Текст книги "Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир"

Чем опасен хлор?

Хлорфторуглероды – не единственная группа молекул, которые сначала казались чрезвычайно полезными, но через какое-то время продемонстрировали свою токсичность и потенциальную опасность для здоровья людей и состояния окружающей среды. Интересно, однако, что “темную сторону” среди всех органических соединений чаще всего показывают соединения хлора. Эта двуликость свойственна даже элементарному хлору. Миллионы людей во всем мире нуждаются в хлоре для очистки источников воды. Для этой цели пригодны и другие вещества, но они гораздо дороже.

В прошлом столетии был сделан очень важный шаг в сторону обеспечения всего мирового населения чистой питьевой водой, хотя проблема чистой воды все еще не решена полностью. Без использования хлора нам бы не удалось сильно продвинуться в этом направлении. Однако хлор ядовит, что ясно видно, например, из исследований немецкого химика Фрица Габера, синтезировавшего аммиак из атмосферного азота и изучавшего действие отравляющих газов (мы говорили об этом в главе 5). Первым отравляющим веществом, которое использовалось в качестве оружия массового поражения во время Первой мировой войны, был зеленовато-желтый газ хлор. Первые симптомы при отравлении хлором – затруднение дыхания и удушье. Хлор оказывает сильное раздражающее действие на клетки и может вызвать смертельно опасный отек легких и бронхов. После хлора в качестве отравляющих веществ были применены горчичный газ (иприт) и фосген, молекулы которых также содержат хлор и оказывают не менее ужасное действие на организм, чем сам хлор. Хотя уровень смертности при отравлении горчичным газом не очень высок, вдыхание этого вещества приводит к тяжелому и длительному нарушению зрения и дыхания.

Отравляющие газы, использовавшиеся во время Первой мировой войны; атомы хлора выделены жирным шрифтом.

Фосген – очень токсичный бесцветный газ. Он самый коварный среди всех этих ядов. Он действует не мгновенно, так что человек продолжает им дышать, постепенно вдыхая смертельную дозу. Смерть обычно наступает в результате удушья, вызванного отеком легких и дыхательных путей.

ПХД: другие неприятности, связанные с хлором

Можно привести еще один пример того, как считавшиеся поначалу чудесными соединения хлора оказались опасными для здоровья. Промышленное производство полихлорированных дифенилов (ПХД) началось в конце 20-х годов XX века. Эти вещества идеально подходили для использования в качестве изоляторов и охлаждающих агентов для трансформаторов, реакторов и конденсаторов. Особенно ценным свойством этих веществ была их невероятная стабильность даже при высокой температуре и негорючесть. Их использовали в качестве пластификаторов (веществ, повышающих эластичность материалов) при производстве различных полимеров, включая те, что применяются для изготовления упаковочных материалов для пищевой промышленности, резиновых прокладок для детских бутылочек и пластиковых кофейных чашек. ПХД также нашли применение в производстве некоторых видов чернил для типографий, безуглеродной копировальной бумаги, красок, воска, клея, смазочных материалов и вакуумной смазки.

Полихлорированные дифенилы – это производные дифенола, в котором атомы водорода заменены атомами хлора.

Молекула дифенола

Эти вещества могут иметь разную структуру, которая зависит от того, сколько атомов хлора и в каких местах были введены в молекулу. Ниже представлены примеры двух разных трихлордифенилов и одного пентахлордифенила, содержащих соответственно три и пять атомов хлора. Существует более двухсот различных вариантов ПХД.

