Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева
Шрифт:
10. Примите два элемента, перезвоните мне утром
Периодическая таблица полна переменчивых элементов, большинство из которых гораздо сложнее, чем прямолинейные агрессоры из «коридора ядов». Странные элементы творят в нашем организме странные дела – зачастую во вред нам, но иногда и на пользу. Элемент, токсичный в одних обстоятельствах, в других может оказаться противоядием, которое спасет жизнь. Элементы, участвующие в нашем метаболизме каким-то необычным образом, могут стать для врачей новыми диагностическими инструментами. Взаимосвязи между элементами и лекарствами даже помогают прояснить, как сама жизнь вызревает из неодушевленного химического материала, наполняющего периодическую систему.
Лекарства на основе некоторых элементов имеют удивительно давнюю историю. Предполагается, что древнеримские офицеры болели меньше, чем простые легионеры, так как ели с серебряных тарелок. Как ни бесполезна была твердая валюта в диких краях, большинство семей американских первопроходцев обычно брали с собой в путь как минимум одну хорошую серебряную монету, которую провозили в фургонах «Конестога [82] » через прерии, заботливо спрятав в молочной крынке. Монета была нужна не как платежное средство, а чтобы молоко не испортилось. Известный респектабельный астроном Тихо Браге, сломавший нос во время пьяной дуэли в 1564 году в плохо освещенном банкетном зале, заказал себе протез носа из серебра. Этот металл всегда считался модным и, что гораздо важнее, помогал бороться
82
Знаменитый фургон американских переселенцев. – Прим. пер.
Любознательные археологи через много лет после смерти Браге раскопали его череп и обнаружили зеленую корку на передней части черепа. Вероятно, это означает, что Браге носил не серебряный, а более дешевый медный нос [83] . Не исключено, конечно, что Браге просто менял протезы, как серьги, в зависимости от того, в какой компании оказывался. В любом случае эта история кажется правдоподобной. В свое время лечебные свойства обоих металлов отвергались как бабушкины сказки, но в наши дни наука подтверждает, что оба элемента являются антисептиками. Серебро слишком дорогое для повседневного использования, но медные трубы и другие сантехнические приспособления сегодня прочно угнездились в стенах современных зданий, так как полезны именно с санитарной точки зрения. История использования меди в медицинских целях началась в 1976 году, когда в одном филадельфийском отеле была зафиксирована вспышка смертельного заболевания. В июле того года неизвестная инфекция просочилась в трубы кондиционирующей системы здания, распространилась и попала в комнаты через вентиляционные отверстия с потоками холодного воздуха. За несколько дней сотни постояльцев отеля попали в больницу с «гриппом», тридцать четыре человека умерли. В ту неделю отель сдавал свой конференц-зал для съезда группы ветеранов Американского легиона, и, хотя среди жертв оказались не только ветераны, инфекция получила название «болезнь легионеров».
83
Археологи не только изучили корку, сохранившуюся на месте поддельного носа великого астронома, но и обнаружили следы отравления ртутью, которая, вероятно, оседала у Браге на усах. Вероятно, он пачкался в ртути во время своих активных алхимических изысканий. Считается, что Браге умер от разрыва мочевого пузыря. Однажды, будучи на званом ужине знаменитый астроном выпил лишнего, но отказался отлучиться в уборную, поскольку считал, что это оскорбит августейших особ. К тому времени, как Браге через несколько часов добрался домой, он уже не мог помочиться и умер спустя одиннадцать дней, проведенных в страшных муках. История эта стала легендой, но вполне возможно, что истинной причиной смерти ученого было отравление ртутью.
Проблему сразу же стали решать законодательно. Правительство постановило, что необходимо повысить чистоту водопроводов и вентиляционных систем. Простейшим и наиболее дешевым способом усовершенствования всей инфраструктуры оказалось использование меди. Если какие-то бактерии, грибки или мелкие водоросли сталкиваются с медной преградой, они поглощают атомы меди, которые, в свою очередь, нарушают их метаболизм. На человеческие клетки медь такого воздействия не оказывает. Микроорганизмы погибают в течение нескольких часов. Благодаря такому бактерицидному эффекту, называемому «олигодинамическим», металлы оказываются чище, чем дерево или пластик. Вот почему в общественных зданиях так часто встречаются латунные дверные ручки и металлические поручни. Кроме того, легко понять, почему большинство хорошо сохранившихся монет в США содержат до 90 процентов меди или (как, например, пенни) имеют медное покрытие [84] . В вентиляционных шахтах также применяются медные трубы, позволяющие избавиться от таящихся там вредных микроорганизмов.
84
Вот из каких металлов состоят некоторые американские монеты: новый пенни (используется с 1982 года) – 97,5 % цинк, с тонким медным покрытием, снижающим количество бактерий на поверхности монеты. Старые пенни на 95 % состояли из меди. Пятицентовик на 75 % состоит из меди, остальное – никель. Десятицентовик (дайм), монеты в двадцать пять центов и полдоллара на 91,67 % состоят из меди, остальное – никель. Долларовые монеты (кроме коллекционных золотых монет такого достоинства) на 88,6 % состоят из меди, на 6 % – из цинка, на 3,5 % – из марганца и на 2 % – из никеля.
