Химия и медицина

Химия и медицина

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:

Страницы: 1, 2