Химия — союзник медицины - Борис Розен

Более десятка радиоактивных изотопов стали верными помощниками медицины. Их целительные лучи спасли немало жизней. Есть среди лечебных изотопов всем хорошо знакомые элементы — фосфор (32Р), золото (199Au), иод (131I), серебро (111Ag). Изотопы редких элементов, таких, как цезий (137Cs), иттрий (90Y), применяются для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей, различных заболеваний крови, ими пользуются нередко для лечения болезней внутренних органов, глаз, кожи, уха, горла, носа.

Одно из главных преимуществ невидимых лучей — возможность лечения пораженного болезнью органа или опухоли не одним, а несколькими различными изотопами. Радиоактивными изотопами лечат, воздействуя излучением через кожу, слизистые оболочки с помощью трубочек, игл, шариков, тончайшей проволоки, либо вводят внутрь растворы их солей.

Для наружного облучения применяют долгоживущие с длительным периодом полураспада изотопы, испускающие бета- и гамма-лучи. Это позволяет медикам пользоваться ими в течение многих лет, что, несомненно, имеет большое значение для клинической практики.

Поскольку большинство радиоактивных веществ испускает два, а то и три вида лучей, обладающих к тому же разной силой, т. е. величиной энергии, та часто при облучении пользуются металлическими листочками-фильтрами, которые задерживают излучение малой энергии и беспрепятственно пропускают лучи большой энергии. Для гамма-излучения фильтрами служат платиновые, золотые или свинцовые пластинки, а для бета-излучения — пластмассовые и целлулоидные фильтры.

При лечении рака пищевода, мочевого пузыря, прямой кишки, полости носа нередко наряду с наружным облучением во внутренние полости дополнительно вводят препараты радия, кобальта-60, цезия-137 или других изотопов в форме трубочек, бусинок (диаметром 6 мм), микросуспензии или пластобалита (пластмасса с мелкими (диаметром 2 мм) шариками радиоактивного кобальта, покрытыми тонкой золотой пленкой.

Для внутреннего облучения чаще всего пользуются изотопами со смешанным излучением (бета и гамма) или же такими, которые при распаде отщепляют только бета-частицы. Изотопы, испускающие только гамма-лучи, непригодны для внутреннего облучения, так как обладают более сильной проникающей способностью и поэтому оказывают не только местное, но и общее действие.

На чем же основано целительное действие невидимых лучей, излучаемых радиоактивными веществами? Проникая в клетки облучаемых тканей, они ионизируют и возбуждают их атомы и молекулы. При этом изменяется структура молекул, возникают химические реакции, не свойственные обычно клеткам, что и приводит к разрушению больных клеток.

Немало добрых услуг оказали радиоактивные изотопы и в диагностике многих болезней.

Невидимка берет автограф

Радиоактивные изотопы, словно невидимые миниатюрные радиостанции, все время посылают сигналы о своем местонахождении. Испускаемые ими бета- и гамма-лучи можно обнаружить с помощью специальных приборов-счетчиков частиц. Радиоактивное излучение является своеобразной «меткой», поэтому радиоактивные изотопы часто называют мечеными атомами.

Способность меченых атомов испускать частицы позволяет использовать их в качестве «контролеров» в технике и медицине.

Регистрация вылетающих из ядер частиц позволяет контролировать технологические процессы многих производств, следить за сложными превращениями молекул в химических и биологических процессах, за движением и накоплением различных элементов в организме.

В каждом колосе пшеницы, клубне картофеля, кочане капусты присутствуют миллиарды атомов фосфора. Нет такого растения, которое не нуждалось бы в фосфоре. Жизненно необходим он и животным, и человеку. Он находится во многих тканях и клетках нашего организма. Растение получает нужный ему фосфор из почвы, всасывая корнями растворимые соли фосфорной кислоты. В организм человека и животных фосфор попадает с пищей.

Радиоактивный фосфор позволяет проникнуть в одну из сокровенных тайн природы — «увидеть», как атомы фосфора поднимаются по стеблям и движутся по листьям. И сделать это совсем несложно. Раствором двузамещенного фосфата натрия, в составе которого имеются атомы фосфора-32, поливают почву у корней растения. Спустя некоторое время срезают пять-шесть растений с интервалами в 1–2 ч. Затем от различных частей срезанных растений берут по 1 г зеленой массы, высушивают и сжигают. С помощью специального прибора определяют количество содержащегося в золе радиоактивного фосфора и узнают, в каких частях растения накопилось больше фосфора-32.

