Полимеры в биологии и медицине

Можно ли вылечить туберкулез обыкновенным йодом? Да-да, тем самым, раствором которого мы смазываем порез на пальце. Врачи рекомендуют смазывать только края ранки. И то осторожно. Потому что йод — вещество, убийственно действующее на клетки живой ткани. Если пары йода попадают в легкие — не миновать отвратительного истощающего кашля и чихания, и даже отека легких, который может привести к смерти. Но ведь йод — страшный враг всякого рода бактерий, в первую очередь гнилостных бактерий. Он губит даже выносливейшие палочки Коха. Универсальные лечебные свойства йода соблазнительны. Но прежде чем ученые научились правильно использовать этот интересный элемент, они натворили много ошибок.

В начале девятнадцатого столетия многие врачи успешно применяли йод (и йодоформ, который, как полагают, выделяет в организме свободный йод) для лечения золотухи, опухолей, глубоких язв и даже некоторых форм рака.

Но в 1829 году Бертону пришла в голову несчастная мысль применить при лечении ряда болезней вдыхание паров йода. У больных это вызывало сильное затруднение дыхания, спазмы и отек легких. Бертон растерял своих поклонников, и до последнего времени элементарный йод и йодоформ применялись лишь в простейших случаях.

Ученый Матт решил в опытах над собой установить предельную концентрацию йода, которую человек может вынести. Он отравлял воздух в комнате, испаряя йод. Когда йода в воздухе стало три десятых процента, дышать стало почти невозможно. Взглянув на себя в зеркало, ученый увидел покрытое багровыми пятнами, искаженное гримасой лицо. В полуобморочном состоянии он выбрался из отравленной комнаты.

И все-таки йодом можно вылечить туберкулез. Для этого нужно поддерживать на поверхности легкого определенную концентрацию йода, губительную для бактерий, но неопасную для человека. Однако как?

Вода-наркотик

Но будем рассказывать по порядку. То, о чем мы говорим, связано с новой интересной областью медицины и фармакологии. Речь идет об удлинении срока действия лекарственных препаратов.

За века развития медицины, а особенно в течение последних трех десятилетий, появились сотни тысяч лекарств. Форма, в которой больной употреблял лекарство, тоже менялась. Таблетки и ампулы пришли на смену порошкам, кашкам, пастилкам. Но по-прежнему лекарство приходилось вводить понемногу и часто, чтобы поддерживать в организме нужную его концентрацию. Обычно препарат оказывает лечебное действие лишь при определенном его содержании в организме. Например, кофеин в небольшой дозе — безвредное тонизирующее средство. Удесятерите это количество — и перед вами смертельный яд. Впрочем, даже обыкновеннейшая теплая вода, если ее выпить литра полтора, окажется рвотным средством, а в очень большом количестве действует как наркотик, вызывая у человека галлюцинации.

Небезразлично и то, в каком участке организма создана эта концентрация. Медики знают, что в желудке человека — кислая среда. В кишечнике — щелочная. Иногда полезно, чтобы лекарственное вещество растворилось в желудке, а чаще, наоборот, — чтобы в кишечнике. Значит, надо поставить на пути кислого желудочного сока «кислотоупорную» перегородку. Стали покрывать таблетки и пилюли синтетическими смолами, смесями высокомолекулярных жирных кислот или молочным клеем.

Будильник в таблетке

Затем пошли в использовании этого принципа дальше. Таблетку разделили на небольшие дозы специальными перегородками. Одна пилюля действует теперь столько же времени, сколько две, четыре и больше прежних таблеток.

Более того. В одну таблетку стали упаковывать лекарства совершенно различные и даже противоположные по действию, всасывающиеся в желудке или в различных отделах пищеварительного тракта. В США появились таблетки, пригодные для лечения сразу двух болезней — бронхиальной астмы нагрудной жабы. Причем в наружном слое содержалось вещество, действующее немедленно, а во внутреннем — через несколько часов после проглатывания. И человек может сам «нажать кнопку», включая второе лекарство. Для этого наружный слой и ядро разделили вкусовым барьерным слоем, например, с помощью лимонной кислоты. Человек сосет пилюлю, как леденец, затем чувствует кисловатый привкус — это сигнал: нужно глотать.

