность от туберкулеза с 1930 по 1985 год уменьшилась благодаря антитуберкулезным препаратам в сто раз. В США только за период с 1965 по 1996 год удалось снизить смертность от ревматизма, атеросклероза, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки в четыре — шесть раз.
Реферат: Химия и медицина
Химия с давних времен вторглась в жизнь человека и продолжает оказывать ему
разностороннюю помощь и сейчас. Особенно важна органическая химия,
рассматривающая органические соединения – предельные, непредельные
циклические, ароматические и гетероциклические. Так, на основе непредельных
соединений получают важные виды пластмасс, химические волокна, синтетические
каучуки, соединения с небольшим молекулярным весом – этиловый спирт, уксусную
кислоту, глицерин, ацетон и другие, многие из которых находят применение в
медицине.
В наши дни химики синтезируют большое количество лекарственных препаратов. По
данным международной статистики, химики должны синтезировать и подвергнуть
тщательным испытаниям от 5 до 10 тысяч химических соединений, чтобы отобрать
один лекарственный препарат, эффективный против той или иной болезни.
Еще М. В. Ломоносов говорил, что “медик без довольного познания химии
совершенным быть не может”. О значении химии для медицины он писал: «От одной
химии уповать можно на исправление недостатков врачебной науки”.
Лекарственные вещества известны с очень древних времен. Например, в Древней
Руси мужской папоротник, мак и другие растения употреблялись как лекарства. И
до сих пор в качестве лекарственных средств используются 25-30%
различных отваров, настоек и экстрактов растительных и животных организмов.
В последнее время биология, медицинская наука и практика все чаще используют
достижения современной химии. Огромное количество лекарственных соединений
поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств достигнуты
новые успехи. Медицина обогащается все большим количеством новых
лекарственных препаратов, вводятся более совершенные методы их анализа,
позволяющие достаточно точно определить качество (подлинность) лекарств,
содержание в них допустимых и недопустимых примесей.
В каждой стране существует законодательство о фармацевтических препаратах,
изданное отдельной книгой, которая называется фармакопеей. Фармакопея
является сборником общегосударственных стандартов и положений, нормирующих
качество лекарственных средств. Изложенные в фармакопее стандарты и
обязательные нормы для медикаментов, сырья и препаратов применяются при
изготовлении лекарственных форм и являются обязательным для провизора, врача,
организаций, учреждений, изготовляющих и применяющих лекарственные средства.
По фармакопее лекарственные препараты анализируются для проверки их качества.
Немного истории
Фармацевтическая промышленность является сравнительно молодой отраслью
производства. Еще в середине 19 столетия производство лекарственных средств в
мире было сосредоточено в разобщенных аптеках, в которых провизоры
изготовляли препараты по только им известным рецептам, передававшимся по
наследству. Большую роль в то время играли средства неродной медицины.
Фармацевтическое производство развивалось неравномерно и зависело от ряда
обстоятельств. Так, работы Луи Пастера в 60-х годах 19 века послужили основой
для производства вакцин, сывороток. Освоение промышленного синтеза красителей
в Германии в последней четверти 19 века привело к производству лекарств
фенацетина и антипирина.
В 1904 г. немецкий врач Пауль Эрлих заметил, что при введении некоторых
красителей в ткани подопытных животных эти красители лучше окрашивают клетки
бактерий, чем клетки животного, в которых эти бактерии живут. Напрашивался
вывод: можно найти такое вещество, которое настолько “закрасит” бактерию, что
она погибнет, но в то же время не тронет ткани человека. И Эрлих нашел
краситель, который внедрялся в трипаносомы, вызывающие у человека сонную
болезнь. Вместе с тем для мышей. на которых проводился опыт, краситель был
безвреден. Эрлих опробовал краситель на зараженных мышах; у них болезнь
протекала легче, но все же краситель был слабым ядом для трипаносом. Тогда
Эрлих ввел в молекулу красителя атомы мышьяка – сильнейшего яда. Он надеялся,
что краситель “утащит” весь мышьяк в клетки трипаносом, а мышам его
достанется совсем не много. Так и случилось. К 1909 г. Эрлих доработал свое
лекарство, синтезировав вещество, избирательно поражавшее трипаносомы, но
малотоксичное для теплокровных животных – 3,3’-диамино-4.4’-
дигидроксиарсенобензол. В его молекуле два атома мышьяка. Так начиналась
химия синтетических лекарственных препаратов.
До 30-х годов 20 века в фармацевтической химии основное место занимали
лекарственные растения (травы). В середине 30-х годов 20 века
фармацевтическая промышленность стала на путь целенаправленного органического
синтеза, чему способствовало обнаруженное немецким биологом Г. Домагком
(19340) антибактериальное свойство красителя – пронтозила, синтезированного
в 1932 г. Начиная с 1936 г. на основе этого соединения широко развернулись
поиски так называемых сульфаниламидных антикокковых препаратов.
Источники получения фармацевтических препаратов
Все лекарственные вещества могут быть разделены на две большие группы:
неорганические и органические. Те и другие получаются из природного сырья и
синтетически.
Сырьем для получения неорганических препаратов являются горные породы, руды,
газы, вода озер и морей, отходы химических производств.
Сырьем для синтеза органических лекарственных препаратов служат природный
газ, нефть, каменный уголь, сланцы и древесина. Нефть и газ являются ценным
источником сырья для синтеза углеводородов, являющихся полупродуктами при
производстве органических веществ и лекарственных препаратов. Полученные из
нефти вазелин, вазелиновое масло, парафин применяются в медицинской практике.
Создание лекарственных препаратов
Как ни много известно лекарственных препаратов, как ни богат их выбор,
предстоит еще немало сделать в этой области. Как же в наше время создаются
новые лекарства?
В первую очередь нужно найти биологически активное соединение, оказывающее то
или иное благоприятное воздействие на организм. Существуют несколько
принципов такого поиска.
Весьма распространен эмпирический подход, не требующий знания ни структуры
вещества, ни механизма его воздействия на организм. Тут можно выделить два
направления. Первое – это случайные открытия. Например, было случайно открыто
слабительное действие фенолфталеина (пургена) а также галлюциногенное
действие некоторых наркотических веществ. Другое направление – это так
называемый метод “просеивания”, когда сознательно, с целью выявления нового
биологически активного препарата проводят испытания многих химических
соединений.
Существует и так называемый направленный синтез лекарственных веществ. В этом
случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и, незначительно
модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта замена влияет на
биологическую активность соединения. Порой достаточно минимальных изменений в
структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем снять его биологическую
активность. Пример: в молекуле морфина, который обладает сильным
болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода на метильную
группу и получили другое лекарство – кодеин. Болеутоляющее действие кодеина в
десять раз меньше, чем морфина, но зато он оказался хорошим средством против
кашля. Заменили два атома водорода на метил в том же морфине – получили
тебаин. Это вещество уже совсем “не работает” как обезболиватель и не
помогает от кашля, но вызывает судороги.
В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск лекарственных
средств на основе общетеоретических представлений о механизме биохимических
процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с реакциями вне
организма и о факторах, влияющих на такие реакции.
Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и путем
небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат. Именно так,
химической модификацией природного пенициллина, получены многие его
полусинтетические аналоги, например оксацилин.
После того, как биологически активное соединение отобрано, определена его
формула и структура, нужно исследовать, не является ли это вещество ядовитым,
не оказывает ли на организм побочных воздействий. Это выясняют биологи и
медики. А затем снова очередь за химиками – они должны предложить наиболее
оптимальный способ, которым это вещество будут получать в промышленности.
Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими трудностями и оно обходится
так дорого, что применение его в качестве лекарства на данном этапе не
возможно.
Классификация лекарственных веществ
Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям: фармакологическая и
химическая.
Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно этой
классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости от их
действия на системы и органы. Например: 1. снотворные и успокаивающие
(седативные); 2. сердечно – сосудистые; 3. анальгезирующие (болеутоляющие),
жаропонижающие и противовоспалительные; 4. противомикробные (антибиотики,
сульфаниламидные препараты и др.);
5. местно-анестезирующие; 6. антисептические; 7. диуретические; 8. гормоны;
9. витамины и др.
В основу химической классификации положено химическое строение и свойства
веществ, причем в каждой химической группе могут быть вещества с различной
физиологической активностью. По этой классификации лекарственные вещества
подразделяются на неорганические и органические. Неорганические вещества
рассматриваются по группам элементов периодической системы Д. И. Менделеева и
основным классам неорганических веществ (оксиды, кислоты, основания, соли).
Органические соединения делятся на производные алифатического,
алициклического, ароматического и гетероциклического рядов. Химическая
классификация более удобна для химиков, работающих в области синтеза
лекарственных веществ.
Характеристика лекарственных веществ. Местноанестезирующие средства
Большое практическое значение имеют синтетические анестезирующие
(обезболивающие) вещества, полученные на основе упрощения структуры кокаина.
К ним относятся анестезин, новокаин, дикаин. Кокаин – природный алкалоид,
полученный из листьев растения кока, произрастающего в Южной Америке. Кокаин
обладает анестезирующим свойством, но вызывает привыкание, что осложняет его
использование. В молекуле кокаина анестизиоморфная группировка представляет
собой метилалкиламино-пропиловый эфир бензойной кислоты. Позднее было
установлено, что лучшим действием обладают эфиры парааминобензойной кислоты.
К таким соединениям относятся анестезин и новокаин. Они менее токсичны по
сравнению с кокаином и не вызывают побочных явлений. Новокаин в 10 раз менее
активен, чем кокаин, но примерно в 10 раз и менее токсичен.
Главенствующее место в арсенале обезболивающих средств веками занимал морфин
– основной действующий компонент опия. Он использовался еще в те времена, к
которым относятся первые дошедшие до нас письменные источники.
Основные недостатки морфина – возникновение болезненного пристрастия к нему и
угнетение дыхания. Хорошо известны производные морфина – кодеин и героин. Снотворные средства
Вещества, вызывающие сон, относятся к разным классам, но наиболее известны
производные барбитуровой кислоты (полагают, что ученый, получивший это
соединение, назвал его по имени своей приятельницы Барбары). Барбитуровая
кислота образуется при взаимодействии мочевины с малоновой кислотой. Ее
производные называются барбитуратами, например фенобарбитал (люминал),
барбитал (веронал) и др.
Все барбитураты угнетают нервную систему. Амитал обладает широким спектром
успокоительного воздействия. У некоторых пациентов этот препарат снимает
торможение, связанное с мучительными, глубоко спрятанными воспоминаниями.
Некоторое время даже считалось, что его можно использовать как сыворотку
правды.
Организм человека привыкает к барбитуратам при частом их употреблении как
успокаивающих и снотворных средств, поэтому люди пользующиеся барбитуратами,
обнаруживают, что им нужны все большие дозы. Самолечение этими препаратами
может принести значительный вред здоровью.
Трагические последствия может иметь сочетание барбитуратов с алкоголем.
Совместное их действие на нервную систему гораздо сильнее действия даже более
высоких доз в отдельности.
В качестве успокаивающего и снотворного средства широко используется
димедрол. Он не является барбитуратом, а относится к простым эфирам. Димедрол
– активный противогистаминный препарат. Он оказывает местноанестезирующее
действие, однако в основном применяется при лечении аллергических
заболеваний. Психотропные средства
Все психотропные вещества по их фармакологическому действию можно разделить
на две группы:
1) Транквилизаторы – вещества, обладающие успокаивающими свойствами. В
свою очередь транквилизаторы подразделяются на две подгруппы:
– Большие транквилизаторы (нейролептические средства). К ним относятся
производные фенотиазина. Аминазин применяется как эффективное средство при
лечении психических больных, подавляя у них чувство страха, тревоги,
рассеянность.
– Малые транквилизаторы (атарактические средства). К ним относятся
производные пропандиола (мепротан, андаксин), дифенилметана (атаракс,
амизил)вещества, имеющие различную химическую природу (диазепам, элениум,
феназепам, седуксен и др.). Седуксен и элениум применяются при неврозах, для
снятия чувства тревоги. Хотя токсичность их невелика, наблюдаются побочные
явления (сонливость, головокружение, привыкание к препаратам). Их не следует
применять без назначения врача.
2) Стимуляторы – вещества, обладающие антидепрессивным действием
(фторазицин, индопан, трансамин и др.) Анельгезирующие, жаропонижающие и противовоспалительные средства
Крупная группа лекарственных препаратов – производные салициловой кислоты
(орто-гидроксибензойной). Ее можно рассматривать как бензойную кислоту,
содержащую в орто-положении гидроксил, либо как фенол, содержащий в орто-
положении карбоксильную группу.
Салициловая кислота – сильное дезинфицирующее средство. Ее натриевая соль
применяется как болеутоляющее, противовоспалительное, жаропонижающее средство
и при лечении ревматизма.
Из производных салициловой кислоты наиболее известен ее сложный эфир-
ацетилсалициловая кислота, или аспирин. Аспирин – молекула, созданная
искусственно, в природе он не встречается.
При введении в организм ацетилсалициловая кислота в желудке не изменяется, а
в кишечнике под влиянием щелочной среды распадается, образуя анионы двух
кислот – салициловой и уксусной. Анионы попадают в кровь и переносятся ею в
различные ткани. Активным началом, обусловливающим физиологическое действие
аспирина, является салицилат-ион.
Ацетилсалициловая кислота обладает противоревматическим,
противовоспалительным, жаропонижающим и болеутоляющим действием. Она также
выводит из организма мочевую кислоту, а отложение ее солей в тканях (подагра)
вызывает сильные боли. При приеме аспирина могут возникнуть желудочно-
кишечные кровотечения, а иногда – аллергия.
Лекарственные вещества были получены за счет взаимодействия карбоксильной
группы салициловой кислоты с различными реагентами. Например, при действии
аммиака на метиловый эфир салициловой кислоты остаток метилового спирта
заменяется аминогруппой и образуется амид салициловой кислоты – салициламид.
Он используется как противоревматическое, противовоспалительное,
жаропонижающее средство. В отличие от ацетилсалициловой кислоты салициламид
в организме с большим трудом подвергается гидролизу.
Салол – сложный эфир салициловой кислоты с фенолом (фенилсалицилат)
обладает дезинфицирующими, антисептическими свойствами и употребляется при
заболеваниях кишечника.
Замена в бензольном кольце салициловой кислоты одного из водородных атомов на
аминогруппу приводит к пара-аминосалициловой кислоте (ПАСК), которая
используется как противотуберкулезный препарат.
Распространенными жаропонижающими и болеутоляющими средствами являются
производные фенилметилпиразолона – амидопирин и анальгин. Анальгин обладает
небольшой токсичностью и хорошими терапевтическими свойствами. Противомикробные средства
В 30-х годах 20 века широко распространились сульфаниламидные препараты
(название произошло от амида сульфаниловой кислоты). В первую очередь это
пара-аминобензолсульфамид, или просто сульфаниламид (белый стрептоцид). Это
довольно простое соединение – производное бензола с двумя заместителями –
сульфамидной группой и аминогруппой. Он обладает высокой противомикробной
активностью. Было синтезировано около 10 000 различных его структурных
модификаций, но лишь около 30 его производных нашли практическое применение в
медицине.
Существенный недостаток белого стрептоцида – малая растворимость в воде. Но
была получена его натриевая соль – стрептоцид, растворимый в воде и
применяющийся для инъекций.
Сульгин – это сульфаниламид, у которого один атом водорода сульфамидной
группы замещен на остаток гуанидина. Он применяется для лечения кишечных
инфекционных заболеваний (дизентерии).
С появлением антибиотиков бурное развитие химии сульфаниламидов спало, но
полностью вытеснить сульфаниламиды антибиотикам не удалось.
Механизм действия сульфаниламидов известен.
Для жизнедеятельности многих микроорганизмов необходима пара-аминобензойная
кислота. Она входит в состав витамина – фолиевой кислоты, которая для
бактерий является фактором роста. Без фолиевой кислоты бактерии не могут
размножаться. По своей структуре и размерам сульфаниламид близок к пара-
аминобензойной кислоте, что позволяет его молекуле занять место последней в
фолиевой кислоте. Когда мы вводим в организм, зараженный бактериями,
сульфаниламид, бактерии, “не разобравшись”, начинают синтезировать фолиевую
кислоту, используя вместо аминобензойной кислоты стрептоцид. В результате
синтезируется “ложная” фолиевая кислота, которая не может работать как фактор
роста и развитие бактерий приостанавливается. Так сульфаниламиды
“обманывают” микробов. Антибиотики
Обычно антибиотиком называют вещество, синтезируемое одним микроорганизмом и
способное препятствовать развитию другого микроорганизма. Слово “антибиотик”
состоит из двух слов: от греч. anti – против и греч. bios – жизнь, то есть
вещество, действующее против жизни микробов.
В 1929 г. случайность позволила английскому бактериологу Александру Флемингу
впервые наблюдать противомикробную активность пенициллина. Культуры
стафилококка, которые выращивались на питательной среде, были случайно
заражены зеленой плесенью. Флеминг заметил, что стафилококковые палочки,
находящиеся по соседству с плесенью, разрушались. Позднее было установлено,
что плесень относится к виду Penicillium notatum.
В 1940 году удалось выделить химическое соединение, которое производил
грибок. Его назвали пенициллином. В 1941 году пенициллин был опробован на
человеке как препарат для лечения болезней, вызываемых стафилококками,
стрептококками, пневмококками и др. микроорганизмами.
В настоящее время описано около 2000 антибиотиков, но лишь около 3% из них
находят практическое применение, остальные оказались токсичными. Антибиотики
обладают очень высокой биологической активностью. Они относятся к различным
классам соединений с небольшим молекулярным весом.
Антибиотики различаются по своей химической структуре и механизмом действия
на вредные микроорганизмы. Например, известно, что пенициллин не дает
возможности бактериям производить вещества, из которых они строят свою
клеточную стенку. Нарушение или отсутствие клеточной стенки может привести к
разрыву бактериальной клетки и выливанию ее содержимого в окружающее
пространство. Это может также позволить антителам проникнуть в бактерию и
уничтожить ее. Пенициллин эффективен только против грамположительных
бактерий. Стрептомицин эффективен и против грамположительных и
грамотрицательных бактерий. Он не позволяет бактериям синтезировать
специальные белки, нарушая таким образом их жизненный цикл. Стрептомицин
вместо РНК вклинивается в рибосому и все время путает процесс считывания
информации с мРНК. Существенным недостатком стрептомицина является
чрезвычайно быстрое привыкание к нему бактерий, кроме того, препарат вызывает
побочные явления: аллергию, головокружение и т п.
К сожалению, бактерии постепенно приспосабливаются к антибиотикам и поэтому
перед микробиологами постоянно стоит задача создания новых антибиотиков. Алкалоиды
В 1943 году швейцарский химик А. Гофман исследовал различные вещества
основного характера, выделяемые из растений – алкалоиды (т. е. подобные
щелочам). Однажды химик случайно взял в рот немного раствора диэтиламида
лизергиновой кислоты (ЛСД), выделенного из спорыньи, – грибка, растущего на
ржи. Через несколько минут у исследователя появились признаки шизофрении –
начались галлюцинации, сознание помутилось, речь стала бессвязной. “Я
чувствовал, что плыву где-то вне своего тела, описывал впоследствии свое
состояние химик. – Поэтому я решил, что умер“. Так Гофман понял, что он
открыл сильнейший наркотик, галлюциноген. Оказалось, что достаточно
0,005 мг ЛСД попасть в мозг человека, чтобы вызвать галлюцинации. Многие
алкалоиды принадлежат к ядам и наркотикам. С 1806 года был известен морфин,
выделяемый из сока головок мака. Это хорошее обезболивающее средство, однако
при длительном применении морфина у человека вырабатывается к нему
привыкание, организму требуются все большие дозы наркотика. Таким же
действием обладает сложный эфир морфина и уксусной кислоты – героин.
Алкалоиды – весьма обширный класс органических соединений, оказывающих самое
различное действие на организм человека. Среди них и сильнейшие яды
(стрихнин, бруцин, никотин), и полезные лекарства (пилокарпин – средство для
лечения глаукомы, атропин – средство для расширения зрачков, хинин – препарат
для лечения малярии). К алкалоидам относятся и широко применяемые
возбуждающие вещества – кофеин, теобромин, теофиллин. Кофеин содержится в
зернах кофе (0,7 – 2,5%) и в чае
(1,3 – 3,5%). Он обусловливает тонизирующее действие чая и кофе. Теобромин
добывают из шелухи семян какао, в небольшом количестве он сопутствует кофеину
в чае, теофиллин содержится в чайных листьях и кофейных зернах.
Интересно, что некоторые алкалоиды являются противоядиями по отношению к
своим собратьям. Так, в 1952 г. из одного индийского растения был выделен
алкалоид резерпин, который позволяет лечить не только людей, отравившихся ЛСД
или другими галлюциногенами, но и больных, страдающих шизофренией.
Что еще дает химия для медицины
Большое количество химических веществ служит для изготовления самых
разнообразных протезов. Производятся протезы челюстей, зубов, коленных
чашечек, суставов конечностей из разных химических материалов, которые
успешно применяются в восстановительной хирургии для замены костей, ребер и
пр. Химические заводы выпускают для медицинских целей трубки, шланги, ампулы,
шприцы, белково-витаминные и другие напитки, кислород, перевязочный материал,
аптечную посуду, оптику, красители, больничную мебель и многое другое.
Успехи химии, внедрение ее продуктов в медицину открывают безграничные
возможности для преодоления ряда заболеваний, в первую очередь вирусных и
сердечнососудистых.
Химия с давних времен вторглась в жизнь человека и продолжает
оказывать ему разностороннюю помощь и сейчас. Особенно важна органическая
химия, рассматривающая органические соединения – предельные, непредельные
циклические, ароматические и гетероциклические. Так, на основе непредельных
соединений получают важные виды пластмасс, химические волокна,
синтетические каучуки, соединения с небольшим молекулярным весом – этиловый
спирт, уксусную кислоту, глицерин, ацетон и другие, многие из которых
находят применение в медицине.
В наши дни химики синтезируют большое количество лекарственных
препаратов. По данным международной статистики, химики должны синтезировать
и подвергнуть тщательным испытаниям от 5 до 10 тысяч химических соединений,
чтобы отобрать один лекарственный препарат, эффективный против той или иной
болезни.
Еще М. В. Ломоносов говорил, что “медик без довольного познания химии
совершенным быть не может”. О значении химии для медицины он писал: «От
одной химии уповать можно на исправление недостатков врачебной науки”.
Лекарственные вещества известны с очень древних времен. Например, в
Древней Руси мужской папоротник, мак и другие растения употреблялись как
лекарства. И до сих пор в качестве лекарственных средств используются 25-
30%
различных отваров, настоек и экстрактов растительных и животных организмов.
В последнее время биология, медицинская наука и практика все чаще
используют достижения современной химии. Огромное количество лекарственных
соединений поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств
достигнуты новые успехи. Медицина обогащается все большим количеством новых
лекарственных препаратов, вводятся более совершенные методы их анализа,
позволяющие достаточно точно определить качество (подлинность) лекарств,
содержание в них допустимых и недопустимых примесей.
В каждой стране существует законодательство о фармацевтических
препаратах, изданное отдельной книгой, которая называется фармакопеей.
Фармакопея является сборником общегосударственных стандартов и положений,
нормирующих качество лекарственных средств. Изложенные в фармакопее
стандарты и обязательные нормы для медикаментов, сырья и препаратов
применяются при изготовлении лекарственных форм и являются обязательным для
провизора, врача, организаций, учреждений, изготовляющих и применяющих
лекарственные средства. По фармакопее лекарственные препараты анализируются
для проверки их качества.
Немного истории
Фармацевтическая промышленность является сравнительно молодой отраслью
производства. Еще в середине 19 столетия производство лекарственных средств
в мире было сосредоточено в разобщенных аптеках, в которых провизоры
изготовляли препараты по только им известным рецептам, передававшимся по
наследству. Большую роль в то время играли средства неродной медицины.
Фармацевтическое производство развивалось неравномерно и зависело от
ряда обстоятельств. Так, работы Луи Пастера в 60-х годах 19 века послужили
основой для производства вакцин, сывороток. Освоение промышленного синтеза
красителей в Германии в последней четверти 19 века привело к производству
лекарств фенацетина и антипирина.
В 1904 г. немецкий врач Пауль Эрлих заметил, что при введении
некоторых красителей в ткани подопытных животных эти красители лучше
окрашивают клетки бактерий, чем клетки животного, в которых эти бактерии
живут. Напрашивался вывод: можно найти такое вещество, которое настолько
“закрасит” бактерию, что она погибнет, но в то же время не тронет ткани
человека. И Эрлих нашел краситель, который внедрялся в трипаносомы,
вызывающие у человека сонную болезнь. Вместе с тем для мышей. на которых
проводился опыт, краситель был безвреден. Эрлих опробовал краситель на
зараженных мышах; у них болезнь протекала легче, но все же краситель был
слабым ядом для трипаносом. Тогда Эрлих ввел в молекулу красителя атомы
мышьяка – сильнейшего яда. Он надеялся, что краситель “утащит” весь мышьяк
в клетки трипаносом, а мышам его достанется совсем не много. Так и
случилось. К 1909 г. Эрлих доработал свое лекарство, синтезировав вещество,
избирательно поражавшее трипаносомы, но малотоксичное для теплокровных
животных – 3,3’-диамино-4.4’-дигидроксиарсенобензол. В его молекуле два
атома мышьяка. Так начиналась химия синтетических лекарственных препаратов.
До 30-х годов 20 века в фармацевтической химии основное место
занимали лекарственные растения (травы). В середине 30-х годов 20 века
фармацевтическая промышленность стала на путь целенаправленного
органического синтеза, чему способствовало обнаруженное немецким биологом
Г. Домагком (19340) антибактериальное свойство красителя – пронтозила,
синтезированного в 1932 г. Начиная с 1936 г. на основе этого соединения
широко развернулись поиски так называемых сульфаниламидных антикокковых
препаратов.
Источники получения фармацевтических препаратов
Все лекарственные вещества могут быть разделены на две большие группы:
неорганические и органические. Те и другие получаются из природного сырья и
синтетически.
Сырьем для получения неорганических препаратов являются горные
породы, руды, газы, вода озер и морей, отходы химических производств.
Сырьем для синтеза органических лекарственных препаратов служат
природный газ, нефть, каменный уголь, сланцы и древесина. Нефть и газ
являются ценным источником сырья для синтеза углеводородов, являющихся
полупродуктами при производстве органических веществ и лекарственных
препаратов. Полученные из нефти вазелин, вазелиновое масло, парафин
применяются в медицинской практике.
Создание лекарственных препаратов
Как ни много известно лекарственных препаратов, как ни богат их
выбор, предстоит еще немало сделать в этой области. Как же в наше время
создаются новые лекарства?
В первую очередь нужно найти биологически активное соединение,
оказывающее то или иное благоприятное воздействие на организм. Существуют
несколько принципов такого поиска.
Весьма распространен эмпирический подход, не требующий знания ни
структуры вещества, ни механизма его воздействия на организм. Тут можно
выделить два направления. Первое – это случайные открытия. Например, было
случайно открыто слабительное действие фенолфталеина (пургена) а также
галлюциногенное действие некоторых наркотических веществ. Другое
направление – это так называемый метод “просеивания”, когда сознательно, с
целью выявления нового биологически активного препарата проводят испытания
многих химических соединений.
Существует и так называемый направленный синтез лекарственных
веществ. В этом случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и,
незначительно модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта
замена влияет на биологическую активность соединения. Порой достаточно
минимальных изменений в структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем
снять его биологическую активность. Пример: в молекуле морфина, который
обладает сильным болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода
на метильную группу и получили другое лекарство – кодеин. Болеутоляющее
действие кодеина в десять раз меньше, чем морфина, но зато он оказался
хорошим средством против кашля. Заменили два атома водорода на метил в том
же морфине – получили тебаин. Это вещество уже совсем “не работает” как
обезболиватель и не помогает от кашля, но вызывает судороги.
В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск
лекарственных средств на основе общетеоретических представлений о механизме
биохимических процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с
реакциями вне организма и о факторах, влияющих на такие реакции.
Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и
путем небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат.
Именно так, химической модификацией природного пенициллина, получены многие
его полусинтетические аналоги, например оксацилин.
После того, как биологически активное соединение отобрано, определена
его формула и структура, нужно исследовать, не является ли это вещество
ядовитым, не оказывает ли на организм побочных воздействий. Это выясняют
биологи и медики. А затем снова очередь за химиками – они должны предложить
наиболее оптимальный способ, которым это вещество будут получать в
промышленности. Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими
трудностями и оно обходится так дорого, что применение его в качестве
лекарства на данном этапе не возможно.
Классификация лекарственных веществ
Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям:
фармакологическая и химическая.
Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно
этой классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости
от их действия на системы и органы. Например: 1. снотворные и успокаивающие
(седативные); 2. сердечно – сосудистые; 3. анальгезирующие (болеутоляющие),
жаропонижающие и противовоспалительные; 4. противомикробные (антибиотики,
сульфаниламидные препараты и др.);
5. местно-анестезирующие; 6. антисептические; 7. диуретические; 8. гормоны;
9. витамины и др.
В основу химической классификации положено химическое строение и
свойства веществ, причем в каждой химической группе могут быть вещества с
различной физиологической активностью. По этой классификации лекарственные
вещества подразделяются на неорганические и органические. Неорганические
вещества рассматриваются по группам элементов периодической системы Д. И.
Менделеева и основным классам неорганических веществ (оксиды, кислоты,
основания, соли). Органические соединения делятся на производные
алифатического, алициклическог
соединений с небольшим молекулярным весом.
Антибиотики различаются по своей химической структуре и механизмом
действия на вредные микроорганизмы. Например, известно, что пенициллин не
дает возможности бактериям производить вещества, из которых они строят
свою клеточную стенку. Нарушение или отсутствие клеточной стенки может
привести к разрыву бактериальной клетки и выливанию ее содержимого в
окружающее пространство. Это может также позволить антителам проникнуть в
бактерию и уничтожить ее. Пенициллин эффективен только против
грамположительных бактерий. Стрептомицин эффективен и против
грамположительных и грамотрицательных бактерий. Он не позволяет бактериям
синтезировать специальные белки, нарушая таким образом их жизненный цикл.
Стрептомицин вместо РНК вклинивается в рибосому и все время путает процесс
считывания информации с мРНК. Существенным недостатком стрептомицина
является чрезвычайно быстрое привыкание к нему бактерий, кроме того,
препарат вызывает побочные явления: аллергию, головокружение и т п.
К сожалению, бактерии постепенно приспосабливаются к антибиотикам
и поэтому перед микробиологами постоянно стоит задача создания новых
антибиотиков.
Алкалоиды
В 1943 году швейцарский химик А. Гофман исследовал различные вещества
основного характера, выделяемые из растений – алкалоиды (т. е. подобные
щелочам). Однажды химик случайно взял в рот немного раствора диэтиламида
лизергиновой кислоты (ЛСД), выделенного из спорыньи, – грибка, растущего
на ржи. Через несколько минут у исследователя появились признаки
шизофрении – начались галлюцинации, сознание помутилось, речь стала
бессвязной. “Я чувствовал, что плыву где-то вне своего тела, описывал
впоследствии свое состояние химик. – Поэтому я решил, что умер“. Так
Гофман понял, что он открыл сильнейший наркотик, галлюциноген. Оказалось,
что достаточно
0,005 мг ЛСД попасть в мозг человека, чтобы вызвать галлюцинации. Многие
алкалоиды принадлежат к ядам и наркотикам. С 1806 года был известен
морфин, выделяемый из сока головок мака. Это хорошее обезболивающее
средство, однако при длительном применении морфина у человека
вырабатывается к нему привыкание, организму требуются все большие дозы
наркотика. Таким же действием обладает сложный эфир морфина и уксусной
кислоты – героин.
Алкалоиды – весьма обширный класс органических соединений,
оказывающих самое различное действие на организм человека. Среди них и
сильнейшие яды (стрихнин, бруцин, никотин), и полезные лекарства
(пилокарпин – средство для лечения глаукомы, атропин – средство для
расширения зрачков, хинин – препарат для лечения малярии). К алкалоидам
относятся и широко применяемые возбуждающие вещества – кофеин, теобромин,
теофиллин. Кофеин содержится в зернах кофе (0,7 – 2,5%) и в чае
(1,3 – 3,5%). Он обусловливает тонизирующее действие чая и кофе. Теобромин
добывают из шелухи семян какао, в небольшом количестве он сопутствует
кофеину в чае, теофиллин содержится в чайных листьях и кофейных зернах.
Интересно, что некоторые алкалоиды являются противоядиями по
отношению к своим собратьям. Так, в 1952 г. из одного индийского растения
был выделен алкалоид резерпин, который позволяет лечить не только людей,
отравившихся ЛСД или другими галлюциногенами, но и больных, страдающих
шизофренией.
Что еще дает химия для медицины
Большое количество химических веществ служит для изготовления самых
разнообразных протезов. Производятся протезы челюстей, зубов, коленных
чашечек, суставов конечностей из разных химических материалов, которые
успешно применяются в восстановительной хирургии для замены костей, ребер
и пр. Химические заводы выпускают для медицинских целей трубки, шланги,
ампулы, шприцы, белково-витаминные и другие напитки, кислород,
перевязочный материал, аптечную посуду, оптику, красители, больничную
мебель и многое другое.
Успехи химии, внедрение ее продуктов в медицину открывают
безграничные возможности для преодоления ряда заболеваний, в первую
очередь вирусных и сердечно – сосудистых.
ВВЕДЕНИЕ
Химики второй половины XX века продолжили дело предков и очень активно занимались исследованиями живой природы. В пользу этого тезиса может свидетельствовать хотя бы тот факт, что из 39 Нобелевских премий по химии, врученных за последние 20 лет (1977-1996), 21 премия (больше половины! а ведь отраслей химии очень много) была получена за решение химико-биологических проблем. Это и неудивительно, ведь живая клетка это настоящее царство больших и малых молекул, которые непрерывно взаимодействуют, образуются и распадаются… В организме человека реализуется около 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупность различных химических превращений. В одной клетке организма может происходить примерно 2000 реакций . Все эти процессы осуществляются при помощи сравнительно небольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химия характеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений, состоящих из неорганических и органических остатков.
Глава 1. СОВРЕМЕННАЯ ХИМИЯ И МЕДИЦИНА
Неорганические части представлены водой и ионами различных металлов, галогенов и фосфора (в основном), органические части представлены белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами и достаточно обширной группой низкомолекулярных биорегуляторов, таких как гормоны, витамины, антибиотики, простагландины, алкалоиды, регуляторы роста и т.д.
Для современных врачей и фармацевтов изучение неорганической химии также имеет большое значение, так как многие лекарственные препараты имеют неорганическую природу. Поэтому медики должны четко знать их свойства: растворимость, механическую прочность, реакционную способность, влияние на человека и окружающую среду.
Современная медицина широко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организме и возникновением и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенно чутко организм реагирует на изменение в нем концентрации микроэлементов, т. е. элементов, присутствующих в организме в количестве, меньшем 1 г на 70 кг массы человеческого тела. К таким элементам относятся медь, цинк, марганец, молибден, кобальт, железо, никель.
Из неметаллоидов в живых системах практически всегда можно встретить атомы водорода, кислорода, азота, углерода, фосфора и серы в составе органических соединений и атомы галогенов и бора как в виде ионов, так и в составе органических частиц. Отклонение в содержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит к достаточно тяжелым нарушениям метаболизма.
Большая часть болезней обусловлена отклонением концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связано с тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходит в несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, они являются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-то звено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточную функцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимых веществ.
Доказано, что с изменением концентрации цинка связано течение раковых заболеваний, кобальта и марганца – заболеваний сердечной мышцы, никеля – процессов свертывания крови. Определение концентрации этих элементов в крови позволяет иногда обнаружить ранние стадии различных болезней. Так, изменение концентрации цинка в сыворотке крови связано с протеканием заболеваний печени и селезенки, а концентраций кобальта и хрома — некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.
В поддержании нормальной жизнедеятельности организма очень велика роль органических молекул. Их можно разделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы:
биологические макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры (нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витамины и многие другие вещества).
Для химии особенно важно установление связи между строением вещества и его свойствами, в частности, биологическим действием. Для этого используется множество современных методов, входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.
В современной науке на границе химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаются используемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принято объединять под термином “физико-химическая биология”. К этому направлению относят:
а) химию природных соединений (биоорганическая и бионеорганическая химия bioorganic chemistry and inorganic biochemistry соответственно);
б) биохимию;
в) биофизику;
г) молекулярную биологию;
д) молекулярную генетику;
е) фармакологию и молекулярную фармакологию и множество смежных дисциплин. В большей части современных биологических исследований активно используются химические и физико-химические методы. Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология, был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ. Даже такая классическая “чисто биологическая” наука, как физиология, все более активно использует достижения химии и биохимии. В США Национальные Институты Здоровья (National Institutes of health USA) в настоящее время финансируют направления медицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздо меньше, чем биохимические, считая физиологию “неперспективной и отжившей свое” наукой. Возникают такие, кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки, как молекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые виды медико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощью которого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит; применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методов позволяет теперь определять множество важных веществ не нарушая целостности кожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологической жидкости.
Итак, чем же занимаются все вышеперечисленные науки, являющиеся различными ветвями физико-химической биологии?
Основой химии природных соединений явилась традиционная органическая химия, которая первоначально рассматривалась как химия веществ, встречающихся в живой природе. Современная же органическая химия занимается всеми соединениями, имеющими углеродные (или замещенные гетероаналогами углерода) цепочки, а биоорганическая химия, исследующая природные соединения, выделилась в отдельную отрасль науки. Химия природных соединений возникла в середине XIX века, когда были синтезированы некоторые жиры, сахара и аминокислоты (это связано с работами М. Бертло, Ф. Велера, А. Бутлерова, Ф. Кекуле и др.).
Первые подобные белкам полипептиды были созданы в начале нашего века, тогда же Э. Фишер вместе с другими исследователями внес свой вклад в исследование Сахаров. Развитие исследований по химии природных веществ продолжалось нарастающими темпами вплоть до середины XX века. Вслед за алкалоидами, терпенами и витаминами эта наука стала изучать стероиды, ростовые вещества, антибиотики, простагландины и другие низкомолекулярные биорегуляторы. Наряду с ними химия природных соединений изучает биополимеры биоолигомеры (нуклеиновые кислоты, белки, нуклеопротеиды, гликопротеины, липопротеины, гликолипиды и др.). Основной арсенал методов исследования составляют методы органической химии, однако для решения структурно-функциональных задач активно привлекаются и разнообразные физические, физико-химические, математические и биологические методы. Основными задачами, решаемыми химией природных соединений, являются:
а) выделение в индивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации, ультрацентрифугирования, противоточного распределения и т.п.;
б) установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической и физической органической химии с применением масс-спектроскопии, различных видов оптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализа ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др.;
в) химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогов и производных, с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения препаратов, ценных для практического использования;
г) биологическое тестирование полученных соединений in vitro и in vivo.
Крупнейшими достижениями химии природных соединений явились расшифровка строения и синтез биологически важных алкалоидов, стероидов и витаминов, полный химический синтез некоторых пептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др. соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидные последовательности множества генов и т.д. и т.п.
Появление науки биохимии обычно связывают с открытием явления ферментативного катализа и самих биологических катализаторов ферментов, первые из которых были идентифицированы и выделены в кристаллическом состоянии в 20х годах двадцатого столетия. Биохимия изучает химические процессы, происходящие непосредственно в живых организмах и использует химические методы в исследовании биологических процессов. Крупнейшими событиями в биохимии явились установление центральной роли АТФ в энергетическом обмене, выяснение химических механизмов фотосинтеза, дыхания и мышечного сокращения, открытие трансаминирования, установление механизма транспорта веществ через биологические мембраны и т.п.
Молекулярная биология возникла в начале 50х годов, когда Дж. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК, что позволило начать изучение путей хранения и реализации наследственной информации.
Крупнейшие достижения молекулярной биологии открытие генетического кода, механизма биосинтеза белков в рибосомах, основы функционирования переносчика кислорода гемоглобина.
Следующим шагом на этом пути явилось возникновение молекулярной генетики, которая изучает механизмы работы единиц наследственной информации генов, на молекулярном уровне. Одной из актуальнейших проблем молекулярной генетики является установление путей регуляции экспрессии генов перевод гена из активного состояния в неактивное и обратно; регуляция процессов транскрипции и трансляции. Практическим приложением молекулярной генетики явилась разработка методов генной инженерии и генотерапии, которые позволяют модифицировать наследственную информацию, хранящуюся в живой клетке, таким образом, что необходимые вещества будут синтезироваться внутри самой клетки, что позволяет получать биотехнологическим путем множество ценных соединений, а также нормализовать баланс веществ, нарушившийся во время болезни. Суть генной инженерии рассечение молекулы ДНК на отдельные фрагменты, что достигается с помощью ферментов и химических реагентов, с последующим соединением; эта операция производится с целью вставки в эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов нового фрагмента гена, отвечающего за синтез нужного нам вещества, вместе с так называемыми регуляторами участками ДНК, обеспечивающими активность “своего” гена. Уже сейчас с помощью генной инженерии получают многие лекарственные препараты, преимущественно белковой природы: инсулин, интерферон, соматотропин и др.
Глава 2. ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «ХИМИЯ И МЕДИЦИНА»
химия медицина курс обучение
В наш информационный век – век модернизации биологического и химического образования, как ни странно, школьники обладают достаточно скудными знаниями о своем организме, способах сохранения здоровья и выхода из ситуаций, когда организму требуется «ремонт». Для выявления причин требуемого «ремонта» необходимо знать, что собой представляет человеческий организм с точки зрения химии и биологии, что лежит в основе сохранения и поддержания здоровья, как помочь своему организму справиться с простудными заболеваниями и что лучше применить: лекарственные или растительные препараты.
При изучении этого курса формируются понятия о здоровье, компонентах и показателях здоровья, факторах, определяющих здоровье (наследственность, продукты питания, качество среды обитания, образ жизни), о лекарствах и их действии на организм, правильном их употреблении. Всегда необходимо помнить о том, что «доза может убить и доза может вылечить».
Курс «Химия и медицина» позволяет погрузиться в систему вопросов по биологии и химии: химические свойства металлов и неметаллов, химические реакции, химия клетки, продукты питания, наследственность организма.
Содержание данного курса вводит учащихся в область теоретических основ медицины, связанных с сохранением здоровья, частично обеспечивает профессиональную ориентацию старшеклассников, а интерес ко всему этому способны стимулировать следующие высказывания.
• В основе жизни лежат химические процессы, а заболевания – это результат нарушения их в организме, который является большой ретортой.
Т. Парацельс
• Все есть яд, ничто не лишено ядовитости, и все есть лекарство. Лишь только доза делает лекарство ядом или лекарством.
Т. Парацельс
• Жизнь – это вечное движение жидкостей между клетками и внутри клеток. Остановка этого движения приводит к смерти. Частичное замедление этого движения в каком-то органе вызывает частичное расстройство. Общее замедление движения внеклеточных жидкостей вызывает болезнь.
Врач А.С. Залманов, «Тайная мудрость»
• Я не степью хожу –Я хожу по аптеке,Разбираясь в ее травяной картотеке.Беспредельная степь,Бесконечная степь,Ты природой написанныйСтранный рецепт.
С. Кирсанов
• Другого ничего в природе нет,Ни здесь, ни там в космических глубинах:Все – от песчинок малых до планет – Из элементов состоит единых.
С. Щипачев
• Что не излечивают лекарства, то излечивает железо, что не излечивает железо, то излечивает огонь.
Гиппократ
Цели курса.
1. Расширить знания учащихся об организме как химической фабрике.
2. Продолжить формирование у учащихся понимания важности сохранения здоровья на биологическом и химическом уровне.
3. Сформировать у учащихся навыки элементарной медицины.
Задачи курса.
1. Актуализировать и расширить знания учащихся по вопросам здоровьесбережения.
2. Научить школьников анализировать образ жизни с точки зрения влияния на здоровье.
3. Выработать у учащихся навыки оценки функционального состояния своего организма.
4. Обеспечить профессиональную ориентацию старшеклассников.
Структура и содержание курса (34 ч)
Занятие Kоличество часов Темазанятия Виддеятельности Введение в курс «Химия и медицина» (24 ч)
1, 2 2 Почему надо лечить организм Лекция Химия и здоровье (12 ч)
3 1 Факторы, влияющие на здоровье человека Беседа 45 2 Формула здоровья Лекция, беседа 6 1 Химические элементы и жизнедеятельность организма Лекция 7, 8 2 Для чего мы едим, и что мы едим. Питание и болезни. Пищевая аллергия Беседа 91011 3 Заболевания, вызванные недостатком химических элементов в организме Лекция, беседа. Сообщения учащихся 12 1 Всему свое время (потребность организма в химических элементах на разных этапах развития) Лекция 13 1 Где «задерживаются» токсические вещества? Лекция 14 1 Заболевания и группы крови «Kруглый стол» Зеркало организма (4 ч)
15 1 Kожа. Характеристика и типы кожи. Kожные заболевания Выступления учащихся 16 1 Зубы – индикатор внутренних проблем организма. Заболевания зубов Лекция 17 1 На приеме у стоматолога Ролевая игра 18 1 Медицина и косметология «Kруглый стол» Химия и медицина (9 ч)
19 1 Развитие медицины, этапы становления Лекция 20 1 Лекарства. Открытие лекарств и лекарственные формы Лекция 2122 2 Kлассификация лекарств Лекция 23 1 Лекарства и растительные препараты Лекция 24 1 Аспирин, стрептоцид: химический состав, путь и действие их в организме Лекция 25 1 Препараты для сердечно-сосудистой системы Лекция 26 1 Антибиотики и их действие на организм Лекция 27 1 Зависимость организма от лекарств Дискуссия Биологически активные соединения (4 ч)
28 1 Витамины. Kлассификация, действие витаминов на организм. Заболевания, вызванные недостатком или избытком витаминов Беседа.Сообщения учащихся 29 1 Ферменты, их классификация, роль в организме. Значение ферментов Лекция 30 1 Гормоны. Значение гормонов. Заболевания, вызванные недостатком или избытком гормонов в организме. Гормональные препараты Лекция 31 1 Обменные процессы в организме. Роль водно-солевого обмена в жизнедеятельности организма Лекция с элементами беседы Генные заболевания у человека (3 ч)
32 1 Генная программа человека Лекция 33 1 Болезни с наследственным предрасположением Лекция 34 1 Социальная среда и человек Беседа пример мазь или эмульсия бензилбензоата – сложного эфира бензойной кислоты и бензилового спирта С6Н5–С(О)–О–СН2–С6Н5.
К сожалению, у многих больных эти средства вызывают аллергию, поэтому до сих пор не потеряли актуальность старые методы лечения, основанные на применении элементной серы в виде мазей на вазелине. Но значительно более эффективен, хотя и трудоемок, метод М.П.Демьяновича. При лечении по этому методу в кожу втирают в течение 10–15 мин 60%-й водный раствор тиосульфата натрия. После высыхания кожи и появления на ней кристалликов втирают в течение 10–15 мин 6%-й водный раствор соляной кислоты. Вымыться разрешается через три дня. К этому времени больной выздоравливает.
Как вы можете объяснить сущность метода Демьяновича с точки зрения химика?
Примечание. При выполнении этого задания желательно обсудить проблемы профилактики чесотки. Это чрезвычайно заразное заболевание, которое передается не только при непосредственном контакте с больным, но и через его личные вещи – одежду, полотенца, а также через бумажные деньги. Лучший способ уберечься от чесотки – строго соблюдать правила личной гигиены.
Задание 3. В книге М.М. Гурвича «Домашняя диетология» для страдающих мочекаменной болезнью приведена такая рекомендация: «Из зелени и овощей в рацион включают те сорта, которые считаются бедными кальцием и щелочными валентностями: горох, брюссельскую капусту, тыкву». Прокомментируйте эту формулировку с позиции химика, а если сможете, то и агронома.
Задание 4. Для лечения малокровия (пониженное содержание в крови гемоглобина) с давних пор применяют препараты железа, в том числе сульфат железа(II), а иногда и восстановленное железо в порошке. Известен и старинный народный рецепт от малокровия – «железное яблоко»: в яблоко (лучше сорт антоновка) втыкают несколько гвоздей и выдерживают сутки. Затем гвозди вынимают, а яблоко съедает больной.
