Цілюща хімія
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
«Медик без задовільного пізнання хімії абсолютно бути не може». Ломоносов.
Людина захворіла. Лікар ставить діагноз, прописує ліки. Через деякий час людина видужує. Яка сила змушує відступити хворобу? Взагалі механізм дії лікарських речовин багато в чому ще не вивчений, і часто тут доводиться задовольнятися припущеннями. Ми в цій статті приділимо увагу хімічним механізмам – тим випадкам коли лікарська речовина вступає в хімічну реакцію з складовими частинами тканин або рідин організму.
Звичайно, є лікарські речовини, дія яких проявляється не хімічними, а іншими шляхами. Деякі ліки змінюють фізичні властивості клітин організму, скажімо, роблять їх оболонки проникними для речовин, які до дії ліків не могли б проникнути всередину клітини.
Найчастіше лікар, призначаючи хворому лікарські засоби, відшкодовує його організму хімічні речовини, втрата або недолік яких є однією з головних причин захворювань.
У цьому випадку важко сказати, чим же відрізняються ліки від їжі. Адже коли ми лікуємо хворого рахітом або спазмофілією вітаміном О, хворого на цингу – вітаміном С, коли даємо при поліневриті (запаленні нервових стовбурів) вітамін В1 або при злоякісному недокрів’ї – вітамін В2, ми фактично вводимо звичайні харчові речовини, які повинні міститися в нашому щоденному раціоні . Зазвичай ми не помічаємо, що поглинаємо з їжею стільки лікарських засобів.
Якщо ж в їжі мало, скажімо, вітаміну В; або всмоктування його з шлунково-кишкового тракту в кров порушене (цим страждають алкоголіки), організм захворює. Ознаки В1 авітамінозу: задишка, утруднення в грудях, набряки гомілок, втрата апетиту, загальна слабкість, стомлюваність при ходьбі, свердлувальні болі.
Нестача вітаміну В1 (тіаміну) відбивається в першу чергу на обміні вуглеводів в тканинах організму. У цьому обміні беруть участь багато ферментів. Один з них – декарбоксилаза – відає перетворенням піровиноградної кислоти – найважливішого проміжного продукту обміну. Всі ферменти – білки прості або складні. Декарбоксилаза – складний білок, вона складається з білкової і небілкової частини. І ось до складу цієї небілкової частини входить тіамін (вітамін В1). Отже, коли лікар призначає такому хворому ліки – препарат вітаміну В1, він втручається в саму гущу хімічних перетворень вуглеводів. Тіамін, з’єднуючись з білковою частиною ферменту, забезпечує тканинам організму достатню кількість декарбоксилази. А вона розщеплює пировиноградну кислоту, усуває її надлишки, що порушують нормальний хід перетворення вуглеводів.
Як же діє вітамін В1 в цьому випадку – як їжа або як ліки? Вчені відповідають: як ліки. Бо тут тіамін проявляє лікувальний ефект. Спробуйте ввести таку ж його кількість в здоровий організм – ніякого ефекту не буде.
Досить часто лікувальний ефект лікарської речовини виявляється в тому, що вона знешкоджує речовину (або паразита), що є якщо не головною, то однією з причин хвороби. До ліків такого роду можна віднести відомі сульфаніламідні (сульфамідні) препарати: норсульфазол, фталазол, сульфадимезин. Всі вони, по суті, є похідними білого стрептоциду – сульфаніламіду. І всі вони, володіючи протимікробною дією, не викликають безпосередньої загибелі мікробів. Вони діють на перший погляд більш миролюбно: затримують їх ріст, розмноження. Але тим самим вони пригнічують їх життєдіяльність, вбивають.