Трихлордифенил

Трихлордифенил

Пентахлордифенил

Довольно скоро после начала выпуска изделий из ПХД стали появляться сообщения о проблемах со здоровьем у рабочих, задействованных в этой области производства. Многие жаловались на заболевание, теперь известное как хлоракне, при котором на лице и теле появляются черные гноящиеся угри. Теперь известно, что хлоракне – одно из первых проявлений системного отравления ПХД, вслед за которым могут возникнуть нарушения работы иммунной, нервной, эндокринной и репродуктивной систем, а также поражение печени и рак. ПХД никак нельзя назвать “чудесными молекулами”: это один из сильнейших синтезированных человеком ядов. Причем их опасность заключается не только в прямом токсическом воздействии на человека и других животных, но также в том, что они, подобно ХФУ, чрезвычайно стабильны. Они не разрушаются в окружающей среде, а накапливаются, и их концентрация возрастает по мере продвижения по пищевой цепи. В результате в жировых клетках животных, находящихся на вершине пищевой цепи (белые медведи, львы, киты, орлы и люди), может накапливаться большое количество ПХД.

В 1968 году произошел трагический случай, продемонстрировавший прямое воздействие ПХД на здоровье человека. Заболели 1300 жителей японского острова Кюсю: они отравились маслом из рисовых отрубей, в которое случайно попали ПХД. Первичные признаки отравления включали в себя хлоракне, а также нарушение зрения и дыхания. Долгосрочный эффект заключался в пятнадцатикратном повышении частоты пороков развития у новорожденных детей и рака печени. В 1977 году США запретили сливать ПХД-содержащие отходы в общие стоки. Производство ПХД было окончательно запрещено в 1979 году после того, как многочисленные исследования продемонстрировали их опасность для здоровья человека и состояния планеты. Несмотря на законы, контролирующие использование ПХД, тысячи тонн этих веществ по-прежнему находятся в употреблении или ожидают безопасного уничтожения, при этом продолжая проникать в окружающую среду.

Хлор в пестицидах: от блага до бича

Другие хлорсодержащие соединения попали в окружающую среду не случайно, а были целенаправленно внесены в землю в составе пестицидов. Этот процесс происходил во многих странах, на протяжении многих лет и в крупном масштабе. Самые эффективные синтетические пестициды содержат хлор. Сначала считалось, что лучшими пестицидами являются самые стабильные, которые не разлагаются в окружающей среде. В таком случае результат однократного применения может длиться несколько лет. Так и оказалось, но удалось предсказать не все долгосрочные последствия применения пестицидов. Хлорсодержащие пестициды сослужили человечеству важную службу, но в некоторых случаях вызвали неожиданные и очень неблагоприятные последствия.

Несоответствие между пользой и вредом легче всего проиллюстрировать на примере такого хлорсодержащего соединения, как ДДТ. Это сокращенное название дихлордифенилтрихлорэтана – производного 1,1-дифенилэтана.

1 1,1-Дифенилэтан

Дихлордифенилтрихлорэтан, или ДДТ

Впервые ДДТ был синтезирован в 1874 году. Но в качестве инсектицида его стали применять только в 1942 году в рамках дезинфекционных мероприятий по предотвращению заболеваемости сыпным тифом, а также для остановки распространения малярийных комаров. На юге Тихого океана американские солдаты широко применяли “клоповые бомбы” – баллончики с аэрозолем ДДТ. Это создавало двойную нагрузку на окружающую среду, поскольку в воздухе оказывался не только ДДТ, но и ХФУ.

Уже к 1970 году, когда объем производства ДДТ составил три миллиона тонн, стали появляться данные, указывавшие на неблагоприятное влияние этого соединения на окружающую среду, а также на появление устойчивых к нему видов насекомых. Влияние ДДТ на обитателей дикой природы, в частности, на таких хищных птиц, как орлы, соколы и ястребы, связывают не столько с самим веществом, сколько с основными продуктами его распада. И ДДТ, и продукты его распада являются жирорастворимыми соединениями, которые накапливаются в тканях животных. У птиц продукт распада ДДТ ингибирует действие фермента, поставляющего кальций для яичной скорлупы. Поэтому птицы, подвергшиеся действию ДДТ, откладывают яйца с очень тонкой скорлупой, которая лопается преждевременно. Уже в конце 40-х годах было отмечено резкое снижение численности орлов, соколов и ястребов. Нарушение равновесия между полезными и вредными насекомыми, о котором писала в 1962 году Рэйчел Карсон в книге “Безмолвная весна”, в значительной степени было связано с неумеренным использованием ДДТ.

