Вариации кремния
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
В одном из писем, датированных 1878 годом, Луи Пастер писал: «Терапевтическому действию кремнезема принадлежит грандиозное будущее». Кремнезём есть двуокись кремния, одно из самых распространенных его соединений. Остается только гадать, что послужило истоком этого пророчества великого француза. Начатые, но не завершенные опыты, интуиция ученого, логические умозаключения? Впрочем, последнее, пожалуй, исключается. Именно логика долгое время уводила исследователей в сторону.
Мы живем в мире кремния, он и кислород — основные элементы земной коры. Мы пьем воду, в которой всегда есть растворенные кремниевые кислоты и их соли. Мы вдыхаем воздух, в котором взвешены мельчайшие частицы кремнийсодержащей пыли. Полграмма кремния ежедневно попадает в организм наш вместе с пищей, в особенности растительного происхождения.
И в то же время кремний вроде бы не задерживается в организме, его содержание в теле человека не превышает нескольких граммов. Посему — вот она логика! — до недавних пор считалось, что кремний не оказывает на живой организм сколь-нибудь заметного влияния. Укоренилось мнение, что соединения кремния биологически инертны, бесполезны и даже вредны, а присутствие этого элемента в организме случайно и вовсе не обязательно.
Долго кремний был в опале, как вдруг… Вот что сказал профессор Ульрих Ваннагат из Германии:
— Открытие ученого Михаила Воронкова было подобно удару молнии: полученные в его лаборатории силатраны — подгруппа «безобидных» соединений углерод-кремний относятся к высокотоксичным веществам. Достаточно кристалла величиной со спичечную головку, чтобы убить человека…
Так начался бум в химии кремнийорганических соединений. Силатраны — бесцветные кристаллы без запаха, действуют мгновенно. Испытание в практике они прошли в качестве крысиного яда. Но если новое химическое соединение обнаружило зловещие признаки сильнодействующего яда, то к нему с надеждой обращают взоры медики. В малых дозах яд оборачивается исцелителем. Быть может, открывается перспективное направление в фармакологии, основанное на кремнийорганике? Так оно и произошло. Во многих странах энергично исследуют эту новую область органической химии, хотя сегодня еще никто не чувствует себя в ней совершенно уверенно, так как механизм биологического действия силатранов пока до конца не раскрыт. Как часто бывает в подобных случаях, эксперимент идет впереди теоретических обобщений.
Что же доподлинно известно на сегодняшний день? Прежде всего, было выяснено пространственное строение молекул силатранов, оно оказалось непростым. Исследователи заметили сходство с такими классами органических ядов, как стрихнин, изученный давно и хорошо. Короче говоря, удалось выяснить, что токсичность силатранов вызвана шарообразной формой их молекул. Благодаря круглой форме они легко проникают через клеточные мембраны живой ткани, вызывая в ней желательные или нежелательные изменения. Словом, механизм действия силатранов хотя бы в общих чертах удалось понять, а значит — вести дальнейшую работу с открытыми глазами.
Силатраны действуют на живой организм различно: одни из этих веществ понижают кровяное давление, другие — стимулируют дыхание, третьи — ослабляют подвижность. Одно из таких соединений — мигуген — тормозит рост злокачественных опухолей.
Существующие ныне химиотерапевтические средства, к сожалению, иногда дают сильные побочные действия. Хорошо бы найти способ мобилизовать защитные способности самого организма. И в месте расположения опухоли резко ускорить рост соединительной ткани, связывающей живые клетки.
Эксперименты проводили на белых крысах, которым были привиты раковые опухоли. Размеры опухоли достигали четверти тела животного. В течение нескольких дней больные крысы получали вместе с пищей мигуген, после чего были подвергнуты тщательному обследованию. Более чем в половине случаев рост опухоли резко затормаживался, соединительная ткань энергично росла, пронизывая опухоль и отторгая ее. Обычно в таких случаях злокачественная опухоль вызывает жировую дистрофию печени и опустошение селезенки, как, впрочем, и многие другие нарушения в организме. А тут ничего такого замечено не было, мигуген сделал свое дело чисто.
