Химия в сельском хозяйстве медицине. Химия в жизни человека
Перед тем, как раскрыть эту тему, невозможно не вспомнить слова одного из героев романа Курта Воннегута «Колыбель для кошки»: «Над чем бы ученые ни работали, у них все равно получается оружие».
Значение химии в жизни человека очень трудно переоценить, ведь эти процессы окружают нас повсюду: начиная от элементарного приготовления пищи и заканчивая биологическими процессами в организме. Достижения в этой области знаний приносили человечеству и огромный ущерб (создание оружия массового поражения), и дарили спасение от смерти (разработка медикаментов от заболеваний, выращивание искусственных органов и т.п.). Относиться равнодушно к этой науке невозможно: столько противоречивых открытий не происходило ни в какой другой области знаний.
Роль химии в жизни человека: быт
Химия в жизни человека: производство
Знания о такого рода процессах широко применяются в промышленности, на их основе разрабатываются новые технологии.
Еще в древности были распространены ремесла, в основе которых лежали химические процессы: например, создание керамики, обработка металла, использование естественных красителей.
Сегодня нефтехимическая и химическая промышленность - одни из самых значимых отраслей экономики, и это говорит о том, что химические процессы и знания о них играют немаловажную роль в обществе. Лишь от человечества зависит, как их использовать - в созидательных или разрушительных целях, ведь среди разнообразия можно встретить и опасные для человека (взрывоопасные, окисляющие, воспламеняющиеся и т.д.).
Таким образом, химия в жизни человека - это и панацея от заболеваний, и оружие, и экономика, и приготовление пищи, и, конечно же, сама жизнь.
Х и м и я и ж и з н ь.
1. Введение……………………………………………………………………………..3 стр.
2. Из истории…………………………………………………………………………...4 стр.
3. Современная химия и медицина………………………………………………... 5-8 стр.
4. Химия и фармакология…………………………………………………………..9-12 стр.
5. Заключение……………………………………………………………………...13-14 стр.
6. Список используемой литературы………………………………………………..15 стр.
Введение
Современное человеческое общество живет и продолжает развиваться, активно используя достижения науки и техники, и практически немыслимо остановиться на этом пути или вернуться назад , отказавшись от использования знаний об окружающем мире, которыми человечество уже обладает. Накоплением этих знаний, поиском закономерностей в них и их применением на практике занимается наука. Человеку как объекту познания свойственно разделять и классифицировать предмет своего познания (вероятно, для простоты исследования) на множество категорий и групп; так и наука в свое время была поделена на несколько больших классов: естественные науки, точные науки, общественные науки, науки о человеке и пр. Каждый из этих классов делится, в свою очередь, на подклассы и т.д. и т.п.
Но среди этого многообразия наук есть нау ки "лидеры " и науки "отстающие " . Одними из современных наук "лидеров" и являются биология, химия и медицина.
"Вторая половина нашего столетия отмечена стремительным прогрессом биологических знаний и их приложений в разнообразных сферах жизни современного общества. В сущности, интерес человека к жив ой природе никогда не угасал, но лишь последние дес ят илетия позволили приблизиться к пониманию удивительных тайн жизнедеятельности и на этой основе сделать решительный шаг в использовании новейших биологических открытий» (вице-президент АН СССР Ю.А. Овчинников, 1987).
Пятидесятые годы стали временем начала ренессанса биологии, которая "сумела заглянуть внутрь клетки и разобраться в моле кулярных механизмах рождения ми развития организмов"
Существует мнение, чт о XXI век станет веком биологии, а все остальные науки отойдут на второй план . Сбылось предсказание великого физика совреме н ности Н . Бора , который в 50х годах неоднократно заявлял , что в ближайшем будущем наиболее интенсивное проникновение в тайны природы станет прерогативой не физики, а именно биологии. Большая част ь современной естественнонаучной литературы в той или иной мере посвящена исследованию именно живой природы. Биологическими проблемами занимаются сейчас десятки наук. Очень продуктивными оказываются и науки, связанные с претворением новейших биологических открытий в жизнь.
Можно без преувеличения сказать, что одной из таких отраслей приложения биологии многие из нас обязаны здоровьем и даже жизнью. Речь идет о медицине, которая в настоящие годы переходит не только к использованию лекарств нового поколения и применению в практике новых материалов, но к таким методам лечения, которые позволяют воздействовать на болезнь в самом ее начале, а то и до начала! Это стало возможным в связи с исследованием молекулярных механизмов развития множества заболеваний и коррекцией нарушений не привычным методом введения в организм недостающих веществ, а путем воздействия на естественные процессы биорегуляции (с помощью специальных биорегуляторов или на генетическом уровне). Решение множества ключевых проблем современности, таких как производство продуктов питания , многих лекарств и других веществ связано с активным внедрением в жизнь биотехнологий.