Часто после напряженной умственной работы — перед экзаменом, например, — человек долго не может заснуть. Зато утром его не разбудишь. А вставать надо. В помощь таким «мученикам» были изготовлены специальные трехслойные пилюли. Верхний слой содержит барбитурат, немедленно усыпляющий человека, второй слой — лекарство, поддерживающее спокойный сон. Третье «отделение» отгорожено от первых двух пленкой, растворяющейся в строго определенный срок, и содержит амфетамин, который, как точный будильник, будит человека рано утром.»

Американская фирма «Смит, Клайн и Френч» стала выпускать пилюли под названием «спэнсюля», каждая из которых содержит до 400 порций лекарства. Целая Аптека в одной таблетке! И все-таки это полумера. Ведь после растворения оболочки следует быстрое рассасывание лекарства. Концентрация лекарства меняется по-прежнему скачками, хотя и не столь резко, как прежде. (И важно помнить, что при приеме любых медикаментов необходимо всегда строго придерживаться врачебных инструкций, к примеру на сайте «enterol.ua» описано как принимать энтерол с курсом антибиотиков, похожие врачебные инструкции есть и ко всем другим лекарствам).

Открытие антибиотиков было, может быть, величайшим достижением медицины XX века. Но увы! Ослабление свойств каждого нового антибиотика следовало с такой фатальной неизбежностью, как будто бактерии знали теорию и практику гораздо лучше человека. Вот почему Вудс и Тукер в 1958 году закончили свой доклад на лондонском симпозиуме грустной шуткой: «Единственный окончательный вывод, к которому мы пришли, заключается в том, что… синклит «ученых» микробов мог бы сравнительно легко разработать рациональную химиотерапию человека».

Не отказываясь от антибиотиков, надо было искать принципиально новые средства, которые бы «врукопашную» вступили в бой с микробами.

Одним из них оказался… наш старый знакомый — йод. Еще на заре алхимии, в XIII веке, знаменитый врач и химик того времени Арнольд из Виллановы открыл лечебные свойства жженой губки, которая, как оказалось, содержит йод. Он с успехом лечил губкой зоб. Французский химик Шатен показал, что йод в небольших количествах присутствует почти везде — в воде, даже чистейшей — дождевой, в растениях, в почве, в человеке и животных, йод летуч. В воздухе Парижа ученый обнаружил 0,05 грамма его на каждые сто кубометров воздуха. Человек не может прожить без йода, хотя и нужны ему ничтожные его количества. Общее же количество йода на нашей планете исчисляется миллиардами тонн, йод — лекарство, запасы которого никогда не иссякнут.

Элементарный йод существует в двух видах, как двуликий Янус. Только половина фиолетового по окраске йода бросается на выручку человеку. Вторая половина равнодушно наблюдает. Доказано, что в растворе чистого йода всегда сосуществуют положительный йод и элемент с лишним отрицательным зарядом (Л-). И только положительный йод — «специалист» по самым разнообразным инфекционным заболеваниям. Он всегда говорит о себе фиолетовой окраской. Отрицательный йод «скромнее» — он бесцветен.

Вот что интересно и непонятно. 2 грамма фиолетового йода при приеме внутрь — смертельны. А йодистый калий, где йод отрицателен, можно принимать до ста граммов в сутки. Йод — враг бактерий, йодистый калий равнодушен к ним.

Рецепт прост

Энтузиастом и сторонником применения соединений йода для борьбы с бактериями стал петербургский (тогда еще ленинградский) ученый, доктор биологических наук В. О. Мохнач. Еще в 1942 году, в суровых условиях Крайнего Севера, он начал лечить тяжелую болезнь — бактериальную дизентерию — лекарством, которое он получил, присоединив йод к крахмалу. После трудностей и горьких разочарований к нему пришел успех. Многим его препарат помогает буквально в первый день лечения.

В. О. Мохнач рекомендовал простой рецепт приготовления бальзама против бактериальной дизентерии. Нужно сварить фруктовый или ягодный кисель, смешать его с 7—8 миллилитрами 5-процентной спиртовой настойки йода (из расчета на 25 граммов сухого крахмала) и тщательно перемешать до образования равномерной темно-синей окраски. По полстакана такого киселя, который при этом почти не изменит вкуса (появляется лишь слабый металлический привкус), принимают через каждые три часа. Интересно, что йод пришел на помощь даже в борьбе против заболеваний, вызываемых… антибиотиками. Ведь в ряде случаев результаты лечения антибиотиками были весьма печальными. Как правило, это следствие неграмотного обращения с лекарством, но все же и при правильной дозировке этих препаратов у некоторых людей возникают болезненные осложнения при лечении антибиотиками. Против части их помогает йодистый крахмал.

