Химия в фармации

Химия в фармации

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. В XIX в. прогресс теоретической  химии, великие открытия М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Д.И. Менделеева, достижения в области биологии, стимулированные  созданием микроскоп, развитие клеточной  теории и бактериологии тесно  сблизили дороги химии и медицины и способствовали появлению плодотворных идей. Блестящим выражением новых  идей оказалось создание метода дезинфекции. Химики нашли вещества, способные  уничтожать в окружающей среде невидимых  и свирепых врагов организма - микробов, вызывающих нагноение ран, общее  заражение крови, различные инфекционные заболевания. При этом речь шла не о специальном подборе веществ, действующих именно на данный вид  микроорганизмов, а о дезинфицирующем  воздействии, которое губит все  микробы. Постепенно были заложены основы гигиены- области, в которой пути химии и медицины сошлись с великой пользой для человечества.

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.

1. 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, алициклического, ароматического и гетероциклического рядов. Химическая классификация более удобна для химиков, работающих в области синтеза лекарственных веществ.

2. Характеристика лекарственных веществ.

2.1 Местноанестезирующие средства

Большое практическое значение имеют  синтетические анестезирующие (обезболивающие) вещества, полученные на основе упрощения  структуры кокаина. К ним относятся  анестезин, новокаин, дикаин. Кокаин - природный  алкалоид, полученный из листьев растения кока, произрастающего в Южной  Америке. Кокаин обладает анестезирующим свойством, но вызывает привыкание, что  осложняет его использование. В  молекуле кокаина анестизиоморфная группировка представляет собой метилалкиламино-пропиловый эфир бензойной кислоты. Позднее было установлено, что лучшим действием обладают эфиры парааминобензойной кислоты. К таким соединениям относятся анестезин и новокаин. Они менее токсичны по сравнению с кокаином и не вызывают побочных явлений. Новокаин в 10 раз менее активен, чем кокаин, но примерно в 10 раз и менее токсичен.

Главенствующее место в арсенале обезболивающих средств веками занимал  морфин - основной действующий компонент  опия. Он использовался еще в те времена, к которым относятся  первые дошедшие до нас письменные источники.

Основные недостатки морфина - возникновение  болезненного пристрастия к нему и угнетение дыхания. Хорошо известны производные морфина - кодеин и героин.

2.2 Снотворные средства

Снотворные средства угнетающе  влияют на передачу возбуждения в  головном мозге. По механизму влияния  на центральную нервную систему  их относят к наркотическим веществам

Значительное количество снотворных относится к производным  барбитуровой кислоты. Сама кислота  снотворного действия не оказывает. Барбитуровая кислота образуется при  взаимодействии мочевины с малоновой кислотой. Ее производные называются барбитуратами, например фенобарбитал (люминал), барбитал (веронал) и др.

Все барбитураты угнетают нервную систему. Амитал обладает широким спектром успокоительного воздействия. У некоторых пациентов этот препарат снимает торможение, связанное с мучительными, глубоко спрятанными воспоминаниями. Некоторое время даже считалось, что его можно использовать как сыворотку правды.

Даже небольшие дозы барбитуратов замедляют обычные  скорости двигательных и психических  реакций человека на внешние раздражения.

Для барбитуратов характерен эффект привыкания. Другая особенность  барбитуратов состоит в том, что  они активируют действие ряда ферментов (в микросомах печени), дезактивируют  лекарственные соединения. Поэтому  действие лекарств при их совместном приеме с барбитурьтами может быть ослаблено. Барбитураты немного снижают температуру тела.

В качестве успокаивающего и снотворного средства широко используется димедрол. Он не является барбитуратом, а относится к простым эфирам. Димедрол - активный противогистаминный препарат. Он оказывает местноанестезирующее действие, однако в основном применяется при лечении аллергических заболеваний.

