Химия в жизни человека. Тема: роль химии в медицине Значение химии для современной медицины кратко
«Химия 11 класс» - Микролаборатории для химического эксперимента. Биолого-химического профиля Информационно-химического профиля Химико-математического профиля. Учебное электронное издание. Содержание курса на профильном уровне обеспечивает: Химия (8 – 11 класс). Сложные химические соединения в повседневной жизни. 10 класс – 3 урока в неделю + 1 час элективных курсов 11 класс – 3 урока в неделю.
«Органическая химия» - Метод полуреакций. Рассмотрим, что произошло с ионом MnO4-. Метод электронного баланса. Степень окисления в органической химии. Ион MnO4 превратился в Mn2+. Электроны принял ион MnO4-. ОВР в органической химии. Ион MnO4 полностью потерял 4 атома кислорода. Ион MnO4- является окислителем. Преимущества метода полуреакций.
«Компьютеры в медицине» - На основании симптомов, выданных компьютером, обучающийся должен определить курс лечения. Компьютеры используются для создания карт, показывающих скорость распространения эпидемий. Компьютерная техника используется для обучения медицинских работников практическим навыкам. Что и как мы узнали о применении компьютеров в медицине?
«История химии» - П 9. Испарение жидкой ртути. Л 4. Горение древесины. Агрикола горное дело. Д.И. Менделеев. Физические. Я 11.Образование ржавчины на гвозде. Египетские жрецы. Реформаторы. Теория строения органических веществ 1869 год. Аристотель. Закон сохранения массы веществ 1756 год. А 3. Испарение воды. Е 7. Почернение серебряных изделий.
«Математика в медицине» - Математическая статистика. Математика и медицина. Кардиология. Большое внимание уделено выводам и интерпретации результатов расчета. В фармацевтике особенно важна математика. И в биологии, и в медицине вовсю применяется математическая статистика. Фармацевтика.
«Физика в медицине» - Мощный лазерный пучок соответствующего диаметра уничтожает злокачественную опухоль. Рентгеновское исследование органов человека. Радиодиагностика. Плазменный скальпель. Плазменный скальпель рассекает ткань, кости без крови. Физика помогает диагностике заболеваний. Физика. В помощь хирургу были созданы миниатюрные генераторы высокотемпературной плазмы.
ВВЕДЕНИЕ
Химики второй половины XX века продолжили дело предков и очень активно занимались исследованиями живой природы. В пользу этого тезиса может свидетельствовать хотя бы тот факт, что из 39 Нобелевских премий по химии, врученных за последние 20 лет (1977-1996), 21 премия (больше половины! а ведь отраслей химии очень много) была получена за решение химико-биологических проблем. Это и неудивительно, ведь живая клетка это настоящее царство больших и малых молекул, которые непрерывно взаимодействуют, образуются и распадаются... В организме человека реализуется около 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупность различных химических превращений. В одной клетке организма может происходить примерно 2000 реакций. Все эти процессы осуществляются при помощи сравнительно небольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химия характеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений, состоящих из неорганических и органических остатков.
Глава 1. СОВРЕМЕННАЯ ХИМИЯ И МЕДИЦИНА
Неорганические части представлены водой и ионами различных металлов, галогенов и фосфора (в основном), органические части представлены белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами и достаточно обширной группой низкомолекулярных биорегуляторов, таких как гормоны, витамины, антибиотики, простагландины, алкалоиды, регуляторы роста и т.д.
Для современных врачей и фармацевтов изучение неорганической химии также имеет большое значение, так как многие лекарственные препараты имеют неорганическую природу. Поэтому медики должны четко знать их свойства: растворимость, механическую прочность, реакционную способность, влияние на человека и окружающую среду.
Современная медицина широко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организме и возникновением и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенно чутко организм реагирует на изменение в нем концентрации микроэлементов, т. е. элементов, присутствующих в организме в количестве, меньшем 1 г на 70 кг массы человеческого тела. К таким элементам относятся медь, цинк, марганец, молибден, кобальт, железо, никель.
Из неметаллоидов в живых системах практически всегда можно встретить атомы водорода, кислорода, азота, углерода, фосфора и серы в составе органических соединений и атомы галогенов и бора как в виде ионов, так и в составе органических частиц. Отклонение в содержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит к достаточно тяжелым нарушениям метаболизма.
Большая часть болезней обусловлена отклонением концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связано с тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходит в несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, они являются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-то звено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточную функцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимых веществ.
Доказано, что с изменением концентрации цинка связано течение раковых заболеваний, кобальта и марганца – заболеваний сердечной мышцы, никеля – процессов свертывания крови. Определение концентрации этих элементов в крови позволяет иногда обнаружить ранние стадии различных болезней. Так, изменение концентрации цинка в сыворотке крови связано с протеканием заболеваний печени и селезенки, а концентраций кобальта и хрома - некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.
В поддержании нормальной жизнедеятельности организма очень велика роль органических молекул. Их можно разделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы:
биологические макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры (нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витамины и многие другие вещества).
Для химии особенно важно установление связи между строением вещества и его свойствами, в частности, биологическим действием. Для этого используется множество современных методов, входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.
В современной науке на границе химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаются используемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принято объединять под термином "физико-химическая биология". К этому направлению относят:
а) химию природных соединений (биоорганическая и бионеорганическая химия bioorganic chemistry and inorganic biochemistry соответственно);
б) биохимию;
в) биофизику;
г) молекулярную биологию;
д) молекулярную генетику;
е) фармакологию и молекулярную фармакологию и множество смежных дисциплин. В большей части современных биологических исследований активно используются химические и физико-химические методы. Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология, был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ. Даже такая классическая "чисто биологическая" наука, как физиология, все более активно использует достижения химии и биохимии. В США Национальные Институты Здоровья (National Institutes of health USA) в настоящее время финансируют направления медицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздо меньше, чем биохимические, считая физиологию "неперспективной и отжившей свое" наукой. Возникают такие, кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки, как молекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые виды медико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощью которого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит; применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методов позволяет теперь определять множество важных веществ не нарушая целостности кожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологической жидкости.
