Химия и медицина

Химия и медицина
Введение
История медицинской химии
Теофраст Парацельс и фармацевты 17-19 веков.
Основоположник химиотерапии Пауль Эрлих.
Синтетические антибактериальные вещества - химиотерапия
Медицинская химия или химия и медицина
Заключение
Список использованной литературы

Химия и медицина

Важнейшим достижением Эрлиха является то, что он сумел представить взаимодействие между клетками, антителами и антигенами как химические реакции. Считается, что Эрлих, проведя огромное количество экспериментов по изучению поведения клеток, был уверен, что заболеть вторично нельзя, но не еще знал как это доказать и как понять механизм этого.
В этом вопросе Эрлих снова проявил себя крайне логично и талантливо. Для опытов он выбрал растительный яд рицин, не действующий на человека. Эритроциты животных под действием этого яда перестают функционировать. Проводить эксперименты с рицином технически тоже было проще. Животным яд попадал вместе с пищей или искусственным введением. Результаты оказались неожиданными. Уже через несколько дней приема рицина, тысячекратная и поэтому смертельная доза рицина не оказывала воздействия на животных, т.е. иммунизация происходила и наступала очень быстро.
Можно говорить о том, что Эрлих проблему иммунизации решил другим, нежели Луи Пастер, путем. Основываясь на своих идеях, Эрлих принял активно и успешно разработал противодифтерийную сыворотку и лекарство туберкулин.
В это же время в институте Луи Пастера в Париже над близкими проблемами работал замечательный русский ученый И.И. Мечников. В России Мечников не смог получить нужных условий для работы, хотя все признавали важность проблемы и необходимость работ в направлении поиска способ излечения от инфекционных заболеваний. Мечников уехал в Париж к Пастеру после ряда неудачных попыток организовать научную бактериологическую лабораторию и создать возможность работы в Санкт-Петербургском университете. Научные труды И.И. Мечникова относятся к таким областям биологии как сравнительная и эволюционная эмбриологии, сравнительная патология, он разработал теорию иммунитета, которая изложена в работе «Невоспримчивость в инфекционных болезнях». Мечников и Эрлих имели огромный диапазон биологических и медицинских знаний, ученые накопили в ходе своей научной деятельности огромное количество фактов, которые они обобщили в работах. Эрлих изучал, так называемые, гуморальные факторы иммунитета, а И.И.Мечников, основное внимание уделял исследованию клеточных факторов защиты и функции фагоцитоза. Теории иммунитета, предложенные Эрлихом и Мечниковым, не противоречили, а взаимно дополняли друг другу. Труды этих ученых в 1908 году были признаны достойными Нобелевской премии.
Наибольшее значение имеют работы Пауля Эрлиха в области иммунологии. Все они связаны с его предыдущими исследованиями по взаимодействию клеток, клеточных структур с химическими соединениями и с работами по дифференциации клеточных структур. Восьмидесятые годы 19 века – это годы активного развития бактериологии, были открыты и определены микробные возбудители многих болезней. Эрлих работал в направлении поиска защитных механизмов против воздействия бактерий и их токсинов. Он исследовал также воздействие растительных ядов, например, использовавшегося тогда для обезболивания яда кураре.
В работе 1891 года «Экспериментальные исследования иммунитета» Эрлих установил, что защита организма усиливается, если дозы токсинов вводят постепенно. Это означает, что происходит активная иммунизация защитных сил организма. Эрлих разработал теорию образования антител в клетках тканей, образования антигенов и антител. Он высказал положение о циркуляции в крови и в других жидкостях организма защитных веществ, это положение позволило развить серотерапию и лечить людей от дифтерии, столбняка, ящура и других инфекций.
Синтетические антибактериальные вещества - химиотерапия
Благодаря работам Пауля Эрлиха научились делать антибактериальные лекарства, т.е. средства, которые при попадании в организм больного человека отыскивает болезнетворные микробные клетки и поражают их. Причем лекарственное антибактериальное средство должно быть малотоксично для других клеток организма. При жизни Пауль Эрлих показал эту возможность, разработав соединение мышьяка, способное активно излечивать людей, зараженных бледной спирохетой - трипаносомами, возбудителями сонной болезни. Эрлих экспериментировал с воздействием на бактерии трипаносомы простейших соединений мышьяка и нитробензольных соединений. В результате этих экспериментов было разработано соединение, которое называется сальварсан, оно было шестьсот шестым вариантом предполагаемого соединения.