Не менее смертелен для крошечных одноклеточных организмов ванадий, элемент № 21. Правда, ванадий оказывает необычное действие на мужчин: это самый сильный из известных спермицидов. Большинство спермицидов растворяют жировую мембрану, окружающую сперматозоид, в результате чего клетка гибнет. Однако мембрана есть у всех клеток, поэтому такие вещества часто раздражают слизистую оболочку влагалища и повышают восприимчивость женщины к кандидозу. Это не здорово. Ванадий же не вызывает растворения оболочки сперматозоидов, а просто ломает им жгутики. Жгутики отваливаются, и сперматозоиды просто вертятся на месте, как лодочки с потерянными веслами [85] .
85
Вот еще несколько интересных фактов о ванадии. Некоторые организмы (по неизвестным причинам) используют ванадий в клетках крови вместо железа. Из-за этого их кровь может иметь как красный, так и ярко-зеленый, и голубой цвет, в зависимости от того, о каком организме идет речь. При добавлении в сталь ванадий значительно увеличивает крепость сплава, который при этом остается сравнительно легким (этим ванадий напоминает молибден и вольфрам, см. главу 5). Даже Генри Форд однажды заявил: «Если бы не было ванадия – не было бы автомобиля!»
Ванадиевые противозачаточные средства не появились на рынке по прозаической причине. Дело в том, что если в лабораторных условиях удается обнаружить у элемента те или иные полезные свойства, это еще не означает, что из него получится безопасный для здоровья людей препарат. Несмотря на свою силу, ванадий остается сомнительным элементом, не слишком подходящим для участия в метаболизме. В частности, ванадий необъяснимым образом повышает и понижает уровень сахара в крови. Именно поэтому, несмотря на небольшую токсичность, минеральная вода из богатых ванадием источников у горы Фудзияма продается в качестве средства, нормализующего уровень сахара в крови (как утверждают некоторые сайты). Другие элементы также могут быть эффективными лекарствами. К примеру, в последнее время ведутся исследования, связанные с лечением рака при помощи гадолиния. Действие гадолиния связано с тем, что в его атоме имеется множество неспаренных электронов. Несмотря на то что каждый электрон всегда готов образовывать химические связи с другими атомами, в родном атоме электроны максимально дистанцируются друг от друга. Как вы помните, электроны находятся в оболочках, а оболочки, в свою очередь, подразделяются на так называемые орбитали. На каждой орбитали может уместиться не более двух электронов. Интересно, что электроны заполняют орбитали по тому же принципу, что и пассажиры – двойные кресла в автобусе. Каждый электрон стремится занять свободную орбиталь и «подсаживается» к другому электрону, лишь когда свободных орбиталей уже нет [86] . При этом электрон может находиться на одной орбитали только с тем, который обладает противоположным спином. Это особое свойство, которым характеризуется магнитное поле электрона. Связь между электронами, их спинами и магнитами может показаться странной, но все вращающиеся заряженные частицы обладают постоянным магнитным полем, как миниатюрные копии Земли. Если электрон образует пару с другим электроном, имеющим противоположный спин, их магнитные поля уравновешиваются.
86
Данная «автобусная» метафора – одна из лучших в химии, так как она одновременно и незамысловата, и совершенно точна. Ее автором является Вольфганг Паули, открывший в 1925 году названный его именем «принцип запрета».
Гадолиний, находящийся в середине ряда лантаноидов, имеет максимальное количество электронов, находящихся на своих орбиталях в одиночестве. При таком числе неспаренных, несбалансированных электронов он обладает гораздо более сильными магнитными свойствами, чем любой другой элемент. Это используется в магнито-резонансной томографии (МРТ). Принцип работы томографа таков: аппарат немного намагничивает ткани тела, а потом резко отключает магнитное поле. Когда поле исчезает, ткани расслабляются и переориентируются случайным образом, становясь в результате «невидимыми» в магнитном поле. Сильно намагниченные фрагменты, в частности содержащие гадолиний, возвращаются в исходное состояние с задержкой, и MPT-сканер улавливает эту разницу. Поэтому при включении гадолиния в вещества, которые специфическим образом связываются только с опухолевыми клетками, врачу проще обнаружить опухоль на MPT-томографе. Можно сказать, что гадолиний усиливает контраст между опухолью и здоровой тканью. В зависимости от модели устройства опухоль может выделяться на дисплее либо как белое пятно на фоне сероватых тканей, либо как чернильное облако на ярко-белом фоне.