Неядовитый яд

К сожалению, у крахмала есть один серьезный недостаток, мешающий использовать свойства йода при внутривенном вливании, часто более эффективном. Это — его высокий молекулярный вес. Но здесь крахмал с успехом заменяют другие полимеры, растворимые в воде. В первую очередь поливиниловый спирт и поливинилпирролидон. Появление искусственных полимеров дало йоду вторую жизнь, а науке о продлении действия лекарств — быстрое развитие. Но, как мы видели, соединения йода с полимерами начали применять в медицине еще до появления самого названия «полимеры». Ведь крахмал — типичный природный полимер.

Использование лекарств в соединении или смеси с полимерами — наиболее интересный метод продления срока их действия. Ведь обычно лекарство очень быстро выводится из организма, не успев по-настоящему «поработать», так что значительная его часть просто-напросто теряется.

Фактически большая часть фармацевтической промышленности работает впустую. А полимерные материалы исправляют этот дефект лекарственных препаратов. Конечно, надо позаботиться о том, чтобы вещество не потеряло своих лечебных свойств. Они зависят от присутствия и расположения в молекуле лекарства определенных активных групп атомов. Если и то и другое удается сохранить — убиты оба зайца.

Такие соединения уже опробованы в клиниках, и обнаружено, что их можно применять для лечения самых разнообразных болезней. Оказалось возможным вводить в организм такие дозы йода, которые прежде считались недопустимыми и даже смертельными. Например, удалось в течение десяти дней ввести 100 максимальных суточных доз йода в виде йодополивинилового спирта. Этот опыт проводился на обезьянах, и никаких признаков отравления обнаружено не было.

Острый ренит таким препаратом излечивается за 1—2 суток. Помогает новое лекарство и при других микробных заболеваниях уха, горла, носа.

Как зацементировать… легкое

Для этого с йодом соединяют полимер, имеющий температуру плавления, близкую к температуре человеческого тела. Такое соединение, лишь слегка нагрев, можно набрать в шприц и шприцем ввести в организм.

В легком оно застывает в виде желеобразной массы и очень медленно рассасывается, уничтожая при этом бактерии. Поскольку пораженный туберкулезом участок легкого фактически уже не работает, заполнение его расплавом не имеет значения.

Так в самом человеке создается своеобразная аптека, склад лекарственного препарата. Организм сам постепенно и регулярно отбирает нужные дозы лекарства и направляет на борьбу против бактерий.

В зависимости от состояния человека ему выписывают малую или большую дозу лекарства. Можно подбирать полимеры с разным молекулярным весом, разной температурой плавления и, таким образом, создавать препараты с различными сроками действия и рассасывания.

Пленки, нити из йодополимеров можно применять, скажем, вместо бинтов. Такая пленка одновременно выполнит роль и перевязочного материала, и лекарства.

«Полимерные» лекарства могут помочь и при лечении болезни № 1 — рака. По одной из теорий, причиной возникновения рака являются активные группы атомов — свободные радикалы. Значит, прежде всего нужно связать свободные радикалы. Химики умеют это делать с помощью ряда веществ. Вопрос в том, как ввести такие вещества в организм. Оказалось, что этого можно достичь, соединив их с полимерами.

В Англии запатентовано большое количество лекарственных соединений пролонгированного, то есть продленного действия на основе ионообменных смол и витаминов, алкалоидов, барбитуратов и т. д. Такие лекарственные соединения известны под общим названием «резинаты».

Скорость отделения лекарственного препарата от ионообменной смолы зависит исключительно от концентрации ионов в желудке. А концентрация ионов в желудочно-кишечном тракте человека, как правило, сохраняется на постоянном уровне. Значит, можно заранее определить скорость освобождения активного вещества, подбирая подходящий полимер.

Как известно, «капля никотина убивает лошадь». Менее известно, что никотиновая кислота, которая немногим отличается от никотина и получается его окислением, — витамин, без которого немыслимо существование человека. Ее называют витамином РР. В США, например, в некоторых штатах в законодательном порядке введена витаминизация муки никотиновой кислотой.

Недавно было получено соединение этого вещества с крахмалом, которое, медленно распадаясь, выделяет витамин РР. Значит, можно создать в организме запас разнообразных витаминов. Ведь многие из них человеческий организм не умеет сам синтезировать, так что приходится зорко следить, чтобы запасы их не истощились. А это далеко не всегда просто.

Автор: В. Павлов.