Як це відбувається? Ніякий найсучасніший хімічний завод не зрівняється за складністю процесів з одноклітинним мікробом, який сам будує найскладніші речовини – нуклеопротеїни, необхідні для його росту і розмноження, і сам виробляє для цього будівельний матеріал – органічні речовини порівняно простої будови. Заготівля таких «цеглинок» відбувається в мікробі при неодмінній участі параамобензійній кислоті. При її відсутності зростання і розмноження мікроба неможливі. Вчені вирішили спробувати «обдурити мікроб», «підсунути» йому замість параамобензойної кислоти іншу речовину, схожу на неї, але яка не бере участь в будівництві тіла мікроба. Такою речовиною виявився сульфаніламід. Хімічна відмінність між ним і параамобензойною кислотою така мала, що мікроб її «не помічає». В результаті сульфаніламід витісняє з обміну речовин параамобензойну кислоту. Однак самозванець не виконує властивих кислоті функцій і цим дезорганізує ріст і розмноження мікроба. Лікарський ефект зводиться тут, таким чином, до своєрідної конкуренції між ліками і речовиною, необхідною для нормального обміну речовин в мікроб.
На зовсім аналогічному принципі заснований лікувальний ефект парааміносаліцилової кислоти (ПАСК) – речовини, що застосовується при лікуванні туберкульозу. Дуже часто лікарський засіб безпосередньо атакує життєво важливі центри «хімічної промисловості» мікроба і виводить їх з ладу. Такими «центрами» в обміні речовин мікроба є ферментні білки. Багато ліків, наприклад, препарати миш’яку, пов’язуючи активні групи ферментів, паралізують їх діяльність, отруюють їх. Так медики борються зі збудником сифілісу – блідої спірохети. Препарати миш’яку діють як ферментні отрути. Вони ламають нормальний хід хімічних перетворень в спірохети і цим затримують її зростання і розмноження. Так само діють препарати ртуті, вісмуту, сурми.
Лікувальний ефект лікарського засобу може полягати і в тому, що вона змінює, регулює хімічні процеси в тканинах організму. Майже двісті років тому в медицину увійшла наперстянка – ця «королева серцевих засобів». Її дія при важких захворюваннях серця було настільки успішно, що вона скоїла переможний хід по всьому світу. Однак секрет цієї дії виявився «важким горішком». Вченим довго не вдавалося розкусити його. І тільки тепер зроблені перші кроки до розкриття цієї загадки.
Наперстянка і деякі інші рослини містять так звані серцеві глюкозиди – речовини, що володіють здатністю діяти на хімічні процеси саме в серце. У хворому серцевому м’язі порушені процеси обміну вуглеводів, білків, жирів, погано «ремонтуються» деякі фосфоровмісні органічні речовини, що є головним постачальником енергії для скорочення серцевого м’яза. І ось серцеві глюкозиди наводять лад у хімічному господарстві серця.
Молекула кожної глюкози складається з цукру і нецукрової частини. Цукрова частина служить як би приманкою для серцевого м’яза. Вона поглинає цукор, але заодно «проковтує» ту нецукрову частину глюкозиди. Проникнувши в серцевий м’яз, глюкозид починає, як ощадливий господар, регулювати там хімічні перетворення. Під його впливом хворе серце знову відновлює «розтрачені» запаси складного вуглеводу – глікогену і прискорює обмін фосфоровмісних органічних речовин. А ці речовини накопичують у собі енергію, що утворюється при розпаді глікогену. Таким чином, серцеві глюкозиди мобілізують енергію, необхідну для скорочень серцевого м’яза.
Необхідно, однак, пам’ятати, що самі глюкозиди не є енергетичним джерелом для серцевого м’яза і, коли він дуже виснажений, можуть навіть погіршити його діяльність. Тому лікування глюкозидами вимагає постійного спостереження лікаря.
У людства є ворог номер один – злоякісна пухлина. Боротися з нею допомагає і хімія. Ми вже вміємо готувати деякі хімічні речовини, які, пов’язуючи нуклеопротеїни пухлин, ламають обмін речовин пухлинної клітини і цим викликають її загибель.
Автор: В. Асатіані.