Во время Вьетнамской войны (1962–1970) над лесами Юго-Восточной Азии были развеяны миллионы литров дефолианта – “агента оранж” (смеси хлорсодержащих гербицидов 2,4-Д и 2,4,5-Т), который уничтожал листву деревьев, скрывавшую партизан.

2,4-Д

2,4,5-Т

Сами эти вещества не очень токсичны, однако 2,4,5-Т содержит примесь побочного продукта, который стал причиной множества случаев пороков развития, рака, заболеваний кожи, нарушений иммунитета и многих других проблем, которые до сих пор преследуют жителей Вьетнама. Химическое название ответственного за эти ужасы вещества – 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин. Часто его называют просто диоксином, хотя это неверно: диоксины – это целая группа веществ, далеко не все из которых опасны.

2,3,7,8-тетрахлордибензоксидиоксин, или диоксин

Диоксин считается самым ядовитым среди всех созданных человеком ядов, хотя он в миллион раз менее токсичен, чем самый ядовитый природный яд – ботулинический токсин. В 1976 году на химическом предприятии в итальянском городе Севезо произошел взрыв, в результате которого в воздух попало некоторое количество диоксина. Последствия аварии для местного населения и животных были ужасными: хлоракне, пороки развития, рак. Обсуждения в прессе, последовавшие после этой трагедии, напугали людей и убедили их в том, что все диоксины являются чрезвычайно опасными.

К таким же неожиданным последствиям, как применение дефолианта, привело использование чрезвычайно популярного в 50-х и 60-х годах XX века антисептика гексахлорофена. Это вещество добавляли в мыло, шампуни, лосьоны после бритья, дезодоранты, жидкости для полоскания рта и многие аналогичные продукты.

Гексахлорофен

Гексахлорофен также входил в состав материалов, использовавшихся для производства товаров для детей: подгузников, талька и других гигиенических средств. Исследования, проведенные в 1972 году на лабораторных животных, показали, что гексахлорофен вызывает нарушение работы мозга и нервной системы. В конечном итоге гексахлорофен был запрещен к использованию в составе детских товаров и гигиенических средств, отпускаемых без рецепта. Однако поскольку это вещество чрезвычайно эффективно действует против определенных видов бактерий, его назначают для борьбы с угревой сыпью, а хирурги используют его для обработки рук перед операцией.

Усыпляющие молекулы

Но не все хлорорганические соединения оказались опасными для здоровья человека. Гексахлорофен оказался хорошим антисептиком, а другая маленькая хлорсодержащая молекула произвела революцию в медицине. До середины XIX века хирургические операции осуществлялись без наркоза (правда, иногда в пациентов вливали определенную дозу алкоголя – в надежде, что это ослабит агонию). Говорят, что некоторые хирурги перед операцией тоже слегка выпивали, чтобы превозмочь себя и причинить пациенту неизбежную боль. Однако в октябре 1846 года зубной врач из Бостона Уильям Мортон успешно продемонстрировал применение эфира в качестве средства для наркоза при проведении хирургической операции. Новость о том, что эфир позволяет проводить хирургические операции без боли, распространилась очень быстро, и вскоре начался поиск других веществ, которые можно было бы использовать для анестезии.

Шотландский врач и профессор медицины и акушерства в Университете Эдинбурга Джеймс Юнг Симпсон придумал забавный способ тестирования веществ, являвшихся кандидатами в анестетики. Рассказывают, что он просил принять участие в тестировании гостей, приходивших к нему на ужин. Очевидно, что хлороформ CH₃Cl, впервые синтезированный в 1831 году, тестирование прошел. После успешного эксперимента Симпсон появился в столовой в окружении своих гостей, все еще находившихся в слегка заторможенном состоянии. Симпсон не стал терять время и вскоре начал применять хлороформ на своих пациентах.