Столь ощутимый прогресс биологии был бы невозможен без ее активного взаимодействия с другими науками. Но парадокс современного состояния науки состоит в том, что множество исследований оказывается "на стыке наук", для продуктивного решения проблемы приходится привлекать ученых различных специальностей ; более того, многие ученые в настоящее время , в век узкой специализации, вынуждены овладевать смежными специальностями, и множество современных исследований с трудом можно отнести к какой-нибудь одной отрасли науки. При решении биологических проблем тесно переплетаются идеи и методы биологии , химии, физики, математики и других областей знания. Именно проблема взаимодействия химии с биологическими дисциплинами и их приложениями в медицине и будет нас интересовать.
3
Из истории.
Медик без дово льного по з нания химии
с овершенен быть не может.
М. В. Ломо н осов
Нужно подчеркнуть особую связь химии с медициной. Связь эта возникла давно. Еще в XVI в. широкое развитие получило медицинское направление в химии, основоположником которого стал швейцарский врач Парацельс (1493-1541). "Цель химии состоит... в изготовлении лекарств",- писал он. Парацельс считал, что все материальное, в том числе и живой организм, состоит из трех начал, находящихся в разных соотношениях: соли (тела), ртути (души) и серы (духа). Болезни проистекают от недостатка в организме одного из э тих " элементов".
Следовательно, лечить болезни можно, вводя в организм недостающий "элемент". Успешность ряда предложенных Парацельсом новых методов лечения на основе использования неорганических соединений (вместо применявшихся ранее органических экстрактов) побудила многих врачей примкнуть к его школе и всерьез заинтересоваться химией.
Этот период в развитии химии и медицины (XVI-XVIII вв.) известен под названием иатрохимии. Одним из наиболее видных представителей нового направления в химии был немецкий химик Иоганн Рудольф Глаубер (1604-1668). Врач по образованию, он занимался разработкой и совершенствованием методов получения различных химических веществ. Глаубер разработал метод получения соляной кислоты действием серной кислоты на поваренную соль. Тщательно изучив остаток, получаемый после отгонки кислот (сульфат натрия), Глаубер установил, что это вещество обладает сильным слабительным действием. Он назвал это вещество "удивительной солью " (s аl mirabile ) и считал его панацеей, почти э ликсиром жизни. Современники Глаубера назвали эту соль глауберовой, и это название сохранилось до наших дней. Глаубер занялся изготовлением этой соли и ряда других, по его мнению, ценных лекарственных средств и достиг на этом поприще успеха.
Иатрохимия сыграла важную роль в борьбе с догмами средневековой схоластической медицины. Она не только пыталась подвести химическое основание под теорию гуморальной патологии , но и содействовала эмпирическому прогрессу химии. Иатрохимики ввели представления о кислотности и щелочности, открыли много новых соединений, начали ставить первые воспроизводимые (хотя далеко не всегда методологически правильные) эксперименты.
4
Современная химия и медицина.
Химики второй половины XX века продолжили дело предков и очень а ктивно 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- 1 996), 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 сравни те льно небольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химия характеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений, состоящих из неорганических и органических остатков. 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, ви т амины, а н тибиотики , простагландины, алкалоиды, ре г уляторы 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 пр актически всегд а 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 своюпередаточную функцию; останавливается н о рмальная раб ота клетки по синтезу н еобхо ди мых 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 жизнедея т ельности организма очень велика роль органических молекул. Их можно разделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы :
5
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 ме жду 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, молеку л ярная 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 нару ш ая 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 арсе н ал методов исследования составляют методы органической
6
химии, однако для решения структ урно - 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, ультрацешрифугирования, 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 вит аминов , полный химический син т ез некоторых пептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др. соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидные последовательности множества ге н ов 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 би ология 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 молекул ярной 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 разраб от ка 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 , ч т о 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
7
вещества, вместе с так называемыми регуляторами участками ДНК, обеспечивающими актив н ость " своего" гена. Уже сейчас с помощью генной инженерии получают многие лекарственные препараты , преимущественно белковой природы : инсулин , интерферон, соматотропин и др.
8
Химия и фармакология.
З нание основных законов и положений химии необходимо для
изучения специальных фармацевтических дисциплин: технологии лекарственных форм, фармакокинезим и особенно фармацевтической химии.