Итак, чем же занимаются все вышеперечисленные науки, являющиеся различными ветвями физико-химической биологии?
Основой химии природных соединений явилась традиционная органическая химия, которая первоначально рассматривалась как химия веществ, встречающихся в живой природе. Современная же органическая химия занимается всеми соединениями, имеющими углеродные (или замещенные гетероаналогами углерода) цепочки, а биоорганическая химия, исследующая природные соединения, выделилась в отдельную отрасль науки. Химия природных соединений возникла в середине XIX века, когда были синтезированы некоторые жиры, сахара и аминокислоты (это связано с работами М. Бертло, Ф. Велера, А. Бутлерова, Ф. Кекуле и др.).
Первые подобные белкам полипептиды были созданы в начале нашего века, тогда же Э. Фишер вместе с другими исследователями внес свой вклад в исследование Сахаров. Развитие исследований по химии природных веществ продолжалось нарастающими темпами вплоть до середины XX века. Вслед за алкалоидами, терпенами и витаминами эта наука стала изучать стероиды, ростовые вещества, антибиотики, простагландины и другие низкомолекулярные биорегуляторы. Наряду с ними химия природных соединений изучает биополимеры биоолигомеры (нуклеиновые кислоты, белки, нуклеопротеиды, гликопротеины, липопротеины, гликолипиды и др.). Основной арсенал методов исследования составляют методы органической химии, однако для решения структурно-функциональных задач активно привлекаются и разнообразные физические, физико-химические, математические и биологические методы. Основными задачами, решаемыми химией природных соединений, являются:
а) выделение в индивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации, ультрацентрифугирования, противоточного распределения и т.п.;
б) установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической и физической органической химии с применением масс-спектроскопии, различных видов оптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализа ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др.;
в) химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогов и производных, с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения препаратов, ценных для практического использования;
г) биологическое тестирование полученных соединений in vitro и in vivo.
Крупнейшими достижениями химии природных соединений явились расшифровка строения и синтез биологически важных алкалоидов, стероидов и витаминов, полный химический синтез некоторых пептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др. соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидные последовательности множества генов и т.д. и т.п.
Появление науки биохимии обычно связывают с открытием явления ферментативного катализа и самих биологических катализаторов ферментов, первые из которых были идентифицированы и выделены в кристаллическом состоянии в 20х годах двадцатого столетия. Биохимия изучает химические процессы, происходящие непосредственно в живых организмах и использует химические методы в исследовании биологических процессов. Крупнейшими событиями в биохимии явились установление центральной роли АТФ в энергетическом обмене, выяснение химических механизмов фотосинтеза, дыхания и мышечного сокращения, открытие трансаминирования, установление механизма транспорта веществ через биологические мембраны и т.п.
Молекулярная биология возникла в начале 50х годов, когда Дж. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК, что позволило начать изучение путей хранения и реализации наследственной информации.
Крупнейшие достижения молекулярной биологии открытие генетического кода, механизма биосинтеза белков в рибосомах, основы функционирования переносчика кислорода гемоглобина.
Следующим шагом на этом пути явилось возникновение молекулярной генетики, которая изучает механизмы работы единиц наследственной информации генов, на молекулярном уровне. Одной из актуальнейших проблем молекулярной генетики является установление путей регуляции экспрессии генов перевод гена из активного состояния в неактивное и обратно; регуляция процессов транскрипции и трансляции. Практическим приложением молекулярной генетики явилась разработка методов генной инженерии и генотерапии, которые позволяют модифицировать наследственную информацию, хранящуюся в живой клетке, таким образом, что необходимые вещества будут синтезироваться внутри самой клетки, что позволяет получать биотехнологическим путем множество ценных соединений, а также нормализовать баланс веществ, нарушившийся во время болезни. Суть генной инженерии рассечение молекулы ДНК на отдельные фрагменты, что достигается с помощью ферментов и химических реагентов, с последующим соединением; эта операция производится с целью вставки в эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов нового фрагмента гена, отвечающего за синтез нужного нам вещества, вместе с так называемыми регуляторами участками ДНК, обеспечивающими активность "своего" гена. Уже сейчас с помощью генной инженерии получают многие лекарственные препараты, преимущественно белковой природы: инсулин, интерферон, соматотропин и др.
Глава 2. ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «ХИМИЯ И МЕДИЦИНА»
химия медицина курс обучение
В наш информационный век – век модернизации биологического и химического образования, как ни странно, школьники обладают достаточно скудными знаниями о своем организме, способах сохранения здоровья и выхода из ситуаций, когда организму требуется «ремонт». Для выявления причин требуемого «ремонта» необходимо знать, что собой представляет человеческий организм с точки зрения химии и биологии, что лежит в основе сохранения и поддержания здоровья, как помочь своему организму справиться с простудными заболеваниями и что лучше применить: лекарственные или растительные препараты.
При изучении этого курса формируются понятия о здоровье, компонентах и показателях здоровья, факторах, определяющих здоровье (наследственность, продукты питания, качество среды обитания, образ жизни), о лекарствах и их действии на организм, правильном их употреблении. Всегда необходимо помнить о том, что «доза может убить и доза может вылечить».
Курс «Химия и медицина» позволяет погрузиться в систему вопросов по биологии и химии: химические свойства металлов и неметаллов, химические реакции, химия клетки, продукты питания, наследственность организма.
В основе жизни лежат химические процессы, а заболевания – это результат нарушения их в организме, который является большой ретортой.
Т. Парацельс
Все есть яд, ничто не лишено ядовитости, и все есть лекарство. Лишь только доза делает лекарство ядом или лекарством.
Т. Парацельс
Жизнь – это вечное движение жидкостей между клетками и внутри клеток. Остановка этого движения приводит к смерти. Частичное замедление этого движения в каком-то органе вызывает частичное расстройство. Общее замедление движения внеклеточных жидкостей вызывает болезнь.