Именно создание Паулем Эрлихом сальварсана называют рождением химиотерапии. На основании своих экспериментов и опираясь на опыт других исследователей о воздействии химических элементов, в частности, ртути, свинца, серы, на организм человека и подопытных животных Эрлих разработал теорию химиотерапии. Терапия, которую Эрлих называл «волшебными пулями» должна избирательно воздействовать на возбудителя болезни. Принцип избирательности основа и современной химиотерапии, но, как оказалось, при создании лекарств необходимо учитывать не только влияние препаратов на микроорганизмы, но и представлять реактивность самого организма.
История создания сульфамидных препаратов наглядно демонстрирует сложность создания лекарственных форм. В 1932 году на фармацевтическом предприятии Байера в Германии был разработан пронтозил, известный под названием красный стрептоцид. Это вещество было запатентовано как краситель, но его проверяли на способность к антибактериальной активности (3). Обстоятельства сложились так, что проверка красного стрептоцида была проведена руководителем фармацевтической лаборатории Домагка на своей дочери. Только благодаря пронтозилу Домагку удалось спасти свою дочь при заражении крови. В конце 1935 было установлено, что пронтозил действует не сам: лечебный эффект оказывает продукт его распада в организме – тот самый сульфаниламид, который был известен с 1908. За открытие бактерецидного действия стрептоцида Домагку была присвоена Нобелевская премия (4).
Пронтозил исследовали в институте Пастера и установили, что в пробирках пронтозил не оказывает влияния микроорганизмы, но зато при попадании в организм человека пронтозил превращается в сульфаниламид и тогда он способен бороться с токсичными микроорганизмами. Сульфаниламид называют также белым стрептоцидом.
На основании белого стерептоцида разработана большая группа сульфаниламидных химиопрепаратов. Сульфиниламидные препараты останавливают рост и развитие болезнетворных бактерий. Действия сульфаниламидных препаратов состоит в том, что не позволяют болезнетворным клеткам необходимую для их существования фолиевую кислоту. Поскольку сульфаниламиды похожи на парааминбензойную кислоту, благодаря которой бактерии образуют фолиевую кислоту, а бактерии поглощают вместо нее сульфаниламидные препараты, которые не позволяют актериям синтезировать фолиевую кислоту и далее существовать и размножаться в организме.
Однако, оказалось, что при широком применении сульфаниламидных преператов, многие чувствительные к сульфаниламидам бактерии превратились в их модификации, но устойчивые к лекарственным препаратам. Кроме того сульфаниламидные препараты имеют ограниченный диапазон применения и способны вызывать побочные негативные явления. Вместо сульфаниламидных препаратов разработаны и продолжают разрабатываться новые эффективные антибиотики.
Благодаря лекарственным средствам, открытым в 19-20 веках продолжительность жизни в развитых странах выросла почти вдвое. Но говорить о целенаправлнном поиске и синтезе лекарственных средств еще нет возможности. Трудности целенаправленного синтеза новых лекарств во многом связаны с тем, нет однозначной зависимости между химическим строением лекарственного средства и его биологическим действием. Иногда малейшие изменения структуры молекулы приводят к полному исчезновению или сильному изменению биологической активности. И наоборот, нередко почти одинаковая активность наблюдается у веществ совершенно разной химической природы. Например, если в молекуле морфина – сильного наркотика заменить один из атомов водорода на метильную группу, то получится сравнительно безвредное вещество кодеин.
Одно из самых заметных достижений синтетической органической химии 20 в. – получение новых лекарственных средств. В результате стало возможным излечивать многие болезни, которые раньше считались смертельными. А широкое распространение антисептических средств позволило предотвращать инфекционные осложнения в результате хирургических операций и боевых ранений.
Медицинская химия или химия и медицина
Сейчас медицинская химия существует как самостоятельная область знаний и технологий. В конце 20 века медицинская химия выделилась в отдельную науку, в которой химики-органики специализируются в области синтеза и конструирования физиологически активных веществ и лекарственных препаратов. Это связано с тем, что прогресс в области химических наук, методах исследования состава и свойств природных и искусственно полученных соединений, позволил установить строение ранее используемых препаратов и разрабатывать новые концепции в химии для медицины.
