Хімія & медицина

Синтетичні лікарські засоби — одне з найвизначніших досягнень хімії. Завдяки їм стало можливим виліковування багатьох недугів (чума, холера тощо), які раніше були фатальними для хворих. У 1865 році англійський хірург Джозеф Лістер (мал. 13.18) уперше використав під час операції карболову кислоту (фенол) для дезінфікування інструментів і рук хірурга.

Мал. 13.18. а — у центрі — Джозеф Лістер [лорд Лістер] (1827-1912, Велика Британія) — видатний хірург і науковець, творець хірургічної антисептики. Уперше вдало використав дезінфікувальні властивості продукту органічного синтезу — фенолу С₆Н₅ОН (карболової кислоти) — для знезаражування ран; б — апарат Лістера для розпилювання розчину карболової кислоти

Це істотно зменшило смертність поміж хірургічних хворих, оскільки запобігало бактеріальним інфекціям. Така лікарська новація врятувала мільйони людських життів. Зауважмо, що фенол — отруйна речовина, небезпечна для здоров’я, тож згодом на зміну цьому антисептику прийшло нове покоління дезінфікувальних засобів. Сучасні антисептики містять як природні, так і синтетичні органічні речовини. Наприклад, спиртовий розчин синтетичного барвника брильянтового зеленого (зеленка) має антимікробну дію. Його застосовують зовнішньо в разі легких гнійно-запальних процесів шкіри, а також для обробляння операційного поля, шкірних покривів після операцій і травм.

За часів Гіппократа кількість описаних ним лікарських засобів сягала двох сотень. Наразі їхня кількість у тисячі разів більша. У цьому фармацевтичному розмаїтті експерти виокремлюють «першу десятку» препаратів, що стали справжнім проривом у науці лікування й медичній практиці. Розгляньмо кілька прикладів.

Аспірин — загальноприйнята назва ацетилсаліцилової кислоти — найпоширенішого болезаспокійливого, жарознижувального й протизапального засобу. Ще в давнину для лікування інфекційних хвороб і подагри, для полегшення болю й зниження температури використовували різноманітні екстракти вербової кори (мал. 13.19).

Мал. 13.19. «Де росте верба — там здорова вода» (українське прислів’я). У народній медицині настій або відвар з кори верби використовують для лікування лихоманки, ревматизму, подагри, як сечогінне

Науковці встановили, що активним лікувальним компонентом цих екстрактів є саліцилова кислота. Згодом розроблено метод її синтезу, тож у медицині широко почали використовувати сіль саліцилової кислоти — натрій саліцилат. Однак обидві сполуки були досить токсичними, що спонукало дослідників до пошуку способу синтезу речовини, яка справляла б такий самий (або сильніший) терапевтичний ефект з меншою шкодою для організму.

У 1893 році співробітник німецької фармацевтичної фірми «Байєр» Фелікс Гофман (мал. 13.20, а) синтезував ацетилсаліцилову кислоту. Доступність сировини й методики синтезу забезпечили можливість промислового виробництва ліків, що були запатентовані під назвою «аспірин» (мал. 13.20, б). Тобто вперше запроваджено технологію масового промислового виробництва синтетичного лікарського засобу.

Ці ліки відразу набули неабиякої популярності й зберегли її дотепер. Обсяг їхнього виробництва за рік сягає десятків тисяч тонн. Аспірин справляє яскраво виражені протизапальну, жарознижувальну й певну знеболювальну дію. Однак цим не вичерпується його вплив на організм, оскільки дослідження виявляють нові грані біологічної активності й перспективні напрями використання ацетилсаліцилової кислоти (дізнайтеся про них більше з додаткових інформаційних джерел). Тріумфальна хода аспірину триває вже понад століття. Історія аспірину наочно демонструє, як новий погляд на такий старий об’єкт дослідження відкриває нові обрії в боротьбі з хворобами. У 1982 році фармаколога сера Джона Вейна (1927-2004, Велика Британія) удостоєно Нобелівської премії з медицини за розгадку механізму фізіологічної дії аспірину.