Как вы можете объяснить эффективность «железного яблока» с точки зрения химика?
Задание 5. Лечение травами становится все более популярным, однако большинство людей не соблюдают точно правила приготовления отваров и настоев, особенно дозировку сырья, хотя это очень важно при лечении этим способом. Большинство трав рекомендуют заваривать в такой пропорции: 20 г (одна полная столовая ложка) сухой измельченной травы на стакан (200 мл) кипящей воды, т. е. соотношение массовых частей 1:10. Летом можно готовить препараты не из сушеных, а из свежесобранных трав. Как при этом правильно рассчитать соотношение травы и воды, чтобы получить настой той же концентрации?
Примечание. Влажность правильно высушенной травы 8–15%; в свежесорванных растениях в зависимости от их вида содержание воды колеблется от 70 до 95%.
Задание 6. Для уменьшения кислотности желудочного сока и снижения его ферментной активности при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гастритах с повышенной кислотностью в арсенале врачей есть такие препараты, как бекарбон (одна таблетка содержит сухого экстракта красавки 0,01 г и гидрокарбоната натрия 0,3 г), оксид магния МgО, магнезия белая Мg(ОН)2•4МgCO3•H2О, викалин (в состав которого входит BiNO3(OH)2, Мg(ОН)2•4МgCO3•H2О, NaHCO3), гидроксид алюминия (в виде аморфного белого порошка), алмагель (смесь специально приготовленного геля Al(OH)3 с MgO и сорбитом).
Многие больные до сих пор при отсутствии этих лекарств пользуются обычной питьевой содой, чтобы избавиться от изжоги (что врачи делать не рекомендуют!). Попробуйте сравнить механизм действия всех названных препаратов и объяснить, какими преимуществами обладает каждый из них. Почему врачи сейчас отдают предпочтение препаратам на основе Al(OH)3 и не рекомендуют принимать соду для нейтрализации избыточной кислотности желудочного сока?
Задание 7. Профессиональные спортсмены обычно имеют при себе препараты для неотложной помощи при небольших травмах (например, растяжение связок голеностопного сустава). В качестве таких препаратов часто используют этилхлорид C2H5Cl в ампулах или комплект из двух герметичных пакетов: в одном находится сухой NH4NO3, в другом – вода. Оба препарата действуют одинаково: вызывают быстрое охлаждение поврежденного сустава – это снимает боль и отечность. Однако, с точки зрения химика, их действие принципиально различается. Попробуйте объяснить, в чем заключается различие.
Подсказка: температура кипения этилхлорида 12–16 °С.
Задание 8. Многим известен способ лечения насморка или радикулита с помощью поваренной соли. Ее нагревают на сковороде или в духовке, насыпают в мешочек из плотной ткани, а мешочек прикладывают к больному месту на несколько часов.
Какие свойства поваренной соли использованы в этом рецепте? Кстати, вместо соли можно использовать и чистый песок, который, как известно, состоит преимущественно из SiO2.
Задание 9. В рекламе лечебно-косметического крема «Ксения» рассказывается о свойстве этого крема восстанавливать солевой баланс в мышечных и костных тканях. В числе прочих в тексте есть такая фраза: «Тем временем “Ксения” перемывает вам косточки, выясняя свои отношения с кальцием, то бишь известкой, и делает из вас ягодку в полном смысле слова. Если вы пользуетесь “Ксенией”, вам не грозит отложение солей кальция в аорте, сердце и почках. Вы избежите остеохондроза, кальциноза мягких тканей, остеопороза…» Что в этом тексте может вызвать возражение со стороны химика?
Прокомментируйте эту фразу с точки зрения химика.
Задание 10. Кариес стал настоящим бичом населения России. По статистике, им болеют более 96% населения. Одна из мер профилактики – тщательный уход за зубами. Желательно их чистить щеткой после каждого приема пищи. Но есть одно исключение – если вы съели кислые ягоды или фрукты, лучше в течение часа не чистить зубы, особенно жесткой щеткой. Почему?
Подсказка: химический состав зубной эмали близок к составу минерала гидроксилапатита Са5ОН(РО4)3.
Задание 11. Кальций играет важную роль в жизнедеятельности организма. Ионы кальция необходимы для осуществления процесса передачи нервных импульсов, сокращения скелетных мышц и мышцы сердца, формирования костной ткани, свертывания крови. Препараты кальция широко используют, в частности, при лечении переломов, усиленном выделении кальция из организма, что происходит у долго лежащих больных. В арсенале медиков имеется несколько препаратов кальция. Чаще всего применяют глюконат, лактат и глицерофосфат кальция в виде таблеток. По своему действию на организм эти препараты похожи, поэтому врачи нередко рекомендуют приобрести любой из них, оставляя право выбора за пациентом.
Какой препарат рациональнее выбрать из вышеперечисленных, если их цена примерно одинакова?
Ответы и решения
1. Да, этот препарат можно использовать без риска для здоровья. Белый осадок – это карбонат кальция СаСО3, который образовался в результате взаимодействия СаСl2 с СO2 воздуха. Небольшое количеcтво СаСO3 абсолютно безвредно.
Следует помнить, что описанный нами случай все-таки является исключением из общего правила – большинство лекарственных препаратов нельзя употреблять после истечения срока их хранения, указанного на упаковке, т. к. большинство из них являются органическими соединениями сложного состава и продукты их разложения могут быть токсичными.
2. При подкислении раствора тиосульфата натрия происходит образование тиосерной кислоты:
Na2S2O3 + 2HCl = H2S2O3 + 2NaCl.
Тиосерная кислота быстро разлагается с выделением серы и сернистого газа:
H2S2O3 = S + H2O + SO2.
В момент выделения сера особенно активно действует на чесоточного клеща, аналогичным действием обладает и SO2, поэтому метод Демьяновича дает такие хорошие результаты.
3. У химика словосочетание «щелочные валентности» вызывает недоумение. Валентность – это способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи. Но что имел в виду автор под «щелочными валентностями», можно только догадываться. Если воспользоваться справочником, в котором приведен химический состав растительных продуктов, то можно обнаружить, что овощи содержат наряду с кальцием также калий, натрий, рубидий, литий, т. е. щелочные металлы. Можно предположить, что их автор и называет «щелочными валентностями».
Причиной мочекаменной болезни является нарушение солевого обмена в организме, поэтому минеральный состав пищи очень важен для больного, которому необходимо следить за содержанием в его рационе всех минеральных веществ, в том числе и щелочных металлов.
Более корректно, с точки зрения химика, этот совет должен быть сформулирован так: «Из зелени и овощей в рацион включать те, которые бедны кальцием и щелочными металлами». В тексте есть формулировка, некорректная и с точки зрения биолога: термин «сорт» следовало бы заменить термином «вид» или «культура».
4. Железо применяют для лечения малокровия, т. к. оно входит в состав гемоглобина. Яблоки таким больным рекомендуются по той причине, что в них по сравнению с другими фруктами содержится больше железа (в среднем 2200 мг в 100 г продукта). Железо, входящее в состав сплава, из которого сделаны гвозди, растворяются, хотя и медленно, в органических кислотах, содержащихся в яблоке. Яблоко обогащается железом еще больше. Считается, что из всех сортов яблок больше всего железа в антоновке, много в них и кислот, что облегчает растворение железа.
5. Примем для расчета среднеарифметические значения содержания влаги в растениях:
(70 + 95)/2 = 82,5% – свежие,
(8 + 15)/2 = 11,5% – сухие.
Для приготовления одного стакана настоя надо взять 20 г сушеного сырья и 200 г воды. Если массовая доля воды в сушеном сырье составляет 11,5%, то содержание сухого растительного материала составляет (100–11,5)=88,5%. Тогда
Химики второй половины XX века продолжили дело предков и очень активно занимались исследованиями живой природы. В пользу этого тезиса может свидетельствовать хотя бы тот факт, что из 39 Нобелевских премий по химии, врученных за последние 20 лет (1977-1996), 21 премия (больше половины! а ведь отраслей химии очень много) была получена за решение химико-биологических проблем. Это и неудивительно, ведь живая клетка это настоящее царство больших и малых молекул, которые непрерывно взаимодействуют, образуются и распадаются… В организме человека реализуется около 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупность различных химических превращений. В одной клетке организма может происходить примерно 2000 реакций . Все эти процессы осуществляются при помощи сравнительно небольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химия характеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений, состоящих из неорганических и органических остатков. Глава 1. СОВРЕМЕННАЯ ХИМИЯ И МЕДИЦИНА
Неорганические части представлены водой и ионами различных металлов, галогенов и фосфора (в основном), органические части представлены белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами и достаточно обширной группой низкомолекулярных биорегуляторов, таких как гормоны, витамины, антибиотики, простагландины, алкалоиды, регуляторы роста и т.д.
Для современных врачей и фармацевтов изучение неорганической химии также имеет большое значение, так как многие лекарственные препараты имеют неорганическую природу. Поэтому медики должны четко знать их свойства: растворимость, механическую прочность, реакционную способность, влияние на человека и окружающую среду.
Современная медицина широко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организме и возникновением и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенно чутко организм реагирует на изменение в нем концентрации микроэлементов, т. е. элементов, присутствующих в организме в количестве, меньшем 1 г на 70 кг массы человеческого тела. К таким элементам относятся медь, цинк, марганец, молибден, кобальт, железо, никель.
Из неметаллоидов в живых системах практически всегда можно встретить атомы водорода, кислорода, азота, углерода, фосфора и серы в составе органических соединений и атомы галогенов и бора как в виде ионов, так и в составе органических частиц. Отклонение в содержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит к достаточно тяжелым нарушениям метаболизма.
Большая часть болезней обусловлена отклонением концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связано с тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходит в несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, они являются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-то звено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточную функцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимых веществ.
Доказано, что с изменением концентрации цинка связано течение раковых заболеваний, кобальта и марганца – заболеваний сердечной мышцы, никеля – процессов свертывания крови. Определение концентрации этих элементов в крови позволяет иногда обнаружить ранние стадии различных болезней. Так, изменение концентрации цинка в сыворотке крови связано с протеканием заболеваний печени и селезенки, а концентраций кобальта и хрома — некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.
В поддержании нормальной жизнедеятельности организма очень велика роль органических молекул. Их можно разделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы:
биологические макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры (нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витамины и многие другие вещества).
Для химии особенно важно установление связи между строением вещества и его свойствами, в частности, биологическим действием. Для этого используется множество современных методов, входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.
В современной науке на границе химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаются используемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принято объединять под термином “физико-химическая биология”. К этому направлению относят:
а) химию природных соединений (биоорганическая и бионеорганическая химия bioorganic chemistry and inorganic biochemistry соответственно);
б) биохимию;
в) биофизику;
г) молекулярную биологию;
д) молекулярную генетику;
е) фармакологию и молекулярную фармакологию и множество смежных дисциплин. В большей части современных биологических исследований активно используются химические и физико-химические методы. Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология, был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ. Даже такая классическая “чисто биологическая” наука, как физиология, все более активно использует достижения химии и биохимии. В США Национальные Институты Здоровья (National Institutes of health USA) в настоящее время финансируют направления медицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздо меньше, чем биохимические, считая физиологию “неперспективной и отжившей свое” наукой. Возникают такие, кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки, как молекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые виды медико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощью которого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит; применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методов позволяет теперь определять множество важных веществ не нарушая целостности кожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологической жидкости.
Итак, чем же занимаются все вышеперечисленные науки, являющиеся различными ветвями физико-химической биологии?
Основой химии природных соединений явилась традиционная органическая химия, которая первоначально рассматривалась как химия веществ, встречающихся в живой природе. Современная же органическая химия занимается всеми соединениями, имеющими углеродные (или замещенные гетероаналогами углерода) цепочки, а биоорганическая химия, исследующая природные соединения, выделилась в отдельную отрасль науки. Химия природных соединений возникла в середине XIX века, когда были синтезированы некоторые жиры, сахара и аминокислоты (это связано с работами М. Бертло, Ф. Велера, А. Бутлерова, Ф. Кекуле и др.).
Первые подобные белкам полипептиды были созданы в начале нашего века, тогда же Э. Фишер вместе с другими исследователями внес свой вклад в исследование Сахаров. Развитие исследований по химии природных веществ продолжалось нарастающими темпами вплоть до середины XX века. Вслед за алкалоидами, терпенами и витаминами эта наука стала изучать стероиды, ростовые вещества, антибиотики, простагландины и другие низкомолекулярные биорегуляторы. Наряду с ними химия природных соединений изучает биополимеры биоолигомеры (нуклеиновые кислоты, белки, нуклеопротеиды, гликопротеины, липопротеины, гликолипиды и др.). Основной арсенал методов исследования составляют методы органической химии, однако для решения структурно-функциональных задач активно привлекаются и разнообразные физические, физико-химические, математические и биологические методы. Основными задачами, решаемыми химией природных соединений, являются:
а) выделение в индивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации, ультрацентрифугирования, противоточного распределения и т.п.;
б) установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической и физической органической химии с применением масс-спектроскопии, различных видов оптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализа ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др.;
в) химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогов и производных, с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения препаратов, ценных для практического использования;
г) биологическое тестирование полученных соединений in vitro и in vivo.
Крупнейшими достижениями химии природных соединений явились расшифровка строения и синтез биологически важных алкалоидов, стероидов и витаминов, полный химический синтез некоторых пептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др. соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидные последовательности множества генов и т.д. и т.п.
Появление науки биохимии обычно связывают с открытием явления ферментативного катализа и самих биологических катализаторов ферментов, первые из которых были идентифицированы и выделены в кристаллическом состоянии в 20х годах двадцатого столетия. Биохимия изучает химические процессы, происходящие непосредственно в живых организмах и использует химические методы в исследовании биологических процессов. Крупнейшими событиями в биохимии явились установление центральной роли АТФ в энергетическом обмене, выяснение химических механизмов фотосинтеза, дыхания и мышечного сокращения, открытие трансаминирования, установление механизма транспорта веществ через биологические мембраны и т.п.
Молекулярная биология возникла в начале 50х годов, когда Дж. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК, что позволило начать изучение путей хранения и реализации наследственной информации.
Крупнейшие достижения молекулярной биологии открытие генетического кода, механизма биосинтеза белков в рибосомах, основы функционирования переносчика кислорода гемоглобина.
Следующим шагом на этом пути явилось возникновение молекулярной генетики, которая изучает механизмы работы единиц наследственной информации генов, на молекулярном уровне. Одной из актуальнейших проблем молекулярной генетики является установление путей регуляции экспрессии генов перевод гена из активного состояния в неактивное и обратно; регуляция процессов транскрипции и трансляции. Практическим приложением молекулярной генетики явилась разработка методов генной инженерии и генотерапии, которые позволяют модифицировать наследственную информацию, хранящуюся в живой клетке, таким образом, что необходимые вещества будут синтезироваться внутри самой клетки, что позволяет получать биотехнологическим путем множество ценных соединений, а также нормализовать баланс веществ, нарушившийся во время болезни. Суть генной инженерии рассечение молекулы ДНК на отдельные фрагменты, что достигается с помощью ферментов и химических реагентов, с последующим соединением; эта операция производится с целью вставки в эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов нового фрагмента гена, отвечающего за синтез нужного нам вещества, вместе с так называемыми регуляторами участками ДНК, обеспечивающими активность “своего” гена. Уже сейчас с помощью генной инженерии получают многие лекарственные препараты, преимущественно белковой природы: инсулин, интерферон, соматотропин и др. Глава 2. ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «ХИМИЯ И МЕДИЦИНА»
химия медицина курс обучение
В наш информационный век – век модернизации биологического и химического образования, как ни странно, школьники обладают достаточно скудными знаниями о своем организме, способах сохранения здоровья и выхода из ситуаций, когда организму требуется «ремонт». Для выявления причин требуемого «ремонта» необходимо знать, что собой представляет человеческий организм с точки зрения химии и биологии, что лежит в основе сохранения и поддержания здоровья, как помочь своему организму справиться с простудными заболеваниями и что лучше применить: лекарственные или растительные препараты.
При изучении этого курса формируются понятия о здоровье, компонентах и показателях здоровья, факторах, определяющих здоровье (наследственность, продукты питания, качество среды обитания, образ жизни), о лекарствах и их действии на организм, правильном их употреблении. Всегда необходимо помнить о том, что «доза может убить и доза может вылечить».
Курс «Химия и медицина» позволяет погрузиться в систему вопросов по биологии и химии: химические свойства металлов и неметаллов, химические реакции, химия клетки, продукты питания, наследственность организма.
Содержание данного курса вводит учащихся в область теоретических основ медицины, связанных с сохранением здоровья, частично обеспечивает профессиональную ориентацию старшеклассников, а интерес ко всему этому способны стимулировать следующие высказывания.
* В основе жизни лежат химические процессы, а заболевания – это результат нарушения их в организме, который является большой ретортой.
Т. Парацельс
* Все есть яд, ничто не лишено ядовитости, и все есть лекарство. Лишь только доза делает лекарство ядом или лекарством.
Т. Парацельс
* Жизнь – это вечное движение жидкостей между клетками и внутри клеток. Остановка этого движения приводит к смерти. Частичное замедление этого движения в каком-то органе вызывает частичное расстройство. Общее замедление движения внеклеточных жидкостей вызывает болезнь.
Врач А.С. Залманов, «Тайная мудрость»
* Я не степью хожу -Я хожу по аптеке,Разбираясь в ее травяной картотеке.Беспредельная степь,Бесконечная степь,Ты природой написанныйСтранный рецепт.
С. Кирсанов
* Другого ничего в природе нет,Ни здесь, ни там в космических глубинах:Все – от песчинок малых до планет – Из элементов состоит единых.
С. Щипачев
* Что не излечивают лекарства, то излечивает железо, что не излечивает железо, то излечивает огонь.
Гиппократ
Цели курса.
1. Расширить знания учащихся об организме как химической фабрике.
2. Продолжить формирование у учащихся понимания важности сохранения здоровья на биологическом и химическом уровне.
3. Сформировать у учащихся навыки элементарной медицины.
Задачи курса.
1. Актуализировать и расширить знания учащихся по вопросам здоровьесбережения.
2. Научить школьников анализировать образ жизни с точки зрения влияния на здоровье.
3. Выработать у учащихся навыки оценки функционального состояния своего организма.
4. Обеспечить профессиональную ориентацию старшеклассников.
Структура и содержание курса (34 ч)
Занятие
Kоличество часов
Темазанятия
Виддеятельности
Введение в курс «Химия и медицина» (24 ч)
1, 2
2
Почему надо лечить организм
Лекция
Химия и здоровье (12 ч)
3
1
Факторы, влияющие на здоровье человека
Беседа
45
2
Формула здоровья
Лекция, беседа
6
1
Химические элементы и жизнедеятельность организма
Лекция
7, 8
2
Для чего мы едим, и что мы едим. Питание и болезни. Пищевая аллергия
Беседа
91011
3
Заболевания, вызванные недостатком химических элементов в организме
Лекция, беседа. Сообщения учащихся
12
1
Всему свое время (потребность организма в химических элементах на разных этапах развития)
Лекция
13
1
Где «задерживаются» токсические вещества?
Лекция
14
1
Заболевания и группы крови
«Kруглый стол»
Зеркало организма (4 ч)
15
1
Kожа. Характеристика и типы кожи. Kожные заболевания
Выступления учащихся
16
1
Зубы – индикатор внутренних проблем организма. Заболевания зубов
Лекция
17
1
На приеме у стоматолога
Ролевая игра
18
1
Медицина и косметология
«Kруглый стол»
Химия и медицина (9 ч)
19
1
Развитие медицины, этапы становления
Лекция
20
1
Лекарства. Открытие лекарств и лекарственные формы
Лекция
2122
2
Kлассификация лекарств
Лекция
23
1
Лекарства и растительные препараты
Лекция
24
1
Аспирин, стрептоцид: химический состав, путь и действие их в организме
Лекция
25
1
Препараты для сердечно-сосудистой системы
Лекция
26
1
Антибиотики и их действие на организм
Лекция
27
1
Зависимость организма от лекарств
Дискуссия
Биологически активные соединения (4 ч)
28
1
Витамины. Kлассификация, действие витаминов на организм. Заболевания, вызванные недостатком или избытком витаминов
Беседа.Сообщения учащихся
29
1
Ферменты, их классификация, роль в организме. Значение ферментов
Лекция
30
1
Гормоны. Значение гормонов. Заболевания, вызванные недостатком или избытком гормонов в организме. Гормональные препараты
Лекция
31
1
Обменные процессы в организме. Роль водно-солевого обмена в жизнедеятельности организма
Лекция с элементами беседы
Генные заболевания у человека (3 ч)
32
1
Генная программа человека
Лекция
33
1
Болезни с наследственным предрасположением
Лекция
34
1
Социальная среда и человек
Беседа
пример мазь или эмульсия бензилбензоата – сложного эфира бензойной кислоты и бензилового спирта С6Н5-С(О)-О-СН2-С6Н5.
К сожалению, у многих больных эти средства вызывают аллергию, поэтому до сих пор не потеряли актуальность старые методы лечения, основанные на применении элементной серы в виде мазей на вазелине. Но значительно более эффективен, хотя и трудоемок, метод М.П.Демьяновича. При лечении по этому методу в кожу втирают в течение 10-15 мин 60%-й водный раствор тиосульфата натрия. После высыхания кожи и появления на ней кристалликов втирают в течение 10-15 мин 6%-й водный раствор соляной кислоты. Вымыться разрешается через три дня. К этому времени больной выздоравливает.
Как вы можете объяснить сущность метода Демьяновича с точки зрения химика?
Примечание. При выполнении этого задания желательно обсудить проблемы профилактики чесотки. Это чрезвычайно заразное заболевание, которое передается не только при непосредственном контакте с больным, но и через его личные вещи – одежду, полотенца, а также через бумажные деньги. Лучший способ уберечься от чесотки – строго соблюдать правила личной гигиены.
Задание 3. В книге М.М. Гурвича «Домашняя диетология» для страдающих мочекаменной болезнью приведена такая рекомендация: «Из зелени и овощей в рацион включают те сорта, которые считаются бедными кальцием и щелочными валентностями: горох, брюссельскую капусту, тыкву». Прокомментируйте эту формулировку с позиции химика, а если сможете, то и агронома.
Задание 4. Для лечения малокровия (пониженное содержание в крови гемоглобина) с давних пор применяют препараты железа, в том числе сульфат железа(II), а иногда и восстановленное железо в порошке. Известен и старинный народный рецепт от малокровия – «железное яблоко»: в яблоко (лучше сорт антоновка) втыкают несколько гвоздей и выдерживают сутки. Затем гвозди вынимают, а яблоко съедает больной.
Как вы можете объяснить эффективность «железного яблока» с точки зрения химика?
Задание 5. Лечение травами становится все более популярным, однако большинство людей не соблюдают точно правила приготовления отваров и настоев, особенно дозировку сырья, хотя это очень важно при лечении этим способом. Большинство трав рекомендуют заваривать в такой пропорции: 20 г (одна полная столовая ложка) сухой измельченной травы на стакан (200 мл) кипящей воды, т. е. соотношение массовых частей 1:10. Летом можно готовить препараты не из сушеных, а из свежесобранных трав. Как при этом правильно рассчитать соотношение травы и воды, чтобы получить настой той же концентрации?
Примечание. Влажность правильно высушенной травы 8-15%; в свежесорванных растениях в зависимости от их вида содержание воды колеблется от 70 до 95%.
Задание 6. Для уменьшения кислотности желудочного сока и снижения его ферментной активности при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гастритах с повышенной кислотностью в арсенале врачей есть такие препараты, как бекарбон (одна таблетка содержит сухого экстракта красавки 0,01 г и гидрокарбоната натрия 0,3 г), оксид магния МgО, магнезия белая Мg(ОН)2*4МgCO3*H2О, викалин (в состав которого входит BiNO3(OH)2, Мg(ОН)2*4МgCO3*H2О, NaHCO3), гидроксид алюминия (в виде аморфного белого порошка), алмагель (смесь специально приготовленного геля Al(OH)3 с MgO и сорбитом).
Многие больные до сих пор при отсутствии этих лекарств пользуются обычной питьевой содой, чтобы избавиться от изжоги (что врачи делать не рекомендуют!). Попробуйте сравнить механизм действия всех названных препаратов и объяснить, какими преимуществами обладает каждый из них. Почему врачи сейчас отдают предпочтение препаратам на основе Al(OH)3 и не рекомендуют принимать соду для нейтрализации избыточной кислотности желудочного сока?
Задание 7. Профессиональные спортсмены обычно имеют при себе препараты для неотложной помощи при небольших травмах (например, растяжение связок голеностопного сустава). В качестве таких препаратов часто используют этилхлорид C2H5Cl в ампулах или комплект из двух герметичных пакетов: в одном находится сухой NH4NO3, в другом – вода. Оба препарата действуют одинаково: вызывают быстрое охлаждение поврежденного сустава – это снимает боль и отечность. Однако, с точки зрения химика, их действие принципиально различается. Попробуйте объяснить, в чем заключается различие.
Подсказка: температура кипения этилхлорида 12-16 °С.
Задание 8. Многим известен способ лечения насморка или радикулита с помощью поваренной соли. Ее нагревают на сковороде или в духовке, насыпают в мешочек из плотной ткани, а мешочек прикладывают к больному месту на несколько часов.
Какие свойства поваренной соли использованы в этом рецепте? Кстати, вместо соли можно использовать и чистый песок, который, как известно, состоит преимущественно из SiO2.
Задание 9. В рекламе лечебно-косметического крема «Ксения» рассказывается о свойстве этого крема восстанавливать солевой баланс в мышечных и костных тканях. В числе прочих в тексте есть такая фраза: «Тем временем “Ксения” перемывает вам косточки, выясняя свои отношения с кальцием, то бишь известкой, и делает из вас ягодку в полном смысле слова. Если вы пользуетесь “Ксенией”, вам не грозит отложение солей кальция в аорте, сердце и почках. Вы избежите остеохондроза, кальциноза мягких тканей, остеопороза…» Что в этом тексте может вызвать возражение со стороны химика?
Прокомментируйте эту фразу с точки зрения химика.
Задание 10. Кариес стал настоящим бичом населения России. По статистике, им болеют более 96% населения. Одна из мер профилактики – тщательный уход за зубами. Желательно их чистить щеткой после каждого приема пищи. Но есть одно исключение – если вы съели кислые ягоды или фрукты, лучше в течение часа не чистить зубы, особенно жесткой щеткой. Почему?
Подсказка: химический состав зубной эмали близок к составу минерала гидроксилапатита Са5ОН(РО4)3.
Задание 11. Кальций играет важную роль в жизнедеятельности организма. Ионы кальция необходимы для осуществления процесса передачи нервных импульсов, сокращения скелетных мышц и мышцы сердца, формирования костной ткани, свертывания крови. Препараты кальция широко используют, в частности, при лечении переломов, усиленном выделении кальция из организма, что происходит у долго лежащих больных. В арсенале медиков имеется несколько препаратов кальция. Чаще всего применяют глюконат, лактат и глицерофосфат кальция в виде таблеток. По своему действию на организм эти препараты похожи, поэтому врачи нередко рекомендуют приобрести любой из них, оставляя право выбора за пациентом.
Какой препарат рациональнее выбрать из вышеперечисленных, если их цена примерно одинакова? Ответы и решения
1. Да, этот препарат можно использовать без риска для здоровья. Белый осадок – это карбонат кальция СаСО3, который образовался в результате взаимодействия СаСl2 с СO2 воздуха. Небольшое количеcтво СаСO3 абсолютно безвредно.
Следует помнить, что описанный нами случай все-таки является исключением из общего правила – большинство лекарственных препаратов нельзя употреблять после истечения срока их хранения, указанного на упаковке, т. к. большинство из них являются органическими соединениями сложного состава и продукты их разложения могут быть токсичными.
2. При подкислении раствора тиосульфата натрия происходит образование тиосерной кислоты:
Na2S2O3 + 2HCl = H2S2O3 + 2NaCl.
Тиосерная кислота быстро разлагается с выделением серы и сернистого газа:
H2S2O3 = S? + H2O + SO2.
В момент выделения сера особенно активно действует на чесоточного клеща, аналогичным действием обладает и SO2, поэтому метод Демьяновича дает такие хорошие результаты.
3. У химика словосочетание «щелочные валентности» вызывает недоумение. Валентность – это способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи. Но что имел в виду автор под «щелочными валентностями», можно только догадываться. Если воспользоваться справочником, в котором приведен химический состав растительных продуктов, то можно обнаружить, что овощи содержат наряду с кальцием также калий, натрий, рубидий, литий, т. е. щелочные металлы. Можно предположить, что их автор и называет «щелочными валентностями».
Причиной мочекаменной болезни является нарушение солевого обмена в организме, поэтому минеральный состав пищи очень важен для больного, которому необходимо следить за содержанием в его рационе всех минеральных веществ, в том числе и щелочных металлов.
Более корректно, с точки зрения химика, этот совет должен быть сформулирован так: «Из зелени и овощей в рацион включать те, которые бедны кальцием и щелочными металлами». В тексте есть формулировка, некорректная и с точки зрения биолога: термин «сорт» следовало бы заменить термином «вид» или «культура».
4. Железо применяют для лечения малокровия, т. к. оно входит в состав гемоглобина. Яблоки таким больным рекомендуются по той причине, что в них по сравнению с другими фруктами содержится больше железа (в среднем 2200 мг в 100 г продукта). Железо, входящее в состав сплава, из которого сделаны гвозди, растворяются, хотя и медленно, в органических кислотах, содержащихся в яблоке. Яблоко обогащается железом еще больше. Считается, что из всех сортов яблок больше всего железа в антоновке, много в них и кислот, что облегчает растворение железа.
5. Примем для расчета среднеарифметические значения содержания влаги в растениях:
(70 + 95)/2 = 82,5% – свежие,
(8 + 15)/2 = 11,5% – сухие.
Для приготовления одного стакана настоя надо взять 20 г сушеного сырья и 200 г воды. Если массовая доля воды в сушеном сырье составляет 11,5%, то содержание сухого растительного материала составляет (100-11,5)=88,5%. Тогда
100 г сырья – 88,5 г раст. матер. 20 г сырья – х г раст. матер.
Отсюда
х = 20*88,5/100 = 17,7 г.
Для приготовления одного стакана настоя необходимо 17,7 г сухого растительного материала.
В свежесорванных растениях массовая доля сухого вещества составляет (100-82,5)=17,5%. Тогда
100 г сырья – 17,5 г сух. раст. матер. х г сырья – 17,7 г сух. раст. матер.
Отсюда
х = 100*17,7/17,5 = 100,1 г.
химия медицина курс
Поскольку в настоях и отварах трав абсолютно точно дозировать содержание лекарственного вещества невозможно, с достаточной степенью точности можно принять, что необходимое нам количество сухого растительного материала содержится в 100 г свежесорванной травы. В таком количестве травы содержится и значительное количество воды, следовательно, надо уменьшить объем воды для приготовления настоя. В 100 г свежесорванной травы содержится 82,5%, т. е. 82,5 г воды. Для приготовления стакана настоя надо взять (200-82,5)=117,5 г воды.
6. При приеме внутрь соды, как и таблеток бекарбона, белой магнезии, викалина, происходит взаимодействие NaHCO3 c НСl, содержащейся в желудочном соке, при этом выделяется СО2 и в довольно значительном количестве: если принять 1 г NaНСO3, то при условии его полного взаимодействия с НСl выделится 0,52 г СО2 (около 0,3 л). (Желательно выполнить расчеты.) Углекислый газ не только вызывает дискомфорт в желудке (ощущение тяжести, переполнения, отрыжку), но и возбуждающе действует на рецепторы слизистой оболочки желудка, вызывая усиление секреции желудочного сока. Кстати, именно поэтому больным гастритом и язвенной болезнью не рекомендуется употреблять газированные напитки. С точки зрения физиологии предпочтительнее такие вещества, как MgO и Al(OH)3. Последний, кроме нейтрализации кислоты, образует гель, который обволакивает стенки желудка, равномерно распределяясь по всей его поверхности, и обеспечивает более продолжительное действие.
7. В задании рассматривается изменение энергии при фазовых переходах: при испарении жидкости и растворении твердого вещества. При обработке сустава этилхлоридом понижение температуры происходит за счет его быстрого испарения. При смешивании содержимого двух пакетов другого препарата (нитрата аммония и воды) понижение температуры обусловлено процессом растворения соли в воде. В данном случае энергия расходуется на разрыв ионных связей в молекуле NH4NO3.
8. Это задание на повторение физических свойств химических соединений, которые нередко определяют сферу их применения.
В данном случае играют роль не химические, а физические свойства хлорида натрия – его довольно высокая теплоемкость. Аналогичным свойством обладает и песок.
9. У химика прежде всего вызывает недоумение термин «известка». Этим словом в просторечии обозначают группу строительных материалов, применяющихся для побелки, в частности гашеную известь Са(ОН)2 и мел СаСО3. Во-первых, не понятно, что имели в виду авторы рекламного текста – известь или мел; во-вторых, абсолютно некорректно отождествлять все соли кальция, в составе которых этот элемент может находиться в организме, с «известкой», что сделали авторы, написав «…с кальцием, то бишь известкой». Правильно здесь только то, что любая «известка» действительно содержит кальций.
10. Гидроксилапатит относится к основным солям, которые легко растворяются в кислотах, даже в таких слабых, как яблочная, лимонная, щавелевая, содержащихся в кислых фруктах. В связи с этим эмаль частично размягчается и при чистке зубов ее легко повредить. Лучше сразу после того, как вы съели кислые ягоды или фрукты, прополоскать рот раствором питьевой соды.
11. Очевидно, по экономическим соображениям следует выбрать тот препарат, в котором больше массовая доля кальция. Для этого необходимо рассчитать массовую долю кальция в трех соединениях.
Глюконат кальция
[НО-СН2-(СН-ОH)4-С(O)-О-]2Ca*H2O, M = 448 г/моль, ?(Ca) = 0,089.
Лактат кальция
[СН3-СН(ОН)-С(О)-О-]2Ca*5H2O, M = 308 г/моль, ?(Ca) = 0,13.
Глицерофосфат кальция
СаРО3-O-C3H5(ОН)2*2H2O, M = 246 г/моль, ?(Ca) = 0,16.
Таким образом, из трех солей массовая доля кальция больше всего в глицерофосфате кальция. Надо также иметь в виду, что по своему физиологическому действию глицерофосфат кальция несколько отличается от лактата и глюконата, т. к. содержит фосфор. По этой причине, кроме того действия, которое оказывают на организм глюконат и лактат кальция, он стимулирует обмен веществ и оказывает общеукрепляющее и тонизирующее действие. В целом можно сказать, что глицерофосфат кальция не только содержит больше всего кальция, но и имеет более высокую биологическую активность за счет фосфора. ЛИТЕРАТУРА
1. Азимов А. Краткая история химии. Москва: Мир,1983.
2. Габриелян О.С. Химия 10 класс. Москва: Дрофа,2005.
3. Глинка Н.Л. Общая химия. Петербург: Химия,1999.
4. Крамаренко В.Ф. Токсикологическая химия. Киев: Выща школа,1989.
5. Макаров К.А. Химия и медицина. Москва: Просвещение,1998.
6. Оганесян Э.Т., Книжник А.З. Неорганическая химия. Москва: Медицина,1989.
7. Советский энциклопедический словарь. Москва,1989.
Размещено на http://www.allbest.ru
Доклад по химии на тему: Химия и здоровье
Содержание
1. Органическая химия и медицина
2. Какие бывают лекарства и почему они лечат
3. Полимеры в медицине
4. Органическая химия и пищевая промышленность
4.1 Пищевые добавки
1.Органическая химия и медицина
Органическая химия теснейшим образом связана с медициной. Огромное количество разнообразных лекарственных средств, которыми располагает сегодня медицина, в подавляющем большинстве органические соединения. Химики-органики в содружестве с медиками, микробиологами и фармацевтами смогли не только установить строение многих природных соединений, используемых в медицине, но и синтезировать некоторые из них. Наряду с этим химики пошли по пути создания соединений, хотя и отличающихся от природных, но обладающих аналогичным, а часто и более эффективным действием. Более того, были получены новые лекарственные средства, которые не знает природа, но способные излечивать многие болезни.
Большую роль в медицине играют синтетические полимерные материалы. Из них делают многое: от одноразовых шприцов до искусственных клапанов сердца.
2.Какие бывают лекарства и почему они лечат
Лекарства бывают разные. Сколько болезней, столько и лекарств. Часто бывает и так, что одно и то же заболевание лечат многими лекарствами. Обычно лекарственные средства классифицируют по их основному лечебному действию. Одни лекарственные средства обладают противомикробным действием (например, сульфаниламидные препараты: например стрептоцид, норсульфазол, сельфален, фталазол, сульфадимезин и др.). С их помощью удается побороть инфекционные заболевания. Другие лекарства помогают снять боль, но не вызывают потери сознания (например, ацетилсалициловая кислота, или аспирин, прарцетамол, анальгин и др.). Существуют лекарства, которые воздействуют на сердце и кровеносные сосуды (нитроглицерин, анапрелинн, дибазол др.) Получены антигистаминные для лечения аллергических заболеваний, противоопухолевые для лечения злокачественных новообразований и даже психофармакологические препараты, влияющие на психическое состояние человека. В большинстве своем лекарственные препараты редко бывают простыми веществами. Чаще это сложные по химическому строению органические вещества или их смеси. И хотя число лекарственных препаратов огромно, мы ограничимся рассказом только о двух самых известных и часто применяемых лекарствах – аспирине и белом стрептоциде.
Едва ли найдется человек, который не знаком с аспирином (ацетилсалициловая кислота). Это вещество не обнаружено в природе. Аспирин впервые синтезировал немецкий химик Ш. Герхард в 1853г. путем ацетилирования салициловой кислоты уксусным ангидридом.
Однако в течение 40 лет эта реакция не привлекала к себе внимания, и только в 1893г. другой известный немецкий химик – Ф. Гофман подарил миру это замечательное лекарство. Аспирин обладает обезболивающим, жаропонижающим, противоспалительным и противоревматическим действием. 3.Полимеры в медицине
Медицина давно и с успехом использует различные полимерные материалы. Особенно часто их применяют в хирургии. Полимеры используют при операциях на костях и суставах, при закрытии дефекта черепа, восстановлении суставным связок, сухожилий и т.д. Из полимеров изготавливают различные протезы внутренних органов – кровеносных сосудов, пищевода, желчных протоков, клапанов сердца и др. С помощью пластиков исправляют отдельные дефекты лица – заменяют части носа, ушной раковины, глазницы. При операциях на кровеносных сосудах применяют материал из лавсана, пропилена, капрона и кремнийорганических полимеров. При этом сосудистый протез «врастает» в ткани организма, выполняя роль своеобразного каркаса, на котором формируется новая стенка сосуда. Особенно широко применяют полимерные материалы в стоматологии для изготовления искусственных зубов и протезов. Для этого наиболее подходящими материалами оказались полиакриловые полимеры, которые хорошо окрашиваются под цвет собственных зубов и десен, не поглощают остатков пищи и не доступны для микробов. В то же время они достаточно эластичны и прочны. Хорошая совместимость полиакрилового пластика с соединительной тканью позволяет применять его и для исправления крупных дефектов черепа. В последнее время с этой целью стали использовать фторпласт. Биологически инертные кремнийорганические соединения применяют для создания искусственного хрусталика глаза.
В качестве заменителей человеческой крови применяют синтетические кровезаменители – высокомолекулярные химические соединения, которые по своим физическо – химическим свойствам близки к плазме крови (поливиниловый спирт, поливинилпиролидон).
Как известно, потеря человеком половины крови вызывает смерть. Но это происходит не из-за потери эритроцитов, а в результате падения кровеносного давления. Кровообращение замедляется, температура тела падает, нарушается обмен веществ, наступает кислородное голодание центральной нервной системы. Это приводит к остановке дыхания и сердца. Кровезаменяющие жидкости восполняют временно недостающую кровь, поддерживают необходимое давление крови. Но к сожалению, кровезаменители не могут связывать кислород. Поэтому сейчас идут поиски таких кровезаменителей, которые могли бы связывать кислород и доставлять его к клеткам организма, а обратно – оксид углерода (IV). Среди полимеров – кровезаменителей появились и такие которые не только заменяют на короткое время кровь, но и лечат. В молекулы этих соединений введены вещества для лечения туберкулеза, склероза; получены сочетания полимеров – кровезаменителей с антибиотиками, с противораковыми препаратами. Образуя устойчивые водные растворы, они совмещаются с кровяной плазмой и не оказывают на живой организм отрицательного воздействия. Так решается задача использования полимеров в качестве пролонгатов – средств, продлевающих действие лекарств.
Полимерные материалы применяют для упаковки лекарственных препаратов и создания сложным медицинских приборов (аппараты «искусственное сердце» – АИК, «искусственные легкие», «искусственная почка» и др.). Медицинскую практику вошли и заняли достойное место шприцы одноразового пользования.
А разве можно не упомянуть о хирургическом шовном материале, который легко стерилизуется, а после операции бесследно рассасывается в тканях организма? Ассортимент полимерных материалов, используемых в медицине, с каждым годом расширяется. Это полиэтилен низкого давления, пенополиуретан, полипропилен, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические полимеры. Нашли применения и специальные клеи, которые при хирургическом вмешательстве могут склеивать ткани, заменяя шовный материал. Не отказались в медицине и от резины: от резиновой грелки до специальной резиновой надувной кровати для больных обширными ожогами. химия полимерный синтетический ацетилсалициловый 4.Органическая химия и пищевая промышленность
Органическая химия уже давно нашла применение в пищевой промышленности. Уже сейчас человек задумывается над тем, как более продуктивно получать равноценную пищу из других источников. И это уже удается ученым – химикам и биологам. Оказывается, белок можно получать даже из углеводородов нефти!
Наверное, вы слышали, что во многие пищевые продукты добавляют различные химические вещества. Одни из них придают пище более привлекательный вид, другие – приятный запах, третьи – вкус. Но они могут выполнять и более важную роль – сохранять долго продукты, препятствовать их окислению. Большинство из этих веществ – органические соединения. 4.1 Пищевые добавки
Значительная часть пищевых продуктов, прежде чем попасть на наш стол, проходит переработку в условиях пищевого производства. Цель такой переработки – придать пищевому продукту определённые качества (потребительские свойства). Для получения этих свойств в пищевые продукты дополнительно вводят некоторые вещества, получившие названия «пищевые добавки». Чаще всего это эфирные масла, сложные эфиры, некоторые спирты, альдегиды, кетоны, а также углеводороды. Приведем только некоторые соединения, обладающие соответствующим запахом:
СН3 – СООСН2 – СН2 – СН (СН3)2 изопентилацетат (запах бананов).
С3Н7 – СООС2Н5 этилбутират (запах ананасов).
СН2 = СН – СН2 – S – S – CH2CH = CH2 диаллилдисульфид (запах чеснока).
Однако запахи отдельных продуктов являются чаще всего результатом сложения запахов смеси органических соединений. Так, в аромате свежеиспеченного хлеба найдено 159 веществ, а фурфурилметилдисульфид – одно из них, хотя и основное. Иногда решающее значение в возникновении запаха имеют соединения, находящиеся в смеси в ничтожных количествах (менее 0,1 %).
В пищевой промышленности применяются различные органические кислоты: уксусная, лимонная молочная, адипиновая, яблочная. В колбасные изделия добавляют для улучшения вкуса мононатриевую соль глутаминовой кислоты.
Среди органических соединений особенно много таких, которые обладают сладким вкусом. Из них наиболее известна сахароза. Но сахароза не самое сладкое вещество. Например, фруктоза слаще ее на 73%, ксилит – вдвое, а сахарин – в 500 раз!
Для улучшения внешнего вида продуктов питания используют различные органические красители, главным образом природные, например красный краситель, содержащийся в вишне, смородине и бруснике – цианидин и близкий ему по строению, придающий красный цвет ягодами земляники – пеларгонидин.
Пищевые добавки – это вещества, вводимые в небольших количествах в пищевые продукты для того, чтобы предохранить продукт от порчи, улучшить вкусовые качества и внешний вид пищи, а также ускорить изготовление пищевого продукта.
Пищевые добавки используются человечеством достаточно давно. К числу наиболее древних и наиболее распространенных пищевых добавок относятся соль(NaCL) и сахар(C3H22O8).
Соль уже на протяжении тысячелетий применяют для улучшения вкусовых качеств и сохранения пищи. Две тысячи лет назад римские легионеры получали жалование солью. До изобретения холодильников и консервирования пищи (предотвращение доступа воздуха) засолка была почти единственным способом сохранения овощей, мяса и рыбы (использовались также такие способы сохранения пищевых продуктов, как квашение и засахаривание).
Производители постоянно увеличивали набор веществ, добавляемых в пищевые продукты, в связи с чем возникла необходимость упорядочить этот процесс. А поскольку продукты часто импортируются и экспортируются различными странами, необходимо было разработать единые нормы на пищевые добавки. В странах Европейского экономического сообщества (ЕЭС) интеграция наиболее тесна. Именно поэтому ЕЭС ввело перечень пищевых добавок, которые принято считать безопасными. Этот перечень призван упорядочить применение и обозначение пищевых добавок производителями.
Идентичность пищевых добавок, общие требования к их степени очистки, а также свидетельство того, что эти компоненты прошли проверку на безвредность, защищаются путём присвоения специального Е-номера, который состоит из буквы Е (от слова «Europe») и трёхзначного числа. Перечисляются пищевые добавки в порядке уменьшения содержания ингредиентов. Для производителей стран, не входящих в ЕЭС, этот перечень также является ориентиром, особенно если производитель намерен экспортировать свою продукцию.
Однако отсутствие на этикетке подобной записи не всегда означает, что добавок в продукте нет. В любом случае при выборе пищевого продукта (при прочих равных условиях) предпочтение следует отдавать тому продукту, на упаковке которого указаны добавленные вещества, сопровождаемые указаниями соответствующего Е-числа.
Размещено на Allbest.ru
…
Из
истории возникновения химии.
Химия-наука,изучающая
вещества и их превращения.Превращения веществ происходят в результате
химических реакций.
Первые
сведения о химических превращениях люди получили,занимаясь различными
ремеслами,когда красили ткани,выплавляли металл,изготавливали стекло.Тогда
появились определённые приёмы и рецепты,но химия ещё небыла наукой.
Не стала
предшественницей химии и средневековая алхимия.Целью алхимиков был поиск так
называемого философского камня,с помощью которого любой металл можно было бы
превратить в золото.Разумеются их усилия остались бесплодными.Но поскольку они
проводили различные опыты,им удалось сделать несколько важных практических
изобретений.Стали использоваться печи,реторы,колбы,аппараты для перегонки жидкостей.Алхимики
приготовили важнейшие кислоты,соли и оксиды,описали способы разложения руд и
минералов.
Возникновение
науки химии обычно связывают с именем английского физика и химика 17 в Роберта
Бойля.Он впервые определил центральный объект исследования химии:попытался дать
определение химического элемента.Бойль считал,что элемент-это предел разложения
вещества на составные части.Разлагая природные вещества на их
составные,исследователи сделали много важных наблюдений,открыли новые элементы
и соеденения.Химик стали изучать,что из чего состоит.
В начале
19 в. англичанин Дж.Дальтон ввёл понятие атомного веса. Каждый химический
элемент получил свою важнейшую характеристику.Атомно-молекулярное учение стало
основой теоретической химии.Благодоря этому учению Д.И.Менделеев открыл
периодический закон.названный его именем,и составил периодическую таблицу
элементов.
В 19 в. чётко
определились два основных раздела химии:органическая и неорганическая.В конце
столетия в самостоятельную отрасль оформилась физическая химия.Результаты
химических исследований всё шире стали использоваться в практике,а это повлекло
за собой развитие химической технологии.
О пользе химии.
Химическое
искусство возникло в глубокой древности,и его трудно отличить от производства,потому
что,подобно сёстрам-близнецам,оно одновременно рождалось у горна металлурга,в
мастерской красильщика и стекольщика.Корнни химии проросли в плодородной почве
металлургической и фармацевтической практики.Письменных источников,по которым
можно было судить об уровне древней ремесленной химии,сохранилось мало.Изучение
археологических объектов с помощью современных физико-химических методов
приоткрывает завесу в мир ремесла древнего человека.Установлено,что в
Месопотамии в 14-11 вв. до н.э. применяли печи,в которых при сжигании угля
можно было получить высокую температуру (1100-1200 С),что позволяло выплавлять
и очищать металлы,варить стекло из поташа и соды,обжигать керамику.