Фармакология - это наука о лекарственных средствах, действии различных химических соединений на живые организмы, о способах введения лекарств в организмы и о взаимодействии лекарств меж д у собой. Молекулярная фармакология изучает поведение молекул лекарственных веществ внутри клетки, транспорт этих молекул через мембраны и т.д . Человек начал применять лекарственные вещества очень давно, несколько тысяч лет назад. Древняя медицина практически полностью основывалась на лекарственных растениях, и этот подход сохранил свою привлекательность до наших дней. Множество современных лекарственных препаратов содержат вещества растительного происхождения или химически
синтезированные соединения, идентичные тем, которые можно обнаружить в лекарственных растениях. Один из самых ранних из дошедших до нас трактат о лекарственных средствах был написан древнегреческим врачом Гиппократом в IV веке до нашей эры.
Зачатки химии лекарственных веществ появляются в период господства алхимии. Современная химиотерапия ведет свой отсчет с начала XX века от трудов П.Эрлиха по противомалярийным средствам и производным мышьяковой кислоты. В настоящее время си н тезированы десятки и сотни тысяч лекарственных веществ, и их поиск продолжается. Но число активно применяемых лекарств, конечно, значительно меньше. Не все вещества, синтезированные в качестве п от енциального нового лекарственного вещества, находят свое применение на практике. Многие широко использовавшиеся ранее лекарства вытесняются из сферы применения из-за того, что появляются более эффективные аналоги, которые воздействуют на причину болезни гораздо селективнее, имеют меньше противопоказаний и побочных эффектов. В 1995 году к применению в России было разрешено свыше 3 тысяч наименований лекарственных препаратов, содержащих около 2 тысяч разнообразных химических веществ синтетического происхождения . Одним из крупных успехов фармакологии второй половины нашего века явилось создание и внедрение в практику антибиотиков широкого спектра действия: сульфамидных препаратов, витаминов, средств, влияющих на деятельность центральной нервной системы транквилизаторов, нейролептиков, психотомиметиков и др. Многие из этих лекарств были открыты и впервые применены в нашей стране (фторофур, феназепам, циклодол, витаминные препараты и мн. д р.)
Характер и сила действия лекарственных средств зависят не только от их состава и строения, но и от их физико - химических свойств, что тоже предмет изучения неорганической химии. Различия в этих свойствах, в свою очередь, позволяют разрабатывать соответствующие методы анализа, судить о подлинности, доброкачественности, совместимости неорганических веществ в рецептурных прописях, порядке хранения лекарственных препаратов.
Рассмотрим подробнее применение некоторых неорганических веществ в медицине.
Благородные газы. Гелий. Биологические исследования показали, что гелиевая атмосфера не влияет на генетический аппарат человека, не действует на развитие клеток и частоту мутаций. Дыхание гелиевым воздухом (воздух, в котором азот частично или полностью заменен на гелий) усили в ает обмен кислорода в легких, предотвращает азотную эмболию (кессонная болезнь).
Ксенон как рентгеноконтрастное вещество широко используют при рентгеноскопии
головного мозга. Радон в ультрамикро дозах оказывает положительное влияние на центральную нервную систему, поэтому широко используется в физиотерапии (радоновые ванны). Он также находит применение при лечении больных раком.
Борную кислоту НзВОз и тетраборат натрия (бура) Na 2 В 4 О 7 *10Н2 O применяют в медицине в качестве антисептиков.
9
Бромид натрия и бромид калия приме няют в медицине как успокаивающие средства, нормализующие нарушенное соотношение между процессами возбуждения и торможения в коре головного мозга.
Гидрокарбонат натрия (питьевая сода) используют в медицинской практике вследствие его способности в результате гидролиза создавать щелочную реакцию среды в водных растворах. Применяется внутрь при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, изжоге, подагре, диабете, катарах верхних дыхательных путей. Наружно употребляется как слабая щелочь при ожогах, для полосканий, промываний и
ингаляций при насморке, конъюнктивитах, стоматитах, ларингитах и др.
Гидроксид кальция в форме известковой воды применяют наружно и внутрь в качестве противовоспалительного, вяжущего и дезинфицирующего средства. При наружном употреблении известковую воду обычно смешивают с каким-нибудь маслом, используя в виде эмульсий от ожогов, а также при некоторых кожных заболеваниях в виде жидких мазей.
Иод в виде спиртового раствора или раствора иода в водных растворах иодидов калия и натрия применяют в качестве дезинфицирующего и кровоостанавливающего средства.
