Солнечный луч
Шрифт:
АВ* -> ВА.
Фотоприсоединение. За счет избыточной энергии молекула способна соединяться с такими группировками, которые в невозбужденном состоянии она присоединить не может
АВ* + С -> АВС.
Частным случаем этой реакции является фотоди-, или полимеризация, соединение двух одинаковых молекул
АВ* + АВ -> АВАВ.
Весьма важный вид реакции фотоприсоединения — реакция присоединения кислорода — имеет большое биологическое значение.
Фотоперенос электрона. Эта реакция, как и предыдущие, осуществляется главным образом под влиянием ультрафиолетовых лучей. Проявляется эффект в увеличении проводимости или в появлении окраски, свойственной положительному иону красителя.
Фотосенсибилизация. Если молекулы красителя в растворенном или адсорбированном, твердом состоянии, перемешаны с молекулами вещества, не поглощающего свет, они могут быть своеобразными переносчиками энергии лучей — фотосенсибилизаторами. Такую функцию в растениях выполняет хлорофилл. Поглотив световой фотон и перейдя в возбужденное состояние, молекула красителя может затем вступить во взаимодействие с молекулой неокрашенного вещества таким образом, что состояние возбуждения передается второй молекуле.
После этого частица красителя возвращается в нормальное, невозбужденное, состояние и способна поглотить новый фотон.
Схематически два основных этапа реакции фотосенсибилизации можно изобразить так:
A + hv -> А*,
где А — молекула красителя; А* — та же молекула в возбужденном состоянии; hv — энергия кванта света;
A* + M -> A + M*,
где М — молекула неокрашенного соединения; М* — та же молекула в возбужденном состоянии. Именно этот второй этап и есть, собственно, реакция фотосенсибилизации. Обе реакции фотохимические, так как состоят в поглощении фотона, поэтому они почти не зависят от температуры среды.
Молекула М*, обогащенная энергией, может вступать в такие реакции, которые недоступны ей в обычном состоянии. В живом организме это в основном реакции окисления. В каждой живой клетке обязательно присутствует растворенный кислород. Значит, реакции окисления возникают в живом теле очень легко, как только появляются пригодные для них молекулы.
Третий этап процесса фотосенсибилизации, начатого с поглощения фотона молекулой фотосенсибилизатора А, можно изобразить в следующем виде:
М* + 0 2+ М -> М0 2М, или М* + 0 2– > М0 2.
В этом случае в процессе окисления между двумя молекулами вещества М образуется мостик, своего рода «сшивка», или окисляется сама возбужденная молекула. В обоих случаях процесс необратим, и окисленные молекулы выходят из строя, перестают выполнять свою функцию в клетке. Молекула — переносчик энергии света в процессе фотосенсибилизации не пострадала. Она одна может окислить большое количество молекул вещества М и нанести организму большой ущерб.
Свойства фотосенсибилизации присущи многим красителям (эозину, эритрозину, бенгальскому розовому, риванолу, метиленовому синему, акридину, флуоресцеину и др.), а также каменноугольной смоле, дегтю, в больших дозах некоторым медикаментам (йоду, хинину, сульфаниламидам), канцерогенным веществам (химическим веществам, вызывающим при длительном воздействии образование опухолей).
Реакцию фотосенсибилизации легче всего наблюдать в крови. Фотосенсибилизатор проникает внутрь красных кровяных телец — эритроцитов — и передает поглощенную энергию света белковым молекулам их оболочки. Проходит некоторое время, и оболочка начинает разрушаться, красящее вещество крови — гемоглобин — выходит в плазму. В организме, которому ввели большую дозу фотосенсибилизатора и на который падает мощный поток света эффективной длины волны, процесс разрушения эритроцитов (гемолиз) идет быстро, развивается малокровие — анемия, почечные канальцы переполняются вышедшим в плазму гемоглобином и перестают выделять мочу. В более тяжелых случаях наступает смерть.
При некоторых болезнях печени и желудочно-кишечного тракта из-за недостатка витаминов группы В иногда нарушается процесс образования гемоглобина, в организме накапливается известное количество фотосенсибилизатора гематопорфирина. Это заболевание называется порфирией. После пребывания на свету у больных эритроциты частично разрушаются. Но солнечные лучи не проникают в тело человека глубоко. Поэтому у людей, страдающих гематопорфирией, при освещении наибольшей пасности подвергаются клетки кожи: образуются плохо заживающие сильные ожоги, воспаления, язвы. Поскольку гематопорфирин поглощает главным образом лучи с длиной волны 3500—4200 А, т. е. фиолетовые и ближние ультрафиолетовые, то особенно опасен прямой солнечный свет, содержащий ультрафиолетовые лучи. Свет Солнца, прошедший через оконное стекло, так же, как и свет ламп накаливания, не опасен для больного.
По роду своих занятий человек соприкасается с тысячами красящих веществ, и многие из них он изготовляет своими руками. Не могут ли они вызвать одну из описанных выше реакций в организме, которые объединяются названием «фотодинамический эффект»? Такая опасность действительно существует. Если краситель длительное время всасывается через кожу, то при несоблюдении мер предосторожности под лучами Солнца на коже образуются долго незаживающие язвы, экземы, воспаления. Так действуют, например, применяемое в парфюмерии бергамотовое масло, которое добывают из кожуры цитрусовых, зеленое мыло, некоторые синтетические продукты. Из числа естественных красителей фотодинамическое действие оказывают растительные соединения — фурокумарины псорален, ангелицин, бергаптен, ксантотоксин и др.
Все канцерогенные вещества обладают свойствами фотосенсибилизаторов. Поэтому не исключено, что их способность поглощать и передавать лучистую энергию благоприятствует злокачественному перерождению клеток.
Некоторые болезни домашних животных вызываются попавшими в организм фотосенсибилизаторами растительного происхождения. Такова, например, болезнь овец, проявляющаяся в сильном возбуждении, беге, судорогах (в народе она называется вертячкой), когда растительный корм овец содержит фотосенсибилизатор гиперицин. В Южной Африке у больных овец появляются желтуха, отек кожи на голове. Виновником заболевания оказывается продукт частичного разрушения хлорофилла — филлоэритрин, образующийся в кишечнике овец. При нормальном состоянии он всасывается в кровь и затем выводится с желчью. Но если отток желчи нарушен, филлоэритрин, накапливаясь в организме, вызывает болезнь.
Таким образом, некоторые красители в результате фотодинамического эффекта могут оказывать вредные воздействия на организм. Но иногда с их помощью удается получить и полезный, даже лечебный эффект. Например, гематопорфирин в малом количестве, в виде препарата гемофирина, успешно применяется при пониженном кровяном давлении, угнетенном состоянии, депрессии, некоторых психических заболеваниях. Он повышает жизненный тонус, улучшает настроение, работоспособность.
Существует также кожное заболевание витилиго, при котором отдельные участки кожи лишены пигмента, не загорают и выделяются на фоне пигментированных участков. Длительная (в течение 1—2 месяцев) обработка этих участков растворами фурокумаринов и псоралена в ряде случаев дает хороший эффект, обеспечивает пигментацию кожи.