Легко проследить также за движением радиоактивного фосфора и других радиоактивных изотопов, если снять «радиоавтограф» растения. Для этого достаточно срезанное растение приложить в темноте к фотопластинке. По интенсивности почернения отдельных мест фотопластинки, отображающих контуры тех частей растения, где накапливается радиоактивный фосфор, можно судить о его концентрации.

Примерно так же с помощью меченых атомов ведется наблюдение за движением фосфора в организме подопытных животных. Например, раствор фосфата натрия впрыскивают под кожу или вводят в желудок белым крысам. Через некоторое время животное умерщвляют, из разных частей тела вырезают по 1 г ткани и сжигают; с помощью счетчика определяют концентрацию радиоактивного фосфора в золе. Еще проще и нагляднее можно проследить за накоплением фосфора-32 с помощью радиоавтографа, который получают, прикладывая разрез тела крысы к фотопластинке.

Радиоактивный фосфор очень быстро разносится по всему телу. Уже через несколько минут после введения его можно обнаружить во всех органах и клетках, особенно много его накапливается в почках.

Применение в диагностике меченых атомов — фосфора-32, йода-131, натрия-24 и других основано на том, что они не отличаются от обычных элементов по своим химическим свойствам и также активно участвуют в процессах обмена в организме. Использование йода-131 позволило раскрыть секреты щитовидной железы, в которой, как известно, больше всего накапливается йода. Впервые удалось проследить весь путь этого вещества в желудочно-кишечном тракте и крови в составе иодидов и в самой щитовидной железе — при образовании сложных органических соединений — йодтирозинов и йодтиронинов. Радиоавтографы помогли изучить распределение йода в нормальной и измененной тиреоидной тканях.

Среди жизненно важных для организма химических элементов одно из почетных мест принадлежит железу. Ведь оно входит в состав гемоглобина, который содержится в эритроцитах. Поэтому представляет большой интерес возможность проследить за движением и распределением железа в организме. Опыты с применением радиоактивного железа показали, что этот элемент накапливается в печени и селезенке в виде белкового вещества — ферритина. Так меченые атомы помогают увидеть невидимое.

Рулевые удивительных превращений

Вода, как известно, состоит из водорода и кислорода. Но придется ждать долгие годы ее появления, если смешать эти два газа. Однако достаточно бросить в колбу, наполненную смесью этих газов, микроскопическую крупинку платины, как произойдет бурная реакция (взрыв) и образуется вода. Платина оказалась катализатором: это она заставила газы вступить в реакцию. Катализаторы применяются в промышленности при изготовлении кислот, удобрений, красок, полимеров.

Исследуя работу пищеварительных органов, ученые заметили, что сложные молекулы жиров, углеводов, белков, составляющих нашу пищу, расщепляются на более мелкие части под действием особых веществ — ферментов. Это катализаторы, без которых все превращения в организме шли бы настолько медленно, что жизнь была бы невозможной.

Ферменты в природе встречаются только в живых организмах; этим они отличаются от катализаторов, применяемых в технике. Ферменты — двигатели жизненных процессов, они помогают дышать, строить клетки и ткани. Если в организме не будет ферментов, он погибнет от истощения даже при избытке самых лучших питательных веществ, так как пища без ферментов не будет усваиваться.

При попадании пищи в желудок фермент пепсин ускоряет расщепление белков — разбивает их на полипептиды, а в кишечнике трипсин «рубит» их на еще более мелкие части — аминокислоты. Другие ферменты расщепляют углеводы на отдельные сахара, а жиры — на глицерин и жирные кислоты.

Для нормальной жизнедеятельности людей и животных нужна не только пища, но и воздух. Для дыхания также нужны ферменты.

В человеческом организме находятся тысячи различных ферментов и каждый из них имеет свою «специальность». Одни отщепляют фосфорную кислоту (фосфатазы), другие — водород (дегидрогеназы), третьи доставляют и присоединяют молекулу кислорода к окисляемому веществу (оксидазы).