Иодид калия используют для лечения глазных болезней - катаракты, глаукомы. Часто его употребляют при отравлении солями ртути.
Иодид натрия используют как лекарственное средство, так как организм человека постоянно нуждается в некоторых количествах иода. Тело человека содержит около 25 мг иода, из которых примерно 15 мг локализуется в щитовидной железе. Недостаток иода служит причиной патологического увеличения щитовидной железы. Больным назначают внутрь небольшие дозы
иодида натрия - 0,1 мг/сут.
Карбонат каль ция применяют внутрь не только как кальциевый препарат, но и как средство, адсорбирующее и нейтрализующее кислоты.
Кислород в медицине используют для газового наркоза. Вдыхание чистого кислорода иногда назначают при отравлениях и некоторых тяжелых заболеваниях.
Мышь як и все его соединения сильно ядовиты, однако некоторые из них находят применение в медицине. Арсенит калия К As О 2 применяют в виде раствора как тонизирующее средство при малокровии и истощении нервной системы.
Нитрат серебра (ляпис). В медицине используется его способность свертывать белки, превращая их в нерастворимые соединения. Применяют для прижигания ран, язв; в виде мазей (1-2 %-ны х) и 2-10 %-ных водных растворов. Внутрь назначают при язвенной болезни желудка и
Нитрит натрия в медицинской практике применяют как сосудорасширяющее средство при стенокардии, а также как противоядие при отравлении цианидами.
Оксид аз ота (I) - физиологически активное соединение. Вдыхание его в малых дозах оказывает опьяняющее действие, отсюда и название - " веселящий газ " .
В больших дозах вызывает потерю болевой чувствительности, благодаря чему находит широкое применение в медицине как анестезирующее средство в смеси с кислородом (газовый наркоз). Ценное качество данного вещества - безвредность для организма.
Оксид магния применяют в малых дозах как слабительное средство при отравлении кислотами. Входит в состав зубных порошков.
Оксид цинка в медицине применяют для изготовления цинковой мази, используемой как антисептик.
Перманганат калия находит широкое применение в медицине. Его разбавленные растворы используют в качестве дезинфицирующего и кровоостанавливающего средства. Дезинфицирующие свойства растворов перманганата калия обусловлены его высокими окислительными свойствами.
Пероксид водорода применяют наружно в виде раствора с массовой долей 3 % в качестве дезинфицирующего и кровоостанавливающего средства. Этот раствор также применяют при воспалительных заболеваниях слизистой оболочки ротовой полости и горла, для обработки и лечения загрязненных и гнойных ран, остановки носовых кровотечений.
Ртуть и ее соединения. Металлическая ртуть применяется в медицине для приготовления мази. Желтый оксид ртути (II) входит в состав глазной мази и мазей для лечения кожных заболеваний. Хлорид ртути (I), который называется каломель, в ряде стран используют в качестве слабительного. Хлорид ртути (II), или сулему, в виде очень разбавленных растворов (1:1000) используют в медицине как сильнодействующее дезинфицирующее средство (сейчас крайне редко).
Сера. Из препаратов серы в медицине применяют серу очищенную и серу осажденную. Очищенную серу получают из серного цвета, который тщательно освобождают от возможных примесей. Серу назначают внутрь в качестве слабительного и отхаркивающего средства; она входит в состав мазей и присыпок, используемых при лечении кожных заболеваний.
Серебро в виде коллоидных препаратов колларгол и протаргол применяют наружно, как вяжущие, антисептические и противовоспалительные средства.
Сульфат натрия декагидрат N а2 SO 4 * Н 2 О . Э та с оль называется глауберовой в честь немецкого химика Глаубера. В медицине глауберову соль применяют как слабительное средство. Может быть использована в качестве противоядия при отравлении солями бария и свинца, с которыми она
дает нерастворимые осадки сульфата бария и сульфата свинца.
Сульфат кальция 2Са SO 4 Н 2 О - алебастр. В медицине применяют для изготовления повязок и шин при переломах и в зубопротезной технике.
Сульфат магн ия гептагидрат М g S O4 * 7 Н 2 О. Широко применяют в медицине в качестве слабительного (горькая соль). Его слабительн о е действие объясняется задерживающим влиянием на всасывание воды из кишечника. Вследствие осмотического давления, создаваемого этой солью,
вода удерживается в просвете кишечника и способствует более быстрому продвижению
его содержимого. Сульфат магния применяют в виде инъекций как спазмолитик, противосудорожное и обезболивающее средство, а также при лечении столбняка. При гипертонии его вводят в вену, а как желчегонное - в двенадцатиперстную кишку.