Врач А.С. Залманов, «Тайная мудрость»
Я не степью хожу –Я хожу по аптеке,Разбираясь в ее травяной картотеке.Беспредельная степь,Бесконечная степь,Ты природой написанныйСтранный рецепт.
С. Кирсанов
Другого ничего в природе нет,Ни здесь, ни там в космических глубинах:Все – от песчинок малых до планет – Из элементов состоит единых.
С. Щипачев
Что не излечивают лекарства, то излечивает железо, что не излечивает железо, то излечивает огонь.
Гиппократ
Цели курса.
1. Расширить знания учащихся об организме как химической фабрике.
2. Продолжить формирование у учащихся понимания важности сохранения здоровья на биологическом и химическом уровне.
3. Сформировать у учащихся навыки элементарной медицины.
Задачи курса.
1. Актуализировать и расширить знания учащихся по вопросам здоровьесбережения.
2. Научить школьников анализировать образ жизни с точки зрения влияния на здоровье.
3. Выработать у учащихся навыки оценки функционального состояния своего организма.
4. Обеспечить профессиональную ориентацию старшеклассников.
Структура и содержание курса (34 ч)
| Занятие | Kоличество часов | Темазанятия | Виддеятельности |
| Введение в курс «Химия и медицина» (24 ч) |
|||
| 1, 2 | 2 | Почему надо лечить организм | Лекция |
| Химия и здоровье (12 ч) |
|||
| 3 | 1 | Факторы, влияющие на здоровье человека | Беседа |
| 45 | 2 | Формула здоровья | Лекция, беседа |
| 6 | 1 | Химические элементы и жизнедеятельность организма | Лекция |
| 7, 8 | 2 | Для чего мы едим, и что мы едим. Питание и болезни. Пищевая аллергия | Беседа |
| 91011 | 3 | Заболевания, вызванные недостатком химических элементов в организме | Лекция, беседа. Сообщения учащихся |
| 12 | 1 | Всему свое время (потребность организма в химических элементах на разных этапах развития) | Лекция |
| 13 | 1 | Где «задерживаются» токсические вещества? | Лекция |
| 14 | 1 | Заболевания и группы крови | «Kруглый стол» |
| Зеркало организма (4 ч) |
|||
| 15 | 1 | Kожа. Характеристика и типы кожи. Kожные заболевания | Выступления учащихся |
| 16 | 1 | Зубы – индикатор внутренних проблем организма. Заболевания зубов | Лекция |
| 17 | 1 | На приеме у стоматолога | Ролевая игра |
| 18 | 1 | Медицина и косметология | «Kруглый стол» |
| Химия и медицина (9 ч) |
|||
| 19 | 1 | Развитие медицины, этапы становления | Лекция |
| 20 | 1 | Лекарства. Открытие лекарств и лекарственные формы | Лекция |
| 2122 | 2 | Kлассификация лекарств | Лекция |
| 23 | 1 | Лекарства и растительные препараты | Лекция |
| 24 | 1 | Аспирин, стрептоцид: химический состав, путь и действие их в организме | Лекция |
| 25 | 1 | Препараты для сердечно-сосудистой системы | Лекция |
| 26 | 1 | Антибиотики и их действие на организм | Лекция |
| 27 | 1 | Зависимость организма от лекарств | Дискуссия |
| Биологически активные соединения (4 ч) |
|||
| 28 | 1 | Витамины. Kлассификация, действие витаминов на организм. Заболевания, вызванные недостатком или избытком витаминов | Беседа.Сообщения учащихся |
| 29 | 1 | Ферменты, их классификация, роль в организме. Значение ферментов | Лекция |
| 30 | 1 | Гормоны. Значение гормонов. Заболевания, вызванные недостатком или избытком гормонов в организме. Гормональные препараты | Лекция |
| 31 | 1 | Обменные процессы в организме. Роль водно-солевого обмена в жизнедеятельности организма | Лекция с элементами беседы |
| Генные заболевания у человека (3 ч) |
|||
| 32 | 1 | Генная программа человека | Лекция |
| 33 | 1 | Болезни с наследственным предрасположением | Лекция |
| 34 | 1 | Социальная среда и человек | Беседа |
пример мазь или эмульсия бензилбензоата – сложного эфира бензойной кислоты и бензилового спирта С 6 Н 5 –С(О)–О–СН 2 –С 6 Н 5 .
К сожалению, у многих больных эти средства вызывают аллергию, поэтому до сих пор не потеряли актуальность старые методы лечения, основанные на применении элементной серы в виде мазей на вазелине. Но значительно более эффективен, хотя и трудоемок, метод М.П.Демьяновича. При лечении по этому методу в кожу втирают в течение 10–15 мин 60%-й водный раствор тиосульфата натрия. После высыхания кожи и появления на ней кристалликов втирают в течение 10–15 мин 6%-й водный раствор соляной кислоты. Вымыться разрешается через три дня. К этому времени больной выздоравливает.
Как вы можете объяснить сущность метода Демьяновича с точки зрения химика?
Примечание. При выполнении этого задания желательно обсудить проблемы профилактики чесотки. Это чрезвычайно заразное заболевание, которое передается не только при непосредственном контакте с больным, но и через его личные вещи – одежду, полотенца, а также через бумажные деньги. Лучший способ уберечься от чесотки – строго соблюдать правила личной гигиены.
Задание 3. В книге М.М. Гурвича «Домашняя диетология» для страдающих мочекаменной болезнью приведена такая рекомендация: «Из зелени и овощей в рацион включают те сорта, которые считаются бедными кальцием и щелочными валентностями: горох, брюссельскую капусту, тыкву». Прокомментируйте эту формулировку с позиции химика, а если сможете, то и агронома.