Более того, гадолиний помогает не только диагностировать опухоли. Возможно, в нем кроется секрет уничтожения раковых опухолей с помощью интенсивной радиации. Благодаря множеству неспаренных электронов атом гадолиния может абсорбировать группы нейтронов, которые плохо абсорбируются нормальными тканями. Приобретая дополнительные нейтроны, гадолиний становится радиоактивным и сильно повреждает окружающие ткани. В принципе, взрыв микроскопической ядерной боеголовки прямо в теле не сулит ничего хорошего, но если бы врачам удавалось внедрять радиоактивный гадолиний в раковые опухоли, то наш враг неожиданно превращался бы в союзника. Кроме того, гадолиний также подавляет работу белков, участвующих в репарации ДНК, и опухолевые клетки не могут восстановить свои поврежденные хромосомы. Любой, кто перенес онкологическое заболевание, может подтвердить, что точечная атака с применением гадолиния была бы гораздо менее разрушительной, чем традиционная лучевая терапия и химиотерапия. Ведь эти виды лечения, убивающие раковые клетки, губят и все окружающие ткани. Если традиционные приемы можно сравнить с напалмом, то гадолиний однажды может позволить онкологам производить хирургические вмешательства без помощи хирурга [87] .
87
Наряду с гадолинием, многообещающим противораковым металлом считается золото. Золото абсорбирует инфракрасные лучи, легко проходящие сквозь тело, и при этом очень сильно разогревается. Если бы был найден способ внедрять в опухоли специальные частицы, покрытые золотом, врач мог бы «зажарить» опухоль, не повреждая окружающих ее здоровых тканей. Этот метод был предложен Джоном Канзиусом, бизнесменом и инженером-радиотехником, который, начиная с 2003 года, перенес тридцать шесть циклов химиотерапии, пытаясь побороть лейкоз. После химиотерапии он чувствовал невероятную тошноту и разбитость, а также страдал от отчаяния, обуревавшего его при виде маленьких детей в больнице. Поэтому Джон решил найти более щадящий способ лечения. Однажды ночью ему пришла на ум идея о разогревании металлических частиц, он собрал пробный экземпляр устройства для этой цели, воспользовавшись противнями со своей кухни. Канзиус протестировал аппарат, наполнив половину хот-дога раствором с металлом и поместив его в камеру с сильным радиоизлучением. Начиненная металлом часть быстро зажарилась, а вторая часть осталась холодной.
Я не пытаюсь доказать, что шестьдесят четвертый элемент – панацея. Все атомы прокладывают свои пути по человеческому организму. Гадолиний, как и любой элемент, отсутствующий в нормальном обмене веществ, дает свои побочные эффекты. У некоторых пациентов он вызывает проблемы с почками, которые не могут быстро вывести его из организма. По другим данным, гадолиний повышает жесткость мышц, симптомы напоминают ранние стадии трупного окоченения. Кожа грубеет и твердеет, что в некоторых случаях затрудняет дыхание. Если заглянуть в Интернет, там обнаружится множество жалоб потерпевших, здоровье которых, по их словам, было погублено гадолинием (использованным для проведения МРТ).
Интернет – интересное место, где можно отследить все более-менее распространенные мнения, касающиеся роли малоизвестных элементов в медицине. Практически для любого элемента, кроме токсичных металлов (а иногда и для них), можно найти какой-нибудь сайт нетрадиционной медицины, на котором этот элемент продают как пищевую добавку [88] . Закономерно, что в Интернете вы легко найдете и рекламу юридических фирм, предлагающих компенсировать вред, причиненный здоровью таким лечением. Профессиональные юристы готовы защищать ваши интересы, если вы подверглись патологическому воздействию практически любого элемента. Пока создается впечатление, что чудо-лекари располагают в Интернете более широкой аудиторией сторонников, чем адвокаты. Медицина химических элементов (например, цинк в рассасывающихся таблетках) становится все популярнее, особенно если элемент давно использовался в знахарских снадобьях. В течение последнего века люди постепенно перешли с бабушкиных припарок на настоящие препараты, но растущее недоверие к европейской медицине вновь толкает людей на самолечение сомнительными «лекарствами», например серебром [89] .
88
В майском номере журнала Smithsonian вышла статья Honorable Mentions: Near Misses in the Genius Department («Почетные упоминания: несостоявшиеся гении») о Стэне Линдберге, отчаянном химике-экспериментаторе. Он поставил перед собой цель «принять дозу каждого из элементов периодической системы». В статье, в частности, отмечается: «Линдберг не только оказался рекордсменом Северной Америки по отравлению ртутью, но и оставил невообразимое свидетельство о трехнедельном иттербиевом запое – книгу Fear and Loathing in the Lanthanides. Эта работа уже считается классической».
Я потратил добрых полчаса, пытаясь отыскать в Интернете труд Fear and Loathing in the Lanthanides, пока не понял, что меня надули. Этой книги не существует. Хотя кто знает? Все элементы по-своему странные, вдруг и от иттербия можно захмелеть…
89
В 2003 году в журнале Wired был опубликован короткий новостной сюжет о возрождении «серебряного лекарского шарлатанства» в Интернете. Вот истинный перл: «В последнее время во всей стране врачи регистрируют настоящий всплеск случаев аргирии. Так, доктор Билл Робертсон, медицинский директор Центра по лечению отравлений, Сиэтл, заявляет: «За последние полтора года в моей практике было шесть случаев отравления серебром из-за использования так называемых пищевых добавок. Это были первые подобные случаи за мой полувековой стаж»».