Сульфат бария используют в медицине вследствие его нерастворимости и благодаря
способности сильно поглощать рентгеновское излучение. В виде суспензии его применяют
при рентгеноскопии желудочно- кишечного тракта как рентгеноконтрастное вещество.
Сульфат меди (II) пентагидрат Сu S O 4 * 5Н 2 О (медный купорос). Оказывает вяжущее и антисептическое действие. Его применяют в глазной практике при конъюнктивитах. Реже употребляют в качестве рвотного средства. Раствор сульфата меди (II) употребляют как противоядие при отравлении белым фосфором. В этом случае механизм лечебного действия сульфата меди (II) основан на взаимодействии его с белым фосфором, в результате чего на частичках фосфора образуется пленка металлической меди, изолирующая эти частички от контакта с биологическими субстратами.
Сульфат цинка гептагидрат ZnSO 4 х 7H 2 О. Используют для приготовления глазных капель, как вяжущее средство и антисептик.
Сульфат калия- алюми н ия КАl(SO 4 ) 2 х 12 Н 2 O (алюм о - калиевые квасцы). Оказывает вяжущее, противовоспалительное и кровоостанавливающее действие. Наружное средство.
Сульфат железа (II) гептагидрат FeSO 4 7 Н 2 О. В медицине используют при лечении анемии (малокровия), наступающей вследствие дефицита железа в организме, а также при слабости и истощении организма. Д ля э т ой же цели уп о т р еб л яю т восстановленное железо и карбонат железа.
Тиосульфат н атрия Nа 2 S 2 0 з принимают внутрь или вводят внутривенно в качестве противоядия при отравлении тяжелыми металлами, мышьяком и цианидами. Назначают также при различных
11
воспалениях кожи.
Уголь активиров а нн ый применяют внутрь при пищевых отравлениях, повышенной кислотности желудочного сока, брожении в кишечнике.
Хлорид аммония в медицине применяют при отеках сердечного происхождения, для усиления действия ртутных диуретиков. Это вещество обладает отхаркивающим действием.
Хлорид кальция широко используют в медицине как кровоостанавливающее средство при кровотечениях, аллергических заболеваниях, а также в качестве противоядия при отравлении солями магния. Его также применяют как успокаивающее средство при лечении неврозов, при бронхиальной астме, туберкулезе.
Хлорид натрия - 0,9 %-ны й водный раствор его называется изотоническим. Он служит для восполнения жидкости при больших потерях ее организмом. Растворы более высокой концентрации " (3, 5 и 10 %-ный) применяют наружно при воспалительных процессах.
Хлорид желез а (III) в медицинской практике используют как дезинфицирующее и кровоостанавливающее средство.
Из неорганических материалов наиболее широкое применение в медицине нашли различные металлы и их сплавы. Из большого числа металлов и сплавов были отобраны как наиболее биоинертные титан, коррозионностойкая сталь и сплав, содержащий хром, кобальт, молибден. Эти материалы используют для конструирования аппарата " искусственное сердце - легкое " , создания искусственных клапанов сердца, для эндопротезирования крупных дефектов кос т ей человека. Металлы часто применяют в сочетании с полимерами и различными керамическими изделиями.
12
Заключение.
В настоящее время в мире существует множество научных центров, ведущих разнообразные химико-биологические исследования. Странами-лидерами в этой области являются США, европейские страны: Англия, Франция, Германия , Швеция, Дания, Россия и др. В нашей стране существует множество научных центров, расположенных в Москве и Подмосковье (Пущин о , Обнинск, Черноголовка), Петербурге, Новосибирске, Красноярске, Владивостоке... Хотя , справедливости ради, надо заметить, что и в этой области (как и во всей российской науке в целом) наблюдается некоторый "упадок " , связанный как с недостатком финансирования и общим экономическим кризисом в РФ, так и с проблемой brain -drain (" утечки мозгов ") в более экономически благоприятные страны. Однако многие исследовательские институты Академии Наук России, Российской Академии Медицинских н аук . Российской Академии Сельскохозяйственных Наук , Министерства Здравоохранения и Медицинской Промышленности продолжают научные изыскания, хотя и не на полную мощь. Одни из ведущих центров по стране Институт биоорганической химии им.М.А.Шемякина и Ю.А.Овчинникова , Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта, Институт органического синтеза им.Н.Д.Зелинского, Институт физикохимической биологии МГУ им.Белозерского и др. В СанкгПетербурге можно отметить Институт Цитологии РАН, химический и биологические ф-ты Гос. Университета , Институт экспериментальной медицины РАМН , Институт онкологии РАМН им. Петрова , Институт особо чистых биопрепаратов МЗиМП и т.п .