Задание 4. Для лечения малокровия (пониженное содержание в крови гемоглобина) с давних пор применяют препараты железа, в том числе сульфат железа(II), а иногда и восстановленное железо в порошке. Известен и старинный народный рецепт от малокровия – «железное яблоко»: в яблоко (лучше сорт антоновка) втыкают несколько гвоздей и выдерживают сутки. Затем гвозди вынимают, а яблоко съедает больной.
Как вы можете объяснить эффективность «железного яблока» с точки зрения химика?
Задание 5. Лечение травами становится все более популярным, однако большинство людей не соблюдают точно правила приготовления отваров и настоев, особенно дозировку сырья, хотя это очень важно при лечении этим способом. Большинство трав рекомендуют заваривать в такой пропорции: 20 г (одна полная столовая ложка) сухой измельченной травы на стакан (200 мл) кипящей воды, т. е. соотношение массовых частей 1:10. Летом можно готовить препараты не из сушеных, а из свежесобранных трав. Как при этом правильно рассчитать соотношение травы и воды, чтобы получить настой той же концентрации?
Примечание. Влажность правильно высушенной травы 8–15%; в свежесорванных растениях в зависимости от их вида содержание воды колеблется от 70 до 95%.
Задание 6. Для уменьшения кислотности желудочного сока и снижения его ферментной активности при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гастритах с повышенной кислотностью в арсенале врачей есть такие препараты, как бекарбон (одна таблетка содержит сухого экстракта красавки 0,01 г и гидрокарбоната натрия 0,3 г), оксид магния МgО, магнезия белая Мg(ОН) 2 4МgCO 3 H 2 О, викалин (в состав которого входит BiNO 3 (OH) 2 , Мg(ОН) 2 4МgCO 3 H 2 О, NaHCO 3), гидроксид алюминия (в виде аморфного белого порошка), алмагель (смесь специально приготовленного геля Al(OH) 3 с MgO и сорбитом).
Многие больные до сих пор при отсутствии этих лекарств пользуются обычной питьевой содой, чтобы избавиться от изжоги (что врачи делать не рекомендуют!). Попробуйте сравнить механизм действия всех названных препаратов и объяснить, какими преимуществами обладает каждый из них. Почему врачи сейчас отдают предпочтение препаратам на основе Al(OH) 3 и не рекомендуют принимать соду для нейтрализации избыточной кислотности желудочного сока?
Задание 7. Профессиональные спортсмены обычно имеют при себе препараты для неотложной помощи при небольших травмах (например, растяжение связок голеностопного сустава). В качестве таких препаратов часто используют этилхлорид C 2 H 5 Cl в ампулах или комплект из двух герметичных пакетов: в одном находится сухой NH 4 NO 3 , в другом – вода. Оба препарата действуют одинаково: вызывают быстрое охлаждение поврежденного сустава – это снимает боль и отечность. Однако, с точки зрения химика, их действие принципиально различается. Попробуйте объяснить, в чем заключается различие.
Подсказка: температура кипения этилхлорида 12–16 °С.
Задание 8. Многим известен способ лечения насморка или радикулита с помощью поваренной соли. Ее нагревают на сковороде или в духовке, насыпают в мешочек из плотной ткани, а мешочек прикладывают к больному месту на несколько часов.
Какие свойства поваренной соли использованы в этом рецепте? Кстати, вместо соли можно использовать и чистый песок, который, как известно, состоит преимущественно из SiO 2 .
Задание 9. В рекламе лечебно-косметического крема «Ксения» рассказывается о свойстве этого крема восстанавливать солевой баланс в мышечных и костных тканях. В числе прочих в тексте есть такая фраза: «Тем временем “Ксения” перемывает вам косточки, выясняя свои отношения с кальцием, то бишь известкой, и делает из вас ягодку в полном смысле слова. Если вы пользуетесь “Ксенией”, вам не грозит отложение солей кальция в аорте, сердце и почках. Вы избежите остеохондроза, кальциноза мягких тканей, остеопороза...» Что в этом тексте может вызвать возражение со стороны химика?
Прокомментируйте эту фразу с точки зрения химика.
Задание 10. Кариес стал настоящим бичом населения России. По статистике, им болеют более 96% населения. Одна из мер профилактики – тщательный уход за зубами. Желательно их чистить щеткой после каждого приема пищи. Но есть одно исключение – если вы съели кислые ягоды или фрукты, лучше в течение часа не чистить зубы, особенно жесткой щеткой. Почему?
Подсказка: химический состав зубной эмали близок к составу минерала гидроксилапатита Са 5 ОН(РО 4) 3 .
Задание 11. Кальций играет важную роль в жизнедеятельности организма. Ионы кальция необходимы для осуществления процесса передачи нервных импульсов, сокращения скелетных мышц и мышцы сердца, формирования костной ткани, свертывания крови. Препараты кальция широко используют, в частности, при лечении переломов, усиленном выделении кальция из организма, что происходит у долго лежащих больных. В арсенале медиков имеется несколько препаратов кальция. Чаще всего применяют глюконат, лактат и глицерофосфат кальция в виде таблеток. По своему действию на организм эти препараты похожи, поэтому врачи нередко рекомендуют приобрести любой из них, оставляя право выбора за пациентом.
Какой препарат рациональнее выбрать из вышеперечисленных, если их цена примерно одинакова?
Ответы и решения
1. Да, этот препарат можно использовать без риска для здоровья. Белый осадок – это карбонат кальция СаСО 3 , который образовался в результате взаимодействия СаСl 2 с СO 2 воздуха. Небольшое количеcтво СаСO 3 абсолютно безвредно.
Следует помнить, что описанный нами случай все-таки является исключением из общего правила – большинство лекарственных препаратов нельзя употреблять после истечения срока их хранения, указанного на упаковке, т. к. большинство из них являются органическими соединениями сложного состава и продукты их разложения могут быть токсичными.
2. При подкислении раствора тиосульфата натрия происходит образование тиосерной кислоты:
Na 2 S 2 O 3 + 2HCl = H 2 S 2 O 3 + 2NaCl.