Технохимия
и металлургия достигли высокого уровня в Древней Индии.
Многочисленные
рецепты изготовления мазей,лекарств,красок,изложенные в папирусах,показывают
высокий уровень развития ремесленной химии,косметики и фармации уже в середине
второго тысячелетия до н.э.По выражению А.Лукаса, «косметика так же стара,как
человеческое тщеславие».Широкое распространение в древности получили рецепты
изготовления пищевых продуктов,обработки и окраски кож и мехов.В пятом
тысячелетии до н. э. Были хорошо развиты практическая технология
дубления,крашения,парфюмерное дело,изготовление моющих средств.
В
одной из сохранившихся рукописей Древнего Египта,в так называемом «Папирусе
Эбереса» (16 в. до н. э.),приведён ряд рецептов изготовления фармацевтических
препаратов.Описаны способы извлечения из растений различных соков и масел путём
выпаривания,настаивания,выжимания,сбраживания,прцеживания.Приёмы
возгонки,перегонки,экстрагирования,фильтрации широко применялись в различных
технологических операциях.
Древние
специалисты химического
искуства:плавильщики,стеклодувы,красильщики,мыловары-были «химиками-технологами».Это
были люди чистой практики,для которых «теория» значила мало или вообще ничего
не значила.Они устно передавали свой богатый опыт каждому новому
поколению.Никто в то время этот опыт не обобщал и не описывал,и если в
папирусах сохранились отдельные рецепты,то это было далеко не то,что могли
делать руки мастера.А могли они делать немало.Дастаточно напомнить о красивой
глазури (обливные облицовочные плитки,для окраски которых применялись такие
оксиоды,как СuО,СоО,FeO,PbO).
В
Древнем Египте был разработан способ получения чистого золота.Обработку породы
начинали с дробления кварца,содержащего золото,затем куски кварца сплавляли в
герметически закрытых тиглях с поваренной солью,свинцом,оловом,при этом серебро
переходило в хлорид серебра.Кроме золота,в древности были известны
серебро,железо,олово,ртуть,медь,свинец.Согласно учению древних,семь металлов
олицетворяло семь планет.
Усовершенствование
процесса получения бронзы вызвало рождение технологии тепловой обработки
сплавов
О вреде химии.
После появления
ядерного топлива к химии стали относиться всё хуже и хуже.Первые электростанции,работавшие на ядерном
топливе,появились 1950-х годах.Вслучае утечки такого топлива оно заражает всё
вокруг даже воздух.Многие люди,обеспокоенные этим,устраивали демонстрации
протеста против использования атомной энергии.До 1950-х годов большинство
электростанций работало на нефти на угле.Такое топливо не столь опасно,как
ядерное,но его запасы рано или поздно должны истощиться.К тому же выделяющейся
дым растворяется в дождевой влаге.Когда такой дождь выпадает на землю,он
наносит ущерб пастбищам и лесам.Эти дожди называются кислотными.В 1986 году на
атомной электростанции в украинском городе Чернобыле произошла сильная утечка
ядерного топлива.Вся местность на много километров была заражена.До сих пор
людям небезопасно жить в районе Чернобыля,употреблять произведённые там
продукты питания,пить воду из местных водоёмов.
Химия с давних времен вторглась в жизнь человека и продолжает
оказывать ему разностороннюю помощь и сейчас. Особенно важна органическая
химия, рассматривающая органические соединения – предельные, непредельные
циклические, ароматические и гетероциклические. Так, на основе непредельных
соединений получают важные виды пластмасс, химические волокна,
синтетические каучуки, соединения с небольшим молекулярным весом – этиловый
спирт, уксусную кислоту, глицерин, ацетон и другие, многие из которых
находят применение в медицине.
В наши дни химики синтезируют большое количество лекарственных
препаратов. По данным международной статистики, химики должны синтезировать
и подвергнуть тщательным испытаниям от 5 до 10 тысяч химических соединений,
чтобы отобрать один лекарственный препарат, эффективный против той или иной
болезни.
Еще М. В. Ломоносов говорил, что “медик без довольного познания химии
совершенным быть не может”. О значении химии для медицины он писал: «От
одной химии уповать можно на исправление недостатков врачебной науки”.
Лекарственные вещества известны с очень древних времен. Например, в
Древней Руси мужской папоротник, мак и другие растения употреблялись как
лекарства. И до сих пор в качестве лекарственных средств используются 25-
30%
различных отваров, настоек и экстрактов растительных и животных организмов.
В последнее время биология, медицинская наука и практика все чаще
используют достижения современной химии. Огромное количество лекарственных
соединений поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств
достигнуты новые успехи. Медицина обогащается все большим количеством новых
лекарственных препаратов, вводятся более совершенные методы их анализа,
позволяющие достаточно точно определить качество (подлинность) лекарств,
содержание в них допустимых и недопустимых примесей.
В каждой стране существует законодательство о фармацевтических
препаратах, изданное отдельной книгой, которая называется фармакопеей.
Фармакопея является сборником общегосударственных стандартов и положений,
нормирующих качество лекарственных средств. Изложенные в фармакопее
стандарты и обязательные нормы для медикаментов, сырья и препаратов
применяются при изготовлении лекарственных форм и являются обязательным для
провизора, врача, организаций, учреждений, изготовляющих и применяющих
лекарственные средства. По фармакопее лекарственные препараты анализируются
для проверки их качества.
Немного истории
Фармацевтическая промышленность является сравнительно молодой отраслью
производства. Еще в середине 19 столетия производство лекарственных средств
в мире было сосредоточено в разобщенных аптеках, в которых провизоры
изготовляли препараты по только им известным рецептам, передававшимся по
наследству. Большую роль в то время играли средства неродной медицины.
Фармацевтическое производство развивалось неравномерно и зависело от
ряда обстоятельств. Так, работы Луи Пастера в 60-х годах 19 века послужили
основой для производства вакцин, сывороток. Освоение промышленного синтеза
красителей в Германии в последней четверти 19 века привело к производству
лекарств фенацетина и антипирина.
В 1904 г. немецкий врач Пауль Эрлих заметил, что при введении
некоторых красителей в ткани подопытных животных эти красители лучше
окрашивают клетки бактерий, чем клетки животного, в которых эти бактерии
живут. Напрашивался вывод: можно найти такое вещество, которое настолько
“закрасит” бактерию, что она погибнет, но в то же время не тронет ткани
человека. И Эрлих нашел краситель, который внедрялся в трипаносомы,
вызывающие у человека сонную болезнь. Вместе с тем для мышей. на которых
проводился опыт, краситель был безвреден. Эрлих опробовал краситель на
зараженных мышах; у них болезнь протекала легче, но все же краситель был
слабым ядом для трипаносом. Тогда Эрлих ввел в молекулу красителя атомы
мышьяка – сильнейшего яда. Он надеялся, что краситель “утащит” весь мышьяк
в клетки трипаносом, а мышам его достанется совсем не много. Так и
случилось. К 1909 г. Эрлих доработал свое лекарство, синтезировав вещество,
избирательно поражавшее трипаносомы, но малотоксичное для теплокровных
животных – 3,3’-диамино-4.4’-дигидроксиарсенобензол. В его молекуле два
атома мышьяка. Так начиналась химия синтетических лекарственных препаратов.
До 30-х годов 20 века в фармацевтической химии основное место
занимали лекарственные растения (травы). В середине 30-х годов 20 века
фармацевтическая промышленность стала на путь целенаправленного
органического синтеза, чему способствовало обнаруженное немецким биологом
Г. Домагком (19340) антибактериальное свойство красителя – пронтозила,
синтезированного в 1932 г. Начиная с 1936 г. на основе этого соединения
широко развернулись поиски так называемых сульфаниламидных антикокковых
препаратов.
Источники получения фармацевтических препаратов
Все лекарственные вещества могут быть разделены на две большие группы:
неорганические и органические. Те и другие получаются из природного сырья и
синтетически.
Сырьем для получения неорганических препаратов являются горные
породы, руды, газы, вода озер и морей, отходы химических производств.
Сырьем для синтеза органических лекарственных препаратов служат
природный газ, нефть, каменный уголь, сланцы и древесина. Нефть и газ
являются ценным источником сырья для синтеза углеводородов, являющихся
полупродуктами при производстве органических веществ и лекарственных
препаратов. Полученные из нефти вазелин, вазелиновое масло, парафин
применяются в медицинской практике.
Создание лекарственных препаратов
Как ни много известно лекарственных препаратов, как ни богат их
выбор, предстоит еще немало сделать в этой области. Как же в наше время
создаются новые лекарства?
В первую очередь нужно найти биологически активное соединение,
оказывающее то или иное благоприятное воздействие на организм. Существуют
несколько принципов такого поиска.
Весьма распространен эмпирический подход, не требующий знания ни
структуры вещества, ни механизма его воздействия на организм. Тут можно
выделить два направления. Первое – это случайные открытия. Например, было
случайно открыто слабительное действие фенолфталеина (пургена) а также
галлюциногенное действие некоторых наркотических веществ. Другое
направление – это так называемый метод “просеивания”, когда сознательно, с
целью выявления нового биологически активного препарата проводят испытания
многих химических соединений.
Существует и так называемый направленный синтез лекарственных
веществ. В этом случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и,
незначительно модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта
замена влияет на биологическую активность соединения. Порой достаточно
минимальных изменений в структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем
снять его биологическую активность. Пример: в молекуле морфина, который
обладает сильным болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода
на метильную группу и получили другое лекарство – кодеин. Болеутоляющее
действие кодеина в десять раз меньше, чем морфина, но зато он оказался
хорошим средством против кашля. Заменили два атома водорода на метил в том
же морфине – получили тебаин. Это вещество уже совсем “не работает” как
обезболиватель и не помогает от кашля, но вызывает судороги.
В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск
лекарственных средств на основе общетеоретических представлений о механизме
биохимических процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с
реакциями вне организма и о факторах, влияющих на такие реакции.
Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и
путем небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат.
Именно так, химической модификацией природного пенициллина, получены многие
его полусинтетические аналоги, например оксацилин.
После того, как биологически активное соединение отобрано, определена
его формула и структура, нужно исследовать, не является ли это вещество
ядовитым, не оказывает ли на организм побочных воздействий. Это выясняют
биологи и медики. А затем снова очередь за химиками – они должны предложить
наиболее оптимальный способ, которым это вещество будут получать в
промышленности. Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими
трудностями и оно обходится так дорого, что применение его в качестве
лекарства на данном этапе не возможно.
Классификация лекарственных веществ
Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям:
фармакологическая и химическая.
Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно
этой классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости
от их действия на системы и органы. Например: 1. снотворные и успокаивающие
(седативные); 2. сердечно – сосудистые; 3. анальгезирующие (болеутоляющие),
жаропонижающие и противовоспалительные; 4. противомикробные (антибиотики,
сульфаниламидные препараты и др.);
5. местно-анестезирующие; 6. антисептические; 7. диуретические; 8. гормоны;
9. витамины и др.
В основу химической классификации положено химическое строение и
свойства веществ, причем в каждой химической группе могут быть вещества с
различной физиологической активностью. По этой классификации лекарственные
вещества подразделяются на неорганические и органические. Неорганические
вещества рассматриваются по группам элементов периодической системы Д. И.
Менделеева и основным классам неорганических веществ (оксиды, кислоты,
основания, соли). Органические соединения делятся на производные
алифатического, алициклического, ароматического и гетероциклического рядов.
Химическая классификация более удобна для химиков, работающих в области
синтеза лекарственных веществ.
Характеристика лекарственных веществ.
Местноанестезирующие средства
Большое практическое значение имеют синтетические анестезирующие
(обезболивающие) вещества, полученные на основе упрощения структуры
кокаина. К ним относятся анестезин, новокаин, дикаин. Кокаин – природный
алкалоид, полученный из листьев растения кока, произрастающего в Южной
Америке. Кокаин обладает анестезирующим свойством, но вызывает привыкание,
что осложняет его использование. В молекуле кокаина анестизиоморфная
группировка представляет собой метилалкиламино-пропиловый эфир бензойной
кислоты. Позднее было установлено, что лучшим действием обладают эфиры
парааминобензойной кислоты. К таким соединениям относятся анестезин и
новокаин. Они менее токсичны по сравнению с кокаином и не вызывают побочных
явлений. Новокаин в 10 раз менее активен, чем кокаин, но примерно в 10 раз
и менее токсичен.
Главенствующее место в арсенале обезболивающих средств веками занимал
морфин – основной действующий компонент опия. Он использовался еще в те
времена, к которым относятся первые дошедшие до нас письменные источники.
Основные недостатки морфина – возникновение болезненного пристрастия к нему
и угнетение дыхания. Хорошо известны производные морфина – кодеин и героин.
Снотворные средства
Вещества, вызывающие сон, относятся к разным классам, но наиболее
известны производные барбитуровой кислоты (полагают, что ученый, получивший
это соединение, назвал его по имени своей приятельницы Барбары).
Барбитуровая кислота образуется при взаимодействии мочевины с малоновой
кислотой. Ее производные называются барбитуратами, например фенобарбитал
(люминал), барбитал (веронал) и др.
Все барбитураты угнетают нервную систему. Амитал обладает широким
спектром успокоительного воздействия. У некоторых пациентов этот препарат
снимает торможение, связанное с мучительными, глубоко спрятанными
воспоминаниями. Некоторое время даже считалось, что его можно использовать
как сыворотку правды.
Организм человека привыкает к барбитуратам при частом их употреблении
как успокаивающих и снотворных средств, поэтому люди пользующиеся
барбитуратами, обнаруживают, что им нужны все большие дозы. Самолечение
этими препаратами может принести значительный вред здоровью.
Трагические последствия может иметь сочетание барбитуратов с
алкоголем. Совместное их действие на нервную систему гораздо сильнее
действия даже более высоких доз в отдельности.
В качестве успокаивающего и снотворного средства широко используется
димедрол. Он не является барбитуратом, а относится к простым эфирам.
Димедрол – активный противогистаминный препарат. Он оказывает
местноанестезирующее действие, однако в основном применяется при лечении
аллергических заболеваний.
Психотропные средства
Все психотропные вещества по их фармакологическому действию можно
разделить на две группы:
1) Транквилизаторы – вещества, обладающие успокаивающими свойствами. В
свою очередь транквилизаторы подразделяются на две подгруппы:
– Большие транквилизаторы (нейролептические средства). К ним относятся
производные фенотиазина. Аминазин применяется как эффективное средство при
лечении психических больных, подавляя у них чувство страха, тревоги,
рассеянность.
– Малые транквилизаторы (атарактические средства). К ним относятся
производные пропандиола (мепротан, андаксин), дифенилметана (атаракс,
амизил)вещества, имеющие различную химическую природу (диазепам, элениум,
феназепам, седуксен и др.). Седуксен и элениум применяются при неврозах,
для снятия чувства тревоги. Хотя токсичность их невелика, наблюдаются
побочные явления (сонливость, головокружение, привыкание к препаратам). Их
не следует применять без назначения врача.
2) Стимуляторы – вещества, обладающие антидепрессивным действием
(фторазицин, индопан, трансамин и др.)
Анельгезирующие, жаропонижающие и противовоспалительные средства
Крупная группа лекарственных препаратов – производные салициловой
кислоты (орто-гидроксибензойной). Ее можно рассматривать как бензойную
кислоту, содержащую в орто-положении гидроксил, либо как фенол, содержащий
в орто-положении карбоксильную группу.
Салициловая кислота – сильное дезинфицирующее средство. Ее натриевая
соль применяется как болеутоляющее, противовоспалительное, жаропонижающее
средство и при лечении ревматизма.
Из производных салициловой кислоты наиболее известен ее сложный эфир-
ацетилсалициловая кислота, или аспирин. Аспирин – молекула, созданная
искусственно, в природе он не встречается.
При введении в организм ацетилсалициловая кислота в желудке не
изменяется, а в кишечнике под влиянием щелочной среды распадается, образуя
анионы двух кислот – салициловой и уксусной. Анионы попадают в кровь и
переносятся ею в различные ткани. Активным началом, обусловливающим
физиологическое действие аспирина, является салицилат-ион.
Ацетилсалициловая кислота обладает
противоревматическим, противовоспалительным, жаропонижающим и болеутоляющим
действием. Она также выводит из организма мочевую кислоту, а отложение ее
солей в тканях (подагра) вызывает сильные боли. При приеме аспирина могут
возникнуть желудочно-кишечные кровотечения, а иногда – аллергия.
Лекарственные вещества были получены за счет взаимодействия
карбоксильной группы салициловой кислоты с различными реагентами.
Например, при действии аммиака на метиловый эфир салициловой кислоты
остаток метилового спирта заменяется аминогруппой и образуется амид
салициловой кислоты – салициламид. Он используется как
противоревматическое, противовоспалительное, жаропонижающее средство. В
отличие от ацетилсалициловой кислоты салициламид в организме с большим
трудом подвергается гидролизу.
Салол – сложный эфир салициловой кислоты с фенолом (фенилсалицилат)
обладает дезинфицирующими, антисептическими свойствами и употребляется при
заболеваниях кишечника.
Замена в бензольном кольце салициловой кислоты одного из водородных
атомов на аминогруппу приводит к пара-аминосалициловой кислоте (ПАСК),
которая используется как противотуберкулезный препарат.
Распространенными жаропонижающими и болеутоляющими средствами
являются производные фенилметилпиразолона – амидопирин и анальгин.
Анальгин обладает небольшой токсичностью и хорошими терапевтическими
свойствами.
Противомикробные средства
В 30-х годах 20 века широко распространились сульфаниламидные
препараты (название произошло от амида сульфаниловой кислоты). В первую
очередь это пара-аминобензолсульфамид, или просто сульфаниламид (белый
стрептоцид). Это довольно простое соединение – производное бензола с двумя
заместителями – сульфамидной группой и аминогруппой. Он обладает высокой
противомикробной активностью. Было синтезировано около 10 000 различных
его структурных модификаций, но лишь около 30 его производных нашли
практическое применение в медицине.
Существенный недостаток белого стрептоцида – малая растворимость в
воде. Но была получена его натриевая соль – стрептоцид, растворимый в воде
и применяющийся для инъекций.
Сульгин – это сульфаниламид, у которого один атом водорода
сульфамидной группы замещен на остаток гуанидина. Он применяется для
лечения кишечных инфекционных заболеваний (дизентерии).
С появлением антибиотиков бурное развитие химии сульфаниламидов
спало, но полностью вытеснить сульфаниламиды антибиотикам не удалось.
Механизм действия сульфаниламидов известен.
Для жизнедеятельности многих микроорганизмов необходима пара-
аминобензойная кислота. Она входит в состав витамина – фолиевой кислоты,
которая для бактерий является фактором роста. Без фолиевой кислоты
бактерии не могут размножаться. По своей структуре и размерам
сульфаниламид близок к пара-аминобензойной кислоте, что позволяет его
молекуле занять место последней в фолиевой кислоте. Когда мы вводим в
организм, зараженный бактериями, сульфаниламид, бактерии, “не
разобравшись”, начинают синтезировать фолиевую кислоту, используя вместо
аминобензойной кислоты стрептоцид. В результате синтезируется “ложная”
фолиевая кислота, которая не может работать как фактор роста и развитие
бактерий приостанавливается. Так сульфаниламиды “обманывают” микробов.
Антибиотики
Обычно антибиотиком называют вещество, синтезируемое одним
микроорганизмом и способное препятствовать развитию другого
микроорганизма. Слово “антибиотик” состоит из двух слов: от греч. anti –
против и греч. bios – жизнь, то есть вещество, действующее против жизни
микробов.
В 1929 г. случайность позволила английскому бактериологу Александру
Флемингу впервые наблюдать противомикробную активность пенициллина.
Культуры стафилококка, которые выращивались на питательной среде, были
случайно заражены зеленой плесенью. Флеминг заметил, что стафилококковые
палочки, находящиеся по соседству с плесенью, разрушались. Позднее было
установлено, что плесень относится к виду Penicillium notatum.
В 1940 году удалось выделить химическое соединение, которое
производил грибок. Его назвали пенициллином. В 1941 году пенициллин был
опробован на человеке как препарат для лечения болезней, вызываемых
стафилококками, стрептококками, пневмококками и др. микроорганизмами.
В настоящее время описано около 2000 антибиотиков, но лишь около 3%
из них находят практическое применение, остальные оказались токсичными.
Антибиотики обладают очень высокой биологической активностью. Они
относятся к различным классам соединений с небольшим молекулярным весом.
Антибиотики различаются по своей химической структуре и механизмом
действия на вредные микроорганизмы. Например, известно, что пенициллин не
дает возможности бактериям производить вещества, из которых они строят
свою клеточную стенку. Нарушение или отсутствие клеточной стенки может
привести к разрыву бактериальной клетки и выливанию ее содержимого в
окружающее пространство. Это может также позволить антителам проникнуть в
бактерию и уничтожить ее. Пенициллин эффективен только против
грамположительных бактерий. Стрептомицин эффективен и против
грамположительных и грамотрицательных бактерий. Он не позволяет бактериям
синтезировать специальные белки, нарушая таким образом их жизненный цикл.
Стрептомицин вместо РНК вклинивается в рибосому и все время путает процесс
считывания информации с мРНК. Существенным недостатком стрептомицина
является чрезвычайно быстрое привыкание к нему бактерий, кроме того,
препарат вызывает побочные явления: аллергию, головокружение и т п.
К сожалению, бактерии постепенно приспосабливаются к антибиотикам
и поэтому перед микробиологами постоянно стоит задача создания новых
антибиотиков.
Алкалоиды
В 1943 году швейцарский химик А. Гофман исследовал различные вещества
основного характера, выделяемые из растений – алкалоиды (т. е. подобные
щелочам). Однажды химик случайно взял в рот немного раствора диэтиламида
лизергиновой кислоты (ЛСД), выделенного из спорыньи, – грибка, растущего
на ржи. Через несколько минут у исследователя появились признаки
шизофрении – начались галлюцинации, сознание помутилось, речь стала
бессвязной. “Я чувствовал, что плыву где-то вне своего тела, описывал
впоследствии свое состояние химик. – Поэтому я решил, что умер“. Так
Гофман понял, что он открыл сильнейший наркотик, галлюциноген. Оказалось,
что достаточно
0,005 мг ЛСД попасть в мозг человека, чтобы вызвать галлюцинации. Многие
алкалоиды принадлежат к ядам и наркотикам. С 1806 года был известен
морфин, выделяемый из сока головок мака. Это хорошее обезболивающее
средство, однако при длительном применении морфина у человека
вырабатывается к нему привыкание, организму требуются все большие дозы
наркотика. Таким же действием обладает сложный эфир морфина и уксусной
кислоты – героин.
Алкалоиды – весьма обширный класс органических соединений,
оказывающих самое различное действие на организм человека. Среди них и
сильнейшие яды (стрихнин, бруцин, никотин), и полезные лекарства
(пилокарпин – средство для лечения глаукомы, атропин – средство для
расширения зрачков, хинин – препарат для лечения малярии). К алкалоидам
относятся и широко применяемые возбуждающие вещества – кофеин, теобромин,
теофиллин. Кофеин содержится в зернах кофе (0,7 – 2,5%) и в чае
(1,3 – 3,5%). Он обусловливает тонизирующее действие чая и кофе. Теобромин
добывают из шелухи семян какао, в небольшом количестве он сопутствует
кофеину в чае, теофиллин содержится в чайных листьях и кофейных зернах.
Интересно, что некоторые алкалоиды являются противоядиями по
отношению к своим собратьям. Так, в 1952 г. из одного индийского растения
был выделен алкалоид резерпин, который позволяет лечить не только людей,
отравившихся ЛСД или другими галлюциногенами, но и больных, страдающих
шизофренией.
Что еще дает химия для медицины
Большое количество химических веществ служит для изготовления самых
разнообразных протезов. Производятся протезы челюстей, зубов, коленных
чашечек, суставов конечностей из разных химических материалов, которые
успешно применяются в восстановительной хирургии для замены костей, ребер
и пр. Химические заводы выпускают для медицинских целей трубки, шланги,
ампулы, шприцы, белково-витаминные и другие напитки, кислород,
перевязочный материал, аптечную посуду, оптику, красители, больничную
мебель и многое другое.
Успехи химии, внедрение ее продуктов в медицину открывают
безграничные возможности для преодоления ряда заболеваний, в первую
очередь вирусных и сердечно – сосудистых.
[pic]
Овладение секретами современной химии позволит овладеть многими актуальными и востребованными профессиями. Знание химии дает возможность работать в области медицины, фармакологии, биохимии и биофизики, молекулярной биологии, геологии… Химия — это ключ к успешному будущему: знания, полученные от репетитора по химии в Кемерово, помогут овладеть достойной профессией и найти свое место в жизни.
Большинство современных исследований проводится «на стыке наук», и для того, чтобы получить ответы на поставленные вопросы, привлекаются ученые разных специальностей: биологи, физики, и, конечно, химики. Роль химии следует подчеркнуть особо: благодаря развитию этой науки удалось открыть многие тайны живого мира. Исследователи изучили роль гормонов и ферментов, создают все новые и новые синтетические лекарственные средства, выяснили многие механизмы функционирования клетки… Перечислять можно бесконечно. Очевидно одно: без химии развитие современной науки о живой природе и медицины немыслимо.
Химия и медицина: нерушимый союз
М.В. Ломоносов говорил: «Медик без довольного познания химии совершенен не может». Эти слова актуальны и по сей день. Создание синтетических лекарств считается одним из важнейших достижений науки ХХ века. Многие заболевания, ранее считавшихся неизлечимыми, перешли в категорию излечимых. В VI веке миллионы жизней уносила чума, в начале ХХ века тысячи людей погибли от гриппа. Благодаря современным лекарствам, созданным благодаря усилиям химиков и фармацевтов, этих жертв удалось бы избежать.
Синтетическая органическая химия начала развиваться в середине XIX века. Появились многочисленные искусственные красители, ароматические соединения и лекарственные препараты. Прародителем химиотерапии, то есть лечения заболеваний при помощи искусственно созданных лекарств, считается врач из Германии Пауль Эрлих, в 1891 году предложивший лечить малярию при помощи красителя метиленового синего. Этот препарат оказалось менее эффективным, чем хинин: прославился Эрлих благодаря созданию сальварсана — искусственно синтезированного препарата для лечения сифилиса. В настоящее время разработаны тысячи синтетических лекарственных препаратов, при помощи которых удается возвращать здоровье пациентам, которые всего несколько десятков лет назад считались безнадежными.
Однако не менее важно и знание неорганической химии, ведь многие современные лекарства имеют неорганическую природу.
К тому же, организм человека довольно чутко реагирует на недостаток или избыток химических элементов:
онкологические заболевания связаны с изменениями содержания в организме цинка;
недостаток марганца приводит к болезням сердца;
никель влияет на процесс свертывания крови;
при недостатке кальция возникают заболевания опорно-двигательного аппарата.
В ХХ веке продолжительность жизни людей выросла в два раза. Во многом это связывают с использованием инновационных препаратов, созданных с участием химиков: в сто раз снизилась смертность от туберкулеза, в 10 раз — от гриппа, от атеросклероза — в 6 раз.
Химия — наука, которая еще долго не утратит своей актуальности. Благодаря химии человечеству удалось достигнуть многих успехов. В будущем роль химической науки будет лишь возрастать: работа «на стыке» дисциплин оказалась на редкость плодотворной.
Фото: wits.ac.za
Ни для кого не секрет, что химия в медицине имеет первостепенную задачу. Эта наука усовершенствует уже существующие препараты, предназначены для лечения. Организм человека – удивительный механизм и для его нормального функционирования нужно подбирать только качественные препараты.
К самым популярным средствам относятся:
болеутоляющие;
снотворные;
антибактериальные;
химиотерапевтические;
витамины.
Все люди принимают лекарства для устранения того или иного симптома, а также для полного излечения от недуга.
Каждый периодически сталкивается с приемом болеутоляющих средств. По химической структуре их условно можно разделить на две категории: производные салициловой кислоты и пиразолона.
Все эти вещества имеют три принципа действия:
анальгезирующие;
противовоспалительные;
жаропонижающие.
Салицины блокируют болевой импульс, тем самым снимая неприятные ощущения. Жаропонижение происходит за счет ингибирования соединений влияющих на терморегуляцию. Эти процессы обеспечивают качественную работу всего организма.
Химия в медицине как наука
Химия в медицине как наука способна объяснить большинство процессов протекающих в организме человека при приеме разного рода веществ.
Принцип действия снотворных напоминает влияние наркотических веществ на центральную нервную систему. Все эти препараты имеют различные сроки действия на организм. Это:
длительное;
среднее;
короткое.
Большое количество снотворных – производные барбитуриновой кислоты. Сама по себе она не оказывает влияния на организм человека. Наиболее маленькие дозы применяемых барбитуратов приостанавливают скорость реакции нервной системы на действие внешних раздражителей. Это важно учитывать людям, которые работают на сложных механических установках и автомобилях.
Антибактериальные средства применяются для лечения инфекций. К ним относится два типа препаратов: сульфаниламиды и антибиотики. Эти препараты всегда пользуются большим спросом, ведь за достаточно короткие сроки они способны уничтожить все патогенные микроорганизмы, тем самым обеспечивая нормальную жизнедеятельность человека.
Важно помнить, что при незаконченном лечении, у микроорганизмов появляется «иммунитет» на этот вид антибиотика. В случае повторного приема, пациент не получит желаемого результата.
Химия в медицине повсеместно помогает большинству людей за короткие строки стать на ноги. Ее влияние значительно.
На ежегодной выставке «Химия» будут присутствовать ведущие специалисты отрасли, которые расскажут о новинках и последних тенденциях в развитии данной промышленности.
Читайте другие наши статьи:
Лакокрасочные материалы
Поставщики бытовой химии
Измерительные приборы
Оба тиреоидных гормона, Т3 и Т4, ускоряют реакции во всех клетках органов и тканей тела, в том числе увеличивают основной обмен, потребление кислорода, способствуют расщеплению глюкозы и жиров, повышают активность ферментов, стимулируют синтез белка, рост и дифференцировку тканей, влияют на состояние нервной и сердечно-сосудистой систем, печени, почек, других органов — в организме не так уж много гормонов, обладающих таким широким спектром действия! Более того, тироксин усиливает действие других гормонов — инсулина, адреналина, глюкокортикоидов. Поэтому поддерживать постоянный уровень Т3 и Т4 в организме жизненно важно.
Для профилактики гипотиреоза проводят мероприятия по дополнительному введению иода в рацион населения. Самый распространенный метод — иодирование поваренной соли. Обычно в нее добавляют иодид калия — примерно 25 мг на 1 кг. Однако KI во влажном теплом воздухе легко окисляется до иода, который улетучивается. Именно этим объясняется малый срок хранения такой соли — всего шесть месяцев. Поэтому в последнее время иодид калия заменяют иодатом KIO3. Кстати, это вовсе не тривиальная задача для технологов — равномерно распределить очень малое количество иода в большом объеме соли.
Помимо поваренной соли иод добавляют в витаминные смеси. Есть и такая пищевая добавка, как иодказеин. Это органическое соединение — иодированный молочный белок. Его уникальность в том, что при недостатке иода печень вырабатывает ферменты, которые расщепляют молекулы иодказеина, и высвобожденный иод всасывается в кишечнике. Если же иода в организме достаточно, то эти ферменты не вырабатываются и иод выводится из организма вместе с белком, таким образом, опасность передозировки исключается. Помимо прочего, иодказеин не распадается при высокой температуре, поэтому его можно использовать для выпечки хлеба. Для обогащения тонны хлеба иодказеином достаточно всего лишь пяти граммов белка. Суточная норма иода содержится в 250 г такого хлеба для взрослого и 100 г для ребенка.
Иодированные продукты не нужны тем, кто потребляет достаточно иода с пищей и водой. Потребность в иоде для взрослого человека мало зависит от пола и возраста и составляет примерно 150 мкг (0,15 мг) в сутки (однако она возрастает при беременности, усиленном росте, охлаждении). В большинстве пищевых продуктов иода очень мало. А вот рыба, особенно морская, богата иодом: в сельди и горбуше его 40–50 мкг, в треске, минтае и хеке — до 160 (в расчете на 100 г сухого продукта). Намного больше иода в печени трески — до 800 мкг, но особенно много его в бурых морских водорослях — «морской капусте», она же ламинария: до 500 мг! В нашей стране ламинария растет в Белом, Баренцевом и Охотском морях.
Кое-что про антибиотики
Все знают, что в названии «витамин С» буква С читается как русская «ц». Видимо, по аналогии название некогда распространенного антибиотика грамицидина С также произносят «грамицидин це». Однако это неверно: буква С в этом названии должна произноситься как «эс», от слова «советский» (можно встретить и написание «грамицидин S».) История появления этого лекарственного средства, как и многих других антибиотиков, интересна и драматична.
Когда говорят «антибиотик», чаще всего вспоминают пенициллин. Его открытие в середине ХХ века знаменовало собой новую эпоху в борьбе с болезнетворными микроорганизмами. Однако мало кто знает, что еще в начале 70-х годов XIX века врач и публицист Вячеслав Авксентьевич Манасеин и дерматолог Алексей Герасимович Полотебнов установили антибактериальные и лечебные свойства зеленой плесени. Но несовершенство химических методов не позволило в то время выделить из плесени действующее начало. В 1928 году шотландский бактериолог и биохимик Александер Флеминг (он приобрел известность еще в 1922 году благодаря открытию фермента лизоцима, см. «Химию и жизнь», 2011, № 1) заметил, что оставленная им на несколько дней культура стафилококковых бактерий покрылась плесенью. Вместо того чтобы выбросить испорченный препарат, Флеминг начал внимательно его разглядывать: он заметил, что вокруг каждого пятнышка плесени располагаются чистые области, где культура бактерий исчезла. Он понял, что в этих областях присутствует какое-то вещество, выделяемое плесневыми грибами, которое обладает сильным антибактериальным действием.
Так Флеминг открыл пенициллин. Это название происходит от рода грибов Penicillum (их около 250 видов). Флеминг использовал активный раствор пенициллина для лечения ран, но выделить действующее начало в чистом виде ему тогда не удалось: антибиотик быстро терял свои свойства при любых попытках его выделения и очистки. Справедливости ради следует сказать, что в 1985 году в архивах Лионского университета была найдена диссертация рано скончавшегося студента-медика Эрнста Августина Дюшена, в которой за сорок лет до Флеминга подробно охарактеризован открытый автором препарат из плесени Penicillium notatum, активный против многих патогенных бактерий.
Чистый препарат получил лишь десятилетие спустя английский биохимик Эрнст Борис Чейн, немец по происхождению, эмигрировавший из Германии в 1933 году. Он применил необычную для того времени методику сублимационной сушки: водный раствор препарата был заморожен до –40°C и при этой температуре из него в вакууме испарился лед. Полученные таким способом кристаллы пенициллина оказались стойкими и сохраняли свое действие в течение длительного времени.
Исследовал терапевтические свойства очищенного пенициллина и впервые применил его в лечебных целях английский патолог австралийского происхождения Говард Уолтер Флори. Ученые, открывшие и выделившие пенициллин в чистом виде, приобрели всемирную известность: Флеминг и Флори были удостоены звания пэра Британии, стали членами научных обществ и академий разных стран, а Флори был также награжден золотой медалью имени М. В. Ломоносова АН СССР. Флеминга даже избрали почетным вождем племени кайова в Северной Америке. В 1945 году Флеминг, Чейн и Флори получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
В СССР исследования микробиолога Зинаиды Виссарионовны Ермольевой (в будущем — академика АМН) увенчались в 1942 году выделением пенициллина из плесени Penicillum crustorum. После войны по разработанному Ермольевой методу было организовано производство пенициллина на заводах в разных городах страны. Ермольева также первой получила отечественный стрептомицин (в 1947 году), интерферон и некоторые другие препараты.
В годы войны в работу включился американский микробиолог Зельман Ваксман. С помощью разработанных им методов он предпринял поиск микроорганизмов, вырабатывающих антибиотики (именно он ввел в употребление термин «антибиотик», от греческого слова bios — жизнь и приставки anti, означающей «противодействие»). В 1943 году он выделил из актиномицетов вида Streptomyces griseus новый антибиотик стрептомицин, который обладал широким спектром антимикробного действия. Этот препарат оказался весьма эффективным в отношении микобактерий туберкулеза, а также большинства грамотрицательных и некоторых грамположительных микроорганизмов. Стрептомицином лечили бруцеллез, чуму, другие тяжелые болезни, против которых до этого не существовало специфических средств терапии. Особенно впечатляющим было действие стрептомицина на больных туберкулезным менингитом, который ранее в 100% случаев заканчивался смертью больного в течение 20 дней.
В 1942 году из культуры бактерий, обитающих на огородных почвах Подмосковья, Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражниковой был выделен первый оригинальный отечественный антибиотик, который назвали грамицидином С. Биохимики А. Н. Белозерский (будущий академик, вице-президент Академии наук) и Т. С. Пасхина показали, что грамицидин С — белок. Чтобы установить его строение, необходимо было серьезное химическое исследование. В рамках тогдашнего сотрудничества союзников Минздрав СССР в 1944 году передал образец нового антибиотика в дружественную Великобританию, в Листеровский медицинский институт (Лондон). Там им занялся известный биохимик Ричард Синг. Вместе с группой коллег из города Лидса Синг выяснил, что грамицидин С — весьма необычный белок: его молекула не линейная, а циклическая. Оказалось также, что это очень простой белок, так как он содержит всего пять различных аминокислот, причем каждая из них повторяется в цикле дважды (для сравнения: яичный альбумин, основной компонент яичного белка, содержит 20 разных аминокислот, а его молекулярная масса в десятки раз больше, чем у грамицидина). Среди тех, кто занимался анализом кристаллической структуры грамицидина С, была Маргарет Тэтчер, будущий премьер-министр Великобритании, незадолго до этого защитившая диссертацию по химии.
Поскольку микроорганизмы вырабатывают устойчивость к антибиотикам, приходится постоянно изыскивать все новые и новые препараты, а также модифицировать их или полностью синтезировать (так называемые полусинтетические и синтетические антибиотики). В настоящее время описано более шести тысяч только природных антибиотиков различного происхождения (из бактерий, грибов и актиномицетов). Однако широко применяется только сотая их часть. Кроме них, известно более 100 тысяч (!) полусинтетических антибиотиков, однако лишь немногие из них обладают всем комплексом нужных свойств. При определении их эффективности учитывают не только антимикробную активность, но и скорость развития резистентности к ним микроорганизмов, степень проникновения действующего вещества в очаги поражения, возможность создания и поддержания в течение необходимого времени терапевтических, но безопасных концентраций в тканях больного и т. д.
Большинство антибиотиков получают микробиологическим синтезом с помощью специально разработанных питательных сред. Основные их производители — грибы актиномицеты, плесневые грибы и бактерии. Природные антибиотики, в том числе бензилпенициллин, цефалоспорин, рифамицин, используют главным образом для получения полусинтетических производных. Чисто синтетических антибиотиков немного. К ним относится широко известный левомицетин. По своему строению антибиотики принадлежат к самым разным классам химических соединений: среди них можно найти аминосахара, антрахиноны, гликозиды, лактоны, феназины, пиперазины, хиноны, пиридины, терпеноиды… Неудивительно, что антибиотиков известно так много. Вероятно, в будущем новые антибиотики с заранее заданными свойствами станут создавать в основном методами генной инженерии.
ГАОУ СПО СО
Саратовский областной базовый медицинский колледж
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Химия»
на тему: «Химия и медицина»
Выполнили: студентки 512 группы
Герасимова С.А.
Брежнева В.И.
Саратов 2014
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. БОЛЕУТОЛЯЮЩИЕ (АНАЛЬГЕЗИРУЮЩИЕ) СРЕДСТВА
2. СНОТВОРНЫЕ СРЕДСТВА
3. ВИТАМИНЫ
4. КОНТАКТНЫЕ ЛИНЗЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когда медики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто довольно успешно справлялись с болезнями.
Человек тысячами нитей связан с окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена, когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта истина уже была усвоена врачами.
В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину и часто врач, и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу о сурьме («триумфальная колесница антимония»), предлагал ее для избавления от всех болезней, хотя этот элемент – аналог мышьяка – ничего, кроме вреда, не мог принести страждущим.
Случайные удачи химиков и использование народного опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда не прерывались. В XV веке Теофраст Парацельс опроверг учение о пневмах, но тут же заменил их не менее таинственным «археем», не имеющим материальной природы, но подчиняющим себе материю. Эти фантастические «теории» были скоро забыты, но практическая врачебная деятельность Парацельса оказалась продуктивной. Он исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу ятрохимии – науки о применении определенных химических соединений для лечения болезней. Правда, рецепты Парацельса вызвали бы у современных врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через четыре сотни лет.
В XIX веке прогресс теоретической химии, великие открытия М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии, стимулированные сознанием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитие клеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и способствовали появлению плодотворных идей.
Блестящим выражением новых идей оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма – микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные инфекционные заболевания. При этом речь шла не о специальном подборе веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были заложены основы гигиены – области, в которой пути химии и медицины сошлись с великой пользой для человечества.
Химия помогла медицине справиться с опасными врагами – микробами, которых, собственно, еще никто как следует не знал, а многие вообще не признавали.
Английский хирург Д. Листер с большим успехом применил растворы фенола (карболовой кислоты) для дезинфекции тканей во время операций; П. Кох пользовался растворами хлорной ртути (сулемы), и только в 1909 году Стреттон открыл дезинфицирующие свойства растворов йода в спирте.
Все эти средства, хотя и помогли хирургам спасти сотни тысяч жизней оперированных ими больных, все же не решали задачу борьбы с инфекционными заболеваниями. Во-первых, дезинфицирующие средства влияли только на окружающую человека среду. Операция и послеоперационный период были менее опасными, но больной не избавлялся от тех микробов, которые уже проникли в организм. Во-вторых, йод, сулема, карболовая кислота и другие дезинфицирующие вещества иногда губили клетки организма, а погибшие ткани способствовали росту микробов. Поэтому, несмотря на все несомненные успехи методов дезинфекции, оставалась задача создания таких соединений, которые разрушали бы только микробные клетки.
К началу XX века органическая химия и методы химического синтеза достигли такого уровня, что химики уверенно перестраивали молекулы органических соединений и могли синтезировать сложную молекулу по заданной формуле.
Немецкий ученый П. Эрлих – один из основоположников химиотерапии – был убежден, что, изменяя структуру молекулы, можно найти такие соединения, которые будут специфически влиять только на клетки возбудителей инфекционных болезней, легко проникая в них и действуя достаточно быстро.
П. Эрлих проявил исключительное упорство в трудной работе по исследованию ряда мышьяковистых соединений. Было синтезировано и изучено более шестисот соединений, прежде чем удалось получить препарат под номером 606 (сальварсан), обладающий высокой лечебной активностью. Это было в 1909 году, а в 1912 году в лаборатории П. Эрлиха синтезировали вещество, имевшее номер 914 (неосальварсан), оказавшееся еще более действенным и менее токсичным «Волшебными пулями» называли молекулы сальварсанов – они, попадая в ткани организма, поражали только микробов. Это было громадным достижением и открывало важнейшие перспективы перед новой наукой – химиотерапией.
Число побежденных болезней долгое время оставалось очень небольшим, и острые инфекции продолжали угрожать человеку. Однако врачи опытным путем нашли еще один путь борьбы с ними – создание иммунитета (невосприимчивости к болезни посредством введения в организм специальных сывороток, полученных из тканей животных, перенесших заболевание). Так удавалось бороться с оспой, дифтерией, бешенством, так и сейчас справляются с полиомиелитом, холерой, столбняком, укусами змей и т. п. Но ученые долгое время не могли объяснить, как именно и почему возникает иммунитет. Только в наши дни удалось немного приподнять завесу над химическими тайнами иммунитета – только приподнять, не более! Это одна из труднейших и многообещающих задач химии ближайшего будущего.
Про химию и медицину можно писать бесконечно, но объём работы ограничен, поэтому в этом реферате мы рассмотрели только те вопросы, которые были особенно интересны для нас.
1. БОЛЕУТОЛЯЮЩИЕ (АНАЛЬГЕЗИРУЮЩИЕ) СРЕДСТВА
С раннего детства нам знакома зубная боль и такие лекарства, как аспирин, анальгин. Эти соединения относятся к группе ненаркотических анальгетиков: они не обладают седативным и снотворным действием, не вызывают эйфории (как наркотики), к ним не развивается привыкание. По химической структуре их можно разделить на производные салициловой кислоты (аспирин, салицилат натрия и др.) и пиразолона (амидопирин, антипирин, анальгин, бутадион).
Все эти вещества характеризуются тремя типами воздействия: анальгезирующим (обезболивающим), противовоспалительным и жаропонижающим. Механизм обезболивания объясняется их блокирующим действием на «пути проведения» болевых импульсов на уровне окончаний чувствительных нервов.
Понижение температуры тела является результатом теплоотдачи вследствие расширения кровеносных сосудов кожи и потоотделения.
Аспирин (ацетилсалициловая кислота) – один из наиболее сильных ингибиторов синтеза простагландинов. Он реже, чем другие салицилаты, оказывает побочные эффекты на организм человека, однако длительное (особенно без контроля врача) его использование может привести к серьезным заболеваниям желудочно-кишечного тракта (язвы и кровотечения желудка и т. д.). Все это следует иметь в виду и при приеме таблеток, содержащих ацетилсалициловую кислоту (аскофен, цитрамон и др.).
Амидопирин, антипирин, анальгин, бутадион широко используются при различных болевых ощущениях (головная боль, радикулиты, миозиты, невралгии, гриппе, лихорадках, ревматизме). У этих препаратов наиболее выражен обезболивающий эффект; их противовоспалительное действие невелико. Длительное применение этих лекарств может вызвать угнетение процессов кроветворения.
2. СНОТВОРНЫЕ СРЕДСТВА
Значительное количество снотворных относится к производным барбитуровой кислоты, хотя сама кислота снотворного действия не оказывает. болеутоляющий анальгезирующий химический снотворный
Уже более ста лет, после открытия Гутдейгом в конце XIX века снотворного эффекта у веронала, в медицинской практике широко применяются барбитураты в качестве снотворных, успокаивающих, противосудорожных средств и препаратов для наркоза. Многие препараты барбитуровой кислоты выпускают и применяют в виде натриевых солей, которые хорошо растворимы в воде и дают возможность применять эти препараты в виде инъекционных растворов.
Снотворные средства угнетающе влияют на передачу возбуждения в головном мозге. По механизму влияния на центральную нервную систему их относят к наркотическим веществам. Небольшие дозы снотворных средств действуют успокаивающе, средние – вызывают сон, большие – наркотическое действие. Механизм сна под влиянием снотворных средств отличается от естественного, характеризующегося чередованием периодов «медленного» и «быстрого» (до 25% общей продолжительности) сна. Большинство снотворных укорачивает длительность быстрого сна.
Бывают препараты длительного действия (барбитал, фенобарбитал), средней продолжительности (нитразепам, барбамил) и короткого действия (ноксирон, гекса-барбитал).
Даже небольшие дозы барбитуратов замедляют обычные скорости двигательных и психических реакций человека на внешние раздражения. Об этом должны помнить водители, тем более что некоторые барбитураты (фенобарбитал и барбитал) обладают длительным последствием (до 3-5 дней). Для барбитуратов характерен эффект привыкания, который развивается уже через две недели непрерывного приема. Другая особенность барбитуратов состоит в том, что они активируют действие ряда ферментов (в микросомах печени), дезактивируют лекарственные соединения. Поэтому действие лекарств при их совместном приеме с барбитуратами может быть ослаблено. Барбитураты немного снижают температуру тела.
3. ВИТАМИНЫ
Витамины… Они нужны как пища и воздух, но действуют в очень малых количествах, без них организм не может обойтись. Недостаток их есть причина ряда тяжелых заболеваний и снижения сопротивляемости, т.е. ослабления иммунных сил организма к действию микробов. В 1880 году врач Н.Н. Лунин доказал существование группы веществ, не относящихся к обычным частям пищи, но жизненно важным для человека. Его исследования были развиты К. Функом в 1911 году, предложившим их название – витамины. Еще через одиннадцать лет Н.Н. Бессонов открыл аскорбиновую кислоту – витамин С, излечивающий цингу и повышающий сопротивляемость организма к болезням.
