III. Медицина и здравоохранение

1. III.1. Химия в борьбе с болью и воспалительными процессами Морфин Морфин начали использовать в качестве обезболивающего средства с начала XIX века. Его источником служил неочищенный опий. В 1920-х гг. венгерский фармаколог Янош Кабай усовершенствовал этот процесс. Он экстрагировал морфин не только из незрелых маковых головок, но также из сухой маковой соломки. В 1923 г. начались исследования, целью которых было определение химического строения морфина. Это было необходимо, чтобы затем синтезировать сильнодействующий анальгетик, не имеющий побочных эффектов, присущих морфину – привыкания и угнетение дыхания. Выяснение механизма действия на человека природного экстракта позволило синтезировать искусственный аналог морфина. Затем были получены менее опасные лекарства, например, в 1961 г. были синтезированы налорфин и налоксон. III. Медицина и здравоохранение Могила Яноша Кабая в Будапеште Аспирин В 1890 г. началось промышленное производство салициловой кислоты. Это было дешевое и эффективное противовоспалительное средство. Оно помогало при ревматоидном артрите, хотя и имело неприятные побочные действия – вызывало тошноту, воспаление слизистой оболочки желудка. В 1897 г. немецкий химик Феликс Гофман, работавший в компании ｫБайерｻ, синтезировал ацетилсалициловую кислоту (аспирин), а Генрих Дрезер изучил ее фармакологические свойства. В 1899 г. началось промышленное производство аспирина, и в следующем году были проданы первые таблетки. Вскоре началось широкое использование аспирина, поскольку он обладал намного меньшими побочными эффектами, чем салициловая кислота. Аспирин стал первым лекарственным средством, получаемым в промышленных масштабах. И в настоящее время его производят в больших количествах. До середины 1980-х гг. его применяли в основном как средство от головной боли, а затем было обнаружено, что аспирин эффективно предотвращает сердечные приступы. Ацетилсалициловая кислота Кортизон В 1940-х гг. при изучении коры надпочечников было обнаружено выделение этим органом каких-то гормонов (их называют стероидными), которые обладают противовоспалительным действием. В 1936 г. из природных источников был выделен кортизон, а в 1948 г. он был синтезирован американским химиком Льюисом Хастингсом Саретом. Его промышленное производство началось уже в следующем году, что было вызвано поразительной эффективностью кортизона при лечении ревматоидного артрита.Однако последующие клинические исследования показали, что кортизон не только нене вылечивает артрит, но ивызывает значительные побочные эффекты. В то же время выяснилось, что кортизон помогает при астме и аллергических заболеваниях. Исследования в области химии стероидных соединений привели к синтезу преднизона, преднизолона и дексаметазона. Эти вещества оказывали более сильное противовоспалительное действие и мели меньше побочных эффектов. Льюис Хастингс Сарет Деформация, вызванная воспалением суставов

2. III. Медицина и здравоохранение III.2. Психотерапевтические средства Хлорпромазин Хлорпромазин (торазин, гибернал) был первым лекарственным средством, примененным в 1954 г. для лечения шизофрении. Но вначале его использовали как антигистаминный а антиаллергический препарат. Новое применение хлорпромазина оказалось очень эффективным и ознаменовало наступление современной эры нейролептических средств. Медикаментозное лечение психических заболеваний вскоре заменило прежние методы лечения, такие как электрошок, инсулиновый шок, префронтальная лоботомия (хирургическая операция по разъединению предлобных полусфер). В результате во всем мире снизилось число больных в психиатрических лечебницах. Последующие исследования пролили свет на фармакологический механизм действия хлорпромазина. Эти исследования послужили основой для создания других нейролептических средств, таких как галоперидол и оланзапин. Кадры из фильма ｫПолет над гнездом кукушкиｻ(1975), в котором показаны катастрофические последствия психических заболеваний Трициклические антидепрессанты Имипрамин был создан для лечения психических заболеваний, но, как показали в 1958 г., клинические исследования, это лекарство проявляет также свойства антидепрессанта. Оно воздействует на активность мозговых нейротрансмиттеров (нейромедиаторов) – веществ, передающих нервный импульс. В дальнейшем было синтезированы много лекарственных средств этого типа, которые получили название трициклических антидепрессантов. Эти препараты вскоре стали типичными для лечения заболеваний, не дающих человеку вести нормальную жизнь. Приступ послеродовой депрессии The more the sunshine the less the depression Бензодиазепины В 1959 г. был введен в медицинскую практику хлордиазепоксид (либриум), с которого началось применение нового класса седативных, т.е. успокаивающих препаратов – бензодиазепинов. Хлордиазепоксид и синтезированные впоследствии его производные быстро вытеснили барбитураты и мепробамат; это были так называемые малые транквилизаторы, полученные в 1950 г. и сравнительно успешно применявшиеся как одни из наиболее эффективных лекарственных средств того времени. Практически безвредные и безопасные бензодиазепины оказались также эффективными снотворными, миорелаксантами, а также средствами для лечения эпилепсии. Нейротрансмиттеры в мозге