Тиосерная кислота быстро разлагается с выделением серы и сернистого газа:
H 2 S 2 O 3 = S + H 2 O + SO 2 .
В момент выделения сера особенно активно действует на чесоточного клеща, аналогичным действием обладает и SO 2 , поэтому метод Демьяновича дает такие хорошие результаты.
3. У химика словосочетание «щелочные валентности» вызывает недоумение. Валентность – это способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи. Но что имел в виду автор под «щелочными валентностями», можно только догадываться. Если воспользоваться справочником, в котором приведен химический состав растительных продуктов, то можно обнаружить, что овощи содержат наряду с кальцием также калий, натрий, рубидий, литий, т. е. щелочные металлы. Можно предположить, что их автор и называет «щелочными валентностями».
Причиной мочекаменной болезни является нарушение солевого обмена в организме, поэтому минеральный состав пищи очень важен для больного, которому необходимо следить за содержанием в его рационе всех минеральных веществ, в том числе и щелочных металлов.
Более корректно, с точки зрения химика, этот совет должен быть сформулирован так: «Из зелени и овощей в рацион включать те, которые бедны кальцием и щелочными металлами». В тексте есть формулировка, некорректная и с точки зрения биолога: термин «сорт» следовало бы заменить термином «вид» или «культура».
4. Железо применяют для лечения малокровия, т. к. оно входит в состав гемоглобина. Яблоки таким больным рекомендуются по той причине, что в них по сравнению с другими фруктами содержится больше железа (в среднем 2200 мг в 100 г продукта). Железо, входящее в состав сплава, из которого сделаны гвозди, растворяются, хотя и медленно, в органических кислотах, содержащихся в яблоке. Яблоко обогащается железом еще больше. Считается, что из всех сортов яблок больше всего железа в антоновке, много в них и кислот, что облегчает растворение железа.
5. Примем для расчета среднеарифметические значения содержания влаги в растениях:
(70 + 95)/2 = 82,5% – свежие,
(8 + 15)/2 = 11,5% – сухие.
Для приготовления одного стакана настоя надо взять 20 г сушеного сырья и 200 г воды. Если массовая доля воды в сушеном сырье составляет 11,5%, то содержание сухого растительного материала составляет (100–11,5)=88,5%. Тогда
Информационной плотности, что весьма важно для развития современных технических средств записи, накопления и хранения информации. 7. Важнейшие открытия в химии XXI века 2001 Уильям Ноулз, Риоджи Нойори и Барри Шарплесс «За исследования, используемые в фармацевтической промышленности - создание хиральных катализаторов окислительно-восстановительных реакций». 2002 Джон Фенн и Койчи Танака «За...
Только в положении 4. Образование других продуктов (X, XI, XII, XIV и XV) ясно из схемы. Эстрогенные гормоны присущи животным организмам, но они найдены и в растениях, например эстрон, в вытяжке из кокосовых орехов и в женских цветках ивы. Вначале, когда химия стероидных эстрогенов была недостаточно развита, применялись различные препараты: фолликулин - водный раствор, получаемый из очищенных...
Ответы по химии!
Предмет химии. Химия и окружающая среда. Связь химии с медициной.
Предмет химии. Химия и окружающая среда
Оглянемся вокруг. Мы сами и все, что нас окружает, состоит из веществ. Веществ очень много. В настоящее время ученые знают около 10 млн. органических и около 100 тыс. неорганических веществ. И все они характеризуются определенными свойствами. Свойствами вещества называются признаки, по которым вещества отличаются друг от друга или сходны между собой.
Каждый отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими свойствами, например, алюминий, сера, вода, кислород, называют веществом.
Химия изучает состав, строение, свойства и превращение веществ. Глубокое знание химии совершенно необходимо специалистам всех отраслей народного хозяйства. Наряду с физикой и математикой она составляет основу подготовки специалистов высокой квалификации.
С веществами происходят различные изменения, например: испарение воды, плавление стекла, сгорание топлива, ржавление металлов и т. д. Эти изменения с веществами можно отнести к физическим или к химическим явлениям.
Физическими называют такие явления, при которых данные вещества не превращаются в другие, а обычно изменяется только их агрегатное состояние или форма
Химическими называют такие явления, в результате которых из данных веществ образуются другие. Химические явления называются химическими превращениями или химическими реакциями
При химических реакциях исходные вещества превращаются в другие вещества, обладающие другими свойствами. Об этом можно судить по внешним признакам химических реакций: 1) выделение теплоты (иногда света); 2) изменение окраски; 3) появление запаха; 4) образование осадка; 5) выделение газа.
Молекулы и кристаллы состоят из атомов. Каждый отдельный вид атомов называется химическим элементом.
Всего в природе (на Земле) установлено существование (92) различных химических элементов. Еще 22 элемента получены искусственным путем с использованием ядерных реакторов и мощных ускорителей.
Все вещества делятся на простые и сложные.
Вещества, которые состоят из атомов одного элемента, называются простыми.
Сера S, водород Н2, кислород О2, озон О3, фосфор Р, железо Fe - это простые вещества.
Вещества, которые состоят из атомов разных элементов, называются сложными.
Например, вода Н2О состоит из атомов разных элементов – водорода H и кислорода O; мел CaCO3 состоит из атомов элементов кальция Ca, углерода C и кислорода O. Вода и мел - сложные вещества.
Понятие «простое вещество» нельзя отождествлять с понятием «химический элемент». Простое вещество характеризуется определенной плотностью, растворимостью, температурами кипения и плавления и др. Химический элемент характеризуется определенным положительным зарядом ядра (порядковым номером), степенью окисления, изотопным составом и др. Свойства элемента относятся к его отдельным атомам. Сложные вещества состоят не из простых веществ, а из элементов. Например, вода состоит не из простых веществ водорода и кислорода, а из элементов водорода и кислорода.
Названия элементов совпадают с названиями соответствующих им простых веществ, за исключением углерода.