Хлороформ

Эфир (диэтиловый эфир)

Хлороформ в качестве анестетика имеет ряд преимуществ перед эфиром: он действует быстрее, лучше пахнет и требуется в меньшей концентрации. Кроме того, после наркоза пациенты приходят в себя быстрее и легче. А еще эфир очень легко воспламеняется. Он образует взрывоопасную смесь с кислородом, так что малейшая искра, даже от соударения двух медицинских инструментов, может стать причиной взрыва.

Наркоз под действием хлороформа очень скоро начал применяться в хирургической практике. Даже при том, что некоторые пациенты умирали, риск считался невысоким. В те времена к хирургическому вмешательству прибегали только в крайнем случае, а пациенты нередко умирали от болевого шока, так что уровень смертности от наркоза считался вполне приемлемым. Хирургические операции тогда были короткими (это было важно, поскольку они делались без наркоза), так что пациенты подвергались действию хлороформа недолго. Во время Гражданской войны в Америке хирурги провели в полевых условиях почти семь тысяч операций, при этом, благодаря использованию хлороформа, во время операций умерло менее сорока человек.

Итак, наркоз при хирургических операциях получил повсеместное признание, однако его использование при родах вызывало споры. Медицинской эта проблема была лишь отчасти. Некоторые врачи действительно не были уверены в том, что наркоз не нанесет вреда здоровью ребенка, поскольку под наркозом родовая деятельность женщины ослабевает, и ребенок дышит слабее. Но дело было не только в обеспокоенности состоянием здоровья матери и ребенка. Религия оправдывала боль. В Книге Бытия говорилось: “В муках будешь рожать детей своих”. Буквальная интерпретация этого библейского пассажа означает, что любая попытка ослабить боль при родах противоречит божьей воле. Еще более радикальная позиция по данному вопросу заключалась в том, что боль при родах является расплатой за грех, вероятно, за грех совокупления (вообще говоря, единственный способ зачать ребенка в середине XIX века).

Однако в 1853 году королева Виктория родила своего восьмого ребенка, принца Леопольда, под наркозом. Ее решение вновь воспользоваться хлороформом при рождении девятого (и последнего) ребенка, принцессы Беатрисы, в 1857 году ускорило распространение этой практики, несмотря на множество критических возражений в адрес врачей королевы, опубликованных в авторитетном медицинском журнале “Ланцет”. В Британии и в большей части стран Европы при родах стали применять хлороформ, в Северной Америке чаще прибегали к эфиру.

В начале XX века появился новый метод обезболивания при родах, который быстро завоевал популярность в Германии, а затем и в других европейских странах. Этот так называемый поверхностный наркоз достигался при использовании сочетания скополамина и морфина (об этих веществах мы говорили в главах 12 и 13). В начале схваток женщине вводили очень небольшую дозу морфина. Он несколько ослаблял боль, хотя и не полностью, особенно если роды были долгими и тяжелыми. Скополамин вызывал сон и, что было важнее для врачей, не давал женщине вспомнить, как проходили роды. Поверхностная анестезия считалась лучшим средством обезболивания при родах, так что в 1914 году в США началась общественная кампания, требовавшая разрешить этот способ наркоза. Национальная ассоциация в поддержку поверхностного наркоза распространяла брошюры и организовывала лекции, посвященные пропаганде достоинств нового метода обезболивания.

Некоторые опасения, высказанные отдельными врачами, публика объясняла желанием бесчувственных врачей сохранить контроль над своими пациентками. Поверхностный наркоз стал политическим оружием, частью более широкого движения, которое в итоге позволило женщинам добиться избирательных прав. Сегодня кажется странным, что женщины поверили заявлениям о том, что поверхностный наркоз устраняет страдание и позволяет матери проснуться посвежевшей и радостно встретиться со своим малышом. Женщины, как и прежде, испытывали боль, как если бы им не вводили никакого лекарства, но только вызванная скополамином амнезия ликвидировала все воспоминания о родах. Поверхностный наркоз создавал ложное впечатление о спокойных и безболезненных родах.

