Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №45/2002

Химик поправляет здоровье

Цель урока – показать возможности химии для решения некоторых проблем, связанных с медициной; обратить на них внимание в первую очередь тех учеников, которые видят себя в будущем медиками. Для придания уроку профессиональной направленности можно несколько изменить условия заданий, моделируя конкретную проблемную ситуацию, связанную с деятельностью медицинских работников (например, как в задании 1).

Задание 1. Представьте, вы – медицинский работник (фельдшер или медсестра) в небольшом поселке, где нет аптеки. К вам обратился житель поселка с вопросом: можно ли использовать для приема внутрь раствор CaCl2, в котором образовался небольшой хлопьевидный осадок белого цвета? Принять этот препарат нужно срочно, а приобрести свежий в данный момент невозможно. Что вы ему ответите?

Хлорид кальция CaCl2 – один из самых известных и распространенных препаратов для лечения различных заболеваний, особенно аллергических. Препарат вводят внутривенно или принимают внутрь в виде 5–10%-го водного раствора. Например, при внезапном проявлении аллергической реакции можно до обращения к врачу принять одну столовую ложку водного раствора CaCl2. Это доступное и безвредное средство.

Задание 2. Для лечения чесотки – заразного кожного заболевания, вызываемого чесоточным клещом, – существуют высокоэффективные средства, например мазь или эмульсия бензилбензоата – сложного эфира бензойной кислоты и бензилового спирта С6Н5–С(О)–О–СН2–С6Н5.

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•4МgCO3•H2О, викалин (в состав которого входит BiNO3(OH)2, Мg(ОН)2•4МgCO3•H2О, NaHCO3), 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 C2H5Cl в ампулах или комплект из двух герметичных пакетов: в одном находится сухой NH4NO3, 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.

П о д с к а з к а: 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 SiO2.

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?

П о д с к а з к а: химический состав зубной эмали близок к составу минерала гидроксилапатита Са5ОН(РО4)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 СаСО3, который образовался в результате взаимодействия СаСl2 с СO2 воздуха. Небольшое количеcтво СаСO3 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:

Na2S2O3 + 2HCl = H2S2O3 + 2NaCl.

Тиосерная кислота быстро разлагается с выделением серы и сернистого газа:

H2S2O3 = SЇ + H2O + SO2­.

В момент выделения сера особенно активно действует на чесоточного клеща, аналогичным действием обладает и SO2, 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

100 г сырья – 88,5 г раст. матер.
20 г  сырья  – х г раст. матер.

Отсюда

х = 20•88,5/100 = 17,7 г.

Для приготовления одного стакана настоя необходимо 17,7 г сухого растительного материала.

В свежесорванных растениях массовая доля сухого вещества составляет (100–82,5)=17,5%. Тогда

100 г сырья – 17,5 г сух. раст. матер.
х г     сырья – 17,7 г сух. раст. матер.

Отсюда

х = 100•17,7/17,5 = 100,1 г.

Поскольку в настоях и отварах трав абсолютно точно дозировать содержание лекарственного вещества невозможно, с достаточной степенью точности можно принять, что необходимое нам количество сухого растительного материала содержится в 100 г свежесорванной травы. В таком количестве травы содержится и значительное количество воды, следовательно, надо уменьшить объем воды для приготовления настоя. В 100 г свежесорванной травы содержится 82,5%, т. е. 82,5 г воды. Для приготовления стакана настоя надо взять (200–82,5)=117,5 г воды.

6. При приеме внутрь соды, как и таблеток бекарбона, белой магнезии, викалина, происходит взаимодействие NaHCO3 c НСl, содержащейся в желудочном соке, при этом выделяется СО2 и в довольно значительном количестве: если принять 1 г NaНСO3, то при условии его полного взаимодействия с НСl выделится 0,52 г СО2 (около 0,3 л). (Желательно выполнить расчеты.) Углекислый газ не только вызывает дискомфорт в желудке (ощущение тяжести, переполнения, отрыжку), но и возбуждающе действует на рецепторы слизистой оболочки желудка, вызывая усиление секреции желудочного сока. Кстати, именно поэтому больным гастритом и язвенной болезнью не рекомендуется употреблять газированные напитки. С точки зрения физиологии предпочтительнее такие вещества, как MgO и Al(OH)3. Последний, кроме нейтрализации кислоты, образует гель, который обволакивает стенки желудка, равномерно распределяясь по всей его поверхности, и обеспечивает более продолжительное действие.

7. В задании рассматривается изменение энергии при фазовых переходах: при испарении жидкости и растворении твердого вещества. При обработке сустава этилхлоридом понижение температуры происходит за счет его быстрого испарения. При смешивании содержимого двух пакетов другого препарата (нитрата аммония и воды) понижение температуры обусловлено процессом растворения соли в воде. В данном случае энергия расходуется на разрыв ионных связей в молекуле NH4NO3.

8. Это задание на повторение физических свойств химических соединений, которые нередко определяют сферу их применения.

В данном случае играют роль не химические, а физические свойства хлорида натрия – его довольно высокая теплоемкость. Аналогичным свойством обладает и песок.

9. У химика прежде всего вызывает недоумение термин «известка». Этим словом в просторечии обозначают группу строительных материалов, применяющихся для побелки, в частности гашеную известь Са(ОН)2 и мел СаСО3. Во-первых, непонятно, что имели в виду авторы рекламного текста – известь или мел; во-вторых, абсолютно некорректно отождествлять все соли кальция, в составе которых этот элемент может находиться в организме, с «известкой», что сделали авторы, написав «...с кальцием, то бишь известкой». Правильно здесь только то, что любая «известка» действительно содержит кальций.

10. Гидроксилапатит относится к основным солям, которые легко растворяются в кислотах, даже в таких слабых, как яблочная, лимонная, щавелевая, содержащихся в кислых фруктах. В связи с этим эмаль частично размягчается и при чистке зубов ее легко повредить. Лучше сразу после того, как вы съели кислые ягоды или фрукты, прополоскать рот раствором питьевой соды.

11. Очевидно, по экономическим соображениям следует выбрать тот препарат, в котором больше массовая доля (w) кальция. Для этого необходимо рассчитать массовую долю кальция в трех соединениях.

Глюконат кальция

[НО–СН2–(СН–ОH)4–С(O)–О–]2Ca•H2O,
M = 448 г/моль, w(Ca) = 0,089.

Лактат кальция

[СН3–СН(ОН)–С(О)–О–]2Ca•5H2O,
M = 308 г/моль, w(Ca) = 0,13.

Глицерофосфат кальция

СаРО3–O–C3H5(ОН)2•2H2O,
M = 246 г/моль, w(Ca) = 0,16.

Таким образом, из трех солей массовая доля кальция больше всего в глицерофосфате кальция. Надо также иметь в виду, что по своему физиологическому действию глицерофосфат кальция несколько отличается от лактата и глюконата, т. к. содержит фосфор. По этой причине, кроме того действия, которое оказывают на организм глюконат и лактат кальция, он стимулирует обмен веществ и оказывает общеукрепляющее и тонизирующее действие. В целом можно сказать, что глицерофосфат кальция не только содержит больше всего кальция, но и имеет более высокую биологическую активность за счет фосфора.

Л и т е р а т у р а

Машковский М.Д. Лекарственные средства. В 2 т. М.: Медицина, 1982.

Г.В. Пичугина