Изучение витаминов помогло биохимикам понять механизм действия лекарственных веществ и немало способствовало успехам химиотерапии. Сейчас известно, что аскорбиновая кислота облегчает процесс переноса атомов водорода от пищевых веществ к кислороду, то есть улучшает дыхание клеток.
Другой витамин, названный витамином А (ретинолом), играет большую роль в процессе восприятия света сетчаткой глаза и необходим для сохранения клеточных оболочек. Ретинол называют витамином зрения, поскольку его недостаток в организме вызывает некоторые заболевания глаз, кроме того, витамин А участвует в образовании тканей, включая костные, и очень важен для роста детей.
Он защищает организм от простудных заболеваний, пневмонии, болезней кожи. Витамин А плохо растворим в воде, но хорошо растворяется в жирах.
В организме человека ретинол не синтезируется, его основными источниками являются каротины и среди них главным образом b-каротин, который в печени подвергается окислительному расщеплению с образованием витамина А.
Витамин В1 (тиамин), был открыт при изучении причин тяжелой болезни бери-бери, сопровождающейся прогрессирующими параличами, расстройством сердечной деятельности и нарушениями работы нервной системы. Все эти явления вызваны недостатком в организме витамина В1 , который входит в состав нескольких ферментов. Последние ускоряют биохимические реакции и таким образом регулируют сложный, многоступенчатый процесс окисления пищевых веществ. В состав витамина В1 входят азот и сера. Для медицинских целей витаминной промышленностью выпускаются синтетические препараты – тиамина бромид, тиамина хлорид и кокарбоксилаза.
Но вернемся к борьбе с микробами. Открытие и применение витаминов, развитие методов иммунизации с помощью специфических сывороток отодвинули на второй план работы в том направлении, которое было намечено П. Эрлихом. Это понятно, так как П. Эрлих добивался успеха, идя чисто опытным путем, не имея ясных представлений о механизме поражения микробов именно его «пулями». Биохимия в это время еще не была в состоянии объяснить гибель микробов «на молекулярном уровне». И пришлось довольно долго ждать решения этой задачи хотя бы для некоторых лекарственных веществ. Лишь в 1932 году ученик П. Эрлиха химик Г. Домагк, изучая соединения, содержащие два связанных атома азота –N=N– (диазосоединения), обнаружил, что одно из них (его позднее назвали красным стрептоцидом) успешно борется со стрептококковыми инфекциями. Опыты шли на мышах. Но однажды сын Г. Домагка, случайно уколов руку, заболел тяжелым стрептококковым заражением крови. Г. Домагк рискнул ввести ребенку красный стрептоцид и спас своего сына от грозившей ему неизбежной смерти.
После этого клинические испытания стали проводить быстрее и стрептоцид начал свое победное шествие по больницам и клиникам. Красная форма лекарства состояла из двух компонентов, неактивен был только один из них – белый стрептоцид.
Стрептоцид R1= H.
Он оказался менее сложным соединением, и именно его ввели врачи в медицинскую практику для борьбы с инфекциями. Было доказано, что причина, по которой стрептоцид подавляет рост микробов, заключается в том, что его молекула по своему строению очень похожа на парааминобензойную кислоту, необходимую для жизнедеятельности микробов; усваивая вместо нее стрептоцид (сульфаниламид), микроб отравляется и гибнет.
Разница в молекулах состоит только в том, что вместо группы –СООН в сульфаниламиде находится группа –SO2NH2; этого достаточно, чтобы отравить клетку стрептококка.
Теперь пути дальнейших исследований стали более ясными: очевидно, следует варьировать состав и структуру замещающих групп, вводить заместители в амино-группу и испытывать полученные соединения на их антимикробное действие. Подбор заместителей позволяет находить соединения, специфически «настроенные» на определенный вид микробов.
Это нелегкая работа, но изучение этого класса соединений было весьма плодотворным. Удалось создать препараты, способные подавлять развитие туберкулезных бактерий; в 1946 и 1951 гг. группа, возглавляемая Г. Домагком, получила парааминосалициловую кислоту (ПАСК) и изониазид, применение которых в последующие годы резко снизило смертность от туберкулеза.
В 1877 г. английский ученый У. Робертс пришел к выводу о том, что между плесневыми грибами и бактериями существует антагонизм. Микроорганизмы создают вокруг себя «зону безопасности», выделяя в окружающую среду особые вещества (их назвали антибиотиками), назначение которых – уничтожать другие микроорганизмы. Но среди этих «других» вполне могли оказаться и стафилококки, и стрептококки, и пневмококки и прочие серьезные враги человека.
В 20-х годах нашего века А. Флеминг – английский микробиолог, изучая стафилококки заметил, что в одной из чашек микробы почти не развиваются. А. Флеминг решил, что в эту чашку из атмосферы случайно попали споры плесневого гриба, относившегося к роду пенициллиум. Вещество, полученное из жидкости, в которой рос гриб, названное пенициллином, оказалось исключительно активным по отношению к целому ряду опасных микроорганизмов. Была установлена и формула пенициллина, получены его соли и различные производные, например натриевая соль бензилпенициллина.
Пенициллин действует на стрептококки, пневмококки, менингококки, спирохеты и несколько слабее на стафилококки. Воспаление легких, эндокардит, раневые инфекции, гнойный плеврит, перитонит, цистит, остеомиелит, ангины, дифтерия, рожистое воспаление, менингит, скарлатина, сибирская язва, – вот неполный список тяжелейших болезней, которые одолевает пенициллин. Итак, в дополнение к сульфаниламидам появились антибиотики. Исследования различных сред, в которых росли микробы, главным образом почв, взятых в различных районах земного шара, проводились широким фронтом. Вещества, выделяемые микроорганизмами, очищали, концентрировали и испытывали их способность подавлять рост болезнетворных микробов.
В историю освоения производства антибиотиков большой вклад внесли и советские ученые Г.Н. Гаузе, 3.В. Ермольева, М.М. Шемякин и др. В настоящее время врачи располагают большим набором веществ этого класса, эффективных при лечении заболеваний. Очень большую роль в лечении туберкулеза сыграл выделенный С.Я. Ваксманом из гриба актиномицета стрептомицин.
Левомицетин (хлорамфеникол) и тетрациклин (1945–1948 гг.) оказались ценными средствами при лечении сыпного тифа, дизентерии, бруцеллеза, коклюша, пневмонии и других заболеваний. Как и всегда, основной каркас молекулы лекарственного вещества допускает различные вариации, позволяющие улучшить его свойства или «настроить» его на определенный вид микробов.
В настоящее время известны уже сотни антибиотиков и установлен в общих чертах механизм их действия. Так, установлено, что пенициллин препятствует образованию клеточной стенки у бактерий, тетрациклины нарушают работу тех частей клетки, в которых происходит синтез белков (рибосомы), синтезы белка блокируются также и стрептомицином.
Практическое применение антибиотиков требует осторожности. Многие из них токсичны, некоторые вызывают аллергические реакции. Что же касается привыкания к ним микробов, то приходится постоянно бороться с «химическим сопротивлением» микробов.
Лекарственные средства обычно воздействуют на несколько метаболитических процессов. Наряду с полезным эффектом часто проявляется и вредное воздействие на организм – побочное действие, которое необходимо учитывать при приеме препарата.
Знание всех стадий обмена веществ у микроорганизмов, доступное современной биохимии, дает основания думать, что человечество, несомненно, выиграет бой с примитивными микроорганизмами, и будущие поколения не будут знать инфекционных болезней.
Но ими не исчерпывается все разнообразие недугов человека. Существуют еще многочисленные заболевания, связанные с нарушением регуляции физиологических процессов. В этом плане особенно выделяются различные злокачественные опухоли. Для подавления их роста, а так же для послеоперационного лечения разработано множество противоопухолевых препаратов.
Препарат нимустин применяют для лечения глиомы больших полушарий мозга, рака легких, желудка, печени, гортани, глотки, тонкого кишечника, меланомы кожи и др. Ломустин применяют для лечения лимфогранулематоза, рака легких меланомы кожи. Разработаны новые препараты этого типа – араноза и лизомустин (нитруллин).
Одним из страшнейших заболеваний является диабет, при котором расстраивается система регулирования содержания сахара в крови и человек страдает от чрезмерного повышения концентрации сахара. Лечить эту болезнь очень трудно. Здесь необходим союз медицины, физиологии, химии и биохимии. Для облегчения течения заболевания сахарным диабетом применяется инсулин.
Инсулин – гормон, вырабатываемой поджелудочной железой животных и человека. Он регулирует содержание сахара (глюкозы) в крови. При его недостатке и развивается сахарный диабет (гипергликемия). Инсулин является главным лекарственным препаратом для лечения этого заболевания. По своему химическому строению инсулин – это пептид, состоящий из двух цепочек (цепь А и цепь Б), связанных между собой дисульфидными «мостиками»:
Инсулин – это первый природный пептид (белок), полный синтез которого осуществлен в лабораторных условиях. В настоящее время ведутся работы по химической модификации животного инсулина, с целью полного его превращения в инсулин человека.
Другая болезнь века – гипертония. Для борьбы с ней также создано множество лекарственных препаратов, понижающих давление крови и способствующих расширению сосудов.
4. КОНТАКТНЫЕ ЛИНЗЫ
Многим кажется, что контактные линзы – дитя нашего столетия. Между тем их история начинается с Леонардо да Винчи. Позже идею линз высказывал Декарт. Томас Юнг экспериментировал с трубкой, заполненной водой и приставляемой к глазу, английский астроном Джон Гершель произвел теоретические расчеты.
Но реально, в материале, линза появилась в 1887 году, когда известный висбаденский стеклодув Ф. Мюллер изготовил вогнутые стеклянные диски по заказу одного из своих клиентов. Линзы были большими, прозрачными в середине и матовыми по краям, надевали их под веки. Больной носил линзы в течение пятнадцати лет.
Вскоре однофамилец стеклодува, студент-медик, сумел скорректировать подобным образом близорукость ни много, ни мало в 24 диоптрии. Правда, дольше получаса глаз не выдерживал.
Тогда же известный немецкий философ Адольф Фик применил новинку для коррекции астигматизма. Он и ввел термин – контактные линзы.
В десятые годы нашего века фирма «К. Цейс» начала выпускать небольшие партии линз. Отличались они, как всегда у Цейса, великолепными оптическими свойствами, но были тяжелы, неэластичны, непроницаемы для кислорода. Ну, и легко бились, конечно.
И вот в конце тридцатых годов появились первые линзы из пластмассы – полиметилметакрилата (сейчас их называют жесткими). Столь же прозрачные, как и стеклянные, но легкие, прочные, сравнительно простые в изготовлении, они быстро вытеснили своих предшественников. Правда, основные недостатки остались – малая кислородопроницаемость и неэластичность. Линзы раздражали глаза, хотя и меньше стеклянных.
На рубеже пятидесятых – шестидесятых годов в контактной коррекции произошел еще один скачок – появились мягкие линзы. Идея носилась в воздухе давно, американцы, например, экспериментировали с акриламидом. Но главный успех пришелся на долю академика Отто Вихтерле. Он и его сотрудники разработали гидрогель из сополимера гликольметакрилата и дигликольдиметакрилата. Материал содержал около 40% воды, был эластичен, химически инертен, биологически и механически устойчив. Чешские ученые запатентовали и высокопроизводительную технологию линз.
С тех пор контактная коррекция бурно развивается. Появилось множество новых материалов: и мягких, и жестких, и полужестких, объединяющих достоинства тех и других. В развитых странах линзы носят около сорока миллионов человек, и эта цифра быстро растет.
Кроме обычных линз существуют: цветные, бифокальные – для так называемого старческого зрения, солнцезащитные, косметические – позволяющие изменить цвет глаз и для больных с дефектами роговицы, линзы для плавания – вместо маски или подводных очков.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Благодаря этому реферату я стала лучше ориентироваться в химии, ознакомилась с правилами выполнения творческой работы, получила новые знания, узнала больше о значении химии в медицине.
Названия:
Ш Сурьма-Sb
Ш Антимоний- Sb?S?
Ш Хлорная ртуть(сулема)- HgCl 2
Ш Раствор фенола (карболовая кислота)- C6H6O
Ш Сальварсан- C12H14N2Cl2As2
Ш Салициловая кислота- C7H6O3
Ш Салицилат натрия- C7H5NaO3
Ш Пиразолон- C3H4N2O
Ш Антипирин- C13H17N3O
Ш Бутадион- C19H20N2O2
Ш Ацетилсалициловую кислота- C9H8O4
Ш Барбитуровой кислота- C4H4N2O3
Ш Натриевая соль- Na3C6H5O7
Ш Фенобарбитал- C12H12N2O3
Ш Нитразепам- C15H11N3O3
Ш Барбамил- C??H??N?O?
Ш Ретинол- C20H30O
Ш Тиамин- C??H??ClN?OS
Ш Кокарбоксилаз- C12H19N4O7P2S+
Ш Парааминосалициловая кислота (ПАСК)- C7H7NO3
Ш Изониазид- C6H7N3O
Ш Бензилпенициллин- C16H18N2O4S
Ш Левомицетин (хлорамфеникол)- C11H12Cl2N2O5
Ш Тетрациклин- C22H24N2O8
Ш Нимустин- C9H13ClN6O2
Ш Ломустин- C9H16ClN3O2
Ш Араноза – C7H13N3O6
Размещено на Allbest.ru
…
ВВЕДЕНИЕ
Химики второй половины XXвека продолжили дело предков и очень активно занимались исследованиями живойприроды. В пользу этого тезиса может свидетельствовать хотя бы тот факт, что из39 Нобелевских премий по химии, врученных за последние 20 лет (1977-1996), 21премия (больше половины! а ведь отраслей химии очень много) была получена зарешение химико-биологических проблем. Это и неудивительно, ведь живая клеткаэто настоящее царство больших и малых молекул, которые непрерывновзаимодействуют, образуются и распадаются… В организме человека реализуетсяоколо 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупностьразличных химических превращений. В одной клетке организма может происходитьпримерно 2000 реакций. Все эти процессы осуществляются при помощи сравнительнонебольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химияхарактеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений,состоящих из неорганических и органических остатков.
Глава 1. СОВРЕМЕННАЯХИМИЯ И МЕДИЦИНА
Неорганические частипредставлены водой и ионами различных металлов, галогенов и фосфора (восновном), органические части представлены белками, нуклеиновыми кислотами,углеводами, липидами и достаточно обширной группой низкомолекулярных биорегуляторов,таких как гормоны, витамины, антибиотики, простагландины, алкалоиды, регуляторыроста и т.д.
Для современных врачей ифармацевтов изучение неорганической химии также имеет большое значение, так какмногие лекарственные препараты имеют неорганическую природу. Поэтому медикидолжны четко знать их свойства: растворимость, механическую прочность,реакционную способность, влияние на человека и окружающую среду.
Современная медицинашироко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организмеи возникновением и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенночутко организм реагирует на изменение в нем концентрации микроэлементов, т. е.элементов, присутствующих в организме в количестве, меньшем 1 г на 70 кг массы человеческого тела. К таким элементам относятся медь, цинк, марганец, молибден,кобальт, железо, никель.
Из неметаллоидов в живыхсистемах практически всегда можно встретить атомы водорода, кислорода, азота,углерода, фосфора и серы в составе органических соединений и атомы галогенов ибора как в виде ионов, так и в составе органических частиц. Отклонение всодержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит кдостаточно тяжелым нарушениям метаболизма.
Большая часть болезнейобусловлена отклонением концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связанос тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходитв несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, ониявляются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-тозвено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточнуюфункцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимыхвеществ.
Доказано, что сизменением концентрации цинка связано течение раковых заболеваний, кобальта имарганца – заболеваний сердечной мышцы, никеля – процессов свертывания крови.Определение концентрации этих элементов в крови позволяет иногда обнаружитьранние стадии различных болезней. Так, изменение концентрации цинка в сывороткекрови связано с протеканием заболеваний печени и селезенки, а концентрацийкобальта и хрома — некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.
В поддержании нормальнойжизнедеятельности организма очень велика роль органических молекул. Их можноразделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы:
биологическиемакромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры(нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витаминыи многие другие вещества).
Для химии особенно важноустановление связи между строением вещества и его свойствами, в частности,биологическим действием. Для этого используется множество современных методов,входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.
В современной науке награнице химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаютсяиспользуемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принятообъединять под термином «физико-химическая биология». К этомунаправлению относят:
а) химию природныхсоединений (биоорганическая и бионеорганическая химия bioorganic chemistry and inorganic biochemistry соответственно);
б) биохимию;
в) биофизику;
г) молекулярную биологию;
д) молекулярную генетику;
е) фармакологию имолекулярную фармакологиюи множество смежных дисциплин. В большей части современных биологическихисследований активно используются химические и физико-химические методы.Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология,был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ.Даже такая классическая «чисто биологическая» наука, как физиология,все более активно использует достижения химии и биохимии. В США НациональныеИнституты Здоровья (NationalInstitutes of health USA) в настоящее время финансируют направлениямедицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздоменьше, чем биохимические, считая физиологию «неперспективной и отжившей свое» наукой.Возникают такие, кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки, какмолекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые видымедико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощьюкоторого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит;применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методовпозволяет теперь определять множество важных веществ не нарушая целостностикожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологическойжидкости.
Итак, чем же занимаютсявсе вышеперечисленные науки, являющиеся различными ветвями физико-химическойбиологии?
Основой химии природныхсоединений явилась традиционная органическая химия, которая первоначальнорассматривалась как химия веществ, встречающихся в живой природе. Современнаяже органическая химия занимается всеми соединениями, имеющими углеродные (илизамещенные гетероаналогами углерода) цепочки, а биоорганическая химия,исследующая природные соединения, выделилась в отдельную отрасль науки. Химияприродных соединений возникла в середине XIX века, когда были синтезированынекоторые жиры, сахара и аминокислоты (это связано с работами М. Бертло, Ф. Велера,А. Бутлерова, Ф. Кекуле и др.).
Первые подобные белкамполипептиды были созданы в начале нашего века, тогда же Э. Фишер вместе сдругими исследователями внес свой вклад в исследование Сахаров. Развитиеисследований по химии природных веществ продолжалось нарастающими темпамивплоть до середины XX века. Вслед за алкалоидами, терпенами и витаминами этанаука стала изучать стероиды, ростовые вещества, антибиотики, простагландины идругие низкомолекулярные биорегуляторы. Наряду с ними химия природныхсоединений изучает биополимеры биоолигомеры (нуклеиновые кислоты, белки,нуклеопротеиды, гликопротеины, липопротеины, гликолипиды и др.). Основнойарсенал методов исследования составляют методы органической химии, однако для решенияструктурно-функциональных задач активно привлекаются и разнообразныефизические, физико-химические, математические и биологические методы. Основнымизадачами, решаемыми химией природных соединений, являются:
а) выделение виндивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации,перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации,ультрацентрифугирования, противоточного распределения и т.п.;
б) установлениеструктуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической ифизической органической химии с применением масс-спектроскопии, различных видовоптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализаядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсииоптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др.;
в) химический синтез ихимическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтезаналогов и производных, с целью подтверждения структуры, выяснения связистроения и биологической функции, получения препаратов, ценных дляпрактического использования;
г) биологическоетестирование полученных соединений in vitro и in vivo.
Крупнейшими достижениямихимии природных соединений явились расшифровка строения и синтез биологическиважных алкалоидов, стероидов и витаминов, полный химический синтез некоторыхпептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др.соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидныепоследовательности множества генов и т.д. и т.п.
Появление науки биохимииобычно связывают с открытием явления ферментативного катализа и самихбиологических катализаторов ферментов, первые из которых были идентифицированыи выделены в кристаллическом состоянии в 20х годах двадцатого столетия.Биохимия изучает химические процессы, происходящие непосредственно в живыхорганизмах и использует химические методы в исследовании биологическихпроцессов. Крупнейшими событиями в биохимии явились установление центральнойроли АТФ в энергетическом обмене, выяснение химических механизмов фотосинтеза,дыхания и мышечного сокращения, открытие трансаминирования, установлениемеханизма транспорта веществ через биологические мембраны и т.п.
Молекулярная биологиявозникла в начале 50х годов, когда Дж. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуруДНК, что позволило начать изучение путей хранения и реализации наследственнойинформации.
Крупнейшие достижениямолекулярной биологии открытие генетического кода, механизма биосинтеза белковв рибосомах, основы функционирования переносчика кислорода гемоглобина.
Следующим шагом на этомпути явилось возникновение молекулярной генетики, которая изучает механизмыработы единиц наследственной информации генов, на молекулярном уровне. Одной изактуальнейших проблем молекулярной генетики является установление путейрегуляции экспрессии генов перевод гена из активного состояния в неактивное иобратно; регуляция процессов транскрипции и трансляции. Практическимприложением молекулярной генетики явилась разработка методов генной инженерии игенотерапии, которые позволяют модифицировать наследственную информацию,хранящуюся в живой клетке, таким образом, что необходимые вещества будутсинтезироваться внутри самой клетки, что позволяет получать биотехнологическимпутем множество ценных соединений, а также нормализовать баланс веществ,нарушившийся во время болезни. Суть генной инженерии рассечение молекулы ДНК наотдельные фрагменты, что достигается с помощью ферментов и химическихреагентов, с последующим соединением; эта операция производится с целью вставкив эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов нового фрагмента гена, отвечающего засинтез нужного нам вещества, вместе с так называемыми регуляторами участкамиДНК, обеспечивающими активность «своего» гена. Уже сейчас с помощьюгенной инженерии получают многие лекарственные препараты, преимущественнобелковой природы: инсулин, интерферон, соматотропин и др.
Глава 2.ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «ХИМИЯ И МЕДИЦИНА»
химиямедицина курс обучение
В нашинформационный век – век модернизации биологического и химического образования,как ни странно, школьники обладают достаточно скудными знаниями о своеморганизме, способах сохранения здоровья и выхода из ситуаций, когда организмутребуется «ремонт». Для выявления причин требуемого «ремонта» необходимо знать,что собой представляет человеческий организм с точки зрения химии и биологии,что лежит в основе сохранения и поддержания здоровья, как помочь своемуорганизму справиться с простудными заболеваниями и что лучше применить:лекарственные или растительные препараты.
При изученииэтого курса формируются понятия о здоровье, компонентах и показателях здоровья,факторах, определяющих здоровье (наследственность, продукты питания, качествосреды обитания, образ жизни), о лекарствах и их действии на организм,правильном их употреблении. Всегда необходимо помнить о том, что «доза можетубить и доза может вылечить».
Курс «Химия имедицина» позволяет погрузиться в систему вопросов по биологии и химии:химические свойства металлов и неметаллов, химические реакции, химия клетки,продукты питания, наследственность организма.
Содержаниеданного курса вводит учащихся в область теоретических основ медицины, связанныхс сохранением здоровья, частично обеспечивает профессиональную ориентациюстаршеклассников, а интерес ко всему этому способны стимулировать следующиевысказывания.
• В основежизни лежат химические процессы, а заболевания – это результат нарушения их ворганизме, который является большой ретортой.
Т. Парацельс
• Все естьяд, ничто не лишено ядовитости, и все есть лекарство. Лишь только доза делаетлекарство ядом или лекарством.
Т. Парацельс
• Жизнь – этовечное движение жидкостей между клетками и внутри клеток. Остановка этогодвижения приводит к смерти. Частичное замедление этого движения в каком-тооргане вызывает частичное расстройство. Общее замедление движения внеклеточныхжидкостей вызывает болезнь.
Врач А.С. Залманов,«Тайная мудрость»
• Я не степьюхожу –Я хожу по аптеке, Разбираясь в ее травяной картотеке.Беспредельная степь, Бесконечнаястепь, Ты природой написанныйСтранный рецепт.
С. Кирсанов
• Другогоничего в природе нет, Ни здесь, ни там в космических глубинах: Все – от песчинокмалых до планет – Из элементов состоит единых.
С. Щипачев
• Что неизлечивают лекарства, то излечивает железо, что не излечивает железо, тоизлечивает огонь.
Гиппократ
Цели курса.
1. Расширитьзнания учащихся об организме как химической фабрике.
2. Продолжитьформирование у учащихся понимания важности сохранения здоровья на биологическоми химическом уровне.
3.Сформировать у учащихся навыки элементарной медицины.
Задачи курса.
1.Актуализировать и расширить знания учащихся по вопросам здоровьесбережения.
2. Научитьшкольников анализировать образ жизни с точки зрения влияния на здоровье.
3. Выработатьу учащихся навыки оценки функционального состояния своего организма.
4. Обеспечитьпрофессиональную ориентацию старшеклассников.
Структура исодержание курса (34 ч)
Занятие Kоличество часов Темазанятия Виддеятельности Введение в курс «Химия и медицина» (24 ч)
1, 2 2 Почему надо лечить организм Лекция Химия и здоровье (12 ч)
3 1 Факторы, влияющие на здоровье человека Беседа 45 2 Формула здоровья Лекция, беседа 6 1 Химические элементы и жизнедеятельность организма Лекция 7, 8 2 Для чего мы едим, и что мы едим. Питание и болезни. Пищевая аллергия Беседа 91011 3 Заболевания, вызванные недостатком химических элементов в организме Лекция, беседа. Сообщения учащихся 12 1 Всему свое время (потребность организма в химических элементах на разных этапах развития) Лекция 13 1 Где «задерживаются» токсические вещества? Лекция 14 1 Заболевания и группы крови «Kруглый стол» Зеркало организма (4 ч)
15 1 Kожа. Характеристика и типы кожи. Kожные заболевания Выступления учащихся 16 1 Зубы – индикатор внутренних проблем организма. Заболевания зубов Лекция 17 1 На приеме у стоматолога Ролевая игра 18 1 Медицина и косметология «Kруглый стол» Химия и медицина (9 ч)
19 1 Развитие медицины, этапы становления Лекция 20 1 Лекарства. Открытие лекарств и лекарственные формы Лекция 2122 2 Kлассификация лекарств Лекция 23 1 Лекарства и растительные препараты Лекция 24 1 Аспирин, стрептоцид: химический состав, путь и действие их в организме Лекция 25 1 Препараты для сердечно-сосудистой системы Лекция 26 1 Антибиотики и их действие на организм Лекция 27 1 Зависимость организма от лекарств Дискуссия Биологически активные соединения (4 ч)
28 1 Витамины. Kлассификация, действие витаминов на организм. Заболевания, вызванные недостатком или избытком витаминов Беседа.Сообщения учащихся 29 1 Ферменты, их классификация, роль в организме. Значение ферментов Лекция 30 1 Гормоны. Значение гормонов. Заболевания, вызванные недостатком или избытком гормонов в организме. Гормональные препараты Лекция 31 1 Обменные процессы в организме. Роль водно-солевого обмена в жизнедеятельности организма Лекция с элементами беседы Генные заболевания у человека (3 ч)
32 1 Генная программа человека Лекция 33 1 Болезни с наследственным предрасположением Лекция 34 1 Социальная среда и человек Беседа пример мазьили эмульсия бензилбензоата – сложного эфира бензойной кислоты и бензиловогоспирта С6Н5–С(О)–О–СН2–С6Н5.
К сожалению,у многих больных эти средства вызывают аллергию, поэтому до сих пор не потерялиактуальность старые методы лечения, основанные на применении элементной серы ввиде мазей на вазелине. Но значительно более эффективен, хотя и трудоемок,метод М.П.Демьяновича. При лечении по этому методу в кожу втирают в течение10–15 мин 60%-й водный раствор тиосульфата натрия. После высыхания кожи ипоявления на ней кристалликов втирают в течение 10–15 мин 6%-й водный растворсоляной кислоты. Вымыться разрешается через три дня. К этому времени больнойвыздоравливает.
Как вы можетеобъяснить сущность метода Демьяновича с точки зрения химика?
Примечание.При выполнении этого задания желательно обсудить проблемы профилактики чесотки.Это чрезвычайно заразное заболевание, которое передается не только принепосредственном контакте с больным, но и через его личные вещи – одежду,полотенца, а также через бумажные деньги. Лучший способ уберечься от чесотки –строго соблюдать правила личной гигиены.
Задание 3. В книге М.М. Гурвича «Домашняя диетология» для страдающихмочекаменной болезнью приведена такая рекомендация: «Из зелени и овощей в рационвключают те сорта, которые считаются бедными кальцием и щелочнымивалентностями: горох, брюссельскую капусту, тыкву». Прокомментируйте этуформулировку с позиции химика, а если сможете, то и агронома.
Задание 4. Для лечения малокровия (пониженное содержание в кровигемоглобина) с давних пор применяют препараты железа, в том числе сульфатжелеза(II), а иногда и восстановленное железо в порошке. Известен и старинныйнародный рецепт от малокровия – «железное яблоко»: в яблоко (лучше сортантоновка) втыкают несколько гвоздей и выдерживают сутки. Затем гвоздивынимают, а яблоко съедает больной.
Как вы можетеобъяснить эффективность «железного яблока» с точки зрения химика?
Задание 5. Лечение травами становится все более популярным, однакобольшинство людей не соблюдают точно правила приготовления отваров и настоев,особенно дозировку сырья, хотя это очень важно при лечении этим способом.Большинство трав рекомендуют заваривать в такой пропорции: 20 г (одна полная столовая ложка) сухой измельченной травы на стакан (200 мл) кипящей воды, т. е.соотношение массовых частей 1:10. Летом можно готовить препараты не из сушеных,а из свежесобранных трав. Как при этом правильно рассчитать соотношение травы иводы, чтобы получить настой той же концентрации?
Примечание.Влажность правильно высушенной травы 8–15%; в свежесорванных растениях взависимости от их вида содержание воды колеблется от 70 до 95%.
Задание 6. Для уменьшения кислотности желудочного сока и снижения егоферментной активности при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки,гастритах с повышенной кислотностью в арсенале врачей есть такие препараты, какбекарбон (одна таблетка содержит сухого экстракта красавки 0,01 г и гидрокарбоната натрия 0,3 г), оксид магния МgО, магнезия белая Мg(ОН)2•4МgCO3•H2О,викалин (в состав которого входит BiNO3(OH)2, Мg(ОН)2•4МgCO3•H2О,NaHCO3), гидроксид алюминия (в виде аморфного белого порошка),алмагель (смесь специально приготовленного геля Al(OH)3 с MgO исорбитом).
Многиебольные до сих пор при отсутствии этих лекарств пользуются обычной питьевойсодой, чтобы избавиться от изжоги (что врачи делать не рекомендуют!).Попробуйте сравнить механизм действия всех названных препаратов и объяснить,какими преимуществами обладает каждый из них. Почему врачи сейчас отдаютпредпочтение препаратам на основе Al(OH)3 и не рекомендуют приниматьсоду для нейтрализации избыточной кислотности желудочного сока?
Задание 7. Профессиональные спортсмены обычно имеют при себе препаратыдля неотложной помощи при небольших травмах (например, растяжение связокголеностопного сустава). В качестве таких препаратов часто используютэтилхлорид C2H5Cl в ампулах или комплект из двухгерметичных пакетов: в одном находится сухой NH4NO3, вдругом – вода. Оба препарата действуют одинаково: вызывают быстрое охлаждениеповрежденного сустава – это снимает боль и отечность. Однако, с точки зренияхимика, их действие принципиально различается. Попробуйте объяснить, в чемзаключается различие.
Подсказка:температура кипения этилхлорида 12–16 °С.
Задание 8. Многим известен способ лечения насморка или радикулита спомощью поваренной соли. Ее нагревают на сковороде или в духовке, насыпают вмешочек из плотной ткани, а мешочек прикладывают к больному месту на несколькочасов.
Какиесвойства поваренной соли использованы в этом рецепте? Кстати, вместо соли можноиспользовать и чистый песок, который, как известно, состоит преимущественно изSiO2.
Задание 9. В рекламе лечебно-косметического крема «Ксения»рассказывается о свойстве этого крема восстанавливать солевой баланс в мышечныхи костных тканях. В числе прочих в тексте есть такая фраза: «Тем временем“Ксения” перемывает вам косточки, выясняя свои отношения с кальцием, то бишьизвесткой, и делает из вас ягодку в полном смысле слова. Если вы пользуетесь“Ксенией”, вам не грозит отложение солей кальция в аорте, сердце и почках. Выизбежите остеохондроза, кальциноза мягких тканей, остеопороза…» Что в этомтексте может вызвать возражение со стороны химика?
Прокомментируйтеэту фразу с точки зрения химика.
Задание 10. Кариес стал настоящим бичом населения России. По статистике,им болеют более 96% населения. Одна из мер профилактики – тщательный уход зазубами. Желательно их чистить щеткой после каждого приема пищи. Но есть одноисключение – если вы съели кислые ягоды или фрукты, лучше в течение часа нечистить зубы, особенно жесткой щеткой. Почему?
Подсказка:химический состав зубной эмали близок к составу минерала гидроксилапатита Са5ОН(РО4)3.
Задание 11. Кальций играет важную роль в жизнедеятельности организма.Ионы кальция необходимы для осуществления процесса передачи нервных импульсов,сокращения скелетных мышц и мышцы сердца, формирования костной ткани,свертывания крови. Препараты кальция широко используют, в частности, прилечении переломов, усиленном выделении кальция из организма, что происходит удолго лежащих больных. В арсенале медиков имеется несколько препаратов кальция.Чаще всего применяют глюконат, лактат и глицерофосфат кальция в виде таблеток.По своему действию на организм эти препараты похожи, поэтому врачи нередкорекомендуют приобрести любой из них, оставляя право выбора за пациентом.
Какойпрепарат рациональнее выбрать из вышеперечисленных, если их цена примерноодинакова?
Ответы и решения
1. Да, этотпрепарат можно использовать без риска для здоровья. Белый осадок – это карбонаткальция СаСО3, который образовался в результате взаимодействия СаСl2с СO2 воздуха. Небольшое количеcтво СаСO3 абсолютнобезвредно.
Следуетпомнить, что описанный нами случай все-таки является исключением из общегоправила – большинство лекарственных препаратов нельзя употреблять послеистечения срока их хранения, указанного на упаковке, т. к. большинство из нихявляются органическими соединениями сложного состава и продукты их разложениямогут быть токсичными.
2. Приподкислении раствора тиосульфата натрия происходит образование тиосернойкислоты:
Na2S2O3+ 2HCl = H2S2O3 + 2NaCl.
Тиосернаякислота быстро разлагается с выделением серы и сернистого газа:
H2S2O3= S? + H2O + SO2.
В моментвыделения сера особенно активно действует на чесоточного клеща, аналогичнымдействием обладает и SO2, поэтому метод Демьяновича дает такиехорошие результаты.
3. У химикасловосочетание «щелочные валентности» вызывает недоумение. Валентность – этоспособность атома присоединять или замещать определенное число других атомовили атомных групп с образованием химической связи. Но что имел в виду автор под«щелочными валентностями», можно только догадываться. Если воспользоватьсясправочником, в котором приведен химический состав растительных продуктов, томожно обнаружить, что овощи содержат наряду с кальцием также калий, натрий,рубидий, литий, т. е. щелочные металлы. Можно предположить, что их автор и называет«щелочными валентностями».
Причиноймочекаменной болезни является нарушение солевого обмена в организме, поэтомуминеральный состав пищи очень важен для больного, которому необходимо следитьза содержанием в его рационе всех минеральных веществ, в том числе и щелочныхметаллов.
Болеекорректно, с точки зрения химика, этот совет должен быть сформулирован так: «Иззелени и овощей в рацион включать те, которые бедны кальцием и щелочнымиметаллами». В тексте есть формулировка, некорректная и с точки зрения биолога:термин «сорт» следовало бы заменить термином «вид» или «культура».
4. Железоприменяют для лечения малокровия, т. к. оно входит в состав гемоглобина. Яблокитаким больным рекомендуются по той причине, что в них по сравнению с другимифруктами содержится больше железа (в среднем 2200 мг в 100 г продукта). Железо, входящее в состав сплава, из которого сделаны гвозди, растворяются, хотя имедленно, в органических кислотах, содержащихся в яблоке. Яблоко обогащаетсяжелезом еще больше. Считается, что из всех сортов яблок больше всего железа вантоновке, много в них и кислот, что облегчает растворение железа.
5. Примем длярасчета среднеарифметические значения содержания влаги в растениях:
(70 + 95)/2 =82,5% – свежие,
(8 + 15)/2 =11,5% – сухие.
Дляприготовления одного стакана настоя надо взять 20 г сушеного сырья и 200 г воды. Если массовая доля воды в сушеном сырье составляет 11,5%, тосодержание сухого растительного материала составляет (100–11,5)=88,5%. Тогда
100 г сырья – 88,5 г раст. матер. 20 г сырья – х г раст. матер.
Отсюда
х =20•88,5/100 = 17,7 г.
Дляприготовления одного стакана настоя необходимо 17,7 г сухого растительного материала.
Всвежесорванных растениях массовая доля сухого вещества составляет(100–82,5)=17,5%. Тогда
100 г сырья – 17,5 г сух. раст. матер. х г сырья – 17,7 г сух. раст. матер.
Отсюда
х =100•17,7/17,5 = 100,1 г.
химиямедицина курс
Поскольку внастоях и отварах трав абсолютно точно дозировать содержание лекарственноговещества невозможно, с достаточной степенью точности можно принять, чтонеобходимое нам количество сухого растительного материала содержится в 100 г свежесорванной травы. В таком количестве травы содержится и значительное количество воды,следовательно, надо уменьшить объем воды для приготовления настоя. В 100 г свежесорванной травы содержится 82,5%, т. е. 82,5 г воды. Для приготовления стакана настоя надовзять (200–82,5)=117,5 г воды.
6. При приемевнутрь соды, как и таблеток бекарбона, белой магнезии, викалина, происходитвзаимодействие NaHCO3 c НСl, содержащейся в желудочном соке, приэтом выделяется СО2 и в довольно значительном количестве: еслипринять 1 г NaНСO3, то при условии его полного взаимодействия с НСlвыделится 0,52 г СО2 (около 0,3 л). (Желательно выполнить расчеты.) Углекислый газ не только вызывает дискомфорт в желудке (ощущение тяжести,переполнения, отрыжку), но и возбуждающе действует на рецепторы слизистойоболочки желудка, вызывая усиление секреции желудочного сока. Кстати, именнопоэтому больным гастритом и язвенной болезнью не рекомендуется употреблятьгазированные напитки. С точки зрения физиологии предпочтительнее такиевещества, как MgO и Al(OH)3. Последний, кроме нейтрализации кислоты,образует гель, который обволакивает стенки желудка, равномерно распределяясь повсей его поверхности, и обеспечивает более продолжительное действие.
7. В заданиирассматривается изменение энергии при фазовых переходах: при испарении жидкостии растворении твердого вещества. При обработке сустава этилхлоридом понижениетемпературы происходит за счет его быстрого испарения. При смешиваниисодержимого двух пакетов другого препарата (нитрата аммония и воды) понижениетемпературы обусловлено процессом растворения соли в воде. В данном случаеэнергия расходуется на разрыв ионных связей в молекуле NH4NO3.
8. Этозадание на повторение физических свойств химических соединений, которые нередкоопределяют сферу их применения.
В данномслучае играют роль не химические, а физические свойства хлорида натрия – егодовольно высокая теплоемкость. Аналогичным свойством обладает и песок.
9. У химикапрежде всего вызывает недоумение термин «известка». Этим словом в просторечииобозначают группу строительных материалов, применяющихся для побелки, вчастности гашеную известь Са(ОН)2 и мел СаСО3. Во-первых,не понятно, что имели в виду авторы рекламного текста – известь или мел;во-вторых, абсолютно некорректно отождествлять все соли кальция, в составекоторых этот элемент может находиться в организме, с «известкой», что сделалиавторы, написав «… с кальцием, то бишь известкой». Правильно здесь только то,что любая «известка» действительно содержит кальций.
10.Гидроксилапатит относится к основным солям, которые легко растворяются вкислотах, даже в таких слабых, как яблочная, лимонная, щавелевая, содержащихсяв кислых фруктах. В связи с этим эмаль частично размягчается и при чистке зубовее легко повредить. Лучше сразу после того, как вы съели кислые ягоды илифрукты, прополоскать рот раствором питьевой соды.
11. Очевидно,по экономическим соображениям следует выбрать тот препарат, в котором большемассовая доля кальция. Для этого необходимо рассчитать массовую долю кальция втрех соединениях.
Глюконаткальция
[НО–СН2–(СН–ОH)4–С(O)–О–]2Ca•H2O,M = 448 г/моль, ?(Ca) = 0,089.
Лактаткальция
[СН3–СН(ОН)–С(О)–О–]2Ca•5H2O,M = 308 г/моль, ?(Ca) = 0,13.
Глицерофосфаткальция
СаРО3–O–C3H5(ОН)2•2H2O,M = 246 г/моль, ?(Ca) = 0,16.
Такимобразом, из трех солей массовая доля кальция больше всего в глицерофосфатекальция. Надо также иметь в виду, что по своему физиологическому действиюглицерофосфат кальция несколько отличается от лактата и глюконата, т. к.содержит фосфор. По этой причине, кроме того действия, которое оказывают наорганизм глюконат и лактат кальция, он стимулирует обмен веществ и оказываетобщеукрепляющее и тонизирующее действие. В целом можно сказать, чтоглицерофосфат кальция не только содержит больше всего кальция, но и имеет болеевысокую биологическую активность за счет фосфора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Азимов А. Краткая история химии.Москва: Мир,1983.
2. Габриелян О.С. Химия 10 класс.Москва: Дрофа,2005.
3. Глинка Н.Л. Общая химия. Петербург:Химия,1999.
4. Крамаренко В.Ф. Токсикологическаяхимия. Киев: Выща школа,1989.
5. Макаров К.А. Химия и медицина.Москва: Просвещение,1998.
6. Оганесян Э.Т., Книжник А.З. Неорганическаяхимия. Москва: Медицина,1989.
7. Советский энциклопедический словарь.Москва,1989.
Размещено на www.
Содержание. I. Введение.……………………………………………………………………………… II. Химия – союзник медицины. …………………………………………………… §1. Болеутоляющие (анальгезирующие) средства. …..………………… §2. Снотворные средства. ……………………………………………………… §3. Антибактериальные и химиотерапевтические средства.…….… §4. Витамины.…….………………………………………………………………… §5. Химиотерапевтические аспекты будущего. ………………………… §6. Химия регулирует рождаемость. ………………………………………. §7. Контактные линзы. …………………………………………………………. §8. Этиловый спирт.……………………………………………………………… §9. Наркотики.……………………………………………………………………… III. Заключение. ………………………………………………………………………. IV. Список используемой литературы.…………..……………………………. Введение. Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки
прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться
успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когда
медики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто
довольно успешно справлялись с болезнями. Человек тысячами нитей связан с
окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена,
когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта
истина была усвоена врачами. В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину
и часто врач, и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории
не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не
на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к
ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу
о сурьме («триумфальная колесница антимония»), предлагал ее для избавления
от всех болезней. Этот элемент- аналог мышьяка- ничего, кроме вреда, не мог
принести страждущим. Случайные удачи химиков и использование народного
опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда
не прерывались. В XV в. Теофраст Парацельс опроверг учение о пневмах, но
тут же заменил их не менее таинственным «археем», не имеющим материальной
природы, но подчиняющим себе материю. Эти фантастические «теории» были
скоро забыты, но практическая врачебная деятельность Парацельса оказалась
продуктивной. Он исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу
ятрохимии – науки о применении определенных химических соединений для
лечения болезней. Правда, рецепты Парацельса вызвали бы у современных
врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному
пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через
четыре сотни лет. История медицины сохранила опись «всяким зельям»,
привезенным в Москву в 1602г. английским аптекарем Джеймсом Френчем по
поручению королевы Елизаветы. Среди «зелий» числятся: «цидоны яблоки в
сахаре, слива дамасен, сыроп соку цитронова, водка коричная, можжевеловая,
пиретрум, калган, алоэ, опиум» и даже «глина армянская»; имеются и вещества
животного происхождения, например «олений рог». Всего 171 лекарство.
Некоторые из них безусловно приносили пользу, это, в частности, «сок
цитронов», т.е. лимонный сок, калган, алоэ, которые и ныне применяются в
медицине. В XIX в. прогресс теоретической химии, великие открытия М. В.
Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии,
стимулированные созданием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитие
клеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и
способствовали появлению плодотворных идей. Блестящим выражением новых идей
оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные
уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма –
микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные
инфекционные заболевания. При этом речь шла не о специальном подборе
веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о
дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были
заложены основы гигиены- области, в которой пути химии и медицины сошлись с
великой пользой для человечества. Неважно было с гигиеной в Европе в средние века. Чешский ученый Бетина
пишет, что даже сам король Франции Людовик XV мылся не чаще двух раз в год,
а в Париже было принято выливать помои из окон на улицу- закон обязывал
граждан лишь предупреждать прохожих возгласом: «Берегись, вода!» Тяжелые
эпидемии были расплатой за невнимание к миру микробов, населявших почву,
воду и атмосферу. Врачи хорошо знали, что, какой бы удачной ни была
операция, всегда остается риск послеоперационных осложнений. В госпиталях и
родильных домах часто приходилось наблюдать массовую гибель больных,
вызванную тем, что мы сейчас называем инфекцией (чаще всего от
микробов—стафилококков или стрептококков). Одним из первых, кто понял значение гигиенических мероприятий, был
венский врач И.Зиммельвейс, обязавший сестер в родильном доме, где он был
главным врачом, мыть руки в растворе хлорной извести. Смертность среди
рожениц сразу резко снизилась. Химия помогла медицине справиться с опасными
врагами- микробами, которых, собственно, еще никто как следует не знал, а
многие вообще не признавали. Английский хирург Д.Листер с большим успехом применил растворы фенола
(карболовой кислоты) для дезинфекции тканей во время операций; П. Кох
пользовался растворами хлорной ртути (сулемы), и только в 1909 г. Стреттон
открыл дезинфицирующие свойства растворов йода в спирте. Все эти средства,
хотя и помогли хирургам спасти сотни тысяч жизней оперированных ими
больных, все же не решали задачу борьбы с инфекционными заболеваниями. Во-
первых, дезинфицирующие средства влияли только на окружающую человека
среду. Операция и послеоперационный период были менее опасными, но больной
не избавлялся от тех микробов, которые уже проникли в организм. Во-вторых,
йод, сулеме, карболовая кислота и другие дезинфицирующие вещества иногда
губили клетки организма, а погибшие ткани способствовали росту микробов.
Поэтому, несмотря на все несомненные успехи методов дезинфекции, оставалась
задача создания таких соединений, которые разрушали бы только микробные
клетки. К началу XX в. органическая химия и методы химического синтеза
достигли такого уровня, что химики уверенно перестраивали молекулы
органических соединений и могли синтезировать сложную молекулу по заданной
формуле. Немецкий ученый П. Эрлих – один из основоположников химиотерапии – был
убежден, что, изменяя структуру молекулы, можно найти такие соединения,
которые будут специфически влиять только на клетки возбудителей
инфекционных болезней, легко проникая в – них и действуя достаточно быстро.
П.Эрлих, занимаясь изучением клеток микробов, окрашивал их различными
красителями, как это принято в микробиологии. Такие препараты лучше видны и
позволяют исследовать тонкие детали строения клеток, которые без окраски
незаметны. Определенные красящие вещества более прочно связываются с
клеткой микроба, чем с клетками организма человека. Отсюда следовал вывод,
что если бы эти красители оказались гибельными для микробов, то их можно
было бы использовать для лечения вызываемой микробами болезни, не опасаясь
отравления больного. Так, например, было известно, что метиленовая синька,
которой хозяйки подсинивают белье, оказывает лечебное действие при малярии.
Действие, правда, довольно слабое, но ведь можно химически изменить
молекулу этого вещества – не станет ли оно от этого более эффективным?
