Варіації кремнію
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.
В одному з листів, датованих 1878 роком, Луї Пастер писав: «терапевтичній дії кремнезему належить грандіозне майбутнє». Кремнезем це двоокис кремнію, одна з найпоширеніших його сполук. Залишається тільки гадати, що послужило витоком цього пророцтва великого француза. Розпочаті, але не завершені досліди, інтуїція вченого, логічні умовиводи? Втім, останнє, мабуть, виключається. Саме логіка довгий час відводила дослідників убік.
Ми живемо в світі кремнію, він і кисень – основні елементи земної кори. Ми п’ємо воду, в якій завжди є розчинені кремнієві кислоти та їх солі. Ми вдихаємо повітря, в якому зважені найдрібніші частинки кремніймісного пилу. Пів грама кремнію щодня потрапляє в наш організм разом з їжею, особливо рослинного походження.
І в той же час кремній начебто не затримується в організмі, його вміст в тілі людини не перевищує декількох грамів. Тому-ось вона логіка! – до недавніх пір вважалося, що кремній не робить на живий організм скільки-небудь помітного впливу. Вкоренилася думка, що сполуки кремнію біологічно інертні, марні і навіть шкідливі, а присутність цього елемента в організмі випадкова і зовсім не обов’язкова.
Довго кремній був в опалі, як раптом… Ось що сказав професор Ульріх Ваннагат з Німеччини:
– Відкриття вченого Михайла Воронкова було подібно удару блискавки: отримані в його лабораторії сілатрани — Підгрупа «нешкідливих» сполук вуглець-кремній відносяться до високотоксичних речовин. Досить кристала завбільшки з сірникову головку, щоб убити людину…
Так почався бум в хімії кремнійорганічних сполук. Сілатрани – безбарвні кристали без запаху, діють миттєво. Випробування в практиці вони пройшли в якості щурячої отрути. Але якщо нова хімічна сполука виявила зловісні ознаки сильнодіючої отрути, то до неї з надією звертають погляди медики. У малих дозах отрута обертається зцілювачем. Бути може, відкривається перспективний напрямок у фармакології, заснований на кремнійорганіці? Так воно і сталося. У багатьох країнах енергійно досліджують цю нову область органічної хімії, хоча сьогодні ще ніхто не відчуває себе в ній абсолютно впевнено, так як механізм біологічної дії сілатранів поки до кінця не розкритий. Як часто буває в подібних випадках, експеримент йде попереду теоретичних узагальнень.
Що ж достеменно відомо на сьогоднішній день? Перш за все, було з’ясовано просторову будову молекул сілатранів, вона виявилася непростою. Дослідники помітили схожість з такими класами органічних отрут, як стрихнін, вивчений давно і добре. Коротше кажучи, вдалося з’ясувати, що токсичність сілатранів викликана кулястою формою їх молекул. Завдяки круглій формі вони легко проникають через клітинні мембрани живої тканини, викликаючи в ній бажані або небажані зміни. Словом, механізм дії сілатранів хоча б в загальних рисах вдалося зрозуміти, а значить – вести подальшу роботу з відкритими очима.
Сілатрани діють на живий організм по-різному: одні з цих речовин знижують кров’яний тиск, інші — стимулюють дихання, треті — послаблюють рухливість. Одна з таких сполук – мігуген – гальмує зростання злоякісних пухлин.
Існуючі нині хіміотерапевтичні засоби, на жаль, іноді дають сильні побічні дії. Добре б знайти спосіб мобілізувати захисні здібності самого організму. І в місці розташування пухлини різко прискорити зростання сполучної тканини, що зв’язує живі клітини.
Експерименти проводили на білих щурах, яким були щеплені ракові пухлини. Розміри пухлини досягали чверті тіла тварини. Протягом декількох днів хворі щурі отримували разом з їжею мігуген, після чого були піддані ретельному обстеженню. Більш ніж в половині випадків зростання пухлини різко загальмовувалося, сполучна тканина енергійно росла, пронизуючи пухлини і відторгаючи їх. Зазвичай в таких випадках злоякісна пухлина викликає жирову дистрофію печінки і спустошення селезінки, як, втім, і багато інших порушень в організмі. А тут нічого такого помічено не було, мігуген зробив свою справу чисто.