Эксперименты, подобные этим, проводили много раз, чтобы убедиться в устойчивости результатов, а следовательно, в их достоверности! Любопытная деталь открылась при этом: увеличение дозы препарата не приводило к усилению лечебного эффекта. Понятно почему. Ведь как уже отмечалось, мигуген в отличие от других лекарств не действует напрямую, не стремится сокрушить непосредственно опухолевые клетки. Он стимулирует защитные реакции организма. А запас защитных сил в организме заложен, видимо, вполне определенный, значит, требуется соответствующее количество стимулятора — и не более того.
Остается еще добавить, что не только печень и селезенка животных, но и другие здоровые органы и ткани не страдают от препарата. Это особенно ценно — нет побочных явлений. Ускорение роста соединительной ткани в организме вызывают все силатраны. Почему? Да потому, что кремний является жизненно важным компонентом этих тканей, он придает им прочность, эластичность, непроницаемость, он как бы сшивает воедино белки и полисахариды — основной «строительный материал» соединительных тканей. А между тем значение соединительных тканей чрезвычайно велико, например, при лечении ран и ожогов.
Методика экспериментов была обычно применяемой в подобных случаях. Взяли три группы кроликов. На первой группе испытывали силатрановые препараты. Вторую группу лечили традиционными препаратами, мазью Вишневского и синтомицином. Третью не лечили вовсе, положившись на самозаживление. Силатрановые мази сразу захватили первенство.
Главное — быстрота заживления ран. Силатрановые препараты по меньшей мере в полтора раза быстрее делали свое дело в сравнении с традиционными мазями. Раны, леченные силатранами, заживали с меньшим отеком, быстрым образованием защитной корки, под которой заживление происходило без нагноений. Не было замечено осложнений.
Внешние результаты, тем более сверх ожидания хорошие, не только радуют, но и настораживают, заставляя в данном случае продолжать исследования уже на клеточном уровне.
Под микроскопом было видно, как раны наполнялись свежей соединительной тканью, пронизанной густой сетью кровеносных сосудов.
Пока раны заживали, постоянно исследовали кровь. После травмы в течение первых суток, как и должно быть, количество эритроцитов резко понизилось. Но если у животных, вылеченных мазью Вишневского, количество эритроцитов достигло нормы через 15 дней, то у тех, кого лечили силатранами, этот процесс уложился в 10 дней. Попутно с ранами и ожогами попробовали лечить силатранами язвы, благо между ними много общего. И вновь удача.
На грани между медициной и сельским хозяйством находится еще одна область возможного применения силатранов. Они стимулируют рост волос и ногтей человека, шерсти животных и перьев птиц. Содержащийся в силатранах кремний «сшивает» макромолекулы, из которых слагается твердая ткань, обеспечивая механическую, химическую устойчивость и непроницаемость этих тканей для жидких веществ. Силатраны способны действовать как доноры кремния, необходимого здоровому организму и особо — больному.
Эксперименты проводили на морских свинках. Контрольных групп животных тут не было, поскольку мивал (так назвали препарат) оказался первым препаратом, способным стимулировать рост волос. Обработка животных силатрановыми мазями в течение месяца в полтора-два раза удлиняла их шерсть. Длина шерсти у морских свинок достигала 13 сантиметров.
Мивалом заинтересовались звероводы. Предпринимаются небезуспешные попытки короткошерстный мех норки превратить с помощью мивала в мех, очень похожий на соболиный.
Некоторые ученые считает, что силатраны с весьма обидным запозданием пришли в сельское хозяйство. Поначалу все увлеклись чисто медицинскими аспектами применения этих новых соединений, настолько они были впечатляющи. Но теперь пришел черед и сельского хозяйства. Если животные получают необходимый им кремний из пищи, то растения усваивают его из почвы. Кремний придает злакам и другим сельскохозяйственным культурам механическую прочность, устойчивость к вредителям, заболеваниям, низким и высоким температурам, радиации. Потому применение удобрений, содержащих кремний в той форме, в какой он легко усваивается растениями, значительно повышает урожайность, снижает заболеваемость, предохраняет от полегания и замерзания. Специалисты возлагают большие надежды на «силикатные» бактерии, которые превращают почвенные кремнеземы и силикаты, не усваиваемые растениями, в водорастворимые соединения кремния, представляющие собою отличную подкормку растениям.
Растворами «силикатных» бактерий или эмульсиями кремний-органических полимеров опрыскивают в сильную засуху листья винограда и других растений, чтобы до минимума сократить испарение влаги с их поверхности. При этом защитный слой на листьях не препятствует воздухообмену.
Автор: А. Кичатов.