Химия и медицина

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).

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

Страницы: 1, 2, 3