Експерименти, подібні цим, проводили багато разів, щоб переконатися в стійкості результатів, а отже, в їх достовірності! Цікава деталь відкрилася при цьому: збільшення дози препарату не призводило до посилення лікувального ефекту. Зрозуміло чому. Адже як вже зазначалося, мігуген на відміну від інших ліків не діє безпосередньо, не прагне розтрощити безпосередньо пухлинні клітини. Він стимулює захисні реакції організму. А запас захисних сил в організмі закладений, мабуть, цілком певний, значить, потрібна відповідна кількість стимулятора – і не більше того.
Залишається ще додати, що не тільки печінка і селезінка тварин, а й інші здорові органи і тканини не страждають від препарату. Це особливо цінно – немає побічних явищ. Прискорення зростання сполучної тканини в організмі викликають всі сілатрани. Чому? Та тому, що кремній є життєво важливим компонентом цих тканин, він надає їм міцність, еластичність, непроникність, він як би зшиває воєдино білки і полісахариди — основний «будівельний матеріал» сполучних тканин. А тим часом значення сполучних тканин надзвичайно велике, наприклад, при лікуванні ран і опіків.
Методика експериментів була зазвичай застосовуваною в подібних випадках. Взяли три групи кроликів. На першій групі випробовували сілатранові препарати. Другу групу лікували традиційними препаратами, маззю Вишневського і синтоміцином. Третю не лікували зовсім, поклавшись на самозаживання. Сілатранові мазі відразу захопили першість.
Головне – швидкість загоєння ран. Сілатранові препарати щонайменше в півтора рази швидше робили свою справу в порівнянні з традиційними мазями. Рани, ліковані сілатранами, гоїлися з меншим набряком, швидким утворенням захисної кірки, під якою загоєння відбувалося без нагноєнь. Не було помічено ускладнень.
Зовнішні результати, тим більше понад очікування хороші, не тільки радують, але і насторожують, змушуючи в даному випадку продовжувати дослідження вже на клітинному рівні.
Під мікроскопом було видно, як рани наповнювалися свіжою сполучною тканиною, пронизаною густою мережею кровоносних судин.
Поки рани гоїлися, постійно досліджували кров. Після травми протягом першої доби, як і повинно бути, кількість еритроцитів різко знизилася. Але якщо у тварин, вилікуваних маззю Вишневського, кількість еритроцитів досягла норми через 15 днів, то у тих, кого лікували сілатранами, цей процес вклався в 10 днів. Попутно з ранами і опіками спробували лікувати сілатранами виразки, благо між ними багато спільного. І знову вдача.
На межі між медициною і сільським господарством знаходиться ще одна область можливого застосування сілатранів. Вони стимулюють ріст волосся і нігтів людини, шерсті тварин і пір’я птахів. Кремній, що міститься в сілатранах «зшиває» макромолекули, з яких складається тверда тканина, забезпечуючи механічну, хімічну стійкість і непроникність цих тканин для рідких речовин. Сілатрани здатні діяти як донори кремнію, необхідного здоровому організму і особливо — хворому.
Експерименти проводили на морських свинках. Контрольних груп тварин тут не було, оскільки мівал (так назвали препарат) виявився першим препаратом, здатним стимулювати ріст волосся. Обробка тварин сілатрановими мазями протягом місяця в півтора-два рази подовжувала їх шерсть. Довжина вовни у морських свинок досягала 13 сантиметрів.
Мівалом зацікавилися звіроводи. Робляться небезуспішні спроби короткошерсте хутро норки перетворити за допомогою мівала в хутро, дуже схоже на соболине.
Деякі вчені вважають, що сілатрани з вельми образливим запізненням прийшли в сільське господарство. Спочатку всі захопилися чисто медичними аспектами застосування цих нових сполук, настільки вони були вражаючі. Але тепер прийшла черга і сільського господарства. Якщо тварини отримують необхідний їм кремній з їжі, то рослини засвоюють його з грунту. Кремній надає злакам та іншим сільськогосподарським культурам механічну міцність, стійкість до шкідників, захворювань, низьких і високих температур, радіації. Тому застосування добрив, що містять кремній в тій формі, в якій він легко засвоюється рослинами, значно підвищує врожайність, знижує захворюваність, оберігає від вилягання і замерзання. Фахівці покладають великі надії на «силікатні» бактерії, які перетворюють грунтові кремнеземи і силікати, що не засвоюються рослинами, у водорозчинні сполуки кремнію, що представляють собою відмінну підгодівлю рослинам.
Розчинами «силікатних» бактерій або емульсіями кремній-органічних полімерів обприскують в сильну посуху листя винограду та інших рослин, щоб до мінімуму скоротити випаровування вологи з їх поверхні. При цьому захисний шар на листках не перешкоджає повітрообміну.
Автор: А. Кичатов.