Многие химические элементы образуют несколько простых веществ, различных по строению и свойствам. Это явление называется аллотропией, а образовавшиеся вещества аллотропными видоизменениями или модификациями. Так, элемент кислород образует две аллотропные модификации: кислород и озон; элемент углерод - три: алмаз, графит и карбин; несколько модификаций образует элемент фосфор.
Явление аллотропии вызывается двумя причинами: 1) различным числом атомов в молекуле, например кислород О2 и озон О3; 2) образованием различных кристаллических форм, например алмаз, графит и карбин.
Химия и медицина
Химия должна помогать медицине в борьбе с болезнями. Однако эти науки прошли длинный и сложный путь развития, прежде чем им удалось добиться успеха в решении общих задач.
В средние века алхимики неоднократно делали попытки вмешаться в медицину и часто врач, и химик совмещались в одном лице. Однако алхимические теории не могли принести пользы практической медицине, так как они основывались не на опыте, а на предвзятых и ложных утверждениях и, как правило, вели к ошибкам. Так, легендарный химик и врач, Василий Валентин, написавший книгу о сурьме («триумфальная колесница антимония»), предлагал ее для избавления от всех болезней. Этот элемент- аналог мышьяка- ничего, кроме вреда, не мог принести страждущим. Случайные удачи химиков и использование народного опыта все-таки помогали медикам, и контакты между ними и химиками никогда не прерывались. В XV в. Теофраст Парацельс опроверг учение о пневмах, но тут же заменил их не менее таинственным «археем», не имеющим материальной природы, но подчиняющим себе материю. Эти фантастические «теории» были скоро забыты, но практическая врачебная деятельность Парацельса оказалась продуктивной. Он исследовал соединения ртути и мышьяка и заложил основу ятрохимии - науки о применении определенных химических соединений для лечения болезней. Правда, рецепты Парацельса вызвали бы у современных врачей скорее испуг, чем восхищение, но все же это были шаги по правильному пути, который действительно мог привести к успеху и привел к нему через четыре сотни лет. История медицины сохранила опись «всяким зельям», привезенным в Москву в 1602г. английским аптекарем Джеймсом Френчем по поручению королевы Елизаветы. Среди «зелий» числятся: «цидоны яблоки в сахаре, слива дамасен, сыроп соку цитронова, водка коричная, можжевеловая, пиретрум, калган, алоэ, опиум» и даже «глина армянская»; имеются и вещества животного происхождения, например «олений рог». Всего 171 лекарство. Некоторые из них безусловно приносили пользу, это, в частности, «сок цитронов», т.е. лимонный сок, калган, алоэ, которые и ныне применяются в медицине.
Химия с давних времен вторглась в жизнь человека и продолжает оказывать ему разностороннюю помощь и сейчас. Особенно важна органическая химия, рассматривающая органические соединения - предельные, непредельные циклические, ароматические и гетероциклические. Так, на основе непредельных соединений получают важные виды пластмасс, химические волокна, синтетические каучуки, соединения с небольшим молекулярным весом - этиловый спирт, уксусную кислоту, глицерин, ацетон и другие, многие из которых находят применение в медицине. В наши дни химики синтезируют большое количество лекарственных препаратов. По данным международной статистики, химики должны синтезировать и подвергнуть тщательным испытаниям от 5 до 10 тысяч химических соединений, чтобы отобрать один лекарственный препарат, эффективный против той или иной болезни. Еще М. В. Ломоносов говорил, что “медик без довольного познания химии совершенным быть не может”. О значении химии для медицины он писал: «От одной химии уповать можно на исправление недостатков врачебной науки”. Лекарственные вещества известны с очень древних времен. Например, в Древней Руси мужской папоротник, мак и другие растения употреблялись как лекарства. И до сих пор в качестве лекарственных средств используются 25- 30% различных отваров, настоек и экстрактов растительных и животных организмов. В последнее время биология, медицинская наука и практика все чаще используют достижения современной химии. Огромное количество лекарственных соединений поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств достигнуты новые успехи. Медицина обогащается все большим количеством новых лекарственных препаратов, вводятся более совершенные методы их анализа, позволяющие достаточно точно определить качество (подлинность) лекарств, содержание в них допустимых и недопустимых примесей. В каждой стране существует законодательство о фармацевтических препаратах, изданное отдельной книгой, которая называется фармакопеей. Фармакопея является сборником общегосударственных стандартов и положений, нормирующих качество лекарственных средств. Изложенные в фармакопее стандарты и обязательные нормы для медикаментов, сырья и препаратов применяются при изготовлении лекарственных форм и являются обязательным для провизора, врача, организаций, учреждений, изготовляющих и применяющих лекарственные средства. По фармакопее лекарственные препараты анализируются для проверки их качества. Немного истории Фармацевтическая промышленность является сравнительно молодой отраслью производства. Еще в середине 19 столетия производство лекарственных средств в мире было сосредоточено в разобщенных аптеках, в которых провизоры изготовляли препараты по только им известным рецептам, передававшимся по наследству. Большую роль в то время играли средства неродной медицины. Фармацевтическое производство развивалось неравномерно и зависело от ряда обстоятельств. Так, работы Луи Пастера в 60-х годах 19 века послужили основой для производства вакцин, сывороток. Освоение промышленного синтеза красителей в Германии в последней четверти 19 века привело к производству лекарств фенацетина и антипирина. В 1904 г. немецкий врач Пауль Эрлих заметил, что при введении некоторых красителей в ткани подопытных животных эти красители лучше окрашивают клетки бактерий, чем клетки животного, в которых эти бактерии живут. Напрашивался вывод: можно найти такое вещество, которое настолько “закрасит” бактерию, что она погибнет, но в то же время не тронет ткани человека. И Эрлих нашел краситель, который внедрялся в трипаносомы, вызывающие у человека сонную болезнь. Вместе с тем для мышей. на которых проводился опыт, краситель был безвреден. Эрлих опробовал краситель на зараженных мышах; у них болезнь протекала легче, но все же краситель был слабым ядом для трипаносом. Тогда Эрлих ввел в молекулу красителя атомы мышьяка - сильнейшего яда. Он надеялся, что краситель “утащит” весь мышьяк в клетки трипаносом, а мышам его достанется совсем не много. Так и случилось. К 1909 г. Эрлих доработал свое лекарство, синтезировав вещество, избирательно поражавшее трипаносомы, но