Основными проблемами, решаемыми в последние годы физико-химической биологией, являются синтез белков и нуклеиновых кислот, установление нуклеотидной последовательности генома многих организмов (в том числе определение полной нуклеотидной последовательности генома человека), направленный транспорт веществ через биологические мембраны; разработка новых лекарств, новых материалов для медицинского использования , например, для биопротезирования. Особое внимание уделяется разработке биотехнологий, которые часто бывают более экономически выгодны, эффективны, чем традиционные "технические", не говоря уже об их экологической чистоте. Ведутся активные работы по клонированию растений и животных, а также по получению отдельных органов вне организма. Особо примечателен недавний успех швейцарских ученых (первые сообщения в печати появились в конце февраля 1997 г.), получивших путем клонирования сельскохозяйственное животное овцу, которая была выращена из клетки вымени матери - овцы; дочерняя генетическая копия была названа Долли. Это свидетельствует о том, что клонирование из сферы чисто научных экспериментов переходит в сферу практики. Необходимо упомянуть и о лечении заболеваний новым методом генотерапии изменением наследственности. Лечебный эффект достигается путем переноса " исправленного" гена либо с помощью ретровируса, либо внедрением липосом, содержащих генетические конструкции. Генотерапевтические метод ах толькo зарождаются, но именно с их помощью уже была вылечена маленькая девочка, больная муковисцидозом; особо перспективно применение генотерапии в лечении болезней, передающихся по наследству или возникающих под действием вирусов.
Вероятно, с привлечением именно этих методов будут побеждены СПИД, рак, грипп и множество других , менее распространенных болезней. Кроме того, постоянно исследуются механизмы превращений химических веществ в организмах и на
основе полученных знаний ведется непрекращающийся поиск лекарственных веществ. Большое количество разнообразных лекарственных веществ в настоящее время получают либо биотехнологически (интерферон, инсулин, интерлейкин, рефнолин, соматоген, антибиотики, лекарственные вакцины и пр.), используя микроорганизмы (многие из которых являются продуктом генной инженерии), либо путем ставшего почти традиционным химического син т еза , либо с помощью физико - химических методов выделения из природного сырья (частей растений и
13
животных).
Другой биологической задачей химии является поиск новых материалов, способных заменить живую ткань, необходимых при протезировании. Химия подарила врачам сотни разнообразных вариантов новых материалов.
Кроме множества лекарств, в повседневной жизни люди сталкиваются с достижениями физико-химической биологии в различных сферах своей профессиональной деятельности и в быту. Появляются новые продукты питания или совершенствуются технологии сохранения уже известных продуктов.
Производятся новые косметические препараты, позволяющие человеку быть здоровым и красивым, защищающие его от неблагоприятного воздействия окружающей среды. В технике находят применение различные биодобавки ко многим продуктам оргсинтеза. В сельском хозяйстве применяются вещества, способные повысить урожаи (стимуляторы роста, гербициды и др.) или отпугнуть вредителей (феромоны, гормоны насекомых), излечить от болезней растения и животных и многие другие...
Все эти вышеперечисленные успехи были достигнуты с применением знаний и методов современной химии. В современной биологи и медицин е химии принадлежит одна из ведущих ролей , и значение химической науки будет только возрастать. "Стык наук" химии и биологии оказался на редкость плодотворным.
14
Список используемой литературы.
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.
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.
Еще М. В. Ломоносов говорил, что “медик без довольного познания химии
совершенным быть не может”. 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.
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.
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.
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.
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.
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 эфи р -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.
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.
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.
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. 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 медицин ы
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.
С первых дней своего существования человек искал в окружающей природе различные средства, облегчающие страдания больного. На первых порах это были различные растения, которые применялись в первую очередь как съедобные вещества, однако, они оказывали иногда ядовитое или лечебное воздействие, помогали при тех или иных заболеваниях. В дальнейшем охота на животных приводит к использованию в качестве лекарственных средств жира, крови, костного мозга, печени и т.д. Познакомился человек также и с лекарственными средствами минерального происхождения, главным образом минеральными водами.
В настоящее время можно разделить все лекарственные вещества на неорганические и органические; получают их как из природного сырья, так и искусственным путем, т.е. в результате синтеза.
Получение лекарственного препарата весьма трудоемкий процесс, требующий участия в процессе людей - специалистов различных областей знаний: химиков, биологов, микробиологов, фармакологов, технологов, токсикологов и т.д.