Мал. 13.20. а — Фелікс Гофман (1868-1946). Німецький хімік. Запропонував методи синтезу аспірину й героїну; б — аспірин

Лікування хвороб із застосуванням синтетичних хімічних препаратів спрямованої бактерицидної дії започаткував німецький лікар, бактеріолог і біохімік Пауль Ерліх (мал. 13.21, а). Створений ним препарат сальварсан виявляв високу ефективність проти збудників не лише сифілісу, а й інших небезпечних хвороб. Так само, як і аспірин, цей лікарський засіб увійшов до «першої десятки» борців з недугами. Більше про це ви зможете дізнатися, проаналізувавши інформацію з інтернет-джерел, зокрема, https://fp.com.ua/foto/vysokotehnologichna-farmatsiya-vid-zarodzhennya-do-rozkvitu/ (зробіть це).

Зауважимо: «робоча» назва сальварсану «препарат 606» означає, що Пауль Ерліх і його співробітники синтезували 605 речовин. Однак лише 606 спроба виявилася вдалою — добута речовина згубно діяла на збудника хвороби — бліду спірохету. Це приклад пошуку нових біологічно активних речовин методом фармакологічного скринінгу (від англ. screening — просіювання).

Мал. 13.21. а — Пауль Ерліх (1854-1915, Німеччина). Лікар, імунолог, бактеріолог, хімік, засновник хіміотерапії. Лауреат Нобелівської премії (1908). Установив факт набування мікроорганізмами стійкості до хіміотерапевтичних препаратів. Його портрет зображено на банкноті 200 марок (Німеччина, 1996); б — світову славу Ерліху приніс розроблений ним «препарат 606» (сальварсан), що виявився високоефективним засобом лікування сифілісу

Попри великі витрати часу й праці, метод скринінгу дотепер не втратив свого значення. Однак перспективнішим є цілеспрямований органічний синтез. Це наочний приклад того, як розуміння зв’язку складу й будови речовин з їхніми властивостями та біологічною активністю стає підґрунтям для створення сполук з наперед заданими властивостями та ефективних ліків на їхній основі. Досвідчений фахівець (хімік, фармаколог) за структурною формулою речовини може спрогнозувати її терапевтичний (і токсичний, що не менш важливо) ефект, вибрати оптимальну стратегію синтезу.

Один із сучасних напрямів хіміотерапії СНІДу передбачає використання інгібіторів, що пригнічують ферменти вірусу імунодефіциту людини. Синтезу таких сполук передує конструювання їхніх молекулярних структур за допомогою спеціальних комп’ютерних програм, фізичних просторових моделей і, що дуже важливо, досвіду й інтуїції науковців. Цей важливий творчий процес називають молекулярним дизайном. Під час проектування дослідники беруть до уваги індивідуальні особливості ферментів, проти яких буде спрямовано дію ліків.

Важливого значення у виробництві сучасних лікарських засобів набули біотехнології як промислові методи виробництва біологічно активних речовин (наведіть кілька прикладів з вивченого вами курсу біології). Нанотехнології — перспективний напрям не лише синтезу біологічно активних сполук, а й їхнього прицільного доправляння до хворого органа.

Список синтетичних лікарських засобів практично невичерпний. Сульфаніламідні препарати й антибіотики як специфічного, так і широкого спектра дії, знеболювальні, судинорозширювальні, протисудомні... усіх не злічити. Корисні чи шкідливі вони? На прикладі аспірину легко пересвідчитися: ацетилсаліцилова кислота попри беззаперечну лікувальну дію може спричиняти в організмі низку небажаних шкідливих змін. Тож нагальним завданням хіміків є синтез сполук, що не поступаються аспірину за лікувальним ефектом, однак позбавлені властивих йому недоліків. Перші кроки в цьому напрямі вже зроблено. Урахування особливостей білка-ферменту, на який впливає аспірин, стало підґрунтям для синтезу ліків нового покоління.

На думку Романа Лесика¹, головними рисами створення інноваційних препаратів на початку XXI століття стали такі напрями наукової діяльності та підходи²:

геноміка як інноваційний підхід до ідентифікування нових біологічних мішеней потенційних лікарських засобів;
збільшення значення інформаційних технологій в опрацюванні та інтерпретуванні результатів експериментальних досліджень;
використання в органічній і фармацевтичній хімії комп’ютерних технологій, які сприяли бурхливому розвитку методів розраховування структури молекули, що дало змогу описувати структурних особливості молекул дуже складної будови;
упровадження високоефективного фармакологічного скринінгу HTS (англ. High-tech screening), використання якого забезпечило тотальне вивчення біологічної активності великих бібліотек органічних сполук, і який став надійним джерелом «сполук-хітів» і «сполук-лідерів» для поглиблення доклінічних досліджень;
комбінаторна хімія — ефективний і системний підхід, який дає змогу синтезувати потужні бібліотеки споріднених органічних сполук для проведення високоефективного фармакологічного скринінгу;
акцент на «лікоподібність» сполук, зумовлений зростанням ролі фармакокінетики та токсикології при ідентифікації «сполук-лідерів»;
широке використання трансгенних тварин для моделювання захворювань людини з метою тестування потенційних лікарських засобів.