3. III. Медицина и здравоохранение III.3. Гормоны и гормональные регуляторы Инсулин Инсулин – это белковый гормон, который вырабатывается клетками поджелудочной железы. Этот гормон регулирует содержание в крови сахара (глюкозы). При его отсутствии развивается так называемый тип 1 диабета – болезнь, которая до начала 1920-х гг. считалась смертельной. В 1921 г. два молодых канадских врача, Фредерик Бантинг и Чарльз Бест выделили из поджелудочной железы крупного рогатого скота и очистили готовую к применению вытяжку, содержащую неизвестное ранее вещество. Их первым пациентом был умирающий 14-летний мальчик. Черезнесколько недель лечения он был выписаниз больницы. В 1922 г. компания EliLilly & Co начала производство инсулина, выделяемого из поджелудочной железы крупного рогатого скота. А в 1982 г. был получен первый человеческий инсулин, синтезированный методом генной инженерии с использованием рекомбинантной ДНК. Фредерик Бантинг и Чарльз Бест в лаборатории Тестостерон Тестостерон – вещество, регулирующее развитие мужских половых органов и вторичных половых признаков. Это стероидный гормон, по строению сходный с холестерином. Впервые тестостерон был синтезирован, холестерина, в 1935 г. и использован для лечения заболеваний, вызванных гормональной недостаточностью. Тестостерон можно получить химическим или микробиологическим способом из легкодоступных природных соединений Прогестины, эстрогегы, оральные контрацептивы В 1930-х гг. были открыты два вида женских половых гормона. Их выделили из природных источников – мочи беременных кобыл и мексиканского аира обыкновенного. Как показали исследования, прогестины (прогестерон, гормон желтого тела) контролирует беременность, а эстрогены (фолликулярные гормоны) обеспечивает менструальный цикл. В 1950-х гг. были синтезированы аналоги этих гормонов и изучено их воздействие на оплодотворение и на протекание беременности. Оказалось, что эти гормоны обладают сильным контрацептивным эффектом, что привело к созданию пероральных противозачаточных средств (пилюль). Первым таким средством был появившийся в 1960 г. на американском рынке эновид; для достижения максимального эффекта таблетки содержали смесь эстрогенов и прогестинов III.4. Желудочно-кишечные средства Успехи в лечении язвенной болезни В 1972 г. шотландский фармаколог Джеймс Блек и его коллеги, работавшие в компании Smith, Klein & French выяснили причину избыточного образования кислоты в желудке. Проведенное ими фармацевтическое исследование получило название ｫрациональная разработка лекарстваｻ. К 1976 г. эта же группа разработала еще одно лекарство – циметидин (тагамет). Это вещество ингибирует выделение в желудке кислоты и при этом почти не вызывает побочные эффекты. Его широкое применение для лечения язвы желудка значительно снизило число операций по этому поводу. Вскоре тагамет стал лекарством, наиболее часто выписываемым врачами

4. III. Медицина и здравоохранение III.5. Медицинское обследование и диагностика болезней Технологии визуализации внутренних органов Когда появились рентгеновские аппараты, они произвели настоящую революцию в области диагностики различных заболеваний; теперь же рентгеновские установки являются обычным оборудованием любой клиники. То же происходит сейчас и с методом магнитно-резонансной томографии (МРТ). Рентгеновские лучи открыл в 1895 г. немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген. На одном из его первых рентгеновских снимков была кисть руки жены Рентгена. И уже через пять лет рентгеновская установка была в каждой крупной больнице. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в 1970-е гг. получил распространение для изучения строения химических соединений. А в 1985 г. началось использование магнитно-резонансной томографии для получения изображений внутренних органов человека. Химики разработали специальные контрастные вещества и светочувствительные эмульсии, которые позволили повысить диагностическую надежность обычных рентгеновских снимков, трехмерной компьютерной рентгеновской томографии (томоденситографии), магнитно-резонансной томографии и ультразвукового исследования (УЗИ). Изображение кисти фрау Рентген в рентгеновских лучах Радионуклиды в медицине Для изучения функции внутренних органов в медицине широко используются радионуклидные (изотопные) индикаторы. За разработку методов изотопных индикаторов венгерский ученый Георг Хевеши получил Нобелевскую премию. С помощью радиоактивного фосфора-32 Хевеши в 1935 г. изучил метаболизм соединений фосфора в организме. В настоящее время используют либо вещества, меченные радионуклидами (например, технецием-99m или таллием-201), либо контрастные вещества, непроницаемые для излучения (например, соединения бария и и йода). После введения в организм вещества с радиоактивной меткой с помощью детектора гамма-квантов можно проследить за распределением этого вещества в организме. Это позволяет получить изображение различных органов, в которых сконцентрировалось меченое вещество, что используется в диагностических целях. Так, с помощью этого метода можно диагностировать опухоли, заболевания печени, провести стресс-тест на работоспособность сердечной мышцы. Химические препараты в диагностике В настоящее время для диагностики заболевания используются специальные вещества-маркеры или видоизмененные лекарственные препараты. С помощью различных методов можно определить их содержание в крови, моче, фекалиях, слюне и поте. Для этого используются как лабораторные метод, и сложные компьютеризованные аналитические приборы, так и анализы в домашних условиях - в любом случае анализы основаны на хорошо изученных химических реакциях. В начале XIX века диагностика заболевания былa основанa на клинических симптомах: если пациент положительно реагирует на лечение, принятое в случае данного заболевания, следовательно, он именно этим и болен. Диагностические исследования начались после того, как в 1882 г. Пауль Эрлих доказал, что только обнаружение у больного тифозных бацилл (он обнаруживал их с помощью красителя) может служить доказательством заболевания брюшным тифом. Раньше же такое заболевание диагностировали по цвету кожи пациента. Развитие персонального мониторинга Простые аналитические комплекты для домашнего применения значительно упростили контроль пациента за состоянием своего здоровья. Так, больные сахарным диабетом раньше должны были регулярно сдавать мочу в лабораторию для анализа на сахар. В 1941 г. появились первые удобные комплекты для домашнего анализа сахара в моче, разработанные компанией MilesLaboratories. Много усилий было потрачено для разработки более удобных тест-полосок, которые после смачивания жидкостью изменяли цвет в соответствии с содержанием глюкозы в жидкости. Первые такие полоски появились в продаже в 1956 г. В 1960-х гг. получили распространение портативные глюкометры с элементами питания и тест-полосками для определения содержания глюкозы в крови. Эти приборы существенно повысили качество жизни больных диабетом. В последующие два десятилетия появились диагностические наборы для определения в домашних условиях крытой крови в фекалиях, овуляции, беременности и стрептококковой инфекции.

5. III. Медицина и здравоохранение III.6. Антибактериальные и противовирусные средства Сальварсан и пронтозил Немецкий бактериолог Пауль Эрлих изучал антибактериальные свойства соединений мышьяка. В результате в 1909 г. он синтезировал сальварсан, который оказался эффективным в лечении сифилиса – смертельного заболевания, передающегося половым путем. Метод Эрлиха был использован другими исследователями, которые обнаружили лекарственные вещества для лечения инфекционных болезней. Первым сульфамидным препаратом был пронтозил, который сначала использовали как краситель для ткани. Его лечебное действие открыли в 1932 г. химики, которые искали антибактериальное средство для лечения смертельной стрептококковой инфекции, часто сопровождает хроническую пневмонию. Это открытие оказалось настолько важным, что немецкий биохимик Герхард Домагк получил за свои работы в 1939 г. Нобелевскую премию в области медицины и физиологии. Позднее было установлено, что действующим компонентом пронтозила является сульфаниламид. На его основе было в последующем синтезировано множество антибиотиков, в их числе – полученный в 1938 г. сульфапиридин. Исключительно успешное применение сульфамидных препаратов позволило в 1940-е гг. значительно снизить смертность от крупозной пневмонии и спасти миллионы жизней. Роль этих препаратов начала снижаться только с наступлением ｫпенициллиновой эрыｻ. Стрептококковые бактерии Герхард Домагк Пронтозил Александр Флеминг Пенициллин В 1928 г. шотландский бактериолог Александр Флеминг обнаружил активную субстанцию, которая убивала бактерии. Он выделил ее из встречающейся в природе плесени Penicilliumnotatum. Из этой плесени был выделен пенициллин. Это лекарственное средство появилось в 1943 г. в ходе широкомасштабного военного проекта. Пенициллин