малотоксичное для теплокровных животных - 3,3’-диамино-4.4’-дигидроксиарсенобензол. В его молекуле два атома мышьяка. Так начиналась химия синтетических лекарственных препаратов. До 30-х годов 20 века в фармацевтической химии основное место занимали лекарственные растения (травы). В середине 30-х годов 20 века фармацевтическая промышленность стала на путь целенаправленного органического синтеза, чему способствовало обнаруженное немецким биологом Г. Домагком (19340) антибактериальное свойство красителя - пронтозила, синтезированного в 1932 г. Начиная с 1936 г. на основе этого соединения широко развернулись поиски так называемых сульфаниламидных антикокковых препаратов. Источники получения фармацевтических препаратов Все лекарственные вещества могут быть разделены на две большие группы: неорганические и органические. Те и другие получаются из природного сырья и синтетически. Сырьем для получения неорганических препаратов являются горные породы, руды, газы, вода озер и морей, отходы химических производств. Сырьем для синтеза органических лекарственных препаратов служат природный газ, нефть, каменный уголь, сланцы и древесина. Нефть и газ являются ценным источником сырья для синтеза углеводородов, являющихся полупродуктами при производстве органических веществ и лекарственных препаратов. Полученные из нефти вазелин, вазелиновое масло, парафин применяются в медицинской практике. Создание лекарственных препаратов Как ни много известно лекарственных препаратов, как ни богат их выбор, предстоит еще немало сделать в этой области. Как же в наше время создаются новые лекарства? В первую очередь нужно найти биологически активное соединение, оказывающее то или иное благоприятное воздействие на организм. Существуют несколько принципов такого поиска. Весьма распространен эмпирический подход, не требующий знания ни структуры вещества, ни механизма его воздействия на организм. Тут можно выделить два направления. Первое - это случайные открытия. Например, было случайно открыто слабительное действие фенолфталеина (пургена) а также галлюциногенное действие некоторых наркотических веществ. Другое направление - это так называемый метод “просеивания”, когда сознательно, с целью выявления нового биологически активного препарата проводят испытания многих химических соединений. Существует и так называемый направленный синтез лекарственных веществ. В этом случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и, незначительно модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта замена влияет на биологическую активность соединения. Порой достаточно минимальных изменений в структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем снять его биологическую активность. Пример: в молекуле морфина, который обладает сильным болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода на метильную группу и получили другое лекарство - кодеин. Болеутоляющее действие кодеина в десять раз меньше, чем морфина, но зато он оказался хорошим средством против кашля. Заменили два атома водорода на метил в том же морфине - получили тебаин. Это вещество уже совсем “не работает” как обезболиватель и не помогает от кашля, но вызывает судороги. В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск лекарственных средств на основе общетеоретических представлений о механизме биохимических процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с реакциями вне организма и о факторах, влияющих на такие реакции. Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и путем небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат. Именно так, химической модификацией природного пенициллина, получены многие его полусинтетические аналоги, например оксацилин. После того, как биологически активное соединение отобрано, определена его формула и структура, нужно исследовать, не является ли это вещество ядовитым, не оказывает ли на организм побочных воздействий. Это выясняют биологи и медики. А затем снова очередь за химиками - они должны предложить наиболее оптимальный способ, которым это вещество будут получать в промышленности. Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими трудностями и оно обходится так дорого, что применение его в качестве лекарства на данном этапе не возможно. Классификация лекарственных веществ Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям: фармакологическая и химическая. Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно этой классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости от их действия на системы и органы. Например: 1. снотворные и успокаивающие (седативные); 2. сердечно - сосудистые; 3. анальгезирующие (болеутоляющие), жаропонижающие и противовоспалительные; 4. противомикробные (антибиотики, сульфаниламидные препараты и др.); 5. местно-анестезирующие; 6. антисептические; 7. диуретические; 8. гормоны; 9. витамины и др. В основу химической классификации положено химическое строение и свойства веществ, причем в каждой химической группе могут быть вещества с различной физиологической активностью. По этой классификации лекарственные вещества подразделяются на неорганические и органические. Неорганические вещества рассматриваются по группам элементов периодической системы Д. И. Менделеева и основным классам неорганических веществ (оксиды, кислоты, основания, соли). Органические соединения делятся на производные алифатического, алициклическог
|
Дата создания: 2014/03/24
Фтор в виде фторапатита Са5(РО4)3F содержится в зубах и костях, а также в виде соединений (NaF, SnF2) входит в состав зубных паст.
Хлор в составе NaCl является одним из основных компонентов плазмы крови, раствор NaCl с массовой долей 0,9 % (физиологический раствор) используют для инъекций.
Раствор хлороводородной кислоты применяется для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта (гастрит, панкреатит). Соляная кислота выполняет бактерицидные функции в желудке и кишечнике, к тому же она участвует в реакциях восстановления ионов Fе3+ до Fе2+, и тем самым ионы железа, поступаемые с пищей в организм становятся доступными для усвоения, участвуют в образовании гемоглобина и других биологически активных соединений.
Бром необходим для выработки различных лекарственных веществ. Например, бромид натрия и бромид калия используются для приема внутрь с целью восстановления правильного соотношения процессов возбуждения и торможения в головном мозге.
Йод применяют в медицине в виде так называемой йодной тинктуры (10% раствор йода в этиловом спирте), превосходного антисептического и кровоостанавливающего средства. Йод участвует в образовании гормона щитовидной железы, влияющей на обмен веществ в организме, деятельность нервной системы.
Йодид натрия и йодид калия применяются для профилактики и лечения эндемического зоба, для профилактики атеросклероза.