Про те, чи створюють нові оригінальні ліки в Україні, ви зможете дізнатися самостійно, проаналізувавши інформацію, наведену в інтернет-джерелах, наприклад: https://fp.com.ua/foto/vysokotehnologichna-farmatsiya-vid-zarodzhennya-do-rozkvitu/ (зробіть це).

¹ Лесик Роман Богданович (нар. 1968, Україна) — професор, доктор фармацевтичних наук, завідувач кафедри фармацевтичної, органічної і біоорганічної хімії ЛНМУ ім. Данила Галицького.

² https://fp.com.ua/foto/vysokotehnologichna-farmatsiya-vid-zarodzhennya-do-rozkvitu/

Вакцинація (мал. 13.22) — найефективніший спосіб захисту від інфекційних захворювань. Імунна система реагує на введену вакцину й виробляє імунітет проти інфекції. Таким чином формується імунітет — захист проти хвороби. Переважно, вакцини вводять в організм ін’єкціонно. Деякі вакцини, наприклад, «живу» вакцину проти поліомієліту — у вигляді крапель у рот (орально). Також деякі «живі» вакцини можуть вводити інтраназально — у вигляді спрею в ніс. Вакцинація захищає від інфекцій, запобігає тяжкому перебігу хвороби й ускладненням — у разі інфікування. Альтернатив вакцинації немає (поміркуйте й поясніть чому).

Мал. 13.22. Вакцинуймося!

Чому важливо, аби більшість дітей були вакциновані? Якщо 95 % населення мають імунітет проти інфекційного захворювання, воно не пошириться територією країни, навіть якщо буде завезене з іншої держави. Такий імунітет називають «колективним». Колективний імунітет захищає дітей, яких не можна вакцинувати через постійні чи тимчасові протипоказання. Колективний імунітет можна сформувати лише в результаті охоплення вакцинацією понад 95 % населення.

Захворювання, проти яких вакцинують, можуть призвести до ускладнень, інвалідності та смерті. Вакцинація — безпечний спосіб формування захисту проти інфекцій. Важливо, що імунітет проти інфекційних захворювань на все життя гарантований після перенесення лише деяких хвороб, наприклад, кору, паротиту, краснухи. Але ці захворювання можуть викликати ускладнення. Чи варто ризикувати? Вирішувати вам. Упевнені, що ви приймете виважене та єдино правильне рішення.

Ви стоїте на порозі дорослого життя, тож незабаром самостійно дбатимете про своє здоров’я та здоров’я близьких. У пригоді вам стане календар щеплень (мал. 13.23).

Мал. 13.22. Календар щеплень

ПОДУМАЙТЕ Й ВІДПОВІДАЙТЕ

1. З давніх-давен уважали, що медицину й культуру зближують інтерес до людини, прагнення пробудити в ній кращі риси. Історії відомі імена лікарів, які проявили свій талант у мистецтві. А також багато письменників, художників, скульпторів не оминали увагою медицину. Наведіть приклади за малюнком 13.23. Доберіть власні приклади.

Мал. 13. 23. а — Рембрандт ван Рейн «Урок анатомії лікаря Тульпа»; б — портрет Нострадамуса (1503-1566, Франція). Робота його сина Сезара; в — Давід, знаменита статуя Мікеланджело Буонарроті (1475-1564, Італія) як данина анатомії; г — Ібн Сіна (980-1037, Іран) написав свій «Канон» чудовою літературною мовою; д — Степан Васильович Руданський (1834-1873), поет і лікар; е — Михайло Опанасович Булгаков¹ (пригадайте його твори з медичної тематики); є — неймовірні фотографії з операційної Макса Хельвіга з його книги «Святе серце: Атлас людського тіла крізь призму інвазивної хірургії»²; ж — Джулія Андерсон, Емм Барнс, Емма Шеклтон — автори книги «Медицина в мистецтві» пропонують читачам захопливий екскурс в історію медицини, підкріплений різними творами мистецтва

¹ 1891-1940, Україна, Росія.