значительно снизил инфицирование и ампутации у раненых американских и британских солдат в ходе Второй мировой войны. Этот природный пенициллин был настолько редким и дорогим, что его приходилось выделять из мочи пациентов для повторного использования. Химики попробовали использовать другой метод для получения природного антибиотика – его синтез. Это стало возможным после того, как британская исследовательница Дороти Кроуфут Ходжкин установила в 1940-х гг. строение молекулы пенициллина. К 1957 г. несколько фармацевтических компаний наладили промышленное производство синтетического пенициллина. С этого началась современная эпоха применения в медицине антибиотиков. Культура Penicillium notatum Зидовудин (AZT) В 1987 г. в США для лечения вирусного заболевания иммунодефицита человека (ВИЧ-инфекции) был разрешен к применению зидовудин (препарат AZT). Это лекарственное средство было впервые синтезировано еще в 1964 г., но оказалось неэффективным в качестве для химиотерапевтического лечения раковых заболеваний. И потому до 1986 г. было запрещено к применению. Тем не менее вскоре группа американских исследователей обнаружила активность этого вещества по отношению к ретровирусам. AZT и родственные ему нуклеозидные препараты блокируют вирусную репликацию – самокопирование вирусов, соединяясь со специфическими вирусными ферментами. Однако ВИЧ-инфекция быстро приобретает невосприимчивость к лекарствам, что было впервые показано на примере AZT. Поэтому для лечения ВИЧ-инфицированных больных нельзя использовать только один препарат. Кристаллы зидовудина Формула зидовудина

6. III. Медицина и здравоохранение III.7. Сердечно-сосудистые заболевания Регуляторы сердечных сокращений В 1930-х гг. было обнаружено, что местное обезболивающее средство прокаин обладает способностью регулировать сердечные сокращения (такое воздействие называется также антиаритмическим). Лечить аритмию трудно, потому что лекарства, которые предупреждают аритмию, могут в определенных условиях вызывать ее. Прокаин был первым из многих лекарственных средств, которыей в конечном счете были разрешен к применению для лечения аритмии. Прокаин блокирует в клеточной мембране особые белки, известные также как натриевые каналы. За прокаином получили признание многие другие множество препаратов, в числе которых бета-блокаторы и блокаторы калиевых или кальциевых каналов. Лечение сердечной недостаточности Некоторые растения содержат гликозиды, используемые в течение многих веков для лечения сердечной недостаточности. После того, как было установлено, каким образом эти вещества усиливают сердечные сокращения, из листьев наперстянки шерстистой (Digitalislanata) был выделен дигостин, в 1954 г. разрешенный к применению для лечения мерцательной аритмии и застойной фазы острой сердечной недостаточности. В последующем было обнаружено, что для лечения сердечной недостаточности можно использовать также гипотензивные средства, понижающие кровяное давление. Предупреждение и лечение тромбов Гепарин – это природное вещество, выделенное из печени животных. В 1935 г. его впервые применили для предупреждения тромбоза (свертывания) во время переливания крови. Вскоре гепарин стал наиболее распространенным антикоагулянтом (его называют также разжижителем крови). Гепарин предотвращает также образование тромбов во время хирургических операций на сердце и артериях. С 1955 г. в медицинскую практику вошел вафарин (кумадин) – активный при приеме внутрь антикоагулянт, который предупреждает инсульты и используется для лечения сердечных приступов и тромбоза. Для разрушения тромбов можно также использовать ферменты; таким действием обладают урокиназа (применяется с 1977 г.), стрептокиназа (1978 г.) и полученный методами генной инженерии рекомбинантный тканевый активатор плазминогена  (tPA, 1987 г.). Контроль содержания холестерина в крови Нарастание в артериях холестериновых отложений (артериосклероз) – основная причина коронарной недостаточности (ишемической болезни сердца) и инсультов. В 1987 г. был одобрен для медицинского применения был одобрен ловастатин (мевакор). Это вещество контролирует уровень холестерина в крови (обладает гиполипидемической активностью), блокируя действие ключевого фермента и предотвращая таким образом образование мевалоната. Мевалонат – вещество, образующееся на ранней стадии и определяющее скорость биосинтеза холестерина. В последующем были открыты значительно более эффективные и безопасные средства, такие как симвастатин и аторвастатин. Их применение коренным образом повлияло на возможности снижения высокого уровня липидов в крови при гиперлипидемии – повышенном содержании жира в крови. Артериосклероз