2.3 Анельгезирующие, жаропонижающие и противовоспалительные средства

Крупная группа лекарственных  препаратов - производные салициловой  кислоты (орто-гидроксибензойной). Ее можно рассматривать как бензойную кислоту, содержащую в орто-положении гидроксил, либо как фенол, содержащий в орто-положении карбоксильную группу.

Салициловая кислота - сильное  дезинфицирующее средство. Ее натриевая  соль применяется как болеутоляющее, противовоспалительное, жаропонижающее средство и при лечении ревматизма.

Из производных салициловой  кислоты наиболее известен ее сложный  эфир-ацетилсалициловая кислота, или аспирин. Аспирин - молекула, созданная искусственно, в природе он не встречается.

При введении в организм ацетилсалициловая кислота в  желудке не изменяется, а в кишечнике  под влиянием щелочной среды распадается, образуя анионы двух кислот - салициловой  и уксусной. Анионы попадают в кровь  и переносятся ею в различные  ткани. Активным началом, обусловливающим  физиологическое действие аспирина, является салицилат-ион. Ацетилсалициловая кислота обладает противоревматическим, противовоспалительным, жаропонижающим и болеутоляющим действием. Она также выводит из организма мочевую кислоту, а отложение ее солей в тканях (подагра) вызывает сильные боли.

Лекарственные вещества были получены за счет взаимодействия карбоксильной  группы салициловой кислоты с  различными реагентами. Например, при  действии аммиака на метиловый эфир салициловой кислоты остаток  метилового спирта заменяется аминогруппой и образуется амид салициловой кислоты - салициламид. Он используется как противоревматическое, противовоспалительное, жаропонижающее средство. В отличие от ацетилсалициловой кислоты салициламид в организме с большим трудом подвергается гидролизу.

Салол - сложный эфир салициловой  кислоты с фенолом (фенилсалицилат) обладает дезинфицирующими, антисептическими свойствами и употребляется при заболеваниях кишечника.

Замена в бензольном кольце салициловой кислоты одного из водородных атомов на аминогруппу приводит к пара-аминосалициловой кислоте (ПАСК), которая используется как противотуберкулезный препарат.

Распространенными жаропонижающими  и болеутоляющими средствами являются производные фенилметилпиразолона - амидопирин и анальгин. У этих препаратов более выражен обезболивающий эффект; их противовоспалительное действие невелико. Длительное применение этих лекарств может вызвать угнетение процессов кроветворения.Анальгин обладает небольшой токсичностью и хорошими терапевтическими свойствами.

2.4 Витамины.

Витамины… Они нужны  как пища и воздух, но действует  в очень малых количествах, без  них организм не может обойтись. Недостаток их есть причина ряда тяжелых заболеваний и снижение сопротивляемости, т.е. ослабление иммунных сил организма к действию микробов. В 1880 г. врач Н. Н. .Лунин доказал существование группы веществ, не относящихся к обычным частям пищи, но жизненно важным для человека. Его исследования были развиты К.Функом в 1911 г., предложившим их название- витамины. Еще через 11 лет Н. Н. Бессонов открыл аскорбиновую кислоту- витамин С, излечивающий цингу и повышающий сопротивляемость организма к болезням.

Изучение витаминов помогло  биохимикам понять механизм действия лекарственных веществ и немало способствовало успехам химиотерапии. Сейчас известно, что аскорбиновая кислота облегчает процесс переноса атомов водорода от пищевых веществ  к кислороду, т.е. улучшает дыхание  клеток.

Другой витамин, названный витамином А, играет большую роль в процессе восприятия света сетчаткой глаза и необходим для сохранения клеточных оболочек. Он защищает организм от простудных заболеваний, пневмонии, болезней кожи.

Витамин В1, был открыт при изучении причин тяжелой болезни бери-бери, сопровождающейся прогрессирующими параличами, расстройством сердечной деятельности и нарушениями работы нервной системы. Все эти явления вызваны недостатком в организме витамина В1, который входит в состав нескольких ферментов. Последние ускоряют биохимические реакции и таким образом регулируют сложный, многоступенчатый процесс окисления пищевых веществ. В состав витамина В1 входят азот и сера.