Кислород широко используется в медицинской практике при лечении легочных и сердечных заболеваний, для поддержания жизни больных с затрудненным дыханием (кислородные подушки, барокамеры, «кислородный коктейль»). Кислород используется в кислородно-дыхательных аппаратах (на военных подводных судах, при высотных полетах военных летчиков, при проведении подводных работ).
Озон (аллотропное видоизменение кислорода) является сильным окислителем, проявляющим дезинфицирующее и бактерицидные свойства. В малых дозах (в существующих природных условиях 1.10-6 % по объему в воздухе) озон оказывает стимулирующее действие на организм человека: повышает устойчивость к действию токсичных веществ, уровень гемоглобина в крови, иммунобиологическую защиту, улучшает работу легких, нормализует артериальное давление. 90% озона сосредоточено в воздухе на высоте 10-50 км. Озон спасает человека и животных от слепоты, поглощая избыток ультрафиолетовых лучей, вредно влияющих на сетчатку глаза. В высоких концентрациях озон токсичен, оказывает резко выраженное раздражающее действие на верхние дыхательные пути, бронхи и легкие, задерживает синтез витаминов группы Д, вызывает чувство усталости, головную боль, воспаление слизистых оболочек глаз, носа, кровотечение из носа.
Сероводородная вода (раствор сероводорода в воде) применяется в медицине для лечения ревматизма и кожных заболеваний; является одним из компонентов минеральных вод.
Широко используются в медицине соли серной кислоты : Na2SO4.10H2O (глауберова соль) и MgSO4.7H2O (горькая соль) - как слабительное; CaSO4.2H2O (гипс) - гипсовые повязки; CuSO4.5H2O (медный купорос) - вяжущее и антисептическое средство.
Азот применяется в медицине как хладоагент в криотерапии.
10%-ный водный раствор аммиака (нашатырный спирт) используют в качестве лекарственного средства при обмороке. Выделяющийся из раствора газообразный аммиак раздражает нервные окончания верхних дыхательных путей и рефлекторно возбуждает центральную нервную систему - пострадавший приходит в сознание. Вдыхать аммиак рекомендуют также при отравлении некоторыми газообразными ядовитыми веществами.
Хлорид аммония - диуретик и отхаркивающее средство.
Нитрат серебра (ляпис) наряду с противомикробными свойствами обладает в малых концентрациях (до 2%) вяжущим, а в больших (5% и более) - прижигающим действием. Применяется для лечения кожных язв, а также при поражениях слизистых оболочек глаза (конъюнктивит) и гортани (ларингит); используется для прижигания бородавок.
Оксид азота (I) (N2О) - «веселящий газ» применяется как анестезирующее средство в смеси с кислородом (80% N2О и 20% О2) для газового наркоза.
Фосфор (элемент) входит в состав зубов, костей, мышц, нервных тканей и мозга. Участвует в передаче энергии в организме (АТФ), наследственной информации (ДНК и РНК), поддержании постоянства кислотности крови. Фосфор используется в фармации для изготовления лекарств (фосфакол - при глаукоме).
Раствор питьевой соды используют для устранения изжоги, вызванной повышением кислотности желудочного сока, а также при отравлении в химической лаборатории кислотами. При этом раствор питьевой соды в результате гидролиза соли имеет щелочную среду и устраняет в желудке избыток кислоты.
Уголь активированный назначают внутрь по 20-30 г. в виде взвеси в воде при отравлении солями тяжелых металлов, пищевых интоксикациях. Адсорбируя токсические вещества, уголь активированный препятствует их всасыванию в желудочно-кишечном тракте и проявлению их токсического действия. Таблетки активированного угля назначают внутрь при метеоризме (газах в кишечнике) и расстройствах пищеварения.
Смесь углекислого газа (5%) с кислородом или воздухом (карбоген) является средством для возбуждения дыхательного центра, применяется в медицине в случаях резкого угнетения дыхания. Углекислый газ используется также как охлаждающий агент («сухой лед»).
Карбонат кальция используется в зубных порошках, пастах.
Ионы натрия и калия играют важнейшую роль в жизнедеятельности организма человека. Натрий участвует в передаче нервных импульсов, способствует удержанию воды в тканях.
Сульфат натрия применяется при отравлении солями бария и свинца.
Соли лития применяются для лечения психических заболеваний (карбонат лития Li2СО3), а также заболеваний, связанных с отложением солей, например, подагры.
Хлорид калия применяется внутрь в виде 10% раствора в качестве противоаритмического средства, для регуляции сердечной деятельности.
Кальций входит в состав костей. При его недостатке происходит нарушение роста, искривление костей скелета.
Хлорид кальция применяется для лечения неврозов, а также как противоаллергический, противоотечный, противовоспалительный препарат. Его назначают внутрь или внутривенно.
Сульфат магния (MgSO4) уменьшает спазмы сосудов, применяется как слабительное и желчегонное средство.
Сульфат бария (ВаSO4) применяется в качестве рентгеноконтрастного средства при рентгенологическом исследовании желудочно-кишечного тракта.
Ацетат алюминия (Al(CH3COO)3), алюмокалиевые квасцы (KAl(SO4). 12H2O) применяются в медицине для лечения кожных заболеваний.
Гидроксид алюминия входит в состав адсорбирующего и обволакивающего средства, применяемого при язвенной болезни желудка, гастритах. (Например, препарат Almagel).
Марганец относится к биометаллам. Он влияет на процессы кроветворения; ускоряет образование антител, нейтрализующих вредное влияние чужеродных белков. Например, внутривенная инъекция сульфата марганца спасает от укуса паука-каракурта.
Перманганат калия (KMnO4) используют в медицине в качестве дезинфицирующего, антисептического и кровоостанавливающего средства.
Сульфат цинка (ZnSO4)как антисептическое средство входит в состав глазных капель; оксид цинка (ZnO) применяется как вяжущее, подсушивающее и дезинфицирующее средство при кожных заболеваниях.