Позже, уже после первых работ П. Эрлиха, удалось получить хороший
противомалярийный препарат на основе метиленовой синьки. П.Эрлих проявил исключительное упорство в трудной работе по исследованию
ряда мышьяковистых соединений, применяемых для лечения сифилиса. Было
синтезировано и изучено более шестисот соединений, прежде чем удалось
получить препарат под номером 606 (сальварсан), обладающий высокой лечебной
активностью. Это было в 1909 г., а в 1912 г. в лаборатории П.Эрлиха
синтезировали вещество, имевшее номер 914 (неосальварсан), оказавшееся еще
более действенным и менее токсичным «Волшебными пулями» называли молекулы
сальварсанов – они, попадая в ткани организма, поражали только микробов.
Это было громадным достижением и открывало важнейшие перспективы перед
новой наукой- химиотерапией. Число побежденных болезней долгое время оставалось очень небольшим, и
острые инфекции продолжали угрожать человеку. Однако врачи опытным путем
нашли еще один путь борьбы с ними – создание иммунитета (невосприимчивости
к болезни посредством введения в организм специальных сывороток, полученных
из тканей животных, перенесших заболевание). Так удавалось бороться с
оспой, дифтерией, бешенством, так и сейчас справляются с полиомиелитом,
холерой, столбняком, укусами змей и т. п. Но ученые долгое время не могли
объяснить, как именно и почему возникает иммунитет. Только в наши дни
удалось немного приподнять завесу над химическими тайнами иммунитета –
только приподнять, не более! Это одна из труднейших и многообещающих задач
химии ближайшего будущего. Тему «Химия- союзник медицины» я выбрала, потому что своё будущее хочу
связать с профессией врача. Про химию и медицину можно писать бесконечно,
но объём работы ограничен, поэтому я осветила только то, что мне было
особенно интересно. Я почти уверена, что благодаря этой работе мне будет
легче осваивать профессию врача. Болеутоляющие (анальгезирующие) средства С раннего детства нам знакома зубная боль и такие лекарства, как
аспирин, анальгин, пирамидон (амидопирин). Эти соединения относятся к
группе ненаркотических анальгетиков: они не обладают седативным и
снотворным действием, не вызывают эйфории (как наркотики), к ним не
развивается привыкание. По химической структуре их можно разделить на
производные салициловой кислоты (аспирин, салицилат натрия и др.) и
пиразолона (амидопирин, антипирин, анальгин, бутадион): Схема-1 Все эти вещества характеризуются тремя типами действия: анальгезирующим
(обезболивающим), противовоспалительным и жаропонижающим. Механизм
обезболивания объясняется их блокирующим действием на «пути проведения»
болевых импульсов на уровне окончаний чувствительных нервов. Считают также,
что салицилаты тормозят синтез веществ (простагландинов), участвующих в
генерации болевых импульсов. Механизм противовоспалительного действия’ этих
препаратов связывают с их антагонизмом с так называемыми веществами
воспаления. В основе жаропонижающего свойства этих соединений лежат
процессы ингибирования (замедления) действия соединений (простагландины
группы Е), которые оказывают пирогенные воздействия на центр теплорегуляции
гипоталамуса. Понижение температуры тела является результатом теплоотдачи
вследствие расширения кровеносных сосудов кожи и потоотделения. Аспирин (ацетилсалициловая кислота)- один из наиболее сильных
ингибиторов синтеза простагландинов. Он реже, чем другие салицилаты,
оказывает побочные эффекты на организм человека, однако длительное
(особенно без контроля врача) его использование может привести к серьезным
заболеваниям желудочно-кишечного тракта (язвы и кровотечения желудка и т.
д.). Для уменьшения повреждающего действия лекарства на слизистую оболочку
желудка его следует принимать после еды, запивая большим количеством
молока. Большие дозы аспирина и других салицилатов, принимаемые в течение
продолжительного времени, могут вызвать аллергические реакции, ускорить
процессы распада белков и жиров, вызвать ослабление слуха (звон в ушах).
Поэтому не следует увлекаться жаропонижающим свойством аспирина. Необходимо
помнить, что лихорадка- это защитная реакция организма на большие
температуры, и ее подавление (особенно при невысоких температурах) вредно
для организма. Все это следует иметь в виду и при приеме таблеток,
содержащих ацетилсалициловую кислоту (аскофен, цитрамон и др.). Анальгин и амидопирин (пирамидон) широко используются при различных
болевых ощущениях (головная боль, радикулиты, миозиты, невралгии, гриппе,
лихорадках, ревматизме). У этих препаратов более выражен обезболивающий
эффект; их противовоспалительное действие невелико. Длительное применение
этих лекарств может вызвать угнетение процессов кроветворения. Снотворные средства Снотворные средства угнетающе влияют на передачу возбуждения в головном
мозге. По механизму влияния на центральную нервную систему их относят к
наркотическим веществам. Небольшие дозы снотворных средств действуют
успокаивающе, средние—вызывают сон, большие – наркотическое действие.
Бывают препараты длительного действия (барбитал, фенобарбитал), средней
продолжительности (нитразепам, барбамил) и короткого действия (ноксирон,
гексабарбитал). Механизм сна под влиянием снотворных средств отличается от
естественного, характеризующегося чередованием периодов «медленного» и
«быстрого» (до 25% общей продолжительности) сна. Большинство снотворных
укорачивает длительность быстрого сна. Значительное количество снотворных относится к производным барбитуровой
кислоты. Сама кислота снотворного действия не оказывает. Даже небольшие
дозы барбитуратов замедляют обычные скорости двигательных и психических
реакций человека на внешние раздражения. Схема-2 Об этом должны помнить водители, тем более что некоторые барбитураты
(фенобарбитал и барбитал) обладают длительным последствием (до 3—5 дней).
Для барбитуратов характерен эффект привыкания, который развивается уже
через две недели непрерывного приема. Другая особенность барбитуратов
состоит в том, что они активируют действие ряда ферментов (в микросомах
печени), дезактивируют лекарственные соединения. Поэтому действие лекарств
при их совместном приеме с барбитурьтами может быть ослаблено. Барбитураты
немного снижают температуру тела. Антибактериальные и химиотерапевтические средства Все мы за свою жизнь не раз и не два переболели такими инфекционными
заболеваниями, как грипп или ангина. Предупредить эти и другие инфекционные
болезни можно с помощью антисептиков и дезинфицирующих средств, уничтожив
микробы на подступах к организму. Организму в борьбе с проникающими в него
болезнетворными микроорганизмами помогают химиотерапевтическпе средства,
обладающие антибактериальным, противовирусным, противогрибковым и другим
действием. К антибактериальным химиотерапевтическим средствам в первую очередь
относятся сульфаниламидные препараты и антибиотики. Сульфаниламиды — первые
антибактериальные средства, использованные в борьбе с такими болезнями, как
ангина, пневмония, дифтерия, различные желудочно-кишечные заболевания
(дизентерия и др.). Они эффективны в борьбе и с пневмококками,
менингококками, гонококками. В настоящее время сульфациламиды подразделяют
на препараты, хорошо всасывающиеся в желудочно-кишечном тракте
(сульфадимезин, сульфазин, норсульфазол, этазол – непродолжительного
действия; сульфадиметоксин, сульфапиридазин – продолжительного действия),
и препараты, плохо всасывающиеся (фталазол): Схема-3 Механизм действия всех сульфаниламидов основан на структурной аналогии
их строения и строения фолиевой кислоты, которую синтезируют многие
бактерии. Витамины. Витамины… Они нужны как пища и воздух, но действует в очень малых
количествах, без них организм не может обойтись. Недостаток их есть причина
ряда тяжелых заболеваний и снижение сопротивляемости, т.е. ослабление
иммунных сил организма к действию микробов. В 1880 г. врач Н. Н. .Лунин
доказал существование группы веществ, не относящихся к обычным частям пищи,
но жизненно важным для человека. Его исследования были развиты К.Функом в
1911 г., предложившим их название- витамины. Еще через 11 лет Н. Н.
Бессонов открыл аскорбиновую кислоту- витамин С, излечивающий цингу и
повышающий сопротивляемость организма к болезням. Ее состав оказался
сравнительно простым: Схема-4 Изучение витаминов помогло биохимикам понять механизм действия
лекарственных веществ и немало способствовало успехам химиотерапии. Сейчас
известно, что аскорбиновая кислота облегчает процесс переноса атомов
водорода от пищевых веществ к кислороду, т.е. улучшает дыхание клеток. Другой витамин, названный витамином А, играет большую роль в процессе
восприятия света сетчаткой глаза и необходим для сохранения клеточных
оболочек. Он защищает организм от простудных заболеваний, пневмонии,
болезней кожи. Его формула довольно сложна: Схема-5 Обращает на себя внимание большой углеводородный “хвост” этой молекулы.
На конце такой цепочки находится всего одна группа ОН. Так как группа ОН
повышает растворимость соединений в воде, а углеводородная цепь понижает
ее, витамин А плохо растворим в воде. Но он хорошо растворяется в жирах. Витамин В1, был открыт при изучении причин тяжелой болезни бери-бери,
сопровождающейся прогрессирующими параличами, расстройством сердечной
деятельности и нарушениями работы нервной системы. Все эти явления вызваны
недостатком в организме витамина В1, который входит в состав нескольких
ферментов. Последние ускоряют биохимические реакции и таким образом
регулируют сложный, многоступенчатый процесс окисления пищевых веществ. В
состав витамина В1 входят азот и сера: Схема-6 Другие стадии окисления требуют присутствия других витаминов, часто
объединяемых в общую группу витаминов В. К ним же причисляют и витамины,
необходимые для отдельных этапов синтеза сложных соединений, процессов
переноса отдельных групп атомов от одной молекулы к другой, образования
гемоглобина и т.п. Было доказано, что витамин В12, содержащий в молекуле
ион кобальта, необходим для кроветворения и является прекрасным средством
для излечивания злокачественной анемии. Он проявляет лечебное действие в
ничтожно малых количествах. Витамины группы D необходимы для нормального развития костей, витамин Р
(рутин) усиливает действие витамина С и повышает прочность и эластичность
стенок кровеносных сосудов, витамин Е улучшает состояние нервно-мышечной
системы и подавляет образование опасных для клеток соединений, содержащих
свободные радикалы (т.е. имеющих не спаренные электроны и вследствие этого
чрезмерно повышенную химическую активность). Тесная связь между ферментами
и витаминами показывает, что, применяя витамины для лечения болезней, врач,
в сущности, восстанавливает то химическое равновесие, которое соответствует
нормальной работе организма. Но вернемся к борьбе с микробами. Открытие и применение витаминов,
развитие методов иммунизирования с помощью специфических сывороток
отодвинули на второй план работы в том направлении, которое было намечено
П.Эрлихом. Это понятно, так как П.Эрлих добивался успеха, идя чисто опытным
путем, не имея ясных представлений о механизме поражения микробов именно
его «пулями». Биохимия в это время еще не была в состоянии объяснить гибель
микробов «на молекулярном уровне». И пришлось довольно долго ждать решения
этой задачи хотя бы для некоторых лекарственных веществ. Лишь в 1932 г.
ученик П. Эрлиха химик Г. Домагк, изучая соединения, содержащие два
связанных атома азота —N=N— (диазосоединения), обнаружил, что одно из них
(его позднее назвали красным стрептоцидом) успешно борется со
стрептококковыми инфекциями. Опыты шли на мышах. Но однажды сын Г.Домагка,
случайно уколов руку, заболел тяжелым стрептококковым заражением крови.
Г.Домагк рискнул ввести ребенку красный стрептоцид и спас своего сына от
грозившей ему неизбежной смерти.После этого клинические испытания стали
проводить быстрее и стрептоцид начал свое победное шествие по больницам и
клиникам. Красная форма лекарства состояла из двух компонентов, неактивен
был только один из них – белый стрептоцид. Он оказался менее сложным
соединением, и именно его ввели врачи в медицинскую практику для борьбы с
инфекциями. Было доказано, что причина, по которой стрептоцид подавляет
рост микробов, заключается в том, что его молекула по своему строению очень
похожа на парааминобензойную кислоту, необходимую для жизнедеятельности
микробов; усваивая вместо нее стрептоцид (сульфаниламид, на языке химиков),
микроб отравляется и гибнет. Формулы этих двух веществ следующие: Схема-7 Разница в молекулах состоит только в том, что вместо группы —СООН в
сульфаниламиде находится группа —SO2NH2; этого достаточно, чтобы отравить
клетку стрептококка. Теперь пути дальнейших исследований сделались более ясными: очевидно,
следует варьировать состав и структуру замещающих групп, вводить
заместители в аминогруппу и испытывать полученные соединения на их
антимикробное действие. Так, если в группах —NH2 (сульфаниламида) заместить
по одному атому водорода на группы: Схема-8 (в группе —SO2NH2), то получится соединение, известное под названием
фталазол – прекрасное лечебное средство в борьбе с кишечными инфекциями.
Подбор заместителей позволяет находить соединения, специфически
«настроенные» на определенный вид микробов. Это нелегкая работа: из более
чем 6000 испытанных соединений лишь 20 оказались пригодными для медицинских
целей. Но в целом изучение этого класса было весьма плодотворным. Удалось
создать препараты, способные подавлять развитие туберкулезных бактерий; в
1946 и 1951 гг. группа, возглавляемая Г. Домагком, получила
парааминосалициловую кислоту (ПАСК) и изониазид, применение которых в
последующие годы резко снизило смертность от туберкулеза: Схема-9 В 1877 г. английский ученый У.Роберте пришел к выводу о том, что между
плесневыми грибами и бактериями существует антагонизм. Микроорганизмы
создают вокруг себя «зону безопасности», выделяя в окружающую среду особые
вещества (их назвали антибиотиками), назначение которых—уничтожать другие
микроорганизмы. Но среди этих «других» вполне могли оказаться и
стафилококки, и стрептококки, и пневмококки и прочие серьезные враги
человека. В 20-х годах нашего века А.Флеминг – английский микробиолог,
изучая стафилококки, колонии которых росли в чашках Петри на студне из
агара, заметил, что в одной из чашек микробы почти не развиваются.
А.Флеминг решил, что в эту чашку из атмосферы случайно попали споры
плесневого гриба, относившегося к роду пенициллиум. Вещество, полученное из
жидкости, в которой рос гриб, названное пенициллином, оказалось
исключительно активным по отношению к целому ряду опасных микроорганизмов.
Была установлена и формула пенициллина, получены его соли и различные
производные, например натриевая соль бензилпенициллина: Схема-10 Пенициллин действует на стрептококки, пневмококки, менингококки,
спирохеты и несколько слабее на стафилококки. Воспаление легких,
эндокардит, раневые инфекции, гнойный плеврит, перитонит, цистит,
остеомиелит, ангины, дифтерия, рожистое воспаление, менингит, скарлатина,
сибирская язва – вот неполный список тяжелейших болезней, которые одолевает
пенициллин. Итак, в дополнение к сульфаниламидам появились антибиотики.
Исследования различных сред, в которых росли микробы, главным образом почв,
взятых в различных районах земного шара, проводились широким фронтом.
Вещества, выделяемые микроорганизмами, очищали, концентрировали и
испытывали их способность подавлять рост болезнетворных микробов. В историю освоения производства антибиотиков большой вклад внесли и
советские ученые Г. Н. Гаузе, 3. В. Ермольева, М. М. Шемякин и др. В
настоящее время врачи располагают большим набором веществ этого класса,
эффективных при лечении заболеваний. Очень большую роль в лечении
туберкулеза сыграл выделенный С.Я.Ваксманом из гриба актиномицета
стрептомицин. Левомицетин и тетрациклин (1945—1948 гг.) оказались ценными
средствами при лечении сыпного тифа, дизентерии, бруцеллеза, коклюша,
пневмонии и других заболеваний. Как и всегда, основной каркас молекулы
лекарственного вещества допускает различные вариации, позволяющие улучшить
его свойства или «настроить» его на определенный вид микробов. В настоящее время известны уже сотни антибиотиков и установлен в общих
чертах механизм их действия. Так, установлено, что пенициллин препятствует
образованию клеточной стенки у бактерий, тетрациклины нарушают работу тех
частей клетки, в которых происходит синтез белков (рибосомы), синтезы белка
блокируются также и стрептомицином. Практическое применение антибиотиков
требует осторожности. Многие из них токсичны, некоторые вызывают
аллергические реакции. Что же касается привыкания к ним микробов, то
приходится постоянно бороться с «химическим сопротивлением» микробов. Тем
не менее знание всех стадий обмена веществ у микроорганизмов, доступное
современной биохимии, дает основания думать, что человечество, несомненно,
выиграет бой с примитивными микроорганизмами и будущие поколения не будут
знать инфекционных болезней. Но ими не исчерпывается все разнообразие недугов человека. Существуют
еще многочисленные заболевания, связанные с нарушением регуляции
физиологических процессов. Примером может служить диабет, при котором
расстраивается система регулирования содержания сахара в крови и человек
страдает от чрезмерного повышения концентрации сахара. Лечить такие болезни
очень трудно. Здесь необходим союз медицины, физиологии, химии и биохимии.
Намечаются успехи и на этом фронте. В частности, сульфамидные препараты
оказались пригодными для снижения уровня сахара. Другая болезнь— гипертония
также поддается лечению специальными препаратами, понижающими давление
крови и способствующими расширению сосудов. Будем же уверенно смотреть в
будущее, полагаясь на объединенные силы всех ветвей науки о природе и не
забывая, что тайны жизни и развития организма скрыты в его молекулах. Химиотерапевтические аспекты будущего. Без малейшего сомнения можно утверждать, что медицинская химия в борьбе
с инфекционными заболеваниями достигла значительных успехов. Но тот, кто
думает, что мы почти полностью одолели огромное множество возбудителей
болезней, глубоко заблуждается и особенно сильно потому, что именно
химиотерапия вирусных заболеваний находится еще на стадии ученичества.
Например, миксовирус гриппа А, вызывающий все достойные упоминания
гриппозные заболевания в мире, постоянно образует новые болезнетворные
подтипы, и каждые 9-10 лет происходят эпидемические вспышки инфекции.
Поэтому химио – и иммунотерапевты в последующие десятилетия должны будут
серьезно поработать над этой проблемой. Малое предложение в последнее время веществ, подавляющих рост вирусов,
не имеет никаких существенных дополнений. Применение новых терапевтических
средств (иоддезоксиуредина, адамантамина, метилизатин-(-тиосемикарбазона)
для лечения вызванных патогенными вирусами заболеваний, таких, как
пузырьковая сыпь (например, поясничная рожа). К болезням, имеющим тенденцию распространяться выше среднего уровня,
относятся ревматизм и ревматический полиартрит. Эти заболевания по своей
сущности далеко неодинаковы. Ревматическая лихорадка как одна из акутных
форм воспалительного ревматизма вызывается определенным видом
стрептококков, поэтому с ней можно надежно бороться, например,
пенициллином. Кроме того, можно делать защитные прививки, что касается
хронического ревматизма суставов, то возбудитель его до сих пор неизвестен.
Для лечения применяют симптоматические средства-противовоспалительные и
болеутоляющие (например, преднистон).
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ОРГАНИЧЕСКОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Реферат по истории методологии химии:
ХИМИЯ И МЕДИЦИНА
Выполнила: студентка гр. 25х111
Игуменова А.И.
Проверила: Метелева Г.П.
Тюмень 2014
Содержание
Введение
Лекарственные средства
Химиотерапевтические аспекты будущего
Химия регулирует рождаемость
Контактные линзы
Этиловый спирт
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когда медики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто довольно успешно справлялись с болезнями. Человек тысячами нитей связан с окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена, когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта истина была усвоена врачами.
В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину и часто врач, и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу о сурьме («триумфальная колесница антимония»), предлагал ее для избавления от всех болезней. Этот элемент- аналог мышьяка- ничего, кроме вреда, не мог принести страждущим. Случайные удачи химиков и использование народного опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда не прерывались. В XV в. Теофраст Парацельс опроверг учение о пневмах, но тут же заменил их не менее таинственным «археем», не имеющим материальной природы, но подчиняющим себе материю. Эти фантастические «теории» были скоро забыты, но практическая врачебная деятельность Парацельса оказалась продуктивной. Он исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу ятрохимии – науки о применении определенных химических соединений для лечения болезней. Правда, рецепты Парацельса вызвали бы у современных врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через четыре сотни лет. История медицины сохранила опись «всяким зельям», привезенным в Москву в 1602г. английским аптекарем Джеймсом Френчем по поручению королевы Елизаветы. Среди «зелий» числятся: «цидоны яблоки в сахаре, слива дамасен, сыроп соку цитронова, водка коричная, можжевеловая, пиретрум, калган, алоэ, опиум» и даже «глина армянская»; имеются и вещества животного происхождения, например «олений рог». Всего 171 лекарство. Некоторые из них безусловно приносили пользу, это, в частности, «сок цитронов», т.е. лимонный сок, калган, алоэ, которые и ныне применяются в медицине.
В XIX в. прогресс теоретической химии, великие открытия М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии, стимулированные созданием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитие клеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и способствовали появлению плодотворных идей. Блестящим выражением новых идей оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма – микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные инфекционные заболевания. При этом речь шла не о специальном подборе веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были заложены основы гигиены- области, в которой пути химии и медицины сошлись с великой пользой для человечества.
Неважно было с гигиеной в Европе в средние века. Чешский ученый Бетина пишет, что даже сам король Франции Людовик XV мылся не чаще двух раз в год, а в Париже было принято выливать помои из окон на улицу- закон обязывал граждан лишь предупреждать прохожих возгласом: «Берегись, вода!» Тяжелые эпидемии были расплатой за невнимание к миру микробов, населявших почву, воду и атмосферу. Врачи хорошо знали, что, какой бы удачной ни была операция, всегда остается риск послеоперационных осложнений. В госпиталях и родильных домах часто приходилось наблюдать массовую гибель больных, вызванную тем, что мы сейчас называем инфекцией (чаще всего от микробов-стафилококков или стрептококков).
Одним из первых, кто понял значение гигиенических мероприятий, был венский врач И.Зиммельвейс, обязавший сестер в родильном доме, где он был главным врачом, мыть руки в растворе хлорной извести. Смертность среди рожениц сразу резко снизилась. Химия помогла медицине справиться с опасными врагами- микробами, которых, собственно, еще никто как следует не знал, а многие вообще не признавали.
Английский хирург Д.Листер с большим успехом применил растворы фенола (карболовой кислоты) для дезинфекции тканей во время операций; П. Кох пользовался растворами хлорной ртути (сулемы), и только в 1909 г. Стреттон открыл дезинфицирующие свойства растворов йода в спирте. Все эти средства, хотя и помогли хирургам спасти сотни тысяч жизней оперированных ими больных, все же не решали задачу борьбы с инфекционными заболеваниями. Во-первых, дезинфицирующие средства влияли только на окружающую человека среду. Операция и послеоперационный период были менее опасными, но больной не избавлялся от тех микробов, которые уже проникли в организм. Во-вторых, йод, сулеме, карболовая кислота и другие дезинфицирующие вещества иногда губили клетки организма, а погибшие ткани способствовали росту микробов. Поэтому, несмотря на все несомненные успехи методов дезинфекции, оставалась задача создания таких соединений, которые разрушали бы только микробные клетки. К началу XX в. органическая химия и методы химического синтеза достигли такого уровня, что химики уверенно перестраивали молекулы органических соединений и могли синтезировать сложную молекулу по заданной формуле.
Немецкий ученый П. Эрлих – один из основоположников химиотерапии – был убежден, что, изменяя структуру молекулы, можно найти такие соединения, которые будут специфически влиять только на клетки возбудителей инфекционных болезней, легко проникая в – них и действуя достаточно быстро. П.Эрлих, занимаясь изучением клеток микробов, окрашивал их различными красителями, как это принято в микробиологии. Такие препараты лучше видны и позволяют исследовать тонкие детали строения клеток, которые без окраски незаметны. Определенные красящие вещества более прочно связываются с клеткой микроба, чем с клетками организма человека. Отсюда следовал вывод, что если бы эти красители оказались гибельными для микробов, то их можно было бы использовать для лечения вызываемой микробами болезни, не опасаясь отравления больного. Так, например, было известно, что метиленовая синька, которой хозяйки подсинивают белье, оказывает лечебное действие при малярии. Действие, правда, довольно слабое, но ведь можно химически изменить молекулу этого вещества – не станет ли оно от этого более эффективным? Позже, уже после первых работ П. Эрлиха, удалось получить хороший противомалярийный препарат на основе метиленовой синьки.
П.Эрлих проявил исключительное упорство в трудной работе по исследованию ряда мышьяковистых соединений, применяемых для лечения сифилиса. Было синтезировано и изучено более шестисот соединений, прежде чем удалось получить препарат под номером 606 (сальварсан), обладающий высокой лечебной активностью. Это было в 1909 г., а в 1912 г. в лаборатории П.Эрлиха синтезировали вещество, имевшее номер 914 (неосальварсан), оказавшееся еще более действенным и менее токсичным «Волшебными пулями» называли молекулы сальварсанов – они, попадая в ткани организма, поражали только микробов. Это было громадным достижением и открывало важнейшие перспективы перед новой наукой- химиотерапией.
Число побежденных болезней долгое время оставалось очень небольшим, и острые инфекции продолжали угрожать человеку. Однако врачи опытным путем нашли еще один путь борьбы с ними – создание иммунитета (невосприимчивости к болезни посредством введения в организм специальных сывороток, полученных из тканей животных, перенесших заболевание). Так удавалось бороться с оспой, дифтерией, бешенством, так и сейчас справляются с полиомиелитом, холерой, столбняком, укусами змей и т. п. Но ученые долгое время не могли объяснить, как именно и почему возникает иммунитет. Только в наши дни удалось немного приподнять завесу над химическими тайнами иммунитета – только приподнять, не более! Это одна из труднейших и многообещающих задач химии ближайшего будущего.
Лекарственные средства
Все лекарственные вещества могут быть разделены на две большие группы: неорганические и органические. Те и другие получаются из природного сырья и синтетически.
Сырьем для получения неорганических препаратов являются горные породы, руды, газы, вода озер и морей, отходы химических производств.
Сырьем для синтеза органических лекарственных препаратов служат природный газ, нефть, каменный уголь, сланцы и древесина. Нефть и газ являются ценным источником сырья для синтеза углеводородов, являющихся полупродуктами при производстве органических веществ и лекарственных препаратов. Полученные из нефти вазелин, вазелиновое масло, парафин применяются в медицинской практике.
Как ни много известно лекарственных препаратов, как ни богат их выбор, предстоит еще немало сделать в этой области. Как же в наше время создаются новые лекарства?
В первую очередь нужно найти биологически активное соединение, оказывающее то или иное благоприятное воздействие на организм. Существуют несколько принципов такого поиска.
Весьма распространен эмпирический подход, не требующий знания ни структуры вещества, ни механизма его воздействия на организм. Тут можно выделить два направления. Первое – это случайные открытия. Например, было случайно открыто слабительное действие фенолфталеина (пургена) а также галлюциногенное действие некоторых наркотических веществ. Другое направление – это так называемый метод “просеивания”, когда сознательно, с целью выявления нового биологически активного препарата проводят испытания многих химических соединений.
Существует и так называемый направленный синтез лекарственных веществ. В этом случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и, незначительно модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта замена влияет на биологическую активность соединения. Порой достаточно минимальных изменений в структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем снять его биологическую активность. Пример: в молекуле морфина, который обладает сильным болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода на метильную группу и получили другое лекарство – кодеин. Болеутоляющее действие кодеина в десять раз меньше, чем морфина, но зато он оказался хорошим средством против кашля. Заменили два атома водорода на метил в том же морфине – получили тебаин. Это вещество уже совсем “не работает” как обезболиватель и не помогает от кашля, но вызывает судороги.
В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск лекарственных средств на основе общетеоретических представлений о механизме биохимических процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с реакциями вне организма и о факторах, влияющих на такие реакции.
Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и путем небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат. Именно так, химической модификацией природного пенициллина, получены многие его полусинтетические аналоги, например оксацилин.
После того, как биологически активное соединение отобрано, определена его формула и структура, нужно исследовать, не является ли это вещество ядовитым, не оказывает ли на организм побочных воздействий. Это выясняют биологи и медики. А затем снова очередь за химиками – они должны предложить наиболее оптимальный способ, которым это вещество будут получать в промышленности. Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими трудностями и оно обходится так дорого, что применение его в качестве лекарства на данном этапе не возможно.
Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям: фармакологическая и химическая.
Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно этой классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости от их действия на системы и органы. Например: 1. снотворные и успокаивающие (седативные); 2. сердечно – сосудистые; 3. анальгезирующие (болеутоляющие), жаропонижающие и противовоспалительные; 4. противомикробные (антибиотики, сульфаниламидные препараты и др.); 5. местно-анестезирующие; 6. антисептические; 7. диуретические; 8. гормоны; 9. витамины и др.
В основу химической классификации положено химическое строение и свойства веществ, причем в каждой химической группе могут быть вещества с различной физиологической активностью. По этой классификации лекарственные вещества подразделяются на неорганические и органические. Неорганические вещества рассматриваются по группам элементов периодической системы Д. И. Менделеева и основным классам неорганических веществ (оксиды, кислоты, основания, соли). Органические соединения делятся на производные алифатического, алициклического, ароматического и гетероциклического рядов. Химическая классификация более удобна для химиков, работающих в области синтеза лекарственных веществ.
Химиотерапевтические аспекты будущего
Без малейшего сомнения можно утверждать, что медицинская химия в борьбе с инфекционными заболеваниями достигла значительных успехов. Но тот, кто думает, что мы почти полностью одолели огромное множество возбудителей болезней, глубоко заблуждается и особенно сильно потому, что именно химиотерапия вирусных заболеваний находится еще на стадии ученичества. Например, миксовирус гриппа А, вызывающий все достойные упоминания гриппозные заболевания в мире, постоянно образует новые болезнетворные подтипы, и каждые 9-10 лет происходят эпидемические вспышки инфекции. Поэтому химио – и иммунотерапевты в последующие десятилетия должны будут серьезно поработать над этой проблемой.
Малое предложение в последнее время веществ, подавляющих рост вирусов, не имеет никаких существенных дополнений. Применение новых терапевтических средств (иоддезоксиуредина, адамантамина, метилизатин–тиосемикарбазона) для лечения вызванных патогенными вирусами заболеваний, таких, как пузырьковая сыпь (например, поясничная рожа).
К болезням, имеющим тенденцию распространяться выше среднего уровня, относятся ревматизм и ревматический полиартрит. Эти заболевания по своей сущности далеко неодинаковы. Ревматическая лихорадка как одна из акутных форм воспалительного ревматизма вызывается определенным видом стрептококков, поэтому с ней можно надежно бороться, например, пенициллином. Кроме того, можно делать защитные прививки, что касается хронического ревматизма суставов, то возбудитель его до сих пор неизвестен. Для лечения применяют симптоматические средства-противовоспалительные и болеутоляющие (например, преднистон).
Несмотря на интенсивную пропаганду, проводимую в промышленно развитых странах, тенденция к приему излюбленной высококалорийной пищи до сих пор имеет лишь слабый уклон вниз, а малоподвижный образ жизни остается поистине бичом наших дней. Поэтому специалисты должны внести что-то новое в борьбу с ожирением.
Во многих прогрессивных в экономическом отношении странах очень широко распространены сердечно-сосудистые заболевания, причиняющие много страданий людям. Будьте осторожны: около вас бродит призрак инфаркта! Причины этого явления коренятся во все возрастающем ограничение подвижности, в злоупотреблениях возбуждающими средствами, в особенности алкоголем и курением, в нерациональном питании, в непродуктивной лихорадочной работе и нервных повседневных перегрузках организма.
Уже из приведенного перечисления факторов риска следует, что биохимикам не так скоро удастся создать волшебную пилюлю от заболеваний сердца. Сразу же напрашивается мысль, а не устранить ли вначале корни зла? Для этого не потребуется ни много времени, ни больших капиталовложений. Однако легче сказать, чем сделать! Поэтому в ближайшие десятилетия и химикам, и медикам есть, чем заняться. Органической причиной многих сердечно-сосудистых заболеваний является склероз (обызвествление) кровеносных сосудов вследствие нарушения холестеринового обмена. При этом холестерин откладывается в стенках артерий. Если бы удалось в последующие годы найти и изготовить вещества, которыми можно было бы регулировать биосинтез холестерина, то этим был бы сделан первый шаг к каузальной (причинной) терапии склероза кровеносных артерий. В последние 20 лет нашего столетия химики надеются дать нам распоряжение лекарства, которыми можно замедлить, остановить и даже повернуть вспять процесс атеросклероза.
Предупреждение закупорки вен сгустками крови (тромбами) повлечет за собой снижение смертности от инфаркта миокарда. Из многих веществ, которые могут рассасывать тромбы, представляет интерес фермент стрептокиназа, получаемый из фильтратов обычных стрептококковых штаммов. Его химическая структура еще досконально не выяснена. Установлено, что он особенно пригоден для терапевтического лечения свежих тромбов, однако может разрушать и застарелые сгустки крови максимум за 4 дня
В заключение следует упомянуть о том, что химия помогает) не только терапевтам, но и хирургам. Им она дает все больше новых вспомогательных средств, например уменьшающие трудоемкость операций: клеи для заделывания ран, различные искусственные органы из пластмасс.
Применение пластмасс в хирургии:
Артерии
Внутреннее ухо
Глазное яблоко, головки суставов, грудь
Зубы
Кожа, кости, костные пластинки, кровь
Легкие, межпозвоночные диски, мочевой пузырь, мочеточники
Носовой хрящ, оболочки нервов
Пальцы, печень, почки
Сердечные клапаны, сердце, трахея
и т.д.
Химия регулирует рождаемость
Биохимические исследования в области размножения стали уже малозаметной повседневностью. Однако при всем этом мы стоим в самом начале многообещающего пути, конечным итогом которого может быть очень деликатное регулирование биологического процесса размножения с помощью химических средств, подобранных для каждого индивидуально.
Биология размножения людей, управляется сложной гормональной системой. Схематически её можно представить так: производимые промежуточным мозгом рилизинг-гормоны вызывают образования гонадотропинов в железах гипофиза, а те уже действуют на половые железы, выделяющие в свою очередь половые гормоны. Гонадотропины – это гормоны- белки, а половые гормоны представляют собой стероиды. Когда концентрация гормона достигает обычного значения, срабатывает механизм обратной связи и начинается торможение всей действующей цепи через дополнительную доставку собственного гормона. Изложенная схема представляет собой основу для практического вмешательства в процесс размножения. Если в соответствующее звено цепи ввести нужный гормон или эквивалентное ему по биологическому действию соединение, то можно будет регулировать весь процесс по собственному желанию.
Надо сказать, что пока практически можно оказывать влияние «только» на женщин. Как известно, примерно четырехнедельный цикл деятельности яичника заключается в том, что в нем развивается фолликул-пузырек величиной с горошину, в котором содержится яйцеклетка. Из приведённой выше схемы следует, что и прогестерон (гормон желтого тела) и эстрадиол (женский половой гормон) тормозят образование в гипофизе гормонов ФСГ (гормон, стимулирующий функцию фолликул) и ГСРСТ (гормон, стимулирующий разрастание соединительной ткани), необходимых для развития яйцеклетки. Если в крови искусственно повысить концентрацию эстрогенов (женских половых гормонов) или гестагенов (гормонов желтого тела), то можно полностью прервать менструальный цикл. Без ФСГ не может созреть фолликул, а без ГСРСТ не произойдет овуляции, т.е. самопроизвольного выхода яйцеклетки из фолликула, когда он уже созреет. Из этого факта следует, что для предотвращения беременности необходим препарат, тормозящий овуляцию. Такой препарат разработан и представляет собой смесь двух указанных типов гормонов (эстрогенов и гестагенов) или, гораздо чаще, их синтетических производных в виде пилюль. Применение лишь одного из них приводит к нежелательным результатам. Если взять только эстроген, то возникает опасность усиленного образования вторичных женских (половых) признаков, что приемлемо лишь в определенных пределах. Но если применять один только гестаген, то в организме женщины начнут образовываться мужские половые гормоны (поскольку блокируется продуцирование эстрогенов), а вместе с ними могут возникнуть и отрицательные изменения в ее внешнем облике.
Первые препараты, тормозящие овуляцию, были приготовлены в 1960 г. в США на основе этинилнортестостерона и метилового эфира этинилэстрадиола. В предшествующем этому десятилетии все авторитетные фармацевтические фирмы мира разрабатывали различные препараты подобного типа. В наше время найдены и новые действующие принципы и, главное, созданы противозачаточные средства, не оказывающие побочного действия.
Новинкой последних лет является разработка препаратов пролонгированного действия. Их вводят путем инъекций. Однократная доза надежно предохраняет от беременности в течение месяца. Преимуществом здесь является то, что отпадает необходимость ежедневного приема и что надежность действия 100%-ная. Действующим агентом служит ацетат медроксипрогестерона-гестаген, не оказывающий побочного действия. В настоящее время гормональными противозачаточными или стимулирующими рождаемость средствами пользуются во всем мире свыше 30 млн. женщин. В ГДР число женщин, желающих иметь детей и применяющих для этого соответствующие пилюли, составляет свыше 500000. Практически их принимает каждая седьмая женщина в детородном возрасте (до 45 лет), используя тем самым возможность, которую предоставляет ей химия для регулирования рождаемости. Совершенно очевидно, что потребность в этом регулировании весьма актуальна для современного человека. В высокоразвитых странах пилюли принимают не потому, что женщины вообще не хотят иметь детей, а просто потому, что они хотят сами определить наиболее удобное время для их рождения. Вследствие того, что препараты обеспечивают исключительно высокую биологическую надежность, их положительное влияние на работоспособность личности просто трудно переоценить.
Путем введения тестостерона можно действенно затормозить образование фолликулостимулирующего гормона и тем самым прервать развитие и созревание спермы. Таким образом, возникает возможность разработки противозачаточных гормональных пилюль не только для женщин, но и для мужчин. Правда, повышенное количество тестостерона может привести к усиленному развитию вторичных половых признаков, так что потенциальные кандидаты для подобного лечения должны иметь в виду, что им гораздо чаще придется бриться. Торможения образования ФСГ можно достичь и с помощью эстрогенов, но это будет обусловливать падение количества ГСРСТ и понижение выработки организмом тестостерона, что затем приведет к «феминизации» мужчин. Обойти возникающие трудности можно комбинированием эстрогенов и андрогенов. Поскольку до сих пор еще нет достаточно дешевых препаратов, оказывающих андрогенное действие, разработка антиспермальных пилюль достанется уже нашим потомкам.
Проблема регулирования рождаемости имеет два аспекта: помимо предохранения от нежелательной беременности немаловажное значение приобретает и ее стимуляция. Этот аспект также актуален. Например, в ГДР от 10 до 15% всех супружеский пар остаются бездетными из-за того, что один из супругов бесплоден. В 50% случаев мы имеем дело с бесплодием женщин, в 40%-со стерильностью мужчин, а в 10% виновны оба партнера. Бесплодие женщин примерно в 40% случаев вызывается нехваткой гонадотропинов, вследствие чего и происходит блокада овуляции. В зависимости от того, в каком участке организма произошло нарушение выработки гормонов-в гипофизе (образование гонадотропинов) или промежуточном мозге, положение можно исправить введением соответствующих гормонов белковой структуры или эквивалентных им биологически активных соединений. Примерно с середины 1972 г. в женской клинике Берлинского университета успешно введен в практику лютеинизирующий рилизинг-гормон, состоящий из 10 аминокислот. Такой метод лечения может приобрести в будущем большое значение, если удастся синтезировать рилизинг-гормон или найти и получить подходящий заменитель.
Хотелось бы обратить внимание на то обстоятельство, что природное или искусственное управление сексуальной биологией млекопитающих может производиться по тем же самым принципам и, как уже указывалось в предыдущей главе, может быть использовано в животноводстве, организованном на промышленной основе.
Биохимики ведут также борьбу за то, чтобы появляющееся на свет потомство не получало травм при рождении, т.е. выполняют функции акушеров-незаменимых помощников при родах.
Контактные линзы
Многим кажется, что контактные линзы- дитя нашего столетия. Между тем их история начинается с Леонардо да Винчи. Позже идею линз высказывал Декарт. Томас Юнг экспериментировал с трубкой, заполненной водой и приставляемой к глазу, английский астроном Джон Гершель произвел теоретические расчеты.
Но реально, в материале, линза появилась в 1887 году, когда известный висбаденский стеклодув Ф. Мюллер изготовил вогнутые стеклянные диски по заказу одного из своих клиентов. Линзы были большими, прозрачными в середине и матовыми по краям, надевали их под веки. Больной носил линзы в течение пятнадцати лет.
Вскоре однофамилец стеклодува, студент-медик, сумел скорректировать подобным образом близорукость ни много, ни мало в 24 диоптрии. Правда, дольше получаса глаз не выдерживал.
Тогда же известный немецкий философ Адольф Фик применил новинку для коррекции астигматизма. Он и ввел термин – контактные линзы.
В десятые годы нашего века фирма «К. Цейс» начала выпускать небольшие партии линз. Отличались они, как всегда у Цейса, великолепными оптическими свойствами, но были тяжелы, неэластичны, непроницаемы для кислорода. Ну, и легко бились, конечно.
И вот в конце тридцатых годов появились первые линзы из пластмассы – полиметилметакрилата (сейчас их называют жесткими). Столь же прозрачные, как и стеклянные, но легкие, прочные, сравнительно простые в изготовлении, они быстро вытеснили своих предшественников. Правда, основные недостатки остались – малая кислородопроницаемость и не эластичность. Линзы раздражали глаза, хотя и меньше стеклянных.
На рубеже пятидесятых – шестидесятых годов в контактной коррекции произошел еще один скачок – появились мягкие линзы. Идея носилась в воздухе давно, американцы, например, экспериментировали с акриламидом. Но главный успех пришелся на долю академика Отто Вихтерле. Он и его сотрудники разработали гидрогель из сополимера гликольметакрилата и дигликольдиметакрилата. Материал содержал около 40% воды, был эластичен, химически инертен, биологически и механически устойчив. Чешские ученые запатентовали и высокопроизводительную технологию линз.
С тех пор контактная коррекция бурно развивается. Появилось множество новых материалов: и мягких, и жестких, и полужестких, объединяющих достоинства тех и других. В развитых странах линзы носят около сорока миллионов человек, и эта цифра быстро растет.
Словосочетание, вынесенное в подзаголовок, недаром разбито на две части. Каждая из них предъявляет свои требования к материалу линзы.
Раз есть контакт, значит, полимер не должен вызывать аллергию, быть химически активным, а тем более – токсичным, канцерогенным. Короче – опасным для организма.
С другой стороны, и организм не должен вредить линзе, годами плавающей в слезной жидкости. А там – масса всякой всячины: неорганические вещества, ферменты, липиды. Жесткие линзы, действительно, устойчивы к ним. Мягкие держатся год – другой, потом покрываются непрозрачными протеиновыми бляшками.
Материал должен смачиваться: к полностью гидрофобной линзе глаз привыкнуть не сможет. В мягких линзах из гидрогелей это требование выполняется само собой, в жестких – чаще с помощью всяких ухищрений, о которых речь впереди.
Далее, линзы не должны вносить в глаз инфекцию, а значит, время от времени их надо дезинфицировать. Жесткие линзы просто моют детским мылом. Мягкие или кипятят, или стерилизуют химически. Материал обязан выдерживать эти манипуляции.
Очень важна кислородопроницаемость материала. Именно от нее зависит зрительный комфорт и продолжительность непрерывного ношения линз. И вот почему.
Роговица дышит. Поступающий через ее поверхность кислород окисляет глюкозу, основной источник энергии для обменных процессов в глазу. Если кислорода не хватает, глюкоза расщепляется не до конца и весь механизм разглаживается. Меняется рН слезной жидкости, баланс ионов натрия и калия, растворенных кислорода и углекислого газа. Меняются толщина и форма роговицы, вплоть до отека. Начинается резь в глазах, они краснеют. Зрение затуманивается, вокруг источников света появляется радужный ореол. Линзы надо немедленно снять!
Кстати, курильщики, активные и пассивные: дым от папирос сильно ускоряет эти процессы. Если вы носите линзы, подумайте о глазах, раз уж не думаете о легких.
Так вот, материал должен пропускать достаточное количество кислорода, тогда и носить можно по долгу. Лучшие современные образцы – до нескольких месяцев подряд, не снимая.
Вторая часть подзаголовка: «линзы». Что добавит она?
Прежде всего, прозрачность. Вообще-то у полимеров она хуже, чем у стекла, но линзы берут малой толщиной. И пропускают в итоге столько же света, сколько и очки:92 – 95 %.
Далее, линза должна сохранять свою форму. На это способен не всякий аморфный полимер, а лишь стеклообразный или высокоэластичный. Из первого делают жесткие, из второго – мягкие линзы.
Линзы под старость затуманиваются, желтеют, покрываются микротрещинами и неровностями.
Самый почтенный из всех материалов – полиметилметакрилат, он же плексиглас, он же оргстекло – служит контактной коррекцией уже более пятидесяти лет.
Лучше пропускает кислород материалы нового поколения: ацетобутират целлюлозы, поли – 4 – метилпентен – 1, сополимеры метилметакрилата с акриловой кислотой и т. п.
Но самая достойная «партия» для жестких линз – кремний и фторорганические соединения. По кислородопроницаемости у них почти нет конкурентов среди синтетических материалов. Да вот беда – полная гидрофобность, исправить это можно двумя путями. Первый – привить к поверхности гидрофильные мономеры, например, акриловую кислоту или N – винилпирролидон. Но поверхностный слой постепенно истирается, открывая гидрофобные проталины, и линза приходит в негодность. Более надежен второй способ: сополимеризация с гидрофильными компонентами – теми же акрилатами, виниловыми соединениями – во всем объеме. Именно так за рубежом синтезируют материалы, обладающие отличными механическими свойствами, прозрачностью, хорошей смачиваемостью. Они чуть эластичнее своих предшественников, что для глаз не мало важно.
В нашей стране такие полимеры разработаны во Всероссийском центре контактной коррекции.
Есть два вида мягких линз: низкогидрофильные – около 40% воды, и высокогидрофильные – 45-85%. Первые можно носить 12-14 часов подряд, вторые – от несколько суток до нескольких недель.
Кроме обычных линз существуют: цветные, бифокальные – для так называемого старческого зрения, солнцезащитные, косметические – позволяющие изменить цвет глаз и для больных с дефектами роговицы, линзы для плавания – вместо маски или подводных очков.
В последние годы число обладателей линз выросло и продолжает расти.
Этиловый спирт
Этиловый спирт относится к веществам наркотического типа и оказывает угнетающее действие на центральную нервную систему человека. В организме спирт окисляется до кислых продуктов (CO2 и H2O) через стадии образования ацетальдегида и уксусной кислоты. При этом высвобождается значительное количество энергии-29,8 кДж/ч. За 1 ч в печени окисляется 10 мл спирта. Введение спирта в организм нарушает его теплоизоляцию вследствие расширения кожных кровеносных сосудов. Субъективное ощущение тепла, связанное с этим явлением, на самом деле не сопровождается повышением температуры тела. Наоборот, организм теряет теплоту, и прием спирта на холоде связан с риском замерзания. Усиливая активность слюнных и желудочных желез, спирт приводит лишь к усиленному выделению соляной кислоты и угнетающе (особенно при концентрации 15-20%) действует на пищеварительные ферменты. Прием спиртных напитков приводит к отравлению организма. При концентрации спирта в крови 1-2 г/л наступает опьянение, при 3-4 г/л развивается общая интоксикация организма, при 5-8 г/л наступает смерть.
При злоупотреблении спиртными напитками развивается хронический гастрит, цирроз печени, жировая дистрофия сердца и печени, страдает интеллект, память, развиваются психические заболевания (психозы, белая горячка). Для лечения алкоголизма используют выработку отрицательных условные рефлексов, например рвотное средство – апоморфин. Механизм действия другого препарата – тетурама – основан на том, что под его влиянием задерживается процесс окисления этанола на стадии образования ацетальдегида. Накопление последнего в организме вызывает неприятные ощущения (тошнота, рвота, головная боль, чувство страха). Больной должен понимать, что даже небольшие дозы этанола в крови могут привести на фоне действия тетурама к летальному исходу.
Заключение
О значении химии в медицине можно говорить бесконечно.
Успехи химии, внедрение ее продуктов в медицину открывают безграничные возможности для преодоления различных заболеваний.
В последнее время биология, медицинская наука и практика все чаще используют достижения современной химии. Огромное количество лекарственных соединений поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств достигнуты новые успехи.