Все лекарственные вещества объединяют в группы по общности химической структуры их молекул и химических свойств независимо от фармакологического действия. В группу стимуляторов сердечной деятельности входят представители гетероциклического ряда, к которым относят природные вещества – кофеин, стрихнин и синтетические - коразол, кордиамин, представитель соединений типа терпенов – камфора, стероидные содинения – гликозиды. Объектом изучения органической химии являются соединения углерода, которые кроме углерода содержат обязательно водород, кроме того в состав органических соединений могут входить такие элементы, как кислород, азот, сера, фосфор, галогены, металлы и группировки этих элементов (5). Изучение природных лекарственных веществ с позиций химии позволило установить некоторые положения о связи химической структуры органических веществ с их фармаколлогическим действием.
Установлено, что соединения с ненасыщенной непредельной связью в молекуле усиливает наркологическое действие препарата. На примере барбитуратов показано, что соединения с разветвленной углеродной цепью усиливают физиололгическое действие препаратов. На фармакологический эффект оказывает влияние и длина углеродной цепи соединения, в соединениях с длиной цепочки до 6 наблюдается рост физиологического эффекта, затем эффект снижается. Это объясняется тем, что происходит одновременно и снижение растворимости веществ. Определено также влияние изомерии соединений, в первую очередь это было показано на влиянии изомерии сахаров на вкусовые ощущения. Введение галогенов сказывается на свойствах жирного и ароматического рядов, они активизируют действие веществ. Введение хлора или брома приводит к образованию слезоточивых и токсичных веществ.
Введение гидроксильных групп взамен водорода приводит к росту физиологического действия соединений, также усиливает физиологическое действие введение карбонильных групп в соединения. Снизить ядовитые свойства веществ можно путем введения в состав карбоксильных групп –СООН. Влияние аминогрупп изучали на жаропонижающих веществах, анилин придает антипиритические свойства веществу, но одновременно он является токсином.
Совместное присутствие аминогрупп и гидроксилов в ароматическом ядре придает веществам анестизирующие свойства, которые усиливаются при этерефикации соединения. Нитрогруппы, находящиеся в ароматическом ядре свидетаельствуют о том, что это вещество воздействует на дыхательные центры. Нитрозные группы ответственны в лекарственных препаратах за расширение кровеносных сосудов.
Глубокое изучение лекарственных препаратов химическими методами показало, что изменения в составе и структуре вещества сопровождаются существенными изменениями их физико-химических свойств. Изменяться может способность веществ всасываться и распределяться в тканях организма (6,1).
Полученные новые сведения привели медиков к необходимости дальнейшего изучения закономерностей влияния химических и физико-химических свойств на проявление физиологической активности веществ. Развитие биохимии позволяют установить биохимические закономерности заболеваний и поставили перед химиками задачи познания активности лекарственных препаратов и свойств биосубстратов, т.е. веществ, с которыми препараты вступают во взаимодействие и в чем заключается, с химической точки зрения, лечебный эффект.
Областью изучения специалистов в медицинской химии являются биологические мишени действия физиологически активных веществ, структурные особенности химических соединений, воздействующих на молекулы, методы определения и оценки физиологической акивности химических веществ. К сожалению, констатируют ученые МГУ, что основные труды в области медицинской химии на русский язык еще не переведены. Обучение студентов ведется частично на лекционном материале и новые Мечниковы еще не написали и не издали свои труды на русском языке.
Есть два пути создания новых веществ в химии. Первый – это путь множественных проб и ошибок, но есть и второй, тоже очень сложный. Это путь, основанный на анализе и дотошном изучении химических свойств соединений и радикалов, составляющих органические лекарственные вещества, путь изучения воздействия на вещества, составляющие больные и здоровые клетки организмов.
Введение каждого нового лекарственного вещества в лечебную практику, обязательно требует курса проверки фармакологического действия этого препарата на подопытных животных и затем уже на группах, согласных на это, людей.
В чем состоят трудности в области целенаправленного синтеза лекарственных веществ. Для лекарственных веществ еще нет достаточного количества знаний для постороения зависимостей лечебного воздействия от строения и свойств лекарственных веществ. Известно немало случаев, когда незначительные изменения в структуре молекул лекарственного вещества при его синтезе приводили к исчезновению биологической активности.