Витамины группы D необходимы для  нормального развития костей, витамин  Р (рутин) усиливает действие витамина С и повышает прочность и эластичность стенок кровеносных сосудов, витамин Е улучшает состояние нервно-мышечной системы и подавляет образование опасных для клеток соединений, содержащих свободные радикалы (т.е. имеющих не спаренные электроны и вследствие этого чрезмерно повышенную химическую активность). Тесная связь между ферментами и витаминами показывает, что, применяя витамины для лечения болезней, врач, в сущности, восстанавливает то химическое равновесие, которое соответствует нормальной работе организма.

2.5 Антибактериальные и химиотерапевтические средства

Все мы за свою жизнь не раз и не два переболели такими инфекционными заболеваниями, как  грипп или ангина. Предупредить эти и другие инфекционные болезни можно с помощью антисептиков и дезинфицирующих средств, уничтожив микробы на подступах к организму. Организму в борьбе с проникающими в него болезнетворными микроорганизмами помогают химиотерапевтическпе средства, обладающие антибактериальным, противовирусным, противогрибковым и другим действием.

К антибактериальным химиотерапевтическим средствам в первую очередь относятся  сульфаниламидные препараты и антибиотики. Сульфаниламиды -- первые антибактериальные средства, использованные в борьбе с такими болезнями, как ангина, пневмония, дифтерия, различные желудочно-кишечные заболевания (дизентерия и др.). Они эффективны в борьбе и с пневмококками, менингококками, гонококками. Механизм действия всех сульфаниламидов основан на структурной аналогии их строения и строения фолиевой кислоты, которую синтезируют многие бактерии.

Антибиотиком обычно называют вещество, синтезируемое одним микроорганизмом  и способное препятствовать развитию другого микроорганизма. Слово “антибиотик” состоит из двух слов: от греч. anti - против и греч. bios - жизнь, то есть вещество, действующее против жизни микробов.

В 1929 г. случайность позволила английскому  бактериологу Александру Флемингу впервые  наблюдать противомикробную активность пенициллина. Культуры стафилококка, которые  выращивались на питательной среде, были случайно заражены зеленой плесенью. Флеминг заметил, что стафилококковые  палочки, находящиеся по соседству  с плесенью, разрушались.

В 1940 году удалось выделить химическое соединение, которое производил грибок. Его назвали пенициллином. В 1941 году пенициллин был опробован на человеке как препарат для лечения болезней, вызываемых стафилококками, стрептококками, пневмококками и др. микроорганизмами.

В настоящее время описано около 2000 антибиотиков, но лишь около 3% из них  находят практическое применение, остальные  оказались токсичными. Антибиотики  обладают очень высокой биологической  активностью. Они относятся к  различным классам соединений с  небольшим молекулярным весом.

Антибиотики различаются по своей  химической структуре и механизмом действия на вредные микроорганизмы. Например, известно, что пенициллин не дает возможности бактериям производить  вещества, из которых они строят свою клеточную стенку. Нарушение  или отсутствие клеточной стенки может привести к разрыву бактериальной  клетки и выливанию ее содержимого  в окружающее пространство. Это может  также позволить антителам проникнуть в бактерию и уничтожить ее. Пенициллин эффективен только против грамположительных  бактерий. Стрептомицин эффективен и  против грамположительных и грамотрицательных  бактерий. Он не позволяет бактериям  синтезировать специальные белки, нарушая таким образом их жизненный цикл. Стрептомицин вместо РНК вклинивается в рибосому и все время путает процесс считывания информации с мРНК. Существенным недостатком стрептомицина является чрезвычайно быстрое привыкание к нему бактерий, кроме того, препарат вызывает побочные явления: аллергию, головокружение и т п.