Большое количество химических веществ служит для изготовления самых разнообразных протезов.
Химические заводы выпускают для медицинских целей трубки, шланги, ампулы, шприцы, белково-витаминные и другие напитки, кислород, перевязочный материал, аптечную посуду, оптику, красители, больничную мебель и многое другое.
химия заболевание лечение медицина
Список используемой литературы
Поллер З. Химия на пути в третье тысячелетие: перевод с немецкого/ перевод и предисловие Васиной Н.А. – М.: Мир, 1982.
Макаров К. А. Химия и здоровье: Кн. для внеклассного чтения. – М.: Просвещение, 1985.
Конев С.В. и др. Откровения трёхмерного мира/ Конев С.В., Аксенцев С.Л., Волотовский И.Д. – Мн.: Высшая школа, 1981.
Буцкус П.Ф. Книга для чтения по органической химии: Пособие для учащихся 10 классов/ сост. Буцкус П.Ф. – 2-е. изд., переработанное. – М.: Просвещение, 1985.
Глинка Н.Л. Общая химия: Уч. пособие для вузов. – Л.: Химия, 1983.
Кузнецов В.И. Общая химия: Тенденции развития. – М.: Высшая школа, 1989.
Химия и жизнь (журнал): №3, 1991.
Химия и жизнь (журнал): №4, 1991.
Химия и жизнь (журнал): №4, 1992.
Химия и жизнь (журнал): №12, 1991.
Розен Б.Я. Химия – союзник медицины/ Розен Б.Я. и Шарипова Ф.С. –
Издательство Науки Казахской ССР, 1984.
Размещено на Allbest.ru
Содержание.
I. Введение.………………………………………………………………………………
II. Химия – союзник медицины. ……………………………………………………
§1. Болеутоляющие (анальгезирующие) средства. …..…………………
§2. Снотворные средства. ………………………………………………………
§3. Антибактериальные и химиотерапевтические средства.…….…
§4. Витамины.…….…………………………………………………………………
§5. Химиотерапевтические аспекты будущего. …………………………
§6. Химия регулирует рождаемость. ……………………………………….
§7. Контактные линзы. ………………………………………………………….
§8. Этиловый спирт.………………………………………………………………
§9. Наркотики.………………………………………………………………………
III. Заключение. ……………………………………………………………………….
IV. Список используемой литературы.…………..…………………………….
Введение.
Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когда медики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто довольно успешно справлялись с болезнями. Человек тысячами нитей связан с окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена, когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта истина была усвоена врачами.
В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину и часто врач, и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу о сурьме («триумфальная колесница антимония»), предлагал ее для избавления от всех болезней. Этот элемент- аналог мышьяка- ничего, кроме вреда, не мог принести страждущим. Случайные удачи химиков и использование народного опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда не прерывались. В XV в. Теофраст Парацельс опроверг учение о пневмах, но тут же заменил их не менее таинственным «археем», не имеющим материальной природы, но подчиняющим себе материю. Эти фантастические «теории» были скоро забыты, но практическая врачебная деятельность Парацельса оказалась продуктивной. Он исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу ятрохимии – науки о применении определенных химических соединений для лечения болезней. Правда, рецепты Парацельса вызвали бы у современных врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через четыре сотни лет. История медицины сохранила опись «всяким зельям», привезенным в Москву в 1602г. английским аптекарем Джеймсом Френчем по поручению королевы Елизаветы. Среди «зелий» числятся: «цидоны яблоки в сахаре, слива дамасен, сыроп соку цитронова, водка коричная, можжевеловая, пиретрум, калган, алоэ, опиум» и даже «глина армянская»; имеются и вещества животного происхождения, например «олений рог». Всего 171 лекарство. Некоторые из них безусловно приносили пользу, это, в частности, «сок цитронов», т.е. лимонный сок, калган, алоэ, которые и ныне применяются в медицине.
В XIX в. прогресс теоретической химии, великие открытия М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии, стимулированные созданием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитие клеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и способствовали появлению плодотворных идей. Блестящим выражением новых идей оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма – микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные инфекционные заболевания. При этом речь шла не о специальном подборе веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были заложены основы гигиены- области, в которой пути химии и медицины сошлись с великой пользой для человечества.
Неважно было с гигиеной в Европе в средние века. Чешский ученый Бетина пишет, что даже сам король Франции Людовик XV мылся не чаще двух раз в год, а в Париже было принято выливать помои из окон на улицу- закон обязывал граждан лишь предупреждать прохожих возгласом: «Берегись, вода!» Тяжелые эпидемии были расплатой за невнимание к миру микробов, населявших почву, воду и атмосферу. Врачи хорошо знали, что, какой бы удачной ни была операция, всегда остается риск послеоперационных осложнений. В госпиталях и родильных домах часто приходилось наблюдать массовую гибель больных, вызванную тем, что мы сейчас называем инфекцией (чаще всего от микробов—стафилококков или стрептококков).
Одним из первых, кто понял значение гигиенических мероприятий, был венский врач И.Зиммельвейс, обязавший сестер в родильном доме, где он был главным врачом, мыть руки в растворе хлорной извести. Смертность среди рожениц сразу резко снизилась. Химия помогла медицине справиться с опасными врагами- микробами, которых, собственно, еще никто как следует не знал, а многие вообще не признавали.
Английский хирург Д.Листер с большим успехом применил растворы фенола (карболовой кислоты) для дезинфекции тканей во время операций; П. Кох пользовался растворами хлорной ртути (сулемы), и только в 1909 г. Стреттон открыл дезинфицирующие свойства растворов йода в спирте. Все эти средства, хотя и помогли хирургам спасти сотни тысяч жизней оперированных ими больных, все же не решали задачу борьбы с инфекционными заболеваниями. Во-первых, дезинфицирующие средства влияли только на окружающую человека среду. Операция и послеоперационный период были менее опасными, но больной не избавлялся от тех микробов, которые уже проникли в организм. Во-вторых, йод, сулеме, карболовая кислота и другие дезинфицирующие вещества иногда губили клетки организма, а погибшие ткани способствовали росту микробов. Поэтому, несмотря на все несомненные успехи методов дезинфекции, оставалась задача создания таких соединений, которые разрушали бы только микробные клетки. К началу XX в. органическая химия и методы химического синтеза достигли такого уровня, что химики уверенно перестраивали молекулы органических соединений и могли синтезировать сложную молекулу по заданной формуле.
Немецкий ученый П. Эрлих – один из основоположников химиотерапии – был убежден, что, изменяя структуру молекулы, можно найти такие соединения, которые будут специфически влиять только на клетки возбудителей инфекционных болезней, легко проникая в – них и действуя достаточно быстро. П.Эрлих, занимаясь изучением клеток микробов, окрашивал их различными красителями, как это принято в микробиологии. Такие препараты лучше видны и позволяют исследовать тонкие детали строения клеток, которые без окраски незаметны. Определенные красящие вещества более прочно связываются с клеткой микроба, чем с клетками организма человека. Отсюда следовал вывод, что если бы эти красители оказались гибельными для микробов, то их можно было бы использовать для лечения вызываемой микробами болезни, не опасаясь отравления больного. Так, например, было известно, что метиленовая синька, которой хозяйки подсинивают белье, оказывает лечебное действие при малярии. Действие, правда, довольно слабое, но ведь можно химически изменить молекулу этого вещества – не станет ли оно от этого более эффективным? Позже, уже после первых работ П. Эрлиха, удалось получить хороший противомалярийный препарат на основе метиленовой синьки.
П.Эрлих проявил исключительное упорство в трудной работе по исследованию ряда мышьяковистых соединений, применяемых для лечения сифилиса. Было синтезировано и изучено более шестисот соединений, прежде чем удалось получить препарат под номером 606 (сальварсан), обладающий высокой лечебной активностью. Это было в 1909 г., а в 1912 г. в лаборатории П.Эрлиха синтезировали вещество, имевшее номер 914 (неосальварсан), оказавшееся еще более действенным и менее токсичным «Волшебными пулями» называли молекулы сальварсанов – они, попадая в ткани организма, поражали только микробов. Это было громадным достижением и открывало важнейшие перспективы перед новой наукой- химиотерапией.
Число побежденных болезней долгое время оставалось очень небольшим, и острые инфекции продолжали угрожать человеку. Однако врачи опытным путем нашли еще один путь борьбы с ними – создание иммунитета (невосприимчивости к болезни посредством введения в организм специальных сывороток, полученных из тканей животных, перенесших заболевание). Так удавалось бороться с оспой, дифтерией, бешенством, так и сейчас справляются с полиомиелитом, холерой, столбняком, укусами змей и т. п. Но ученые долгое время не могли объяснить, как именно и почему возникает иммунитет. Только в наши дни удалось немного приподнять завесу над химическими тайнами иммунитета – только приподнять, не более! Это одна из труднейших и многообещающих задач химии ближайшего будущего.
Тему «Химия- союзник медицины» я выбрала, потому что своё будущее хочу связать с профессией врача. Про химию и медицину можно писать бесконечно, но объём работы ограничен, поэтому я осветила только то, что мне было особенно интересно. Я почти уверена, что благодаря этой работе мне будет легче осваивать профессию врача.
Болеутоляющие (анальгезирующие) средства
С раннего детства нам знакома зубная боль и такие лекарства, как аспирин, анальгин, пирамидон (амидопирин). Эти соединения относятся к группе ненаркотических анальгетиков: они не обладают седативным и снотворным действием, не вызывают эйфории (как наркотики), к ним не развивается привыкание. По химической структуре их можно разделить на производные салициловой кислоты (аспирин, салицилат натрия и др.) и пиразолона (амидопирин, антипирин, анальгин, бутадион):
?Бакинский Государственный Университет
КУРСОВАЯ РАБОТА
студента I курса химического факультета
Тема: “Химия и медицина”
Баку, 2010 г.
Содержание
1. Введение……………………………………………………………………………………………………
2. Источники получения лекарственных средств……………………………………..
3. Создание лекарственных средств…………………………………………………………..
4.Классификация лекарственных средств………………………………………………..
5. Анельгезирующие (болеутоляющие) средства……………………………………..
6. Снотворные средства……………………………………………………………………………….
7. Противосудорожные средства……………………………………………………………….
8. Психотропные средства………………………………………………………………………….
9. Местноанестезирующие средства…………………………………………………………
10. Химиотерапевтические средства…………………………………………………………..
11.Антисептические средства……………………………………………………………………
12. Кардиотонические средства…………………………………………………………………
13. Диагностические средства…………………………………………………………………….
14. Наркотики……………………………………………………………………………………………….
15. Полимеры в медицине…………………………………………………………………………..
16. Контактные линзы………………………………………………………………………………….
17. Заключение…………………………………………………………………………………………….
18. Списоклитературы……………………………………………………………………………….
Введение
Химия с давних времен вторглась в жизнь человека и продолжает оказывать ему разностороннюю помощь и сейчас. Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться успеха в решении общих задач. Химия делала первые неуверенные шаги, когдамедики уже располагали целым арсеналом сведений и наблюдений и часто довольно успешно справлялись с болезнями. Человек тысячами нитей связан с окружающей средой – он часть природы и следует ее законам. И в те времена, когда химики еще ничего не знали об элементах, атомах и молекулах, эта истина была усвоена врачами.
В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину, и частоврач и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу о сурьме (“Триумфальная колесница антимония”), предлагал ее для избавления от всех болезней. Этот элемент – аналогмышьяка – ничего, кроме вреда, не мог принести страждущим. Случайные удачи химиков и использование народного опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда не прерывались.
Теофраст Парацельс исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу ятрохимии (от греч. iatros – врач) – науки о применении определенных химических соединений для лечения болезней. Правда, рецептыПарацельса вызвали бы у современных врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через четыре сотни лет.
В XIX в. прогресс теоретической химии, великие открытия М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии, стимулированные созданием микроскопа (Левенгук, XVII в.), развитиеклеточной теории и бактериологии тесно сблизили дороги химии и медицины и способствовали появлению плодотворных идей. Блестящим выражением новых идей оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные уничтожать в окружающей среде невидимых и свирепых врагов организма – микробов, вызывающих нагноение ран, общее заражение крови, различные инфекционные заболевания. При этом речь шла не оспециальном подборе веществ, действующих именно на данный вид микроорганизмов, а о дезинфицирующем воздействии, которое губит все микробы. Постепенно были заложены основы гигиены – области, в которой пути химии и медицины сошлись с великой пользой для человечества.
Английский хирург Джозеф Листер с большим успехом применил растворы фенола…
ОРГАНИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
Органическая
химия и медицина
Органическая химия
теснейшим образом связана с медициной. Огромное количество разнообразных
лекарственных средств, которыми располагает сегодня медицина, в подавляющем
большинстве органические соединения. Химики – органики в содружестве с
медиками, микробиологами и фармацевтами смогли не только установить строение
многих природных соединений, используемых в медицине, но и синтезировать
некоторые из них. Наряду с этим химики пошли по пути создания соединений, хотя
и отличающихся от природных, но обладающих аналогичным, а часто и более
эффективным действием. Более того, были получены новые лекарственные средства,
которые не знает природа, но способные излечивать многие болезни.
Большую роль в медицине
играют синтетические полимерные материалы. Из них делают многое: от одноразовых
шприцов до искусственных клапанов сердца.
Какие
бывают лекарства и почему они лечат
Лекарства бывают
разные. Сколько болезней, столько и лекарств. Часто бывает и так, что одно и то
же заболевание лечат многими лекарствами. Обычно лекарственные средства
классифицируют по их основному лечебному действию. Одни лекарственные средства
обладают противомикробным действием (например, сульфаниламидные препараты:
например стрептоцид, норсульфазол, сельфален, фталазол, сульфадимезин и др.). С
их помощью удается побороть инфекционные заболевания. Другие лекарства помогают
снять боль, но не вызывают потери сознания (например, ацетилсалициловая
кислота, или аспирин, прарцетамол, анальгин и др.). Существуют лекарства,
которые воздействуют на сердце и кровеносные сосуды (нитроглицерин, анапрелинн,
дибазол др.) Получены антигистаминные для лечения аллергических заболеваний,
противоопухолевые для лечения злокачественных новообразований и даже
психофармакологические препараты, влияющие на психическое состояние человека.
В большинстве своем
лекарственные препараты редко бывают простыми веществами. Чаще это сложные по
химическому строению органические вещества или их смеси. И хотя число
лекарственных препаратов огромно, мы ограничимся рассказом только о двух самых
известных и часто применяемых лекарствах – аспирине и белом стрептоциде.
Едва ли найдется
человек, который не знаком с аспирином (ацетилсалициловая кислота). Это
вещество не обнаружено в природе. Аспирин впервые синтезировал немецкий химик
Ш. Герхард в 1853г. путем ацетилирования салициловой кислоты уксусным ангидридом.
Однако в течение 40 лет
эта реакция не привлекала к себе внимания, и только в 1893г. другой известный
немецкий химик – Ф. Гофман подарил миру это замечательное лекарство. Аспирин
обладает обезболивающим, жаропонижающим, противоспалительным и противоревматическим
действием.
Аспирин – замечательное
лекарство. Но безвредно ли оно? Заметим, что безвредных лекарств вообще не
бывает. Что же касается аспирина, то вы должны знать: его нельзя принимать на
пустой желудок. Аспирин может вызвать внутрижелудочное кровотечение. Но если
нужно срочно прибегнуть к аспирину, то запейте его хотя бы стаканом молока.
Полимеры
в медицине
Медицина давно и с
успехом использует различные полимерные материалы. Особенно часто их применяют
в хирургии. Полимеры используют при операциях на костях и суставах, при
закрытии дефекта черепа, восстановлении суставным связок, сухожилий и т.д. Из
полимеров изготавливают различные протезы внутренних органов – кровеносных
сосудов, пищевода, желчных протоков, клапанов сердца и др. С помощью пластиков
исправляют отдельные дефекты лица – заменяют части носа, ушной раковины,
глазницы. При операциях на кровеносных сосудах применяют материал из лавсана,
пропилена, капрона и кремнийорганических полимеров. При этом сосудистый протез
«врастает» в ткани организма, выполняя роль своеобразного каркаса, на котором
формируется новая стенка сосуда. Особенно широко применяют полимерные материалы
в стоматологии для изготовления искусственных зубов и протезов. Для этого
наиболее подходящими материалами оказались полиакриловые полимеры, которые
хорошо окрашиваются под цвет собственных зубов и десен, не поглощают остатков
пищи и не доступны для микробов. В то же время они достаточно эластичны и
прочны. Хорошая совместимость полиакрилового пластика с соединительной тканью позволяет
применять его и для исправления крупных дефектов черепа. В последнее время с
этой целью стали использовать фторпласт. Биологически инертные
кремнийорганические соединения применяют для создания искусственного хрусталика
глаза.
В качестве заменителей
человеческой крови применяют синтетические кровезаменители – высокомолекулярные
химические соединения, которые по своим физическо – химическим свойствам близки
к плазме крови (поливиниловый спирт, поливинилпиролидон).
Как известно, потеря
человеком половины крови вызывает смерть. Но это происходит не из-за потери
эритроцитов, а в результате падения кровеносного давления. Кровообращение
замедляется, температура тела падает, нарушается обмен веществ, наступает
кислородное голодание центральной нервной системы. Это приводит к остановке
дыхания и сердца. Кровезаменяющие жидкости восполняют временно недостающую
кровь, поддерживают необходимое давление крови. Но к сожалению, кровезаменители
не могут связывать кислород. Поэтому сейчас идут поиски таких кровезаменителей,
которые могли бы связывать кислород и доставлять его к клеткам организма, а
обратно – оксид углерода (IV).
Среди полимеров – кровезаменителей появились и такие которые не только заменяют
на короткое время кровь, но и лечат. В молекулы этих соединений введены
вещества для лечения туберкулеза, склероза; получены сочетания полимеров – кровезаменителей
с антибиотиками, с противораковыми препаратами. Образуя устойчивые водные
растворы, они совмещаются с кровяной плазмой и не оказывают на живой организм
отрицательного воздействия. Так решается задача использования полимеров в
качестве пролонгатов – средств, продлевающих действие лекарств.
Полимерные материалы
применяют для упаковки лекарственных препаратов и создания сложным медицинских приборов
(аппараты «искусственное сердце» – АИК, «искусственные легкие», «искусственная
почка» и др.). Медицинскую практику вошли и заняли достойное место шприцы
одноразового пользования.
А разве можно не
упомянуть о хирургическом шовном материале, который легко стерилизуется, а
после операции бесследно рассасывается в тканях организма?
Ассортимент полимерных
материалов, используемых в медицине, с каждым годом расширяется. Это полиэтилен
низкого давления, пенополиуретан, полипропилен, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические
полимеры. Нашли применения и специальные клеи, которые при хирургическом
вмешательстве могут склеивать ткани, заменяя шовный материал. Не отказались в
медицине и от резины: от резиновой грелки до специальной резиновой надувной
кровати для больных обширными ожогами.
Полимеры
в сельском хозяйстве
Сельское хозяйство в
последние годы потребляет различные полимерные материалы в довольно больших количествах.
Например, пленочные материалы широко используют при сооружении теплиц и
парников. Их также применяют при силосовании кормов, сооружении каналов и
водоемов в качестве противофильтрационных материалов.
Для орошения теплиц и
парников, транспортировки жидких удобрений и ядохимикатов, устройства систем
водоснабжения используются трубы и шланги, которые также изготовлены из
полимеров. Такие трубы можно применять и для орошения полей и обводнения
пастбищ.
укырыиецецццццццццццццыпаирыявкыит ывапр
Кратко.
Одно из самых заметных достижений органического синтеза ХХ столетия — получение новых лекарственных средств. В результате многие болезни, которые раньше считались смертельными, перешли в разряд излечимых. В VI веке чума уничтожила половину населения Византийской империи, а в XIV веке только за три года — с 1347 по 1350-й — в Европе от чумы умерло 25 миллионов человек. Миллионами исчисляются жертвы гриппа 1918 года («испанки»). Синтез в лабораториях новых лекарственных средств и их последующее внедрение в медицинскую практику, вероятно, спасли от смерти на протяжении ХХ века сотни миллионов человеческих жизней.Во второй половине XIX века быстрыми темпами начала развиваться синтетическая органическая химия. Она дала людям красители, душистые вещества, лекарственные средства. Тем не менее еще в начале ХХ века число индивидуальных химических соединений, применявшихся в качестве лекарственных средств, исчислялось единицами. Начало химиотерапии — лечению болезней с применением химических препаратов — положил немецкий врач, бактериолог и биохимик Пауль Эрлих. В 1891 году он предложил применить для лечения малярии краситель метиленовый синий. Однако это соединение не могло конкурировать с природным хинином. Позже Эрлих прославился сальварсаном, «волшебной пулей», первым эффективным средством против сифилиса.Между синтезом нового соединения и его применением в медицине иногда проходили десятилетия. С XIX века была известна сульфаниловая (п-аминобензолсульфоновая) кислота H2N—C6H4—SO3H. Впервые ее получил еще в 1845 году французский химик Шарль Фредерик Жерар. В 1908 году был получен амид этой кислоты H2N—C6H4—SO2—NH2, а затем и его N-замещенные (по амидной группе) производные с общей формулой H2N—C6H4—SO2—NH—R, которые получили название сульфаниламидов. Но только 27 лет спустя немецкий химик Герхард Домагк выяснил, что соединения этой группы убивают многие микроорганизмы и их можно использовать для лечения ряда инфекционных заболеваний.Первым синтетическим лечебным препаратом был азокраситель красного цвета пронтозил (красный стрептоцид) H2N—C6H4—N=N—C6H4—SO2—NH2, который синтезировали в 1932 году немецкие химики Фриц Митч и Йозеф Кларер. Домагк исследовал действие этого препарата на множестве мышей, получивших десятикратную смертельную дозу культуры гемолитического стрептококка. Эффект был поразительным: все мыши остались живы, тогда как в контрольной группе все погибли. Это было первое в мире лекарственное средство, давшее такие прекрасные результаты. Необходимо было провести испытание на людях. Именно в это время маленькая дочь Домагка уколола себе палец. В ранку попала инфекция, образовался нарыв, и началось заражение крови. В больнице хирурги очистили нарыв, но заражение не проходило, положение становилось угрожающим. И Домагк решился испытать на дочери пронтозил. Результат не заставил себя ждать: нарыв прошел, девочка выздоровела. Средство помогало также при воспалении легких, при некоторых других болезнях. В 1939 году Домагку за открытие первого антибактериального препарата была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.В конце 1935 года было показано: пронтозил действует не сам по себе. Лечебный эффект, как это нередко бывает, оказывает продукт его распада в организме — известный еще с 1908 года сульфаниламид H2N—C6H4—SO2—NH2. Его назвали белым стрептоцидом. С тех пор было синтезировано более 20 тыс. производных сульфаниламида, из которых в медицине используется лишь несколько десятков. В числе самых известных — стрептоцид, норсульфазол, сульфадимезин, этазол, сульфадиметоксин, фталазол, сульгин, бисептол; они отличаются строением радикала R в общей формуле сульфаниламидов (в ряде случаев замещается также один из атомов водорода в аминогруппе).Исключительную роль в лечении многих инфекций играют антибиотики, первый из которых был случайно открыт в 1928 году. Но синтетические лекарственные средства позволяют бороться не только с бактериальными инфекциями. После открытия транквилизирующего (нейролептического) действия элениума появились десятки близких по структуре соединений, составивших большую группу транквилизаторов (нозепам, лоразепам, феназепам, тетразепам и др.).Во многом благодаря лекарственным средствам средняя продолжительность жизни в промышленно развитых странах за последнее столетие удвоилась. Так, в Германии смертность от пневмонии, которая в 1936 году составляла 165 на 100 тысяч населения, снизилась к 1985 году в результате применения сульфаниламидных препаратов в дес
ять раз, смертность от туберкулеза с 1930 по 1985 год уменьшилась благодаря антитуберкулезным препаратам в сто раз. В США только за период с 1965 по 1996 год удалось снизить смертность от ревматизма, атеросклероза, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки в четыре — шесть раз.
Реферат: Химия и медицина
Химия с давних времен вторглась в жизнь человека и продолжает оказывать ему
разностороннюю помощь и сейчас. Особенно важна органическая химия,
рассматривающая органические соединения – предельные, непредельные
циклические, ароматические и гетероциклические. Так, на основе непредельных
соединений получают важные виды пластмасс, химические волокна, синтетические
каучуки, соединения с небольшим молекулярным весом – этиловый спирт, уксусную
кислоту, глицерин, ацетон и другие, многие из которых находят применение в
медицине.
В наши дни химики синтезируют большое количество лекарственных препаратов. По
данным международной статистики, химики должны синтезировать и подвергнуть
тщательным испытаниям от 5 до 10 тысяч химических соединений, чтобы отобрать
один лекарственный препарат, эффективный против той или иной болезни.
Еще М. В. Ломоносов говорил, что “медик без довольного познания химии
совершенным быть не может”. О значении химии для медицины он писал: «От одной
химии уповать можно на исправление недостатков врачебной науки”.
Лекарственные вещества известны с очень древних времен. Например, в Древней
Руси мужской папоротник, мак и другие растения употреблялись как лекарства. И
до сих пор в качестве лекарственных средств используются 25-30%
различных отваров, настоек и экстрактов растительных и животных организмов.
В последнее время биология, медицинская наука и практика все чаще используют
достижения современной химии. Огромное количество лекарственных соединений
поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств достигнуты
новые успехи. Медицина обогащается все большим количеством новых
лекарственных препаратов, вводятся более совершенные методы их анализа,
позволяющие достаточно точно определить качество (подлинность) лекарств,
содержание в них допустимых и недопустимых примесей.
В каждой стране существует законодательство о фармацевтических препаратах,
изданное отдельной книгой, которая называется фармакопеей. Фармакопея
является сборником общегосударственных стандартов и положений, нормирующих
качество лекарственных средств. Изложенные в фармакопее стандарты и
обязательные нормы для медикаментов, сырья и препаратов применяются при
изготовлении лекарственных форм и являются обязательным для провизора, врача,
организаций, учреждений, изготовляющих и применяющих лекарственные средства.
По фармакопее лекарственные препараты анализируются для проверки их качества.
Немного истории
Фармацевтическая промышленность является сравнительно молодой отраслью
производства. Еще в середине 19 столетия производство лекарственных средств в
мире было сосредоточено в разобщенных аптеках, в которых провизоры
изготовляли препараты по только им известным рецептам, передававшимся по
наследству. Большую роль в то время играли средства неродной медицины.
Фармацевтическое производство развивалось неравномерно и зависело от ряда
обстоятельств. Так, работы Луи Пастера в 60-х годах 19 века послужили основой
для производства вакцин, сывороток. Освоение промышленного синтеза красителей
в Германии в последней четверти 19 века привело к производству лекарств
фенацетина и антипирина.
В 1904 г. немецкий врач Пауль Эрлих заметил, что при введении некоторых
красителей в ткани подопытных животных эти красители лучше окрашивают клетки
бактерий, чем клетки животного, в которых эти бактерии живут. Напрашивался
вывод: можно найти такое вещество, которое настолько “закрасит” бактерию, что
она погибнет, но в то же время не тронет ткани человека. И Эрлих нашел
краситель, который внедрялся в трипаносомы, вызывающие у человека сонную
болезнь. Вместе с тем для мышей. на которых проводился опыт, краситель был
безвреден. Эрлих опробовал краситель на зараженных мышах; у них болезнь
протекала легче, но все же краситель был слабым ядом для трипаносом. Тогда
Эрлих ввел в молекулу красителя атомы мышьяка – сильнейшего яда. Он надеялся,
что краситель “утащит” весь мышьяк в клетки трипаносом, а мышам его
достанется совсем не много. Так и случилось. К 1909 г. Эрлих доработал свое
лекарство, синтезировав вещество, избирательно поражавшее трипаносомы, но
малотоксичное для теплокровных животных – 3,3’-диамино-4.4’-
дигидроксиарсенобензол. В его молекуле два атома мышьяка. Так начиналась
химия синтетических лекарственных препаратов.
До 30-х годов 20 века в фармацевтической химии основное место занимали
лекарственные растения (травы). В середине 30-х годов 20 века
фармацевтическая промышленность стала на путь целенаправленного органического
синтеза, чему способствовало обнаруженное немецким биологом Г. Домагком
(19340) антибактериальное свойство красителя – пронтозила, синтезированного
в 1932 г. Начиная с 1936 г. на основе этого соединения широко развернулись
поиски так называемых сульфаниламидных антикокковых препаратов.
Источники получения фармацевтических препаратов
Все лекарственные вещества могут быть разделены на две большие группы:
неорганические и органические. Те и другие получаются из природного сырья и
синтетически.
Сырьем для получения неорганических препаратов являются горные породы, руды,
газы, вода озер и морей, отходы химических производств.
Сырьем для синтеза органических лекарственных препаратов служат природный
газ, нефть, каменный уголь, сланцы и древесина. Нефть и газ являются ценным
источником сырья для синтеза углеводородов, являющихся полупродуктами при
производстве органических веществ и лекарственных препаратов. Полученные из
нефти вазелин, вазелиновое масло, парафин применяются в медицинской практике.
Создание лекарственных препаратов
Как ни много известно лекарственных препаратов, как ни богат их выбор,
предстоит еще немало сделать в этой области. Как же в наше время создаются
новые лекарства?
В первую очередь нужно найти биологически активное соединение, оказывающее то
или иное благоприятное воздействие на организм. Существуют несколько
принципов такого поиска.
Весьма распространен эмпирический подход, не требующий знания ни структуры
вещества, ни механизма его воздействия на организм. Тут можно выделить два
направления. Первое – это случайные открытия. Например, было случайно открыто
слабительное действие фенолфталеина (пургена) а также галлюциногенное
действие некоторых наркотических веществ. Другое направление – это так
называемый метод “просеивания”, когда сознательно, с целью выявления нового
биологически активного препарата проводят испытания многих химических
соединений.
Существует и так называемый направленный синтез лекарственных веществ. В этом
случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и, незначительно
модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта замена влияет на
биологическую активность соединения. Порой достаточно минимальных изменений в
структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем снять его биологическую
активность. Пример: в молекуле морфина, который обладает сильным
болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода на метильную
группу и получили другое лекарство – кодеин. Болеутоляющее действие кодеина в
десять раз меньше, чем морфина, но зато он оказался хорошим средством против
кашля. Заменили два атома водорода на метил в том же морфине – получили
тебаин. Это вещество уже совсем “не работает” как обезболиватель и не
помогает от кашля, но вызывает судороги.
В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск лекарственных
средств на основе общетеоретических представлений о механизме биохимических
процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с реакциями вне
организма и о факторах, влияющих на такие реакции.
Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и путем
небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат. Именно так,
химической модификацией природного пенициллина, получены многие его
полусинтетические аналоги, например оксацилин.
После того, как биологически активное соединение отобрано, определена его
формула и структура, нужно исследовать, не является ли это вещество ядовитым,
не оказывает ли на организм побочных воздействий. Это выясняют биологи и
медики. А затем снова очередь за химиками – они должны предложить наиболее
оптимальный способ, которым это вещество будут получать в промышленности.
Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими трудностями и оно обходится
так дорого, что применение его в качестве лекарства на данном этапе не
возможно.
Классификация лекарственных веществ
Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям: фармакологическая и
химическая.
Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно этой
классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости от их
действия на системы и органы. Например: 1. снотворные и успокаивающие
(седативные); 2. сердечно – сосудистые; 3. анальгезирующие (болеутоляющие),
жаропонижающие и противовоспалительные; 4. противомикробные (антибиотики,
сульфаниламидные препараты и др.);
5. местно-анестезирующие; 6. антисептические; 7. диуретические; 8. гормоны;
9. витамины и др.
В основу химической классификации положено химическое строение и свойства
веществ, причем в каждой химической группе могут быть вещества с различной
физиологической активностью. По этой классификации лекарственные вещества
подразделяются на неорганические и органические. Неорганические вещества
рассматриваются по группам элементов периодической системы Д. И. Менделеева и
основным классам неорганических веществ (оксиды, кислоты, основания, соли).
Органические соединения делятся на производные алифатического,
алициклического, ароматического и гетероциклического рядов. Химическая
классификация более удобна для химиков, работающих в области синтеза
лекарственных веществ.
Характеристика лекарственных веществ.
Местноанестезирующие средства
Большое практическое значение имеют синтетические анестезирующие
(обезболивающие) вещества, полученные на основе упрощения структуры кокаина.
К ним относятся анестезин, новокаин, дикаин. Кокаин – природный алкалоид,
полученный из листьев растения кока, произрастающего в Южной Америке. Кокаин
обладает анестезирующим свойством, но вызывает привыкание, что осложняет его
использование. В молекуле кокаина анестизиоморфная группировка представляет
собой метилалкиламино-пропиловый эфир бензойной кислоты. Позднее было
установлено, что лучшим действием обладают эфиры парааминобензойной кислоты.
К таким соединениям относятся анестезин и новокаин. Они менее токсичны по
сравнению с кокаином и не вызывают побочных явлений. Новокаин в 10 раз менее
активен, чем кокаин, но примерно в 10 раз и менее токсичен.
Главенствующее место в арсенале обезболивающих средств веками занимал морфин
– основной действующий компонент опия. Он использовался еще в те времена, к
которым относятся первые дошедшие до нас письменные источники.
Основные недостатки морфина – возникновение болезненного пристрастия к нему и
угнетение дыхания. Хорошо известны производные морфина – кодеин и героин.
Снотворные средства
Вещества, вызывающие сон, относятся к разным классам, но наиболее известны
производные барбитуровой кислоты (полагают, что ученый, получивший это
соединение, назвал его по имени своей приятельницы Барбары). Барбитуровая
кислота образуется при взаимодействии мочевины с малоновой кислотой. Ее
производные называются барбитуратами, например фенобарбитал (люминал),
барбитал (веронал) и др.
Все барбитураты угнетают нервную систему. Амитал обладает широким спектром
успокоительного воздействия. У некоторых пациентов этот препарат снимает
торможение, связанное с мучительными, глубоко спрятанными воспоминаниями.
Некоторое время даже считалось, что его можно использовать как сыворотку
правды.
Организм человека привыкает к барбитуратам при частом их употреблении как
успокаивающих и снотворных средств, поэтому люди пользующиеся барбитуратами,
обнаруживают, что им нужны все большие дозы. Самолечение этими препаратами
может принести значительный вред здоровью.
Трагические последствия может иметь сочетание барбитуратов с алкоголем.
Совместное их действие на нервную систему гораздо сильнее действия даже более
высоких доз в отдельности.
В качестве успокаивающего и снотворного средства широко используется
димедрол. Он не является барбитуратом, а относится к простым эфирам. Димедрол
– активный противогистаминный препарат. Он оказывает местноанестезирующее
действие, однако в основном применяется при лечении аллергических
заболеваний.
Психотропные средства
Все психотропные вещества по их фармакологическому действию можно разделить
на две группы:
1) Транквилизаторы – вещества, обладающие успокаивающими свойствами. В
свою очередь транквилизаторы подразделяются на две подгруппы:
– Большие транквилизаторы (нейролептические средства). К ним относятся
производные фенотиазина. Аминазин применяется как эффективное средство при
лечении психических больных, подавляя у них чувство страха, тревоги,
рассеянность.
– Малые транквилизаторы (атарактические средства). К ним относятся
производные пропандиола (мепротан, андаксин), дифенилметана (атаракс,
амизил)вещества, имеющие различную химическую природу (диазепам, элениум,
феназепам, седуксен и др.). Седуксен и элениум применяются при неврозах, для
снятия чувства тревоги. Хотя токсичность их невелика, наблюдаются побочные
явления (сонливость, головокружение, привыкание к препаратам). Их не следует
применять без назначения врача.
2) Стимуляторы – вещества, обладающие антидепрессивным действием
(фторазицин, индопан, трансамин и др.)
Анельгезирующие, жаропонижающие и противовоспалительные средства
Крупная группа лекарственных препаратов – производные салициловой кислоты
(орто-гидроксибензойной). Ее можно рассматривать как бензойную кислоту,
содержащую в орто-положении гидроксил, либо как фенол, содержащий в орто-
положении карбоксильную группу.
Салициловая кислота – сильное дезинфицирующее средство. Ее натриевая соль
применяется как болеутоляющее, противовоспалительное, жаропонижающее средство
и при лечении ревматизма.
Из производных салициловой кислоты наиболее известен ее сложный эфир-
ацетилсалициловая кислота, или аспирин. Аспирин – молекула, созданная
искусственно, в природе он не встречается.
При введении в организм ацетилсалициловая кислота в желудке не изменяется, а
в кишечнике под влиянием щелочной среды распадается, образуя анионы двух
кислот – салициловой и уксусной. Анионы попадают в кровь и переносятся ею в
различные ткани. Активным началом, обусловливающим физиологическое действие
аспирина, является салицилат-ион.
Ацетилсалициловая кислота обладает противоревматическим,
противовоспалительным, жаропонижающим и болеутоляющим действием. Она также
выводит из организма мочевую кислоту, а отложение ее солей в тканях (подагра)
вызывает сильные боли. При приеме аспирина могут возникнуть желудочно-
кишечные кровотечения, а иногда – аллергия.
Лекарственные вещества были получены за счет взаимодействия карбоксильной
группы салициловой кислоты с различными реагентами. Например, при действии
аммиака на метиловый эфир салициловой кислоты остаток метилового спирта
заменяется аминогруппой и образуется амид салициловой кислоты – салициламид.
Он используется как противоревматическое, противовоспалительное,
жаропонижающее средство. В отличие от ацетилсалициловой кислоты салициламид
в организме с большим трудом подвергается гидролизу.
Салол – сложный эфир салициловой кислоты с фенолом (фенилсалицилат)
обладает дезинфицирующими, антисептическими свойствами и употребляется при
заболеваниях кишечника.
Замена в бензольном кольце салициловой кислоты одного из водородных атомов на
аминогруппу приводит к пара-аминосалициловой кислоте (ПАСК), которая
используется как противотуберкулезный препарат.
Распространенными жаропонижающими и болеутоляющими средствами являются
производные фенилметилпиразолона – амидопирин и анальгин. Анальгин обладает
небольшой токсичностью и хорошими терапевтическими свойствами.
Противомикробные средства
В 30-х годах 20 века широко распространились сульфаниламидные препараты
(название произошло от амида сульфаниловой кислоты). В первую очередь это
пара-аминобензолсульфамид, или просто сульфаниламид (белый стрептоцид). Это
довольно простое соединение – производное бензола с двумя заместителями –
сульфамидной группой и аминогруппой. Он обладает высокой противомикробной
активностью. Было синтезировано около 10 000 различных его структурных
модификаций, но лишь около 30 его производных нашли практическое применение в
медицине.
Существенный недостаток белого стрептоцида – малая растворимость в воде. Но
была получена его натриевая соль – стрептоцид, растворимый в воде и
применяющийся для инъекций.
Сульгин – это сульфаниламид, у которого один атом водорода сульфамидной
группы замещен на остаток гуанидина. Он применяется для лечения кишечных
инфекционных заболеваний (дизентерии).
С появлением антибиотиков бурное развитие химии сульфаниламидов спало, но
полностью вытеснить сульфаниламиды антибиотикам не удалось.
Механизм действия сульфаниламидов известен.
Для жизнедеятельности многих микроорганизмов необходима пара-аминобензойная
кислота. Она входит в состав витамина – фолиевой кислоты, которая для
бактерий является фактором роста. Без фолиевой кислоты бактерии не могут
размножаться. По своей структуре и размерам сульфаниламид близок к пара-
аминобензойной кислоте, что позволяет его молекуле занять место последней в
фолиевой кислоте. Когда мы вводим в организм, зараженный бактериями,
сульфаниламид, бактерии, “не разобравшись”, начинают синтезировать фолиевую
кислоту, используя вместо аминобензойной кислоты стрептоцид. В результате
синтезируется “ложная” фолиевая кислота, которая не может работать как фактор
роста и развитие бактерий приостанавливается. Так сульфаниламиды
“обманывают” микробов.
Антибиотики
Обычно антибиотиком называют вещество, синтезируемое одним микроорганизмом и
способное препятствовать развитию другого микроорганизма. Слово “антибиотик”
состоит из двух слов: от греч. anti – против и греч. bios – жизнь, то есть
вещество, действующее против жизни микробов.
В 1929 г. случайность позволила английскому бактериологу Александру Флемингу
впервые наблюдать противомикробную активность пенициллина. Культуры
стафилококка, которые выращивались на питательной среде, были случайно
заражены зеленой плесенью. Флеминг заметил, что стафилококковые палочки,
находящиеся по соседству с плесенью, разрушались. Позднее было установлено,
что плесень относится к виду Penicillium notatum.
В 1940 году удалось выделить химическое соединение, которое производил
грибок. Его назвали пенициллином. В 1941 году пенициллин был опробован на
человеке как препарат для лечения болезней, вызываемых стафилококками,
стрептококками, пневмококками и др. микроорганизмами.
В настоящее время описано около 2000 антибиотиков, но лишь около 3% из них
находят практическое применение, остальные оказались токсичными. Антибиотики
обладают очень высокой биологической активностью. Они относятся к различным
классам соединений с небольшим молекулярным весом.
Антибиотики различаются по своей химической структуре и механизмом действия
на вредные микроорганизмы. Например, известно, что пенициллин не дает
возможности бактериям производить вещества, из которых они строят свою
клеточную стенку. Нарушение или отсутствие клеточной стенки может привести к
разрыву бактериальной клетки и выливанию ее содержимого в окружающее
пространство. Это может также позволить антителам проникнуть в бактерию и
уничтожить ее. Пенициллин эффективен только против грамположительных
бактерий. Стрептомицин эффективен и против грамположительных и
грамотрицательных бактерий. Он не позволяет бактериям синтезировать
специальные белки, нарушая таким образом их жизненный цикл. Стрептомицин
вместо РНК вклинивается в рибосому и все время путает процесс считывания
информации с мРНК. Существенным недостатком стрептомицина является
чрезвычайно быстрое привыкание к нему бактерий, кроме того, препарат вызывает
побочные явления: аллергию, головокружение и т п.
К сожалению, бактерии постепенно приспосабливаются к антибиотикам и поэтому
перед микробиологами постоянно стоит задача создания новых антибиотиков.
Алкалоиды
В 1943 году швейцарский химик А. Гофман исследовал различные вещества
основного характера, выделяемые из растений – алкалоиды (т. е. подобные
щелочам). Однажды химик случайно взял в рот немного раствора диэтиламида
лизергиновой кислоты (ЛСД), выделенного из спорыньи, – грибка, растущего на
ржи. Через несколько минут у исследователя появились признаки шизофрении –
начались галлюцинации, сознание помутилось, речь стала бессвязной. “Я
чувствовал, что плыву где-то вне своего тела, описывал впоследствии свое
состояние химик. – Поэтому я решил, что умер“. Так Гофман понял, что он
открыл сильнейший наркотик, галлюциноген. Оказалось, что достаточно
0,005 мг ЛСД попасть в мозг человека, чтобы вызвать галлюцинации. Многие
алкалоиды принадлежат к ядам и наркотикам. С 1806 года был известен морфин,
выделяемый из сока головок мака. Это хорошее обезболивающее средство, однако
при длительном применении морфина у человека вырабатывается к нему
привыкание, организму требуются все большие дозы наркотика. Таким же
действием обладает сложный эфир морфина и уксусной кислоты – героин.
Алкалоиды – весьма обширный класс органических соединений, оказывающих самое
различное действие на организм человека. Среди них и сильнейшие яды
(стрихнин, бруцин, никотин), и полезные лекарства (пилокарпин – средство для
лечения глаукомы, атропин – средство для расширения зрачков, хинин – препарат
для лечения малярии). К алкалоидам относятся и широко применяемые
возбуждающие вещества – кофеин, теобромин, теофиллин. Кофеин содержится в
зернах кофе (0,7 – 2,5%) и в чае
(1,3 – 3,5%). Он обусловливает тонизирующее действие чая и кофе. Теобромин
добывают из шелухи семян какао, в небольшом количестве он сопутствует кофеину
в чае, теофиллин содержится в чайных листьях и кофейных зернах.
Интересно, что некоторые алкалоиды являются противоядиями по отношению к
своим собратьям. Так, в 1952 г. из одного индийского растения был выделен
алкалоид резерпин, который позволяет лечить не только людей, отравившихся ЛСД
или другими галлюциногенами, но и больных, страдающих шизофренией.
Что еще дает химия для медицины
Большое количество химических веществ служит для изготовления самых
разнообразных протезов. Производятся протезы челюстей, зубов, коленных
чашечек, суставов конечностей из разных химических материалов, которые
успешно применяются в восстановительной хирургии для замены костей, ребер и
пр. Химические заводы выпускают для медицинских целей трубки, шланги, ампулы,
шприцы, белково-витаминные и другие напитки, кислород, перевязочный материал,
аптечную посуду, оптику, красители, больничную мебель и многое другое.
Успехи химии, внедрение ее продуктов в медицину открывают безграничные
возможности для преодоления ряда заболеваний, в первую очередь вирусных и
сердечнососудистых.
Химия с давних времен вторглась в жизнь человека и продолжает
оказывать ему разностороннюю помощь и сейчас. Особенно важна органическая
химия, рассматривающая органические соединения – предельные, непредельные
циклические, ароматические и гетероциклические. Так, на основе непредельных
соединений получают важные виды пластмасс, химические волокна,
синтетические каучуки, соединения с небольшим молекулярным весом – этиловый
спирт, уксусную кислоту, глицерин, ацетон и другие, многие из которых
находят применение в медицине.
В наши дни химики синтезируют большое количество лекарственных
препаратов. По данным международной статистики, химики должны синтезировать
и подвергнуть тщательным испытаниям от 5 до 10 тысяч химических соединений,
чтобы отобрать один лекарственный препарат, эффективный против той или иной
болезни.
Еще М. В. Ломоносов говорил, что “медик без довольного познания химии
совершенным быть не может”. О значении химии для медицины он писал: «От
одной химии уповать можно на исправление недостатков врачебной науки”.
Лекарственные вещества известны с очень древних времен. Например, в
Древней Руси мужской папоротник, мак и другие растения употреблялись как
лекарства. И до сих пор в качестве лекарственных средств используются 25-
30%
различных отваров, настоек и экстрактов растительных и животных организмов.
В последнее время биология, медицинская наука и практика все чаще
используют достижения современной химии. Огромное количество лекарственных
соединений поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств
достигнуты новые успехи. Медицина обогащается все большим количеством новых
лекарственных препаратов, вводятся более совершенные методы их анализа,
позволяющие достаточно точно определить качество (подлинность) лекарств,
содержание в них допустимых и недопустимых примесей.
В каждой стране существует законодательство о фармацевтических
препаратах, изданное отдельной книгой, которая называется фармакопеей.
Фармакопея является сборником общегосударственных стандартов и положений,
нормирующих качество лекарственных средств. Изложенные в фармакопее
стандарты и обязательные нормы для медикаментов, сырья и препаратов
применяются при изготовлении лекарственных форм и являются обязательным для
провизора, врача, организаций, учреждений, изготовляющих и применяющих
лекарственные средства. По фармакопее лекарственные препараты анализируются
для проверки их качества.
Немного истории
Фармацевтическая промышленность является сравнительно молодой отраслью
производства. Еще в середине 19 столетия производство лекарственных средств
в мире было сосредоточено в разобщенных аптеках, в которых провизоры
изготовляли препараты по только им известным рецептам, передававшимся по
наследству. Большую роль в то время играли средства неродной медицины.
Фармацевтическое производство развивалось неравномерно и зависело от
ряда обстоятельств. Так, работы Луи Пастера в 60-х годах 19 века послужили
основой для производства вакцин, сывороток. Освоение промышленного синтеза
красителей в Германии в последней четверти 19 века привело к производству
лекарств фенацетина и антипирина.