7. III. Медицина и здравоохранение III.8. Химиотерапия в онкологии Успехи химиотерапии при лечении рака Использование химических реагентов для лечения рака (химиотерапия) началось в 1942 г., когда Луис С. Гудман и Альфред Гилман применили в клинике с этой целью азотистый иприт. Были разработаны также средства (антиметаболиты), блокирующие метаболизм фолиевой кислоты. Применение в 1947 г. аминоптерина оказалось эффективным при лечении лейкемии, однако из-за его неблагоприятного воздействия на лейкоциты это вещество быстро уступило место метотрексану. В 1950-е гг. Джордж Хитчингс и Чарльз Гейдельбергер для лечения лейкемии разработали антиметаболическое средство меркаптопурин, а для раковых заболеваний желудочно-кишечного тракта и молочной железы применили фторурацил. Цитотоксические средства Цитотоксические лекарственные средства (то есть клеточные яды) были выделены из растений и впервые применены в химиотерапии рака в 1963 г. Механизм действия этих противораковых препаратов заключается в том, что быстро разрастающиеся клетки опухолевых (раковых) тканей более чувствительны к повреждающему действию цитотоксических средств, чем нормальные клетки. С этой целью применяют алкалоиды барвинка (винкристин и винбалстин), выделенные из растений рода барвинок (винка) и подафилотоксин, выделенный в 1970 г. из корневища мандрагоры (подофила). В 1971 г. из тиса коротколистного был выделен таксол, который в начале 1990-х гг. применили для лечения поздней стадии рака молочной железы и рака легких. Тамоксифен Тамоксифен был синтезирован в 1971 г. и введен в медицинскую практику в 1977 г. для лечения рака молочной железы. Это вещество замедляет рост эстрогензависимых опухолей. Высокий уровень эстрогенов в крови способствует разрастанию опухолевой ткани в груди, поэтому в данном случае химиотерапия направлена на блокирование природных гормонов, которые могут стимулировать рост раковых клеток. Мегестрол – синтетическое производное встречающегося в природе стероидного гормона прогестерона. Этот препарат действует сходным образом и используется для лечения рецидивирующей опухоли молочной железы. Маммографическое изображение опухоли в молочной железе Индивидуальный контроль молочной железы способствует ранней диагностике

8. III. Медицина и здравоохранение III.9 Современные медико-санитарные материалы Искусственные конечности и медицинские аппараты Современные искусственные конечности и внутренние органы, искусственные суставы, контактные линзы, слуховые аппараты, биологически совместимые материалы для протезирования из специальных пластмасс, другие высокотехнологичные материалы для применения в медицине – всё это было бы невозможно без химических исследований. Химики – ученые и технологи – изменяют строение молекул, а также создают новые молекулы, чтобы получить современные материалы, которые должны быть прочными, упругими и долгоживущими. Вот только несколько таких примеров: искусственная почка (1945 г.), искусственный клапан сердца (1950-е гг.), хирургическая трансплантация искусственного сердца (1982 г.). В 1956 г. появились пластмассовые контактные линзы, а в 1985 г. – мягкие бифокальные контактные линзы. Искусственный сердечный клапан Искусственное сердце Медицинское оборудование С помощью химиков созданы практически все пластмассовое медицинское оборудование, р используемое в современных больницах и клиниках. Хорошее медицинское оборудование должно быть достаточно прочным для ежедневного употребления и способствовать поддержанию чистой и стерильной обстановки. Для многих стандартных медицинских процедур требуется современное диагностическое оборудование, дефектоскопы, перевязочные материалы и другие новейшие текстильные изделия, шприцы, хирургические инструменты, емкости для переливания крови, различные пластмассовые детали – всё это получено с помощью химии. Даже в подгузниках есть гигроскопические полимеры, которые препятствуют воспалению нежной детской кожи. Дезинфицирующие и отбеливающие средства С помощью химических препаратов мы можем дезинфицировать помещения, уничтожать разные виды плесени, удалять пятна. В начале 1900-х гг. химики начали работать над антибактериальными средствами, реагентами для химической чистки одежды, чистящими средствами для кафеля и других поверхностей в помещениям. В 1913 г. был предложен недорогой и удобный в применении состав для отбеливания и дезинфекции. В настоящее время хлорную известь и другие составы с аналогичным действием широко применяют для уничтожения болезнетворных бактерий. Хлор также является эффективным средством для предупреждения болезней, вызванных вирусами и бактериями. Препараты, содержащие активный хлор, используют в быту, больницах, общественных зданиях. Венгерский гинеколог Игнатс Семмельвейс впервые в 1847 г. ввел в практику в своей клинике мытье рук хлорной водой.