² (Булфінч-Пресс, 1997.)

2. Порівняйте «Клятву Гіппократа» і зміст сучасної «Клятви лікаря». Виокреміть: а) ті положення, які протягом століть залишилися без змін; б) наведіть приклади нововведень.
3. Обґрунтуйте власну думку щодо: а) того, чим зумовлено тісний зв’язок міфорелігійних уявлень і лікувальних практик у стародавніх цивілізаціях; б) ролі Гіппократа в розвитку медицини.
4. Поясніть феномен народної медицини та її підходів до лікування.
5. Доведіть, що жінки в добу Середньовіччя були лікарками.
6. Назвіть джерела акустичних хвиль звукового діапазону в людському організмі.
7. Схарактеризуйте звукові методи дослідження.
8. Поясніть, чому мембрану фонендоскопа потрібно прикладати до тіла, а не до одягу людини.
9. Знайдіть у літературі чи інтернеті значення швидкостей звуку й ультразвуку. Зробіть висновок про те, від чого залежить швидкість звуку.
10. Поміркуйте, які особливості ультразвуку зумовили його використання в медичній практиці.
11. Поясніть, чому під час ультразвуковій діагностики й терапії необхідно уникати повітряного прошарку між джерелом випромінювання й ділянками тіла, які опромінюють.
12. Схарактеризуйте електромагнітні властивості організму. Наведіть приклади методів діагностики, де використовують їх.
13. Поміркуйте, які тканини людського організму найсильніше поглинають рентгенівське випромінювання.
14. Поясніть, чому для захисту від дії рентгенівських променів використовують свинець?
15. Опишіть методи використання радіонуклідів у терапії.
16. З’ясуйте, які лікарські засоби з вашої аптечки містять ацетилсаліцилову кислоту та для чого вони призначені. Від яких побічних ефектів унаслідок їхнього застосування застерігає виробник в інструкції? За результатами дослідження підготуйте презентацію «Аспірин — знайомий незнайомець».
17. Дізнайтеся, використавши додаткові джерела інформації, коли й чому аспірин двічі занесено до книги рекордів Гіннеса.
18. Індивідуально або в складі малої навчальної групи вивчіть у шкільній хімічній лабораторії перетворення, яких зазнає ацетилсаліцилова кислота, якщо таблетки аспірину додавати в банки з консервованими овочами. Щодо методики виконання дослідження порадьтеся з учителем або вчителькою хімії. Зробіть висновок, наскільки доцільна технологія консервування з використанням аспірину.
19. Дізнайтеся в своєму оточенні, чи існують рецепти домашніх заготовок без використання аспірину, оцту, синтетичної лимонної кислоти тощо. Підготуйте за результатами дослідження буклет і презентуйте його зміст на шкільному заході, присвяченому здоровому способу життя.
20. Організуйте й проведіть дискусію «Вакцинація: за чи проти?».
21. Підготуйте буклет, у якому висвітліть необхідність вакцинації дітей і дорослих.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

ПРАКТИЧНА РОБОТА

Надання першої долікарської допомоги

У разі нещасного випадку більшість людей не може ефективно надати допомогу потерпілому. Їхню неспроможність діяти швидко, рішуче та правильно пояснюють нестачею відповідних знань, а також сильними емоційними переживаннями, нездатністю приборкати страх і хвилювання. Інколи хвилини вирішують наслідок нещасного випадку — життя або смерть, інвалідність або сприятливий результат. То ж не пропускайте уроки з предметів «Захист Вітчизни», «Основи здоров’я», використовуйте додаткові джерела інформації.

Опишіть особливості надання першої допомоги в разі травм і кровотеч, опіків, укусів тварин, отруєнь тощо.

ЗАХИСТ НАВЧАЛЬНИХ ПРОЄКТІВ

Нетрадиційна медицина.
Медичне застосування ультрафіолетового випромінювання.
Магнітні властивості тканин організму. Поняття про біомагнетизм і магнітобіологію.
Застосування низьких температур у медицині.
Біологічна дія йонізувального випромінювання.
Лікарські та отруйні рослини.
Домашня аптечка.
Фізичні методи у виробництві лікарських засобів.
Внесок українських учених у розвиток вітчизняної та світової медицини.