Неорганическая химия и медицина

Неорганическая химия и медицина

Изучая курс неорганической химии, особенно в классах химико-биологического профиля, мы часто подчеркиваем связь неорганической химии с медициной.
Связь эта возникла давно. Еще в ХУI 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 этих “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—XVII вв.) известен под названием иатрохимии1. 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, получаем после отгонки кислот (сульфат натрия), Глаубер установил, что это вещество обладает сильным слабительным действием. Он назвал это вещество “удивительной солью” (sаl mirabile) и считал его панацеей, почти эликсиром 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.
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.
1. Иатрохимия (от греч. иатрос — врач) — научное направление ХVI—ХVIII вв., стремившееся использовать химические знания эля лечения болезней.
2. Гуморальный (от лат. hymor — жидкость) — связанный с жидкостями организма (кровь, лимфа); пато (греч.) — страдание, болезнь.

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.
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.
Знание основных законов и положений неорганической химии необходимо для изучения специальных фармацевтических дисциплин: технологии лекарственных форм, фармакокинезии и особенно фармацевтической химии. Характер и сила действия лекарственных средств зависят не только от их состава и строения, но и от их физикохимических 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) усиливает обмен кислорода в легких, предотвращает азотную эмболию (кессонная болезнь). Ксенон как рентгеноконтрастное вещество широко используют при рентгеноскопии головного мозга. Ра дон в ультрамикродозах оказывает положительное влияние на центральную нервную систему, поэтому широко используется в физиотерапии (радоновые ванны). Он также находит применение при лечении больных раком.
Борную кислоту и тетраборат натрия (бура) применяют в медицине в качестве антисептиков.
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.
Йод в виде спиртового раствора или раствора йода в водных растворах иодидов калия и натрия применяют в качестве дезинфицирующего и кровоостанавливающего средства.
Йод калия используют для лечения глазных болезней — катаракты, глаукомы. Часто его употребляют при отравлении солями ртути.
Йод натрия используют как лекарственное средство, так как организм человека постоянно нуждается в некоторых количествах йода. Тело человека содержит около 25 мг йода, из которых примерно 15 мг локализуется в щитовидной железе. Недостаток йода служит причиной патологического увеличения щитовидной железы. Больным назначают внутрь небольшие дозы иодида натрия — 0,1 мг/сут.
Карбонат кальция применяют внутрь не только как кальциевый препарат, но и как средство, адсорбирующее и нейтрализующее кислоты.
Кислород в медицине используют для газового наркоза (см. ниже оксид азота (1)). Вдыхание чистого кислорода иногда назначают при отравлениях и некоторых тяжелых заболеваниях.
Мышьяк и все его соединения сильно ядовиты, однако некоторые из них находят применение в медицине. Арсенит калия 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 %-ных) и 2—10 %-ных водных растворов. Внутрь назначают при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.
Нитрат натрия в медицинской практике применяют как сосудорасширяющее средство при стенокардии, а также как противоядие при отравлении цианидами.
Оксид азота (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 З % 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 Эта соль 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 - алебастр. В медицине применяют для изготовления повязок и шин при переломах и в зубопротезной технике.
Сулъфат магния гептагидрат . Широко применяют в медицине в качестве слабительного (горькая соль). Его слабительное 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
(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 . Используют для приготовления глазных капель, как вяжущее средство и антисептик.
Сульфат калия-алюминия (алюмо-калиевые квасцы). Оказывает вяжущее, противовоспалительное и кровоостанавливающее действие. Наружное средство.
Сульфат железа (II) гептагидрат . В медицине используют при лечении анемии (малокровия), наступающей вследствие дефицита железа в организме, а также при слабости и истощении организма. Для этой же цели употребляют восстановленное железо и карбонат железа.
Тиосулъфат натрия принимают внутрь или вводят внутривенно в качестве противоядия при отравлении тяжелыми металлами, мышьяком и цианидами. Назначают также при различных воспалениях кожи.
Уголъ активированный 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 %-ный 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 железа (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 костей человека. Металлы часто применяют в сочетании с полимерами и различными керамическими изделиями.
По прогнозам некоторых специалистов, работающих в этой области, к 2000 г. люди, вероятно, смогут “отращивать” конечности, потерянные вследствие несчастных случаев. Создание живых органов вне организма — это одна из задач на грани химии и медицины, решением которой будут заниматься химики и медики будущего, т. е. сегодняшние школьники, решившие посвятить свою жизнь служению двум самым древним областям человеческих знаний — химии и медицине.