В 1904 г. немецкий врач Пауль Эрлих заметил, что при введении
некоторых красителей в ткани подопытных животных эти красители лучше
окрашивают клетки бактерий, чем клетки животного, в которых эти бактерии
живут. Напрашивался вывод: можно найти такое вещество, которое настолько
“закрасит” бактерию, что она погибнет, но в то же время не тронет ткани
человека. И Эрлих нашел краситель, который внедрялся в трипаносомы,
вызывающие у человека сонную болезнь. Вместе с тем для мышей. на которых
проводился опыт, краситель был безвреден. Эрлих опробовал краситель на
зараженных мышах; у них болезнь протекала легче, но все же краситель был
слабым ядом для трипаносом. Тогда Эрлих ввел в молекулу красителя атомы
мышьяка – сильнейшего яда. Он надеялся, что краситель “утащит” весь мышьяк
в клетки трипаносом, а мышам его достанется совсем не много. Так и
случилось. К 1909 г. Эрлих доработал свое лекарство, синтезировав вещество,
избирательно поражавшее трипаносомы, но малотоксичное для теплокровных
животных – 3,3’-диамино-4.4’-дигидроксиарсенобензол. В его молекуле два
атома мышьяка. Так начиналась химия синтетических лекарственных препаратов.
До 30-х годов 20 века в фармацевтической химии основное место
занимали лекарственные растения (травы). В середине 30-х годов 20 века
фармацевтическая промышленность стала на путь целенаправленного
органического синтеза, чему способствовало обнаруженное немецким биологом
Г. Домагком (19340) антибактериальное свойство красителя – пронтозила,
синтезированного в 1932 г. Начиная с 1936 г. на основе этого соединения
широко развернулись поиски так называемых сульфаниламидных антикокковых
препаратов.
Источники получения фармацевтических препаратов
Все лекарственные вещества могут быть разделены на две большие группы:
неорганические и органические. Те и другие получаются из природного сырья и
синтетически.
Сырьем для получения неорганических препаратов являются горные
породы, руды, газы, вода озер и морей, отходы химических производств.
Сырьем для синтеза органических лекарственных препаратов служат
природный газ, нефть, каменный уголь, сланцы и древесина. Нефть и газ
являются ценным источником сырья для синтеза углеводородов, являющихся
полупродуктами при производстве органических веществ и лекарственных
препаратов. Полученные из нефти вазелин, вазелиновое масло, парафин
применяются в медицинской практике.
Создание лекарственных препаратов
Как ни много известно лекарственных препаратов, как ни богат их
выбор, предстоит еще немало сделать в этой области. Как же в наше время
создаются новые лекарства?
В первую очередь нужно найти биологически активное соединение,
оказывающее то или иное благоприятное воздействие на организм. Существуют
несколько принципов такого поиска.
Весьма распространен эмпирический подход, не требующий знания ни
структуры вещества, ни механизма его воздействия на организм. Тут можно
выделить два направления. Первое – это случайные открытия. Например, было
случайно открыто слабительное действие фенолфталеина (пургена) а также
галлюциногенное действие некоторых наркотических веществ. Другое
направление – это так называемый метод “просеивания”, когда сознательно, с
целью выявления нового биологически активного препарата проводят испытания
многих химических соединений.
Существует и так называемый направленный синтез лекарственных
веществ. В этом случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и,
незначительно модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта
замена влияет на биологическую активность соединения. Порой достаточно
минимальных изменений в структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем
снять его биологическую активность. Пример: в молекуле морфина, который
обладает сильным болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода
на метильную группу и получили другое лекарство – кодеин. Болеутоляющее
действие кодеина в десять раз меньше, чем морфина, но зато он оказался
хорошим средством против кашля. Заменили два атома водорода на метил в том
же морфине – получили тебаин. Это вещество уже совсем “не работает” как
обезболиватель и не помогает от кашля, но вызывает судороги.
В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск
лекарственных средств на основе общетеоретических представлений о механизме
биохимических процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с
реакциями вне организма и о факторах, влияющих на такие реакции.
Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и
путем небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат.
Именно так, химической модификацией природного пенициллина, получены многие
его полусинтетические аналоги, например оксацилин.
После того, как биологически активное соединение отобрано, определена
его формула и структура, нужно исследовать, не является ли это вещество
ядовитым, не оказывает ли на организм побочных воздействий. Это выясняют
биологи и медики. А затем снова очередь за химиками – они должны предложить
наиболее оптимальный способ, которым это вещество будут получать в
промышленности. Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими
трудностями и оно обходится так дорого, что применение его в качестве
лекарства на данном этапе не возможно.
Классификация лекарственных веществ
Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям:
фармакологическая и химическая.
Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно
этой классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости
от их действия на системы и органы. Например: 1. снотворные и успокаивающие
(седативные); 2. сердечно – сосудистые; 3. анальгезирующие (болеутоляющие),
жаропонижающие и противовоспалительные; 4. противомикробные (антибиотики,
сульфаниламидные препараты и др.);
5. местно-анестезирующие; 6. антисептические; 7. диуретические; 8. гормоны;
9. витамины и др.
В основу химической классификации положено химическое строение и
свойства веществ, причем в каждой химической группе могут быть вещества с
различной физиологической активностью. По этой классификации лекарственные
вещества подразделяются на неорганические и органические. Неорганические
вещества рассматриваются по группам элементов периодической системы Д. И.
Менделеева и основным классам неорганических веществ (оксиды, кислоты,
основания, соли). Органические соединения делятся на производные
алифатического, алициклическог
соединений с небольшим молекулярным весом.
Антибиотики различаются по своей химической структуре и механизмом
действия на вредные микроорганизмы. Например, известно, что пенициллин не
дает возможности бактериям производить вещества, из которых они строят
свою клеточную стенку. Нарушение или отсутствие клеточной стенки может
привести к разрыву бактериальной клетки и выливанию ее содержимого в
окружающее пространство. Это может также позволить антителам проникнуть в
бактерию и уничтожить ее. Пенициллин эффективен только против
грамположительных бактерий. Стрептомицин эффективен и против
грамположительных и грамотрицательных бактерий. Он не позволяет бактериям
синтезировать специальные белки, нарушая таким образом их жизненный цикл.
Стрептомицин вместо РНК вклинивается в рибосому и все время путает процесс
считывания информации с мРНК. Существенным недостатком стрептомицина
является чрезвычайно быстрое привыкание к нему бактерий, кроме того,
препарат вызывает побочные явления: аллергию, головокружение и т п.
К сожалению, бактерии постепенно приспосабливаются к антибиотикам
и поэтому перед микробиологами постоянно стоит задача создания новых
антибиотиков.
Алкалоиды
В 1943 году швейцарский химик А. Гофман исследовал различные вещества
основного характера, выделяемые из растений – алкалоиды (т. е. подобные
щелочам). Однажды химик случайно взял в рот немного раствора диэтиламида
лизергиновой кислоты (ЛСД), выделенного из спорыньи, – грибка, растущего
на ржи. Через несколько минут у исследователя появились признаки
шизофрении – начались галлюцинации, сознание помутилось, речь стала
бессвязной. “Я чувствовал, что плыву где-то вне своего тела, описывал
впоследствии свое состояние химик. – Поэтому я решил, что умер“. Так
Гофман понял, что он открыл сильнейший наркотик, галлюциноген. Оказалось,
что достаточно
0,005 мг ЛСД попасть в мозг человека, чтобы вызвать галлюцинации. Многие
алкалоиды принадлежат к ядам и наркотикам. С 1806 года был известен
морфин, выделяемый из сока головок мака. Это хорошее обезболивающее
средство, однако при длительном применении морфина у человека
вырабатывается к нему привыкание, организму требуются все большие дозы
наркотика. Таким же действием обладает сложный эфир морфина и уксусной
кислоты – героин.
Алкалоиды – весьма обширный класс органических соединений,
оказывающих самое различное действие на организм человека. Среди них и
сильнейшие яды (стрихнин, бруцин, никотин), и полезные лекарства
(пилокарпин – средство для лечения глаукомы, атропин – средство для
расширения зрачков, хинин – препарат для лечения малярии). К алкалоидам
относятся и широко применяемые возбуждающие вещества – кофеин, теобромин,
теофиллин. Кофеин содержится в зернах кофе (0,7 – 2,5%) и в чае
(1,3 – 3,5%). Он обусловливает тонизирующее действие чая и кофе. Теобромин
добывают из шелухи семян какао, в небольшом количестве он сопутствует
кофеину в чае, теофиллин содержится в чайных листьях и кофейных зернах.
Интересно, что некоторые алкалоиды являются противоядиями по
отношению к своим собратьям. Так, в 1952 г. из одного индийского растения
был выделен алкалоид резерпин, который позволяет лечить не только людей,
отравившихся ЛСД или другими галлюциногенами, но и больных, страдающих
шизофренией.
Что еще дает химия для медицины
Большое количество химических веществ служит для изготовления самых
разнообразных протезов. Производятся протезы челюстей, зубов, коленных
чашечек, суставов конечностей из разных химических материалов, которые
успешно применяются в восстановительной хирургии для замены костей, ребер
и пр. Химические заводы выпускают для медицинских целей трубки, шланги,
ампулы, шприцы, белково-витаминные и другие напитки, кислород,
перевязочный материал, аптечную посуду, оптику, красители, больничную
мебель и многое другое.
Успехи химии, внедрение ее продуктов в медицину открывают
безграничные возможности для преодоления ряда заболеваний, в первую
очередь вирусных и сердечно – сосудистых.
ВВЕДЕНИЕ
Химики второй половины XX века продолжили дело предков и очень активно занимались исследованиями живой природы. В пользу этого тезиса может свидетельствовать хотя бы тот факт, что из 39 Нобелевских премий по химии, врученных за последние 20 лет (1977-1996), 21 премия (больше половины! а ведь отраслей химии очень много) была получена за решение химико-биологических проблем. Это и неудивительно, ведь живая клетка это настоящее царство больших и малых молекул, которые непрерывно взаимодействуют, образуются и распадаются… В организме человека реализуется около 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупность различных химических превращений. В одной клетке организма может происходить примерно 2000 реакций . Все эти процессы осуществляются при помощи сравнительно небольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химия характеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений, состоящих из неорганических и органических остатков.
Глава 1. СОВРЕМЕННАЯ ХИМИЯ И МЕДИЦИНА
Неорганические части представлены водой и ионами различных металлов, галогенов и фосфора (в основном), органические части представлены белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами и достаточно обширной группой низкомолекулярных биорегуляторов, таких как гормоны, витамины, антибиотики, простагландины, алкалоиды, регуляторы роста и т.д.
Для современных врачей и фармацевтов изучение неорганической химии также имеет большое значение, так как многие лекарственные препараты имеют неорганическую природу. Поэтому медики должны четко знать их свойства: растворимость, механическую прочность, реакционную способность, влияние на человека и окружающую среду.
Современная медицина широко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организме и возникновением и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенно чутко организм реагирует на изменение в нем концентрации микроэлементов, т. е. элементов, присутствующих в организме в количестве, меньшем 1 г на 70 кг массы человеческого тела. К таким элементам относятся медь, цинк, марганец, молибден, кобальт, железо, никель.
Из неметаллоидов в живых системах практически всегда можно встретить атомы водорода, кислорода, азота, углерода, фосфора и серы в составе органических соединений и атомы галогенов и бора как в виде ионов, так и в составе органических частиц. Отклонение в содержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит к достаточно тяжелым нарушениям метаболизма.
Большая часть болезней обусловлена отклонением концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связано с тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходит в несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, они являются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-то звено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточную функцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимых веществ.
Доказано, что с изменением концентрации цинка связано течение раковых заболеваний, кобальта и марганца – заболеваний сердечной мышцы, никеля – процессов свертывания крови. Определение концентрации этих элементов в крови позволяет иногда обнаружить ранние стадии различных болезней. Так, изменение концентрации цинка в сыворотке крови связано с протеканием заболеваний печени и селезенки, а концентраций кобальта и хрома — некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.
В поддержании нормальной жизнедеятельности организма очень велика роль органических молекул. Их можно разделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы:
биологические макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры (нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витамины и многие другие вещества).
Для химии особенно важно установление связи между строением вещества и его свойствами, в частности, биологическим действием. Для этого используется множество современных методов, входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.
В современной науке на границе химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаются используемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принято объединять под термином “физико-химическая биология”. К этому направлению относят:
а) химию природных соединений (биоорганическая и бионеорганическая химия bioorganic chemistry and inorganic biochemistry соответственно);
б) биохимию;
в) биофизику;
г) молекулярную биологию;
д) молекулярную генетику;
е) фармакологию и молекулярную фармакологию и множество смежных дисциплин. В большей части современных биологических исследований активно используются химические и физико-химические методы. Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология, был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ. Даже такая классическая “чисто биологическая” наука, как физиология, все более активно использует достижения химии и биохимии. В США Национальные Институты Здоровья (National Institutes of health USA) в настоящее время финансируют направления медицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздо меньше, чем биохимические, считая физиологию “неперспективной и отжившей свое” наукой. Возникают такие, кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки, как молекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые виды медико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощью которого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит; применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методов позволяет теперь определять множество важных веществ не нарушая целостности кожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологической жидкости.
Итак, чем же занимаются все вышеперечисленные науки, являющиеся различными ветвями физико-химической биологии?
Основой химии природных соединений явилась традиционная органическая химия, которая первоначально рассматривалась как химия веществ, встречающихся в живой природе. Современная же органическая химия занимается всеми соединениями, имеющими углеродные (или замещенные гетероаналогами углерода) цепочки, а биоорганическая химия, исследующая природные соединения, выделилась в отдельную отрасль науки. Химия природных соединений возникла в середине XIX века, когда были синтезированы некоторые жиры, сахара и аминокислоты (это связано с работами М. Бертло, Ф. Велера, А. Бутлерова, Ф. Кекуле и др.).
Первые подобные белкам полипептиды были созданы в начале нашего века, тогда же Э. Фишер вместе с другими исследователями внес свой вклад в исследование Сахаров. Развитие исследований по химии природных веществ продолжалось нарастающими темпами вплоть до середины XX века. Вслед за алкалоидами, терпенами и витаминами эта наука стала изучать стероиды, ростовые вещества, антибиотики, простагландины и другие низкомолекулярные биорегуляторы. Наряду с ними химия природных соединений изучает биополимеры биоолигомеры (нуклеиновые кислоты, белки, нуклеопротеиды, гликопротеины, липопротеины, гликолипиды и др.). Основной арсенал методов исследования составляют методы органической химии, однако для решения структурно-функциональных задач активно привлекаются и разнообразные физические, физико-химические, математические и биологические методы. Основными задачами, решаемыми химией природных соединений, являются:
а) выделение в индивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации, ультрацентрифугирования, противоточного распределения и т.п.;
б) установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической и физической органической химии с применением масс-спектроскопии, различных видов оптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализа ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др.;
в) химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогов и производных, с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения препаратов, ценных для практического использования;
г) биологическое тестирование полученных соединений in vitro и in vivo.
Крупнейшими достижениями химии природных соединений явились расшифровка строения и синтез биологически важных алкалоидов, стероидов и витаминов, полный химический синтез некоторых пептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др. соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидные последовательности множества генов и т.д. и т.п.
Появление науки биохимии обычно связывают с открытием явления ферментативного катализа и самих биологических катализаторов ферментов, первые из которых были идентифицированы и выделены в кристаллическом состоянии в 20х годах двадцатого столетия. Биохимия изучает химические процессы, происходящие непосредственно в живых организмах и использует химические методы в исследовании биологических процессов. Крупнейшими событиями в биохимии явились установление центральной роли АТФ в энергетическом обмене, выяснение химических механизмов фотосинтеза, дыхания и мышечного сокращения, открытие трансаминирования, установление механизма транспорта веществ через биологические мембраны и т.п.
Молекулярная биология возникла в начале 50х годов, когда Дж. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК, что позволило начать изучение путей хранения и реализации наследственной информации.
Крупнейшие достижения молекулярной биологии открытие генетического кода, механизма биосинтеза белков в рибосомах, основы функционирования переносчика кислорода гемоглобина.
Следующим шагом на этом пути явилось возникновение молекулярной генетики, которая изучает механизмы работы единиц наследственной информации генов, на молекулярном уровне. Одной из актуальнейших проблем молекулярной генетики является установление путей регуляции экспрессии генов перевод гена из активного состояния в неактивное и обратно; регуляция процессов транскрипции и трансляции. Практическим приложением молекулярной генетики явилась разработка методов генной инженерии и генотерапии, которые позволяют модифицировать наследственную информацию, хранящуюся в живой клетке, таким образом, что необходимые вещества будут синтезироваться внутри самой клетки, что позволяет получать биотехнологическим путем множество ценных соединений, а также нормализовать баланс веществ, нарушившийся во время болезни. Суть генной инженерии рассечение молекулы ДНК на отдельные фрагменты, что достигается с помощью ферментов и химических реагентов, с последующим соединением; эта операция производится с целью вставки в эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов нового фрагмента гена, отвечающего за синтез нужного нам вещества, вместе с так называемыми регуляторами участками ДНК, обеспечивающими активность “своего” гена. Уже сейчас с помощью генной инженерии получают многие лекарственные препараты, преимущественно белковой природы: инсулин, интерферон, соматотропин и др.
Глава 2. ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «ХИМИЯ И МЕДИЦИНА»
химия медицина курс обучение
В наш информационный век – век модернизации биологического и химического образования, как ни странно, школьники обладают достаточно скудными знаниями о своем организме, способах сохранения здоровья и выхода из ситуаций, когда организму требуется «ремонт». Для выявления причин требуемого «ремонта» необходимо знать, что собой представляет человеческий организм с точки зрения химии и биологии, что лежит в основе сохранения и поддержания здоровья, как помочь своему организму справиться с простудными заболеваниями и что лучше применить: лекарственные или растительные препараты.
При изучении этого курса формируются понятия о здоровье, компонентах и показателях здоровья, факторах, определяющих здоровье (наследственность, продукты питания, качество среды обитания, образ жизни), о лекарствах и их действии на организм, правильном их употреблении. Всегда необходимо помнить о том, что «доза может убить и доза может вылечить».
Курс «Химия и медицина» позволяет погрузиться в систему вопросов по биологии и химии: химические свойства металлов и неметаллов, химические реакции, химия клетки, продукты питания, наследственность организма.
Содержание данного курса вводит учащихся в область теоретических основ медицины, связанных с сохранением здоровья, частично обеспечивает профессиональную ориентацию старшеклассников, а интерес ко всему этому способны стимулировать следующие высказывания.
• В основе жизни лежат химические процессы, а заболевания – это результат нарушения их в организме, который является большой ретортой.
Т. Парацельс
• Все есть яд, ничто не лишено ядовитости, и все есть лекарство. Лишь только доза делает лекарство ядом или лекарством.
Т. Парацельс
• Жизнь – это вечное движение жидкостей между клетками и внутри клеток. Остановка этого движения приводит к смерти. Частичное замедление этого движения в каком-то органе вызывает частичное расстройство. Общее замедление движения внеклеточных жидкостей вызывает болезнь.
Врач А.С. Залманов, «Тайная мудрость»
• Я не степью хожу –Я хожу по аптеке,Разбираясь в ее травяной картотеке.Беспредельная степь,Бесконечная степь,Ты природой написанныйСтранный рецепт.
С. Кирсанов
• Другого ничего в природе нет,Ни здесь, ни там в космических глубинах:Все – от песчинок малых до планет – Из элементов состоит единых.
С. Щипачев
• Что не излечивают лекарства, то излечивает железо, что не излечивает железо, то излечивает огонь.
Гиппократ
Цели курса.
1. Расширить знания учащихся об организме как химической фабрике.
2. Продолжить формирование у учащихся понимания важности сохранения здоровья на биологическом и химическом уровне.
3. Сформировать у учащихся навыки элементарной медицины.
Задачи курса.
1. Актуализировать и расширить знания учащихся по вопросам здоровьесбережения.
2. Научить школьников анализировать образ жизни с точки зрения влияния на здоровье.
3. Выработать у учащихся навыки оценки функционального состояния своего организма.
4. Обеспечить профессиональную ориентацию старшеклассников.
Структура и содержание курса (34 ч)
Занятие Kоличество часов Темазанятия Виддеятельности Введение в курс «Химия и медицина» (24 ч)
1, 2 2 Почему надо лечить организм Лекция Химия и здоровье (12 ч)
3 1 Факторы, влияющие на здоровье человека Беседа 45 2 Формула здоровья Лекция, беседа 6 1 Химические элементы и жизнедеятельность организма Лекция 7, 8 2 Для чего мы едим, и что мы едим. Питание и болезни. Пищевая аллергия Беседа 91011 3 Заболевания, вызванные недостатком химических элементов в организме Лекция, беседа. Сообщения учащихся 12 1 Всему свое время (потребность организма в химических элементах на разных этапах развития) Лекция 13 1 Где «задерживаются» токсические вещества? Лекция 14 1 Заболевания и группы крови «Kруглый стол» Зеркало организма (4 ч)
15 1 Kожа. Характеристика и типы кожи. Kожные заболевания Выступления учащихся 16 1 Зубы – индикатор внутренних проблем организма. Заболевания зубов Лекция 17 1 На приеме у стоматолога Ролевая игра 18 1 Медицина и косметология «Kруглый стол» Химия и медицина (9 ч)
19 1 Развитие медицины, этапы становления Лекция 20 1 Лекарства. Открытие лекарств и лекарственные формы Лекция 2122 2 Kлассификация лекарств Лекция 23 1 Лекарства и растительные препараты Лекция 24 1 Аспирин, стрептоцид: химический состав, путь и действие их в организме Лекция 25 1 Препараты для сердечно-сосудистой системы Лекция 26 1 Антибиотики и их действие на организм Лекция 27 1 Зависимость организма от лекарств Дискуссия Биологически активные соединения (4 ч)
28 1 Витамины. Kлассификация, действие витаминов на организм. Заболевания, вызванные недостатком или избытком витаминов Беседа.Сообщения учащихся 29 1 Ферменты, их классификация, роль в организме. Значение ферментов Лекция 30 1 Гормоны. Значение гормонов. Заболевания, вызванные недостатком или избытком гормонов в организме. Гормональные препараты Лекция 31 1 Обменные процессы в организме. Роль водно-солевого обмена в жизнедеятельности организма Лекция с элементами беседы Генные заболевания у человека (3 ч)
32 1 Генная программа человека Лекция 33 1 Болезни с наследственным предрасположением Лекция 34 1 Социальная среда и человек Беседа пример мазь или эмульсия бензилбензоата – сложного эфира бензойной кислоты и бензилового спирта С6Н5–С(О)–О–СН2–С6Н5.
К сожалению, у многих больных эти средства вызывают аллергию, поэтому до сих пор не потеряли актуальность старые методы лечения, основанные на применении элементной серы в виде мазей на вазелине. Но значительно более эффективен, хотя и трудоемок, метод М.П.Демьяновича. При лечении по этому методу в кожу втирают в течение 10–15 мин 60%-й водный раствор тиосульфата натрия. После высыхания кожи и появления на ней кристалликов втирают в течение 10–15 мин 6%-й водный раствор соляной кислоты. Вымыться разрешается через три дня. К этому времени больной выздоравливает.
Как вы можете объяснить сущность метода Демьяновича с точки зрения химика?
Примечание. При выполнении этого задания желательно обсудить проблемы профилактики чесотки. Это чрезвычайно заразное заболевание, которое передается не только при непосредственном контакте с больным, но и через его личные вещи – одежду, полотенца, а также через бумажные деньги. Лучший способ уберечься от чесотки – строго соблюдать правила личной гигиены.
Задание 3. В книге М.М. Гурвича «Домашняя диетология» для страдающих мочекаменной болезнью приведена такая рекомендация: «Из зелени и овощей в рацион включают те сорта, которые считаются бедными кальцием и щелочными валентностями: горох, брюссельскую капусту, тыкву». Прокомментируйте эту формулировку с позиции химика, а если сможете, то и агронома.
Задание 4. Для лечения малокровия (пониженное содержание в крови гемоглобина) с давних пор применяют препараты железа, в том числе сульфат железа(II), а иногда и восстановленное железо в порошке. Известен и старинный народный рецепт от малокровия – «железное яблоко»: в яблоко (лучше сорт антоновка) втыкают несколько гвоздей и выдерживают сутки. Затем гвозди вынимают, а яблоко съедает больной.
Как вы можете объяснить эффективность «железного яблока» с точки зрения химика?
Задание 5. Лечение травами становится все более популярным, однако большинство людей не соблюдают точно правила приготовления отваров и настоев, особенно дозировку сырья, хотя это очень важно при лечении этим способом. Большинство трав рекомендуют заваривать в такой пропорции: 20 г (одна полная столовая ложка) сухой измельченной травы на стакан (200 мл) кипящей воды, т. е. соотношение массовых частей 1:10. Летом можно готовить препараты не из сушеных, а из свежесобранных трав. Как при этом правильно рассчитать соотношение травы и воды, чтобы получить настой той же концентрации?
Примечание. Влажность правильно высушенной травы 8–15%; в свежесорванных растениях в зависимости от их вида содержание воды колеблется от 70 до 95%.
Задание 6. Для уменьшения кислотности желудочного сока и снижения его ферментной активности при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гастритах с повышенной кислотностью в арсенале врачей есть такие препараты, как бекарбон (одна таблетка содержит сухого экстракта красавки 0,01 г и гидрокарбоната натрия 0,3 г), оксид магния МgО, магнезия белая Мg(ОН)2•4МgCO3•H2О, викалин (в состав которого входит BiNO3(OH)2, Мg(ОН)2•4МgCO3•H2О, NaHCO3), гидроксид алюминия (в виде аморфного белого порошка), алмагель (смесь специально приготовленного геля Al(OH)3 с MgO и сорбитом).
Многие больные до сих пор при отсутствии этих лекарств пользуются обычной питьевой содой, чтобы избавиться от изжоги (что врачи делать не рекомендуют!). Попробуйте сравнить механизм действия всех названных препаратов и объяснить, какими преимуществами обладает каждый из них. Почему врачи сейчас отдают предпочтение препаратам на основе Al(OH)3 и не рекомендуют принимать соду для нейтрализации избыточной кислотности желудочного сока?
Задание 7. Профессиональные спортсмены обычно имеют при себе препараты для неотложной помощи при небольших травмах (например, растяжение связок голеностопного сустава). В качестве таких препаратов часто используют этилхлорид C2H5Cl в ампулах или комплект из двух герметичных пакетов: в одном находится сухой NH4NO3, в другом – вода. Оба препарата действуют одинаково: вызывают быстрое охлаждение поврежденного сустава – это снимает боль и отечность. Однако, с точки зрения химика, их действие принципиально различается. Попробуйте объяснить, в чем заключается различие.
Подсказка: температура кипения этилхлорида 12–16 °С.
Задание 8. Многим известен способ лечения насморка или радикулита с помощью поваренной соли. Ее нагревают на сковороде или в духовке, насыпают в мешочек из плотной ткани, а мешочек прикладывают к больному месту на несколько часов.
Какие свойства поваренной соли использованы в этом рецепте? Кстати, вместо соли можно использовать и чистый песок, который, как известно, состоит преимущественно из SiO2.
Задание 9. В рекламе лечебно-косметического крема «Ксения» рассказывается о свойстве этого крема восстанавливать солевой баланс в мышечных и костных тканях. В числе прочих в тексте есть такая фраза: «Тем временем “Ксения” перемывает вам косточки, выясняя свои отношения с кальцием, то бишь известкой, и делает из вас ягодку в полном смысле слова. Если вы пользуетесь “Ксенией”, вам не грозит отложение солей кальция в аорте, сердце и почках. Вы избежите остеохондроза, кальциноза мягких тканей, остеопороза…» Что в этом тексте может вызвать возражение со стороны химика?
Прокомментируйте эту фразу с точки зрения химика.
Задание 10. Кариес стал настоящим бичом населения России. По статистике, им болеют более 96% населения. Одна из мер профилактики – тщательный уход за зубами. Желательно их чистить щеткой после каждого приема пищи. Но есть одно исключение – если вы съели кислые ягоды или фрукты, лучше в течение часа не чистить зубы, особенно жесткой щеткой. Почему?
Подсказка: химический состав зубной эмали близок к составу минерала гидроксилапатита Са5ОН(РО4)3.
Задание 11. Кальций играет важную роль в жизнедеятельности организма. Ионы кальция необходимы для осуществления процесса передачи нервных импульсов, сокращения скелетных мышц и мышцы сердца, формирования костной ткани, свертывания крови. Препараты кальция широко используют, в частности, при лечении переломов, усиленном выделении кальция из организма, что происходит у долго лежащих больных. В арсенале медиков имеется несколько препаратов кальция. Чаще всего применяют глюконат, лактат и глицерофосфат кальция в виде таблеток. По своему действию на организм эти препараты похожи, поэтому врачи нередко рекомендуют приобрести любой из них, оставляя право выбора за пациентом.
Какой препарат рациональнее выбрать из вышеперечисленных, если их цена примерно одинакова?
Ответы и решения
1. Да, этот препарат можно использовать без риска для здоровья. Белый осадок – это карбонат кальция СаСО3, который образовался в результате взаимодействия СаСl2 с СO2 воздуха. Небольшое количеcтво СаСO3 абсолютно безвредно.
Следует помнить, что описанный нами случай все-таки является исключением из общего правила – большинство лекарственных препаратов нельзя употреблять после истечения срока их хранения, указанного на упаковке, т. к. большинство из них являются органическими соединениями сложного состава и продукты их разложения могут быть токсичными.
2. При подкислении раствора тиосульфата натрия происходит образование тиосерной кислоты:
Na2S2O3 + 2HCl = H2S2O3 + 2NaCl.
Тиосерная кислота быстро разлагается с выделением серы и сернистого газа:
H2S2O3 = S + H2O + SO2.
В момент выделения сера особенно активно действует на чесоточного клеща, аналогичным действием обладает и SO2, поэтому метод Демьяновича дает такие хорошие результаты.
3. У химика словосочетание «щелочные валентности» вызывает недоумение. Валентность – это способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи. Но что имел в виду автор под «щелочными валентностями», можно только догадываться. Если воспользоваться справочником, в котором приведен химический состав растительных продуктов, то можно обнаружить, что овощи содержат наряду с кальцием также калий, натрий, рубидий, литий, т. е. щелочные металлы. Можно предположить, что их автор и называет «щелочными валентностями».
Причиной мочекаменной болезни является нарушение солевого обмена в организме, поэтому минеральный состав пищи очень важен для больного, которому необходимо следить за содержанием в его рационе всех минеральных веществ, в том числе и щелочных металлов.
Более корректно, с точки зрения химика, этот совет должен быть сформулирован так: «Из зелени и овощей в рацион включать те, которые бедны кальцием и щелочными металлами». В тексте есть формулировка, некорректная и с точки зрения биолога: термин «сорт» следовало бы заменить термином «вид» или «культура».
4. Железо применяют для лечения малокровия, т. к. оно входит в состав гемоглобина. Яблоки таким больным рекомендуются по той причине, что в них по сравнению с другими фруктами содержится больше железа (в среднем 2200 мг в 100 г продукта). Железо, входящее в состав сплава, из которого сделаны гвозди, растворяются, хотя и медленно, в органических кислотах, содержащихся в яблоке. Яблоко обогащается железом еще больше. Считается, что из всех сортов яблок больше всего железа в антоновке, много в них и кислот, что облегчает растворение железа.
5. Примем для расчета среднеарифметические значения содержания влаги в растениях:
(70 + 95)/2 = 82,5% – свежие,
(8 + 15)/2 = 11,5% – сухие.
Для приготовления одного стакана настоя надо взять 20 г сушеного сырья и 200 г воды. Если массовая доля воды в сушеном сырье составляет 11,5%, то содержание сухого растительного материала составляет (100–11,5)=88,5%. Тогда
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
ВВЕДЕНИЕ
Химики второй половины XX века продолжили дело предков и очень активно занимались исследованиями живой природы. В пользу этого тезиса может свидетельствовать хотя бы тот факт, что из 39 Нобелевских премий по химии, врученных за последние 20 лет (1977-1996), 21 премия (больше половины! а ведь отраслей химии очень много) была получена за решение химико-биологических проблем. Это и неудивительно, ведь живая клетка это настоящее царство больших и малых молекул, которые непрерывно взаимодействуют, образуются и распадаются… В организме человека реализуется около 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупность различных химических превращений. В одной клетке организма может происходить примерно 2000 реакций . Все эти процессы осуществляются при помощи сравнительно небольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химия характеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений, состоящих из неорганических и органических остатков.
Глава 1. СОВРЕМЕННАЯ ХИМИЯ И МЕДИЦИНА
Неорганические части представлены водой и ионами различных металлов, галогенов и фосфора (в основном), органические части представлены белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами и достаточно обширной группой низкомолекулярных биорегуляторов, таких как гормоны, витамины, антибиотики, простагландины, алкалоиды, регуляторы роста и т.д.
Для современных врачей и фармацевтов изучение неорганической химии также имеет большое значение, так как многие лекарственные препараты имеют неорганическую природу. Поэтому медики должны четко знать их свойства: растворимость, механическую прочность, реакционную способность, влияние на человека и окружающую среду.
Современная медицина широко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организме и возникновением и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенно чутко организм реагирует на изменение в нем концентрации микроэлементов, т. е. элементов, присутствующих в организме в количестве, меньшем 1 г на 70 кг массы человеческого тела. К таким элементам относятся медь, цинк, марганец, молибден, кобальт, железо, никель.
Из неметаллоидов в живых системах практически всегда можно встретить атомы водорода, кислорода, азота, углерода, фосфора и серы в составе органических соединений и атомы галогенов и бора как в виде ионов, так и в составе органических частиц. Отклонение в содержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит к достаточно тяжелым нарушениям метаболизма.
Большая часть болезней обусловлена отклонением концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связано с тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходит в несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, они являются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-то звено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточную функцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимых веществ.
Доказано, что с изменением концентрации цинка связано течение раковых заболеваний, кобальта и марганца – заболеваний сердечной мышцы, никеля – процессов свертывания крови. Определение концентрации этих элементов в крови позволяет иногда обнаружить ранние стадии различных болезней. Так, изменение концентрации цинка в сыворотке крови связано с протеканием заболеваний печени и селезенки, а концентраций кобальта и хрома — некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.
В поддержании нормальной жизнедеятельности организма очень велика роль органических молекул. Их можно разделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы:
биологические макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры (нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витамины и многие другие вещества).
Для химии особенно важно установление связи между строением вещества и его свойствами, в частности, биологическим действием. Для этого используется множество современных методов, входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.
В современной науке на границе химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаются используемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принято объединять под термином “физико-химическая биология”. К этому направлению относят:
а) химию природных соединений (биоорганическая и бионеорганическая химия bioorganic chemistry and inorganic biochemistry соответственно);
б) биохимию;
в) биофизику;
г) молекулярную биологию;
д) молекулярную генетику;
е) фармакологию и молекулярную фармакологию и множество смежных дисциплин. В большей части современных биологических исследований активно используются химические и физико-химические методы. Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология, был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ. Даже такая классическая “чисто биологическая” наука, как физиология, все более активно использует достижения химии и биохимии. В США Национальные Институты Здоровья (National Institutes of health USA) в настоящее время финансируют направления медицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздо меньше, чем биохимические, считая физиологию “неперспективной и отжившей свое” наукой. Возникают такие, кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки, как молекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые виды медико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощью которого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит; применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методов позволяет теперь определять множество важных веществ не нарушая целостности кожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологической жидкости.
Итак, чем же занимаются все вышеперечисленные науки, являющиеся различными ветвями физико-химической биологии?
Основой химии природных соединений явилась традиционная органическая химия, которая первоначально рассматривалась как химия веществ, встречающихся в живой природе. Современная же органическая химия занимается всеми соединениями, имеющими углеродные (или замещенные гетероаналогами углерода) цепочки, а биоорганическая химия, исследующая природные соединения, выделилась в отдельную отрасль науки. Химия природных соединений возникла в середине XIX века, когда были синтезированы некоторые жиры, сахара и аминокислоты (это связано с работами М. Бертло, Ф. Велера, А. Бутлерова, Ф. Кекуле и др.).
Первые подобные белкам полипептиды были созданы в начале нашего века, тогда же Э. Фишер вместе с другими исследователями внес свой вклад в исследование Сахаров. Развитие исследований по химии природных веществ продолжалось нарастающими темпами вплоть до середины XX века. Вслед за алкалоидами, терпенами и витаминами эта наука стала изучать стероиды, ростовые вещества, антибиотики, простагландины и другие низкомолекулярные биорегуляторы. Наряду с ними химия природных соединений изучает биополимеры биоолигомеры (нуклеиновые кислоты, белки, нуклеопротеиды, гликопротеины, липопротеины, гликолипиды и др.). Основной арсенал методов исследования составляют методы органической химии, однако для решения структурно-функциональных задач активно привлекаются и разнообразные физические, физико-химические, математические и биологические методы. Основными задачами, решаемыми химией природных соединений, являются:
а) выделение в индивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации, ультрацентрифугирования, противоточного распределения и т.п.;
б) установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической и физической органической химии с применением масс-спектроскопии, различных видов оптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализа ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др.;
в) химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогов и производных, с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения препаратов, ценных для практического использования;
г) биологическое тестирование полученных соединений in vitro и in vivo.
Крупнейшими достижениями химии природных соединений явились расшифровка строения и синтез биологически важных алкалоидов, стероидов и витаминов, полный химический синтез некоторых пептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др. соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидные последовательности множества генов и т.д. и т.п.
Появление науки биохимии обычно связывают с открытием явления ферментативного катализа и самих биологических катализаторов ферментов, первые из которых были идентифицированы и выделены в кристаллическом состоянии в 20х годах двадцатого столетия. Биохимия изучает химические процессы, происходящие непосредственно в живых организмах и использует химические методы в исследовании биологических процессов. Крупнейшими событиями в биохимии явились установление центральной роли АТФ в энергетическом обмене, выяснение химических механизмов фотосинтеза, дыхания и мышечного сокращения, открытие трансаминирования, установление механизма транспорта веществ через биологические мембраны и т.п.
Молекулярная биология возникла в начале 50х годов, когда Дж. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК, что позволило начать изучение путей хранения и реализации наследственной информации.
Крупнейшие достижения молекулярной биологии открытие генетического кода, механизма биосинтеза белков в рибосомах, основы функционирования переносчика кислорода гемоглобина.
Следующим шагом на этом пути явилось возникновение молекулярной генетики, которая изучает механизмы работы единиц наследственной информации генов, на молекулярном уровне. Одной из актуальнейших проблем молекулярной генетики является установление путей регуляции экспрессии генов перевод гена из активного состояния в неактивное и обратно; регуляция процессов транскрипции и трансляции. Практическим приложением молекулярной генетики явилась разработка методов генной инженерии и генотерапии, которые позволяют модифицировать наследственную информацию, хранящуюся в живой клетке, таким образом, что необходимые вещества будут синтезироваться внутри самой клетки, что позволяет получать биотехнологическим путем множество ценных соединений, а также нормализовать баланс веществ, нарушившийся во время болезни. Суть генной инженерии рассечение молекулы ДНК на отдельные фрагменты, что достигается с помощью ферментов и химических реагентов, с последующим соединением; эта операция производится с целью вставки в эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов нового фрагмента гена, отвечающего за синтез нужного нам вещества, вместе с так называемыми регуляторами участками ДНК, обеспечивающими активность “своего” гена. Уже сейчас с помощью генной инженерии получают многие лекарственные препараты, преимущественно белковой природы: инсулин, интерферон, соматотропин и др.
Глава 2. ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «ХИМИЯ И МЕДИЦИНА»
химия медицина курс обучение
В наш информационный век – век модернизации биологического и химического образования, как ни странно, школьники обладают достаточно скудными знаниями о своем организме, способах сохранения здоровья и выхода из ситуаций, когда организму требуется «ремонт». Для выявления причин требуемого «ремонта» необходимо знать, что собой представляет человеческий организм с точки зрения химии и биологии, что лежит в основе сохранения и поддержания здоровья, как помочь своему организму справиться с простудными заболеваниями и что лучше применить: лекарственные или растительные препараты.
При изучении этого курса формируются понятия о здоровье, компонентах и показателях здоровья, факторах, определяющих здоровье (наследственность, продукты питания, качество среды обитания, образ жизни), о лекарствах и их действии на организм, правильном их употреблении. Всегда необходимо помнить о том, что «доза может убить и доза может вылечить».
Курс «Химия и медицина» позволяет погрузиться в систему вопросов по биологии и химии: химические свойства металлов и неметаллов, химические реакции, химия клетки, продукты питания, наследственность организма.
Содержание данного курса вводит учащихся в область теоретических основ медицины, связанных с сохранением здоровья, частично обеспечивает профессиональную ориентацию старшеклассников, а интерес ко всему этому способны стимулировать следующие высказывания.
* В основе жизни лежат химические процессы, а заболевания – это результат нарушения их в организме, который является большой ретортой.
Т. Парацельс
* Все есть яд, ничто не лишено ядовитости, и все есть лекарство. Лишь только доза делает лекарство ядом или лекарством.
Т. Парацельс
* Жизнь – это вечное движение жидкостей между клетками и внутри клеток. Остановка этого движения приводит к смерти. Частичное замедление этого движения в каком-то органе вызывает частичное расстройство. Общее замедление движения внеклеточных жидкостей вызывает болезнь.
Врач А.С. Залманов, «Тайная мудрость»
* Я не степью хожу -Я хожу по аптеке,Разбираясь в ее травяной картотеке.Беспредельная степь,Бесконечная степь,Ты природой написанныйСтранный рецепт.
С. Кирсанов
* Другого ничего в природе нет,Ни здесь, ни там в космических глубинах:Все – от песчинок малых до планет – Из элементов состоит единых.
С. Щипачев
* Что не излечивают лекарства, то излечивает железо, что не излечивает железо, то излечивает огонь.
Гиппократ
Цели курса.
1. Расширить знания учащихся об организме как химической фабрике.
2. Продолжить формирование у учащихся понимания важности сохранения здоровья на биологическом и химическом уровне.
3. Сформировать у учащихся навыки элементарной медицины.
Задачи курса.
1. Актуализировать и расширить знания учащихся по вопросам здоровьесбережения.
2. Научить школьников анализировать образ жизни с точки зрения влияния на здоровье.
3. Выработать у учащихся навыки оценки функционального состояния своего организма.
4. Обеспечить профессиональную ориентацию старшеклассников.
Структура и содержание курса (34 ч)
Занятие
Kоличество часов
Темазанятия
Виддеятельности
Введение в курс «Химия и медицина» (24 ч)
1, 2
2
Почему надо лечить организм
Лекция
Химия и здоровье (12 ч)
3
1
Факторы, влияющие на здоровье человека
Беседа
45
2
Формула здоровья
Лекция, беседа
6
1
Химические элементы и жизнедеятельность организма
Лекция
7, 8
2
Для чего мы едим, и что мы едим. Питание и болезни. Пищевая аллергия
Беседа
91011
3
Заболевания, вызванные недостатком химических элементов в организме
Лекция, беседа. Сообщения учащихся
12
1
Всему свое время (потребность организма в химических элементах на разных этапах развития)
Лекция
13
1
Где «задерживаются» токсические вещества?
Лекция
14
1
Заболевания и группы крови
«Kруглый стол»
Зеркало организма (4 ч)
15
1
Kожа. Характеристика и типы кожи. Kожные заболевания
Выступления учащихся
16
1
Зубы – индикатор внутренних проблем организма. Заболевания зубов
Лекция
17
1
На приеме у стоматолога
Ролевая игра
18
1
Медицина и косметология
«Kруглый стол»
Химия и медицина (9 ч)
19
1
Развитие медицины, этапы становления
Лекция
20
1
Лекарства. Открытие лекарств и лекарственные формы
Лекция
2122
2
Kлассификация лекарств
Лекция
23
1
Лекарства и растительные препараты
Лекция
24
1
Аспирин, стрептоцид: химический состав, путь и действие их в организме
Лекция
25
1
Препараты для сердечно-сосудистой системы
Лекция
26
1
Антибиотики и их действие на организм
Лекция
27
1
Зависимость организма от лекарств
Дискуссия
Биологически активные соединения (4 ч)
28
1
Витамины. Kлассификация, действие витаминов на организм. Заболевания, вызванные недостатком или избытком витаминов
Беседа.Сообщения учащихся
29
1
Ферменты, их классификация, роль в организме. Значение ферментов
Лекция
30
1
Гормоны. Значение гормонов. Заболевания, вызванные недостатком или избытком гормонов в организме. Гормональные препараты
Лекция
31
1
Обменные процессы в организме. Роль водно-солевого обмена в жизнедеятельности организма
Лекция с элементами беседы
Генные заболевания у человека (3 ч)
32
1
Генная программа человека
Лекция
33
1
Болезни с наследственным предрасположением
Лекция
34
1
Социальная среда и человек
Беседа
пример мазь или эмульсия бензилбензоата – сложного эфира бензойной кислоты и бензилового спирта С6Н5-С(О)-О-СН2-С6Н5.
К сожалению, у многих больных эти средства вызывают аллергию, поэтому до сих пор не потеряли актуальность старые методы лечения, основанные на применении элементной серы в виде мазей на вазелине. Но значительно более эффективен, хотя и трудоемок, метод М.П.Демьяновича. При лечении по этому методу в кожу втирают в течение 10-15 мин 60%-й водный раствор тиосульфата натрия. После высыхания кожи и появления на ней кристалликов втирают в течение 10-15 мин 6%-й водный раствор соляной кислоты. Вымыться разрешается через три дня. К этому времени больной выздоравливает.
Как вы можете объяснить сущность метода Демьяновича с точки зрения химика?
Примечание. При выполнении этого задания желательно обсудить проблемы профилактики чесотки. Это чрезвычайно заразное заболевание, которое передается не только при непосредственном контакте с больным, но и через его личные вещи – одежду, полотенца, а также через бумажные деньги. Лучший способ уберечься от чесотки – строго соблюдать правила личной гигиены.
Задание 3. В книге М.М. Гурвича «Домашняя диетология» для страдающих мочекаменной болезнью приведена такая рекомендация: «Из зелени и овощей в рацион включают те сорта, которые считаются бедными кальцием и щелочными валентностями: горох, брюссельскую капусту, тыкву». Прокомментируйте эту формулировку с позиции химика, а если сможете, то и агронома.
Задание 4. Для лечения малокровия (пониженное содержание в крови гемоглобина) с давних пор применяют препараты железа, в том числе сульфат железа(II), а иногда и восстановленное железо в порошке. Известен и старинный народный рецепт от малокровия – «железное яблоко»: в яблоко (лучше сорт антоновка) втыкают несколько гвоздей и выдерживают сутки. Затем гвозди вынимают, а яблоко съедает больной.
Как вы можете объяснить эффективность «железного яблока» с точки зрения химика?
Задание 5. Лечение травами становится все более популярным, однако большинство людей не соблюдают точно правила приготовления отваров и настоев, особенно дозировку сырья, хотя это очень важно при лечении этим способом. Большинство трав рекомендуют заваривать в такой пропорции: 20 г (одна полная столовая ложка) сухой измельченной травы на стакан (200 мл) кипящей воды, т. е. соотношение массовых частей 1:10. Летом можно готовить препараты не из сушеных, а из свежесобранных трав. Как при этом правильно рассчитать соотношение травы и воды, чтобы получить настой той же концентрации?
Примечание. Влажность правильно высушенной травы 8-15%; в свежесорванных растениях в зависимости от их вида содержание воды колеблется от 70 до 95%.
Задание 6. Для уменьшения кислотности желудочного сока и снижения его ферментной активности при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гастритах с повышенной кислотностью в арсенале врачей есть такие препараты, как бекарбон (одна таблетка содержит сухого экстракта красавки 0,01 г и гидрокарбоната натрия 0,3 г), оксид магния МgО, магнезия белая Мg(ОН)2*4МgCO3*H2О, викалин (в состав которого входит BiNO3(OH)2, Мg(ОН)2*4МgCO3*H2О, NaHCO3), гидроксид алюминия (в виде аморфного белого порошка), алмагель (смесь специально приготовленного геля Al(OH)3 с MgO и сорбитом).
Многие больные до сих пор при отсутствии этих лекарств пользуются обычной питьевой содой, чтобы избавиться от изжоги (что врачи делать не рекомендуют!). Попробуйте сравнить механизм действия всех названных препаратов и объяснить, какими преимуществами обладает каждый из них. Почему врачи сейчас отдают предпочтение препаратам на основе Al(OH)3 и не рекомендуют принимать соду для нейтрализации избыточной кислотности желудочного сока?