К моменту развала Советского Союза страна производила около 3000 тысяч наименований индивидуальных субстанций (в то время как развитые страны для наиболее полного решения проблем здравоохранения должны выпускать по нормативам ВОЗ 12.000 – 15.000 тысяч индивидуальных субстанций), а Украина в тот период производила только 7 наименований. Химико-фармацевтические заводы Украины производили в основном лекарственные формы: таблетки, мази, суспензии, растворы, инфекционные лекарственные формы, капсулы, аэрозоли и т.д. Однако отечественная химико-фармацевтическая промышленность в основном обеспечивала население нашей страны лекарственными средствами для лечения большинства заболеваний. Мы выпускали высокоэффективные препараты: сульфаниламиды, антибиотики, алкалоиды, гормональные препараты, инсулин и др.
К тому времени были побеждены оспа, холера, малярия, успешно веласьборьба с туберкулезом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, онкологическими болезнями и т.д.
В настоящее время в Украине создаются и проводят большую работу по синтезу и изысканию новых лекарственных препаратов крупнейший научно-производственный центр (Государственный научный центр лекарственных средств, г. Харьков), в решении создания оригинальных отечественных препаратов принимают участие ученые Запорожского государственного медицинского университета: проф. Мазур И.А. - тиотриазолин, проф. Кныш Е.Г., доцент Панасенко А.И.; ученые Украинской фармацевтической академии: проф. Черных В.П., проф. Безуглый Н.А. и др.).
Многие болезни, уносившие колоссальное количество человеческих жизней, побеждены в передовых странах.
Для Вас, изучающих общую и неорганическую химию, это первый этап на пути к диплому провизора. Без знания неорганической химии невозможно продвижение вперед, т.е. изучение органической, аналитической, физической, коллоидной и других химических дисциплин, особенно фармацевтической химии, формирующей специалиста-провизора.
Основные этапы развития химии
Человеческая мысль издавна стремилась раскрыть тайну состава и физического строения вещества. Еще древнегреческие философы за несколько веков до н.э. освободили свои философские размышления о природе от различных мифологических представлений и настойчиво искали "первичную материю" или органическое число первоначал – стихий, из которых по их мнению должны состоять все тела мира.
В качестве первоначал (стихий) принималась вода. (Фалес, VI в. до н.э.); воздух (Анаксимен) , огонь (Гераклит), V в. до н.э.) или земля (Эмпедокл).
Аристотель (384-322 гг. до н.э.) полагал, что четыре первоначала (стихии) не являются материальными субстанциями, а служат лишь носителями определенных свойств (или качеств) веществ. Например, каждая стихия обладает двумя свойствами: вода - холодная и влажная; огонь - теплый и сухой и т.д.
Особое место в истории естествознания занимает атомистическая гипотеза ЛЕВКИПА и ДЕМОКРИТА (VI - V вв. до н.э.). Гипотеза - научное предположение, выдвигаемое для объяснения данного явления и его связи с другими.
1. Материя состоит из мельчайших неделимых частиц - атомов (греческое слово АТОМОС – неделимый);
2. Невидимые в отдельности атомы находятся в вечном движении;
3. Сцепляясь друг с другом, они в различных своих сочетаниях образуют весь видимый нами мир.
Но атомистические воззрения древних были забыты и вместо них получило широкое распространение учение АРИСТОТЕЛЯ о четырех стихиях - качествах, которое господствовало в науке более 17 веков. На его основе родилась алхимия (арабская приставка АЛ к некоторым наименованиям) - которая особенно в Западной Европе, представляла собой антинаучное, реакционное течение в науке. Алхимики занимались поисками таинственного философского камня, который дал бы возможность превращать неблагородные металлы в золото.
С другой стороны, алхимики оставили в наследство исключительно ценный метод работы - эксперимент; открыли много новых соединений и разработали различные химические операции, связанные с обработкой веществ.
Реформа алхимии была начата в ХV в. ПАРАЦЕЛЬСОМ (Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм - 1493-1541 гг.), который считал основной проблемой - применениехимии в медицине. Это так называемый ятрохимический период (греч. ятрос – врач).