Задание 7. Профессиональные спортсмены обычно имеют при себе препараты для неотложной помощи при небольших травмах (например, растяжение связок голеностопного сустава). В качестве таких препаратов часто используют этилхлорид C2H5Cl в ампулах или комплект из двух герметичных пакетов: в одном находится сухой NH4NO3, в другом – вода. Оба препарата действуют одинаково: вызывают быстрое охлаждение поврежденного сустава – это снимает боль и отечность. Однако, с точки зрения химика, их действие принципиально различается. Попробуйте объяснить, в чем заключается различие.
Подсказка: температура кипения этилхлорида 12-16 °С.
Задание 8. Многим известен способ лечения насморка или радикулита с помощью поваренной соли. Ее нагревают на сковороде или в духовке, насыпают в мешочек из плотной ткани, а мешочек прикладывают к больному месту на несколько часов.
Какие свойства поваренной соли использованы в этом рецепте? Кстати, вместо соли можно использовать и чистый песок, который, как известно, состоит преимущественно из SiO2.
Задание 9. В рекламе лечебно-косметического крема «Ксения» рассказывается о свойстве этого крема восстанавливать солевой баланс в мышечных и костных тканях. В числе прочих в тексте есть такая фраза: «Тем временем “Ксения” перемывает вам косточки, выясняя свои отношения с кальцием, то бишь известкой, и делает из вас ягодку в полном смысле слова. Если вы пользуетесь “Ксенией”, вам не грозит отложение солей кальция в аорте, сердце и почках. Вы избежите остеохондроза, кальциноза мягких тканей, остеопороза…» Что в этом тексте может вызвать возражение со стороны химика?
Прокомментируйте эту фразу с точки зрения химика.
Задание 10. Кариес стал настоящим бичом населения России. По статистике, им болеют более 96% населения. Одна из мер профилактики – тщательный уход за зубами. Желательно их чистить щеткой после каждого приема пищи. Но есть одно исключение – если вы съели кислые ягоды или фрукты, лучше в течение часа не чистить зубы, особенно жесткой щеткой. Почему?
Подсказка: химический состав зубной эмали близок к составу минерала гидроксилапатита Са5ОН(РО4)3.
Задание 11. Кальций играет важную роль в жизнедеятельности организма. Ионы кальция необходимы для осуществления процесса передачи нервных импульсов, сокращения скелетных мышц и мышцы сердца, формирования костной ткани, свертывания крови. Препараты кальция широко используют, в частности, при лечении переломов, усиленном выделении кальция из организма, что происходит у долго лежащих больных. В арсенале медиков имеется несколько препаратов кальция. Чаще всего применяют глюконат, лактат и глицерофосфат кальция в виде таблеток. По своему действию на организм эти препараты похожи, поэтому врачи нередко рекомендуют приобрести любой из них, оставляя право выбора за пациентом.
Какой препарат рациональнее выбрать из вышеперечисленных, если их цена примерно одинакова?
Ответы и решения
1. Да, этот препарат можно использовать без риска для здоровья. Белый осадок – это карбонат кальция СаСО3, который образовался в результате взаимодействия СаСl2 с СO2 воздуха. Небольшое количеcтво СаСO3 абсолютно безвредно.
Следует помнить, что описанный нами случай все-таки является исключением из общего правила – большинство лекарственных препаратов нельзя употреблять после истечения срока их хранения, указанного на упаковке, т. к. большинство из них являются органическими соединениями сложного состава и продукты их разложения могут быть токсичными.
2. При подкислении раствора тиосульфата натрия происходит образование тиосерной кислоты:
Na2S2O3 + 2HCl = H2S2O3 + 2NaCl.
Тиосерная кислота быстро разлагается с выделением серы и сернистого газа:
H2S2O3 = S? + H2O + SO2.
В момент выделения сера особенно активно действует на чесоточного клеща, аналогичным действием обладает и SO2, поэтому метод Демьяновича дает такие хорошие результаты.
3. У химика словосочетание «щелочные валентности» вызывает недоумение. Валентность – это способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи. Но что имел в виду автор под «щелочными валентностями», можно только догадываться. Если воспользоваться справочником, в котором приведен химический состав растительных продуктов, то можно обнаружить, что овощи содержат наряду с кальцием также калий, натрий, рубидий, литий, т. е. щелочные металлы. Можно предположить, что их автор и называет «щелочными валентностями».
Причиной мочекаменной болезни является нарушение солевого обмена в организме, поэтому минеральный состав пищи очень важен для больного, которому необходимо следить за содержанием в его рационе всех минеральных веществ, в том числе и щелочных металлов.
Более корректно, с точки зрения химика, этот совет должен быть сформулирован так: «Из зелени и овощей в рацион включать те, которые бедны кальцием и щелочными металлами». В тексте есть формулировка, некорректная и с точки зрения биолога: термин «сорт» следовало бы заменить термином «вид» или «культура».
4. Железо применяют для лечения малокровия, т. к. оно входит в состав гемоглобина. Яблоки таким больным рекомендуются по той причине, что в них по сравнению с другими фруктами содержится больше железа (в среднем 2200 мг в 100 г продукта). Железо, входящее в состав сплава, из которого сделаны гвозди, растворяются, хотя и медленно, в органических кислотах, содержащихся в яблоке. Яблоко обогащается железом еще больше. Считается, что из всех сортов яблок больше всего железа в антоновке, много в них и кислот, что облегчает растворение железа.
5. Примем для расчета среднеарифметические значения содержания влаги в растениях:
(70 + 95)/2 = 82,5% – свежие,
(8 + 15)/2 = 11,5% – сухие.
Для приготовления одного стакана настоя надо взять 20 г сушеного сырья и 200 г воды. Если массовая доля воды в сушеном сырье составляет 11,5%, то содержание сухого растительного материала составляет (100-11,5)=88,5%. Тогда
100 г сырья – 88,5 г раст. матер. 20 г сырья – х г раст. матер.
Отсюда
х = 20*88,5/100 = 17,7 г.
Для приготовления одного стакана настоя необходимо 17,7 г сухого растительного материала.
В свежесорванных растениях массовая доля сухого вещества составляет (100-82,5)=17,5%. Тогда
100 г сырья – 17,5 г сух. раст. матер. х г сырья – 17,7 г сух. раст. матер.
Отсюда
х = 100*17,7/17,5 = 100,1 г.
химия медицина курс
Поскольку в настоях и отварах трав абсолютно точно дозировать содержание лекарственного вещества невозможно, с достаточной степенью точности можно принять, что необходимое нам количество сухого растительного материала содержится в 100 г свежесорванной травы. В таком количестве травы содержится и значительное количество воды, следовательно, надо уменьшить объем воды для приготовления настоя. В 100 г свежесорванной травы содержится 82,5%, т. е. 82,5 г воды. Для приготовления стакана настоя надо взять (200-82,5)=117,5 г воды.
6. При приеме внутрь соды, как и таблеток бекарбона, белой магнезии, викалина, происходит взаимодействие NaHCO3 c НСl, содержащейся в желудочном соке, при этом выделяется СО2 и в довольно значительном количестве: если принять 1 г NaНСO3, то при условии его полного взаимодействия с НСl выделится 0,52 г СО2 (около 0,3 л). (Желательно выполнить расчеты.) Углекислый газ не только вызывает дискомфорт в желудке (ощущение тяжести, переполнения, отрыжку), но и возбуждающе действует на рецепторы слизистой оболочки желудка, вызывая усиление секреции желудочного сока. Кстати, именно поэтому больным гастритом и язвенной болезнью не рекомендуется употреблять газированные напитки. С точки зрения физиологии предпочтительнее такие вещества, как MgO и Al(OH)3. Последний, кроме нейтрализации кислоты, образует гель, который обволакивает стенки желудка, равномерно распределяясь по всей его поверхности, и обеспечивает более продолжительное действие.
7. В задании рассматривается изменение энергии при фазовых переходах: при испарении жидкости и растворении твердого вещества. При обработке сустава этилхлоридом понижение температуры происходит за счет его быстрого испарения. При смешивании содержимого двух пакетов другого препарата (нитрата аммония и воды) понижение температуры обусловлено процессом растворения соли в воде. В данном случае энергия расходуется на разрыв ионных связей в молекуле NH4NO3.
8. Это задание на повторение физических свойств химических соединений, которые нередко определяют сферу их применения.
В данном случае играют роль не химические, а физические свойства хлорида натрия – его довольно высокая теплоемкость. Аналогичным свойством обладает и песок.
9. У химика прежде всего вызывает недоумение термин «известка». Этим словом в просторечии обозначают группу строительных материалов, применяющихся для побелки, в частности гашеную известь Са(ОН)2 и мел СаСО3. Во-первых, не понятно, что имели в виду авторы рекламного текста – известь или мел; во-вторых, абсолютно некорректно отождествлять все соли кальция, в составе которых этот элемент может находиться в организме, с «известкой», что сделали авторы, написав «…с кальцием, то бишь известкой». Правильно здесь только то, что любая «известка» действительно содержит кальций.
10. Гидроксилапатит относится к основным солям, которые легко растворяются в кислотах, даже в таких слабых, как яблочная, лимонная, щавелевая, содержащихся в кислых фруктах. В связи с этим эмаль частично размягчается и при чистке зубов ее легко повредить. Лучше сразу после того, как вы съели кислые ягоды или фрукты, прополоскать рот раствором питьевой соды.
11. Очевидно, по экономическим соображениям следует выбрать тот препарат, в котором больше массовая доля кальция. Для этого необходимо рассчитать массовую долю кальция в трех соединениях.
Глюконат кальция
[НО-СН2-(СН-ОH)4-С(O)-О-]2Ca*H2O, M = 448 г/моль, ?(Ca) = 0,089.
Лактат кальция
[СН3-СН(ОН)-С(О)-О-]2Ca*5H2O, M = 308 г/моль, ?(Ca) = 0,13.
Глицерофосфат кальция
СаРО3-O-C3H5(ОН)2*2H2O, M = 246 г/моль, ?(Ca) = 0,16.
Таким образом, из трех солей массовая доля кальция больше всего в глицерофосфате кальция. Надо также иметь в виду, что по своему физиологическому действию глицерофосфат кальция несколько отличается от лактата и глюконата, т. к. содержит фосфор. По этой причине, кроме того действия, которое оказывают на организм глюконат и лактат кальция, он стимулирует обмен веществ и оказывает общеукрепляющее и тонизирующее действие. В целом можно сказать, что глицерофосфат кальция не только содержит больше всего кальция, но и имеет более высокую биологическую активность за счет фосфора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Азимов А. Краткая история химии. Москва: Мир,1983.
2. Габриелян О.С. Химия 10 класс. Москва: Дрофа,2005.
3. Глинка Н.Л. Общая химия. Петербург: Химия,1999.
4. Крамаренко В.Ф. Токсикологическая химия. Киев: Выща школа,1989.
5. Макаров К.А. Химия и медицина. Москва: Просвещение,1998.
6. Оганесян Э.Т., Книжник А.З. Неорганическая химия. Москва: Медицина,1989.
7. Советский энциклопедический словарь. Москва,1989.
Размещено на http://www.allbest.ru
Доклад по химии на тему:
Химия и здоровье
Содержание
1. Органическая химия и медицина
2. Какие бывают лекарства и почему они лечат
3. Полимеры в медицине
4. Органическая химия и пищевая промышленность
4.1 Пищевые добавки
1. Органическая химия и медицина
Органическая химия теснейшим образом связана с медициной. Огромное количество разнообразных лекарственных средств, которыми располагает сегодня медицина, в подавляющем большинстве органические соединения. Химики-органики в содружестве с медиками, микробиологами и фармацевтами смогли не только установить строение многих природных соединений, используемых в медицине, но и синтезировать некоторые из них. Наряду с этим химики пошли по пути создания соединений, хотя и отличающихся от природных, но обладающих аналогичным, а часто и более эффективным действием. Более того, были получены новые лекарственные средства, которые не знает природа, но способные излечивать многие болезни.
Большую роль в медицине играют синтетические полимерные материалы. Из них делают многое: от одноразовых шприцов до искусственных клапанов сердца.
2. Какие бывают лекарства и почему они лечат
Лекарства бывают разные. Сколько болезней, столько и лекарств. Часто бывает и так, что одно и то же заболевание лечат многими лекарствами. Обычно лекарственные средства классифицируют по их основному лечебному действию. Одни лекарственные средства обладают противомикробным действием (например, сульфаниламидные препараты: например стрептоцид, норсульфазол, сельфален, фталазол, сульфадимезин и др.). С их помощью удается побороть инфекционные заболевания. Другие лекарства помогают снять боль, но не вызывают потери сознания (например, ацетилсалициловая кислота, или аспирин, прарцетамол, анальгин и др.). Существуют лекарства, которые воздействуют на сердце и кровеносные сосуды (нитроглицерин, анапрелинн, дибазол др.) Получены антигистаминные для лечения аллергических заболеваний, противоопухолевые для лечения злокачественных новообразований и даже психофармакологические препараты, влияющие на психическое состояние человека. В большинстве своем лекарственные препараты редко бывают простыми веществами. Чаще это сложные по химическому строению органические вещества или их смеси. И хотя число лекарственных препаратов огромно, мы ограничимся рассказом только о двух самых известных и часто применяемых лекарствах – аспирине и белом стрептоциде.
Едва ли найдется человек, который не знаком с аспирином (ацетилсалициловая кислота). Это вещество не обнаружено в природе. Аспирин впервые синтезировал немецкий химик Ш. Герхард в 1853г. путем ацетилирования салициловой кислоты уксусным ангидридом.
Однако в течение 40 лет эта реакция не привлекала к себе внимания, и только в 1893г. другой известный немецкий химик – Ф. Гофман подарил миру это замечательное лекарство. Аспирин обладает обезболивающим, жаропонижающим, противоспалительным и противоревматическим действием.
3. Полимеры в медицине
Медицина давно и с успехом использует различные полимерные материалы. Особенно часто их применяют в хирургии. Полимеры используют при операциях на костях и суставах, при закрытии дефекта черепа, восстановлении суставным связок, сухожилий и т.д. Из полимеров изготавливают различные протезы внутренних органов – кровеносных сосудов, пищевода, желчных протоков, клапанов сердца и др. С помощью пластиков исправляют отдельные дефекты лица – заменяют части носа, ушной раковины, глазницы. При операциях на кровеносных сосудах применяют материал из лавсана, пропилена, капрона и кремнийорганических полимеров. При этом сосудистый протез «врастает» в ткани организма, выполняя роль своеобразного каркаса, на котором формируется новая стенка сосуда. Особенно широко применяют полимерные материалы в стоматологии для изготовления искусственных зубов и протезов. Для этого наиболее подходящими материалами оказались полиакриловые полимеры, которые хорошо окрашиваются под цвет собственных зубов и десен, не поглощают остатков пищи и не доступны для микробов. В то же время они достаточно эластичны и прочны. Хорошая совместимость полиакрилового пластика с соединительной тканью позволяет применять его и для исправления крупных дефектов черепа. В последнее время с этой целью стали использовать фторпласт. Биологически инертные кремнийорганические соединения применяют для создания искусственного хрусталика глаза.
В качестве заменителей человеческой крови применяют синтетические кровезаменители – высокомолекулярные химические соединения, которые по своим физическо – химическим свойствам близки к плазме крови (поливиниловый спирт, поливинилпиролидон).
Как известно, потеря человеком половины крови вызывает смерть. Но это происходит не из-за потери эритроцитов, а в результате падения кровеносного давления. Кровообращение замедляется, температура тела падает, нарушается обмен веществ, наступает кислородное голодание центральной нервной системы. Это приводит к остановке дыхания и сердца. Кровезаменяющие жидкости восполняют временно недостающую кровь, поддерживают необходимое давление крови. Но к сожалению, кровезаменители не могут связывать кислород. Поэтому сейчас идут поиски таких кровезаменителей, которые могли бы связывать кислород и доставлять его к клеткам организма, а обратно – оксид углерода (IV). Среди полимеров – кровезаменителей появились и такие которые не только заменяют на короткое время кровь, но и лечат. В молекулы этих соединений введены вещества для лечения туберкулеза, склероза; получены сочетания полимеров – кровезаменителей с антибиотиками, с противораковыми препаратами. Образуя устойчивые водные растворы, они совмещаются с кровяной плазмой и не оказывают на живой организм отрицательного воздействия. Так решается задача использования полимеров в качестве пролонгатов – средств, продлевающих действие лекарств.
Полимерные материалы применяют для упаковки лекарственных препаратов и создания сложным медицинских приборов (аппараты «искусственное сердце» – АИК, «искусственные легкие», «искусственная почка» и др.). Медицинскую практику вошли и заняли достойное место шприцы одноразового пользования.
А разве можно не упомянуть о хирургическом шовном материале, который легко стерилизуется, а после операции бесследно рассасывается в тканях организма? Ассортимент полимерных материалов, используемых в медицине, с каждым годом расширяется. Это полиэтилен низкого давления, пенополиуретан, полипропилен, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические полимеры. Нашли применения и специальные клеи, которые при хирургическом вмешательстве могут склеивать ткани, заменяя шовный материал. Не отказались в медицине и от резины: от резиновой грелки до специальной резиновой надувной кровати для больных обширными ожогами. химия полимерный синтетический ацетилсалициловый
4. Органическая химия и пищевая промышленность
Органическая химия уже давно нашла применение в пищевой промышленности. Уже сейчас человек задумывается над тем, как более продуктивно получать равноценную пищу из других источников. И это уже удается ученым – химикам и биологам. Оказывается, белок можно получать даже из углеводородов нефти!
Наверное, вы слышали, что во многие пищевые продукты добавляют различные химические вещества. Одни из них придают пище более привлекательный вид, другие – приятный запах, третьи – вкус. Но они могут выполнять и более важную роль – сохранять долго продукты, препятствовать их окислению. Большинство из этих веществ – органические соединения.
4.1 Пищевые добавки
Значительная часть пищевых продуктов, прежде чем попасть на наш стол, проходит переработку в условиях пищевого производства. Цель такой переработки – придать пищевому продукту определённые качества (потребительские свойства). Для получения этих свойств в пищевые продукты дополнительно вводят некоторые вещества, получившие названия «пищевые добавки». Чаще всего это эфирные масла, сложные эфиры, некоторые спирты, альдегиды, кетоны, а также углеводороды. Приведем только некоторые соединения, обладающие соответствующим запахом:
СН3 – СООСН2 – СН2 – СН (СН3)2 изопентилацетат (запах бананов).
С3Н7 – СООС2Н5 этилбутират (запах ананасов).
СН2 = СН – СН2 – S – S – CH2CH = CH2 диаллилдисульфид (запах чеснока).
Однако запахи отдельных продуктов являются чаще всего результатом сложения запахов смеси органических соединений. Так, в аромате свежеиспеченного хлеба найдено 159 веществ, а фурфурилметилдисульфид – одно из них, хотя и основное. Иногда решающее значение в возникновении запаха имеют соединения, находящиеся в смеси в ничтожных количествах (менее 0,1 %).
В пищевой промышленности применяются различные органические кислоты: уксусная, лимонная молочная, адипиновая, яблочная. В колбасные изделия добавляют для улучшения вкуса мононатриевую соль глутаминовой кислоты.
Среди органических соединений особенно много таких, которые обладают сладким вкусом. Из них наиболее известна сахароза. Но сахароза не самое сладкое вещество. Например, фруктоза слаще ее на 73%, ксилит – вдвое, а сахарин – в 500 раз!
Для улучшения внешнего вида продуктов питания используют различные органические красители, главным образом природные, например красный краситель, содержащийся в вишне, смородине и бруснике – цианидин и близкий ему по строению, придающий красный цвет ягодами земляники – пеларгонидин.
Пищевые добавки – это вещества, вводимые в небольших количествах в пищевые продукты для того, чтобы предохранить продукт от порчи, улучшить вкусовые качества и внешний вид пищи, а также ускорить изготовление пищевого продукта.
Пищевые добавки используются человечеством достаточно давно. К числу наиболее древних и наиболее распространенных пищевых добавок относятся соль(NaCL) и сахар(C3H22O8).
Соль уже на протяжении тысячелетий применяют для улучшения вкусовых качеств и сохранения пищи. Две тысячи лет назад римские легионеры получали жалование солью. До изобретения холодильников и консервирования пищи (предотвращение доступа воздуха) засолка была почти единственным способом сохранения овощей, мяса и рыбы (использовались также такие способы сохранения пищевых продуктов, как квашение и засахаривание).
Производители постоянно увеличивали набор веществ, добавляемых в пищевые продукты, в связи с чем возникла необходимость упорядочить этот процесс. А поскольку продукты часто импортируются и экспортируются различными странами, необходимо было разработать единые нормы на пищевые добавки. В странах Европейского экономического сообщества (ЕЭС) интеграция наиболее тесна. Именно поэтому ЕЭС ввело перечень пищевых добавок, которые принято считать безопасными. Этот перечень призван упорядочить применение и обозначение пищевых добавок производителями.
Идентичность пищевых добавок, общие требования к их степени очистки, а также свидетельство того, что эти компоненты прошли проверку на безвредность, защищаются путём присвоения специального Е-номера, который состоит из буквы Е (от слова «Europe») и трёхзначного числа. Перечисляются пищевые добавки в порядке уменьшения содержания ингредиентов. Для производителей стран, не входящих в ЕЭС, этот перечень также является ориентиром, особенно если производитель намерен экспортировать свою продукцию.
Однако отсутствие на этикетке подобной записи не всегда означает, что добавок в продукте нет. В любом случае при выборе пищевого продукта (при прочих равных условиях) предпочтение следует отдавать тому продукту, на упаковке которого указаны добавленные вещества, сопровождаемые указаниями соответствующего Е-числа.
Размещено на Allbest.ru
…
Из
истории возникновения химии.
Химия-наука,изучающая
вещества и их превращения.Превращения веществ происходят в результате
химических реакций.
Первые
сведения о химических превращениях люди получили,занимаясь различными
ремеслами,когда красили ткани,выплавляли металл,изготавливали стекло.Тогда
появились определённые приёмы и рецепты,но химия ещё небыла наукой.
Не стала
предшественницей химии и средневековая алхимия.Целью алхимиков был поиск так
называемого философского камня,с помощью которого любой металл можно было бы
превратить в золото.Разумеются их усилия остались бесплодными.Но поскольку они
проводили различные опыты,им удалось сделать несколько важных практических
изобретений.Стали использоваться печи,реторы,колбы,аппараты для перегонки жидкостей.Алхимики
приготовили важнейшие кислоты,соли и оксиды,описали способы разложения руд и
минералов.
Возникновение
науки химии обычно связывают с именем английского физика и химика 17 в Роберта
Бойля.Он впервые определил центральный объект исследования химии:попытался дать
определение химического элемента.Бойль считал,что элемент-это предел разложения
вещества на составные части.Разлагая природные вещества на их
составные,исследователи сделали много важных наблюдений,открыли новые элементы
и соеденения.Химик стали изучать,что из чего состоит.
В начале
19 в. англичанин Дж.Дальтон ввёл понятие атомного веса. Каждый химический
элемент получил свою важнейшую характеристику.Атомно-молекулярное учение стало
основой теоретической химии.Благодоря этому учению Д.И.Менделеев открыл
периодический закон.названный его именем,и составил периодическую таблицу
элементов.
В 19 в. чётко
определились два основных раздела химии:органическая и неорганическая.В конце
столетия в самостоятельную отрасль оформилась физическая химия.Результаты
химических исследований всё шире стали использоваться в практике,а это повлекло
за собой развитие химической технологии.
О пользе химии.
Химическое
искусство возникло в глубокой древности,и его трудно отличить от производства,потому
что,подобно сёстрам-близнецам,оно одновременно рождалось у горна металлурга,в
мастерской красильщика и стекольщика.Корнни химии проросли в плодородной почве
металлургической и фармацевтической практики.Письменных источников,по которым
можно было судить об уровне древней ремесленной химии,сохранилось мало.Изучение
археологических объектов с помощью современных физико-химических методов
приоткрывает завесу в мир ремесла древнего человека.Установлено,что в
Месопотамии в 14-11 вв. до н.э. применяли печи,в которых при сжигании угля
можно было получить высокую температуру (1100-1200 С),что позволяло выплавлять
и очищать металлы,варить стекло из поташа и соды,обжигать керамику.
Технохимия
и металлургия достигли высокого уровня в Древней Индии.
Многочисленные
рецепты изготовления мазей,лекарств,красок,изложенные в папирусах,показывают
высокий уровень развития ремесленной химии,косметики и фармации уже в середине
второго тысячелетия до н.э.По выражению А.Лукаса, «косметика так же стара,как
человеческое тщеславие».Широкое распространение в древности получили рецепты
изготовления пищевых продуктов,обработки и окраски кож и мехов.В пятом
тысячелетии до н. э. Были хорошо развиты практическая технология
дубления,крашения,парфюмерное дело,изготовление моющих средств.
В
одной из сохранившихся рукописей Древнего Египта,в так называемом «Папирусе
Эбереса» (16 в. до н. э.),приведён ряд рецептов изготовления фармацевтических
препаратов.Описаны способы извлечения из растений различных соков и масел путём
выпаривания,настаивания,выжимания,сбраживания,прцеживания.Приёмы
возгонки,перегонки,экстрагирования,фильтрации широко применялись в различных
технологических операциях.
Древние
специалисты химического
искуства:плавильщики,стеклодувы,красильщики,мыловары-были «химиками-технологами».Это
были люди чистой практики,для которых «теория» значила мало или вообще ничего
не значила.Они устно передавали свой богатый опыт каждому новому
поколению.Никто в то время этот опыт не обобщал и не описывал,и если в
папирусах сохранились отдельные рецепты,то это было далеко не то,что могли
делать руки мастера.А могли они делать немало.Дастаточно напомнить о красивой
глазури (обливные облицовочные плитки,для окраски которых применялись такие
оксиоды,как СuО,СоО,FeO,PbO).
В
Древнем Египте был разработан способ получения чистого золота.Обработку породы
начинали с дробления кварца,содержащего золото,затем куски кварца сплавляли в
герметически закрытых тиглях с поваренной солью,свинцом,оловом,при этом серебро
переходило в хлорид серебра.Кроме золота,в древности были известны
серебро,железо,олово,ртуть,медь,свинец.Согласно учению древних,семь металлов
олицетворяло семь планет.
Усовершенствование
процесса получения бронзы вызвало рождение технологии тепловой обработки
сплавов
О вреде химии.
После появления
ядерного топлива к химии стали относиться всё хуже и хуже.Первые электростанции,работавшие на ядерном
топливе,появились 1950-х годах.Вслучае утечки такого топлива оно заражает всё
вокруг даже воздух.Многие люди,обеспокоенные этим,устраивали демонстрации
протеста против использования атомной энергии.До 1950-х годов большинство
электростанций работало на нефти на угле.Такое топливо не столь опасно,как
ядерное,но его запасы рано или поздно должны истощиться.К тому же выделяющейся
дым растворяется в дождевой влаге.Когда такой дождь выпадает на землю,он
наносит ущерб пастбищам и лесам.Эти дожди называются кислотными.В 1986 году на
атомной электростанции в украинском городе Чернобыле произошла сильная утечка
ядерного топлива.Вся местность на много километров была заражена.До сих пор
людям небезопасно жить в районе Чернобыля,употреблять произведённые там
продукты питания,пить воду из местных водоёмов.
Химия с давних времен вторглась в жизнь человека и продолжает
оказывать ему разностороннюю помощь и сейчас. Особенно важна органическая
химия, рассматривающая органические соединения – предельные, непредельные
циклические, ароматические и гетероциклические. Так, на основе непредельных
соединений получают важные виды пластмасс, химические волокна,
синтетические каучуки, соединения с небольшим молекулярным весом – этиловый
спирт, уксусную кислоту, глицерин, ацетон и другие, многие из которых
находят применение в медицине.
В наши дни химики синтезируют большое количество лекарственных
препаратов. По данным международной статистики, химики должны синтезировать
и подвергнуть тщательным испытаниям от 5 до 10 тысяч химических соединений,
чтобы отобрать один лекарственный препарат, эффективный против той или иной
болезни.
Еще М. В. Ломоносов говорил, что “медик без довольного познания химии
совершенным быть не может”. О значении химии для медицины он писал: «От
одной химии уповать можно на исправление недостатков врачебной науки”.
Лекарственные вещества известны с очень древних времен. Например, в
Древней Руси мужской папоротник, мак и другие растения употреблялись как
лекарства. И до сих пор в качестве лекарственных средств используются 25-
30%
различных отваров, настоек и экстрактов растительных и животных организмов.
В последнее время биология, медицинская наука и практика все чаще
используют достижения современной химии. Огромное количество лекарственных
соединений поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств
достигнуты новые успехи. Медицина обогащается все большим количеством новых
лекарственных препаратов, вводятся более совершенные методы их анализа,
позволяющие достаточно точно определить качество (подлинность) лекарств,
содержание в них допустимых и недопустимых примесей.
В каждой стране существует законодательство о фармацевтических
препаратах, изданное отдельной книгой, которая называется фармакопеей.
Фармакопея является сборником общегосударственных стандартов и положений,
нормирующих качество лекарственных средств. Изложенные в фармакопее
стандарты и обязательные нормы для медикаментов, сырья и препаратов
применяются при изготовлении лекарственных форм и являются обязательным для
провизора, врача, организаций, учреждений, изготовляющих и применяющих
лекарственные средства. По фармакопее лекарственные препараты анализируются
для проверки их качества.
Немного истории
Фармацевтическая промышленность является сравнительно молодой отраслью
производства. Еще в середине 19 столетия производство лекарственных средств
в мире было сосредоточено в разобщенных аптеках, в которых провизоры
изготовляли препараты по только им известным рецептам, передававшимся по
наследству. Большую роль в то время играли средства неродной медицины.
Фармацевтическое производство развивалось неравномерно и зависело от
ряда обстоятельств. Так, работы Луи Пастера в 60-х годах 19 века послужили
основой для производства вакцин, сывороток. Освоение промышленного синтеза
красителей в Германии в последней четверти 19 века привело к производству
лекарств фенацетина и антипирина.
В 1904 г. немецкий врач Пауль Эрлих заметил, что при введении
некоторых красителей в ткани подопытных животных эти красители лучше
окрашивают клетки бактерий, чем клетки животного, в которых эти бактерии
живут. Напрашивался вывод: можно найти такое вещество, которое настолько
“закрасит” бактерию, что она погибнет, но в то же время не тронет ткани
человека. И Эрлих нашел краситель, который внедрялся в трипаносомы,
вызывающие у человека сонную болезнь. Вместе с тем для мышей. на которых
проводился опыт, краситель был безвреден. Эрлих опробовал краситель на
зараженных мышах; у них болезнь протекала легче, но все же краситель был
слабым ядом для трипаносом. Тогда Эрлих ввел в молекулу красителя атомы
мышьяка – сильнейшего яда. Он надеялся, что краситель “утащит” весь мышьяк
в клетки трипаносом, а мышам его достанется совсем не много. Так и
случилось. К 1909 г. Эрлих доработал свое лекарство, синтезировав вещество,
избирательно поражавшее трипаносомы, но малотоксичное для теплокровных
животных – 3,3’-диамино-4.4’-дигидроксиарсенобензол. В его молекуле два
атома мышьяка. Так начиналась химия синтетических лекарственных препаратов.
До 30-х годов 20 века в фармацевтической химии основное место
занимали лекарственные растения (травы). В середине 30-х годов 20 века
фармацевтическая промышленность стала на путь целенаправленного
органического синтеза, чему способствовало обнаруженное немецким биологом
Г. Домагком (19340) антибактериальное свойство красителя – пронтозила,
синтезированного в 1932 г. Начиная с 1936 г. на основе этого соединения
широко развернулись поиски так называемых сульфаниламидных антикокковых
препаратов.
Источники получения фармацевтических препаратов
Все лекарственные вещества могут быть разделены на две большие группы:
неорганические и органические. Те и другие получаются из природного сырья и
синтетически.
Сырьем для получения неорганических препаратов являются горные
породы, руды, газы, вода озер и морей, отходы химических производств.
Сырьем для синтеза органических лекарственных препаратов служат
природный газ, нефть, каменный уголь, сланцы и древесина. Нефть и газ
являются ценным источником сырья для синтеза углеводородов, являющихся
полупродуктами при производстве органических веществ и лекарственных
препаратов. Полученные из нефти вазелин, вазелиновое масло, парафин
применяются в медицинской практике.
Создание лекарственных препаратов
Как ни много известно лекарственных препаратов, как ни богат их
выбор, предстоит еще немало сделать в этой области. Как же в наше время
создаются новые лекарства?
В первую очередь нужно найти биологически активное соединение,
оказывающее то или иное благоприятное воздействие на организм. Существуют
несколько принципов такого поиска.
Весьма распространен эмпирический подход, не требующий знания ни
структуры вещества, ни механизма его воздействия на организм. Тут можно
выделить два направления. Первое – это случайные открытия. Например, было
случайно открыто слабительное действие фенолфталеина (пургена) а также
галлюциногенное действие некоторых наркотических веществ. Другое
направление – это так называемый метод “просеивания”, когда сознательно, с
целью выявления нового биологически активного препарата проводят испытания
многих химических соединений.
Существует и так называемый направленный синтез лекарственных
веществ. В этом случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и,
незначительно модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта
замена влияет на биологическую активность соединения. Порой достаточно
минимальных изменений в структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем
снять его биологическую активность. Пример: в молекуле морфина, который
обладает сильным болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода
на метильную группу и получили другое лекарство – кодеин. Болеутоляющее
действие кодеина в десять раз меньше, чем морфина, но зато он оказался
хорошим средством против кашля. Заменили два атома водорода на метил в том
же морфине – получили тебаин. Это вещество уже совсем “не работает” как
обезболиватель и не помогает от кашля, но вызывает судороги.
В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск
лекарственных средств на основе общетеоретических представлений о механизме
биохимических процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с
реакциями вне организма и о факторах, влияющих на такие реакции.
Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и
путем небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат.
Именно так, химической модификацией природного пенициллина, получены многие
его полусинтетические аналоги, например оксацилин.
После того, как биологически активное соединение отобрано, определена
его формула и структура, нужно исследовать, не является ли это вещество
ядовитым, не оказывает ли на организм побочных воздействий. Это выясняют
биологи и медики. А затем снова очередь за химиками – они должны предложить
наиболее оптимальный способ, которым это вещество будут получать в
промышленности. Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими
трудностями и оно обходится так дорого, что применение его в качестве
лекарства на данном этапе не возможно.
Классификация лекарственных веществ
Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям:
фармакологическая и химическая.
Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно
этой классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости
от их действия на системы и органы. Например: 1. снотворные и успокаивающие
(седативные); 2. сердечно – сосудистые; 3. анальгезирующие (болеутоляющие),
жаропонижающие и противовоспалительные; 4. противомикробные (антибиотики,
сульфаниламидные препараты и др.);
5. местно-анестезирующие; 6. антисептические; 7. диуретические; 8. гормоны;
9. витамины и др.
В основу химической классификации положено химическое строение и
свойства веществ, причем в каждой химической группе могут быть вещества с
различной физиологической активностью. По этой классификации лекарственные
вещества подразделяются на неорганические и органические. Неорганические
вещества рассматриваются по группам элементов периодической системы Д. И.
Менделеева и основным классам неорганических веществ (оксиды, кислоты,
основания, соли). Органические соединения делятся на производные
алифатического, алициклического, ароматического и гетероциклического рядов.
Химическая классификация более удобна для химиков, работающих в области
синтеза лекарственных веществ.
Характеристика лекарственных веществ.
Местноанестезирующие средства
Большое практическое значение имеют синтетические анестезирующие
(обезболивающие) вещества, полученные на основе упрощения структуры
кокаина. К ним относятся анестезин, новокаин, дикаин. Кокаин – природный
алкалоид, полученный из листьев растения кока, произрастающего в Южной
Америке. Кокаин обладает анестезирующим свойством, но вызывает привыкание,
что осложняет его использование. В молекуле кокаина анестизиоморфная
группировка представляет собой метилалкиламино-пропиловый эфир бензойной
кислоты. Позднее было установлено, что лучшим действием обладают эфиры
парааминобензойной кислоты. К таким соединениям относятся анестезин и
новокаин. Они менее токсичны по сравнению с кокаином и не вызывают побочных
явлений. Новокаин в 10 раз менее активен, чем кокаин, но примерно в 10 раз
и менее токсичен.
Главенствующее место в арсенале обезболивающих средств веками занимал
морфин – основной действующий компонент опия. Он использовался еще в те
времена, к которым относятся первые дошедшие до нас письменные источники.
Основные недостатки морфина – возникновение болезненного пристрастия к нему
и угнетение дыхания. Хорошо известны производные морфина – кодеин и героин.
Снотворные средства
Вещества, вызывающие сон, относятся к разным классам, но наиболее
известны производные барбитуровой кислоты (полагают, что ученый, получивший
это соединение, назвал его по имени своей приятельницы Барбары).
Барбитуровая кислота образуется при взаимодействии мочевины с малоновой
кислотой. Ее производные называются барбитуратами, например фенобарбитал
(люминал), барбитал (веронал) и др.
Все барбитураты угнетают нервную систему. Амитал обладает широким
спектром успокоительного воздействия. У некоторых пациентов этот препарат
снимает торможение, связанное с мучительными, глубоко спрятанными
воспоминаниями. Некоторое время даже считалось, что его можно использовать
как сыворотку правды.
Организм человека привыкает к барбитуратам при частом их употреблении
как успокаивающих и снотворных средств, поэтому люди пользующиеся
барбитуратами, обнаруживают, что им нужны все большие дозы. Самолечение
этими препаратами может принести значительный вред здоровью.
Трагические последствия может иметь сочетание барбитуратов с
алкоголем. Совместное их действие на нервную систему гораздо сильнее
действия даже более высоких доз в отдельности.
В качестве успокаивающего и снотворного средства широко используется
димедрол. Он не является барбитуратом, а относится к простым эфирам.
Димедрол – активный противогистаминный препарат. Он оказывает
местноанестезирующее действие, однако в основном применяется при лечении
аллергических заболеваний.
Психотропные средства
Все психотропные вещества по их фармакологическому действию можно
разделить на две группы:
1) Транквилизаторы – вещества, обладающие успокаивающими свойствами. В
свою очередь транквилизаторы подразделяются на две подгруппы:
– Большие транквилизаторы (нейролептические средства). К ним относятся
производные фенотиазина. Аминазин применяется как эффективное средство при
лечении психических больных, подавляя у них чувство страха, тревоги,
рассеянность.
– Малые транквилизаторы (атарактические средства). К ним относятся
производные пропандиола (мепротан, андаксин), дифенилметана (атаракс,
амизил)вещества, имеющие различную химическую природу (диазепам, элениум,
феназепам, седуксен и др.). Седуксен и элениум применяются при неврозах,
для снятия чувства тревоги. Хотя токсичность их невелика, наблюдаются
побочные явления (сонливость, головокружение, привыкание к препаратам). Их
не следует применять без назначения врача.
2) Стимуляторы – вещества, обладающие антидепрессивным действием
(фторазицин, индопан, трансамин и др.)
Анельгезирующие, жаропонижающие и противовоспалительные средства
Крупная группа лекарственных препаратов – производные салициловой
кислоты (орто-гидроксибензойной). Ее можно рассматривать как бензойную
кислоту, содержащую в орто-положении гидроксил, либо как фенол, содержащий
в орто-положении карбоксильную группу.
Салициловая кислота – сильное дезинфицирующее средство. Ее натриевая
соль применяется как болеутоляющее, противовоспалительное, жаропонижающее
средство и при лечении ревматизма.
Из производных салициловой кислоты наиболее известен ее сложный эфир-
ацетилсалициловая кислота, или аспирин. Аспирин – молекула, созданная
искусственно, в природе он не встречается.
При введении в организм ацетилсалициловая кислота в желудке не
изменяется, а в кишечнике под влиянием щелочной среды распадается, образуя
анионы двух кислот – салициловой и уксусной. Анионы попадают в кровь и
переносятся ею в различные ткани. Активным началом, обусловливающим
физиологическое действие аспирина, является салицилат-ион.
Ацетилсалициловая кислота обладает
противоревматическим, противовоспалительным, жаропонижающим и болеутоляющим
действием. Она также выводит из организма мочевую кислоту, а отложение ее
солей в тканях (подагра) вызывает сильные боли. При приеме аспирина могут
возникнуть желудочно-кишечные кровотечения, а иногда – аллергия.
Лекарственные вещества были получены за счет взаимодействия
карбоксильной группы салициловой кислоты с различными реагентами.
Например, при действии аммиака на метиловый эфир салициловой кислоты
остаток метилового спирта заменяется аминогруппой и образуется амид
салициловой кислоты – салициламид. Он используется как
противоревматическое, противовоспалительное, жаропонижающее средство. В
отличие от ацетилсалициловой кислоты салициламид в организме с большим
трудом подвергается гидролизу.
Салол – сложный эфир салициловой кислоты с фенолом (фенилсалицилат)
обладает дезинфицирующими, антисептическими свойствами и употребляется при
заболеваниях кишечника.
Замена в бензольном кольце салициловой кислоты одного из водородных
атомов на аминогруппу приводит к пара-аминосалициловой кислоте (ПАСК),
которая используется как противотуберкулезный препарат.
Распространенными жаропонижающими и болеутоляющими средствами
являются производные фенилметилпиразолона – амидопирин и анальгин.
Анальгин обладает небольшой токсичностью и хорошими терапевтическими
свойствами.
Противомикробные средства
В 30-х годах 20 века широко распространились сульфаниламидные
препараты (название произошло от амида сульфаниловой кислоты). В первую
очередь это пара-аминобензолсульфамид, или просто сульфаниламид (белый
стрептоцид). Это довольно простое соединение – производное бензола с двумя
заместителями – сульфамидной группой и аминогруппой. Он обладает высокой
противомикробной активностью. Было синтезировано около 10 000 различных
его структурных модификаций, но лишь около 30 его производных нашли
практическое применение в медицине.
Существенный недостаток белого стрептоцида – малая растворимость в
воде. Но была получена его натриевая соль – стрептоцид, растворимый в воде
и применяющийся для инъекций.
Сульгин – это сульфаниламид, у которого один атом водорода
сульфамидной группы замещен на остаток гуанидина. Он применяется для
лечения кишечных инфекционных заболеваний (дизентерии).
С появлением антибиотиков бурное развитие химии сульфаниламидов
спало, но полностью вытеснить сульфаниламиды антибиотикам не удалось.
Механизм действия сульфаниламидов известен.
Для жизнедеятельности многих микроорганизмов необходима пара-
аминобензойная кислота. Она входит в состав витамина – фолиевой кислоты,
которая для бактерий является фактором роста. Без фолиевой кислоты
бактерии не могут размножаться. По своей структуре и размерам
сульфаниламид близок к пара-аминобензойной кислоте, что позволяет его
молекуле занять место последней в фолиевой кислоте. Когда мы вводим в
организм, зараженный бактериями, сульфаниламид, бактерии, “не
разобравшись”, начинают синтезировать фолиевую кислоту, используя вместо
аминобензойной кислоты стрептоцид. В результате синтезируется “ложная”
фолиевая кислота, которая не может работать как фактор роста и развитие
бактерий приостанавливается. Так сульфаниламиды “обманывают” микробов.
Антибиотики
Обычно антибиотиком называют вещество, синтезируемое одним
микроорганизмом и способное препятствовать развитию другого
микроорганизма. Слово “антибиотик” состоит из двух слов: от греч. anti –
против и греч. bios – жизнь, то есть вещество, действующее против жизни
микробов.
В 1929 г. случайность позволила английскому бактериологу Александру
Флемингу впервые наблюдать противомикробную активность пенициллина.
Культуры стафилококка, которые выращивались на питательной среде, были
случайно заражены зеленой плесенью. Флеминг заметил, что стафилококковые
палочки, находящиеся по соседству с плесенью, разрушались. Позднее было
установлено, что плесень относится к виду Penicillium notatum.
В 1940 году удалось выделить химическое соединение, которое
производил грибок. Его назвали пенициллином. В 1941 году пенициллин был
опробован на человеке как препарат для лечения болезней, вызываемых
стафилококками, стрептококками, пневмококками и др. микроорганизмами.
В настоящее время описано около 2000 антибиотиков, но лишь около 3%
из них находят практическое применение, остальные оказались токсичными.
Антибиотики обладают очень высокой биологической активностью. Они
относятся к различным классам соединений с небольшим молекулярным весом.
Антибиотики различаются по своей химической структуре и механизмом
действия на вредные микроорганизмы. Например, известно, что пенициллин не
дает возможности бактериям производить вещества, из которых они строят
свою клеточную стенку. Нарушение или отсутствие клеточной стенки может
привести к разрыву бактериальной клетки и выливанию ее содержимого в
окружающее пространство. Это может также позволить антителам проникнуть в
бактерию и уничтожить ее. Пенициллин эффективен только против
грамположительных бактерий. Стрептомицин эффективен и против
грамположительных и грамотрицательных бактерий. Он не позволяет бактериям
синтезировать специальные белки, нарушая таким образом их жизненный цикл.
Стрептомицин вместо РНК вклинивается в рибосому и все время путает процесс
считывания информации с мРНК. Существенным недостатком стрептомицина
является чрезвычайно быстрое привыкание к нему бактерий, кроме того,
препарат вызывает побочные явления: аллергию, головокружение и т п.
К сожалению, бактерии постепенно приспосабливаются к антибиотикам
и поэтому перед микробиологами постоянно стоит задача создания новых
антибиотиков.
Алкалоиды
В 1943 году швейцарский химик А. Гофман исследовал различные вещества
основного характера, выделяемые из растений – алкалоиды (т. е. подобные
щелочам). Однажды химик случайно взял в рот немного раствора диэтиламида
лизергиновой кислоты (ЛСД), выделенного из спорыньи, – грибка, растущего
на ржи. Через несколько минут у исследователя появились признаки
шизофрении – начались галлюцинации, сознание помутилось, речь стала
бессвязной. “Я чувствовал, что плыву где-то вне своего тела, описывал
впоследствии свое состояние химик. – Поэтому я решил, что умер“. Так
Гофман понял, что он открыл сильнейший наркотик, галлюциноген. Оказалось,
что достаточно
0,005 мг ЛСД попасть в мозг человека, чтобы вызвать галлюцинации. Многие
алкалоиды принадлежат к ядам и наркотикам. С 1806 года был известен
морфин, выделяемый из сока головок мака. Это хорошее обезболивающее
средство, однако при длительном применении морфина у человека
вырабатывается к нему привыкание, организму требуются все большие дозы
наркотика. Таким же действием обладает сложный эфир морфина и уксусной
кислоты – героин.
Алкалоиды – весьма обширный класс органических соединений,
оказывающих самое различное действие на организм человека. Среди них и
сильнейшие яды (стрихнин, бруцин, никотин), и полезные лекарства
(пилокарпин – средство для лечения глаукомы, атропин – средство для
расширения зрачков, хинин – препарат для лечения малярии). К алкалоидам
относятся и широко применяемые возбуждающие вещества – кофеин, теобромин,
теофиллин. Кофеин содержится в зернах кофе (0,7 – 2,5%) и в чае
(1,3 – 3,5%). Он обусловливает тонизирующее действие чая и кофе. Теобромин
добывают из шелухи семян какао, в небольшом количестве он сопутствует
кофеину в чае, теофиллин содержится в чайных листьях и кофейных зернах.
Интересно, что некоторые алкалоиды являются противоядиями по
отношению к своим собратьям. Так, в 1952 г. из одного индийского растения
был выделен алкалоид резерпин, который позволяет лечить не только людей,
отравившихся ЛСД или другими галлюциногенами, но и больных, страдающих
шизофренией.
Что еще дает химия для медицины
Большое количество химических веществ служит для изготовления самых
разнообразных протезов. Производятся протезы челюстей, зубов, коленных
чашечек, суставов конечностей из разных химических материалов, которые
успешно применяются в восстановительной хирургии для замены костей, ребер
и пр. Химические заводы выпускают для медицинских целей трубки, шланги,
ампулы, шприцы, белково-витаминные и другие напитки, кислород,
перевязочный материал, аптечную посуду, оптику, красители, больничную
мебель и многое другое.
Успехи химии, внедрение ее продуктов в медицину открывают
безграничные возможности для преодоления ряда заболеваний, в первую
очередь вирусных и сердечно – сосудистых.
[pic]