С открытойкритиков алхимии впервые выступил английский физик и химик Роберт Бойль, сознательно применивший научный метод в химии. Работы Р. Бойля и его метод исследования оказали большое влияние на дальнейшее развитие химии. Однако, в начале ХVШ века возникла и распространилась теория флогистона (немецкий химик Шталь), которая привела к тому, что все химические представления стали рассматриваться с точки зрения флогистонирования и дефлогистонирования. Например, горение трактовалось как процессраспада горючего тела с выделением флогистона, который рассматривался как один из невесомых флюидов(часто даже обладал "отрицательным" весом). Это неизбежно привело к признанию и других "невесомых" флюидов - теплорода, светорода и т.д., при помощи которых пытались объяснить тепловые явления, световые и др. Таким образом, при горении металла выделяется флогистон и от металла остается только зола ("известь"); при нагревании ее с углем, металл восстанавливался, следовательно, уголь содержит много флогистона. После открытия водорода и установления его восстановительных свойств, считали, что водород - чистый флогистон. РАЗНИЦА В МАССЕ ЧИСТОГО МЕТАЛЛА И ЕГО ОКИСЛА НЕ СЧИТАЛАСЬ СУЩЕСТВЕННЫМ ДЛЯ УЧЕНЫХ ТОГО ВРЕМЕНИ, Т.К. НЕ БЫЛ ОТКРЫТ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ВЕЩЕСТВ.
Ответы по химии!
Предмет химии. Химия и окружающая среда. Связь химии с медициной.
Предмет химии. Химия и окружающая среда
Оглянемся вокруг. Мы сами и все, что нас окружает, состоит из веществ. Веществ очень много. В настоящее время ученые знают около 10 млн. органических и около 100 тыс. неорганических веществ. И все они характеризуются определенными свойствами. Свойствами вещества называются признаки, по которым вещества отличаются друг от друга или сходны между собой.
Каждый отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими свойствами, например, алюминий, сера, вода, кислород, называют веществом.
Химия изучает состав, строение, свойства и превращение веществ. Глубокое знание химии совершенно необходимо специалистам всех отраслей народного хозяйства. Наряду с физикой и математикой она составляет основу подготовки специалистов высокой квалификации.
С веществами происходят различные изменения, например: испарение воды, плавление стекла, сгорание топлива, ржавление металлов и т. д. Эти изменения с веществами можно отнести к физическим или к химическим явлениям.
Физическими называют такие явления, при которых данные вещества не превращаются в другие, а обычно изменяется только их агрегатное состояние или форма
Химическими называют такие явления, в результате которых из данных веществ образуются другие. Химические явления называются химическими превращениями или химическими реакциями
При химических реакциях исходные вещества превращаются в другие вещества, обладающие другими свойствами. Об этом можно судить по внешним признакам химических реакций: 1) выделение теплоты (иногда света); 2) изменение окраски; 3) появление запаха; 4) образование осадка; 5) выделение газа.
Молекулы и кристаллы состоят из атомов. Каждый отдельный вид атомов называется химическим элементом.
Всего в природе (на Земле) установлено существование (92) различных химических элементов. Еще 22 элемента получены искусственным путем с использованием ядерных реакторов и мощных ускорителей.
Все вещества делятся на простые и сложные.
Вещества, которые состоят из атомов одного элемента, называются простыми.
Сера S, водород Н2, кислород О2, озон О3, фосфор Р, железо Fe - это простые вещества.
Вещества, которые состоят из атомов разных элементов, называются сложными.
Например, вода Н2О состоит из атомов разных элементов – водорода H и кислорода O; мел CaCO3 состоит из атомов элементов кальция Ca, углерода C и кислорода O. Вода и мел - сложные вещества.
Понятие «простое вещество» нельзя отождествлять с понятием «химический элемент». Простое вещество характеризуется определенной плотностью, растворимостью, температурами кипения и плавления и др. Химический элемент характеризуется определенным положительным зарядом ядра (порядковым номером), степенью окисления, изотопным составом и др. Свойства элемента относятся к его отдельным атомам. Сложные вещества состоят не из простых веществ, а из элементов. Например, вода состоит не из простых веществ водорода и кислорода, а из элементов водорода и кислорода.
Названия элементов совпадают с названиями соответствующих им простых веществ, за исключением углерода.
Многие химические элементы образуют несколько простых веществ, различных по строению и свойствам. Это явление называется аллотропией, а образовавшиеся вещества аллотропными видоизменениями или модификациями. Так, элемент кислород образует две аллотропные модификации: кислород и озон; элемент углерод - три: алмаз, графит и карбин; несколько модификаций образует элемент фосфор.
Явление аллотропии вызывается двумя причинами: 1) различным числом атомов в молекуле, например кислород О2 и озон О3; 2) образованием различных кристаллических форм, например алмаз, графит и карбин.
Химия и медицина
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.
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.