Но хлороформ, несмотря на неоценимую помощь хирургам и их пациентам, показал и свои негативные качества. Теперь известно, что он нарушает работу печени и почек, а в высоких дозах повышает вероятность развития рака. Он повреждает роговицу глаза, приводит к появлению трещин на коже, а также вызывает утомляемость, тошноту и нарушение сердечного ритма. Под воздействием высокой температуры, кислорода воздуха и света хлороформ превращается в хлор, оксид углерода, фосген и (или) хлористый водород, причем все эти соединения токсичны или химически агрессивны. Теперь при работе с хлороформом принято использовать защитную одежду и оборудование, чего никогда не делали в те дни, когда хлороформ приобрел популярность. Но хотя негативные свойства хлороформа стали известны уже более ста лет назад, сотни тысяч людей, благодарно вдыхавших его сладковатые пары перед операцией, считали его скорее подарком небес, чем творением зла.

Без сомнения, многие хлорорганические соединения можно назвать злом, хотя честнее было бы обвинять не химические вещества, а людей, которые намеренно сбрасывали ПХД в реки, противились запрещению ХФУ даже после демонстрации их разрушающего воздействия на озоновый слой, необдуманно применяли пестициды (легальные и запрещенные) и ставили прибыль выше безопасности.

Сегодня мы используем сотни хлорорганических соединений, которые не являются ядами, не разрушают озон, не наносят вреда окружающей среде, не приводят к возникновению рака и никогда не использовались в качестве оружия. Эти вещества находят применение у нас дома и на производстве, в школах и в больницах, в машинах, на кораблях и на самолетах. Они не вызывают шумихи и не причиняют вреда, но их нельзя назвать веществами, которые изменили мир.

По иронии, именно те хлорорганические соединения, которые нанесли наибольший ущерб или имели возможность его нанести, как раз и способствовали важнейшим переменам в обществе. Изобретение анестетиков положило начало развитию современной хирургии. Установка холодильного оборудования на кораблях, грузовиках и в поездах открыла новые возможности для развития рынка и способствовала быстрому расцвету многих развивающихся стран. С появлением бытовых холодильников хранение пищевых продуктов стало удобным и безопасным. Мы привыкли к комфорту, который обеспечивают кондиционеры, без боязни пьем воду и даже не задумываемся о том, что трансформатор может загореться. Во многих странах полностью или почти полностью исчезли болезни, передающиеся через укусы насекомых. Так что вклад этих молекул никак нельзя игнорировать.

Глава 17
Молекулы против малярии

Слово “малярия” происходит от итальянских слов mal aria и буквально означает “плохой воздух”. Столетиями люди считали, что причина этой болезни кроется в ядовитых испарениях, поднимающихся от низин и болот. Возможно, малярия, возбудителем которой является микроскопический паразит, – самый страшный убийца в истории человечества. Даже в наши дни ежегодно регистрируется от трехсот до пятисот миллионов случаев заболевания, и два-три миллиона людей в год умирают от малярии (в основном маленькие африканцы). Напомним, вспышка лихорадки Эбола в Заире в 1995 году за шесть месяцев унесла двести пятьдесят жизней – в двадцать раз меньше, чем количество африканцев, умирающих от малярии за день. Малярия передается гораздо легче, чем СПИД. Расчеты показывают, что носитель ВИЧ в среднем заражает 2-10 человек, тогда как человек, заразившийся малярией, передает инфекцию сотням других людей.

Паразитические организмы, вызывающие малярию у человека, относятся к роду Plasmodium и четырем видам: P. vivax, P falciparum, P. malariae и P. ovale. Все они вызывают типичные симптомы малярии: жар, озноб, сильные головные и мышечные боли, причем все эти симптомы могут возвращаться даже через несколько лет. Наиболее высокой летальностью отличается форма заболевания, которую вызывает Pfalciparum. Остальные формы малярии иногда называют “доброкачественными”, хотя они также наносят огромный ущерб. Приступы лихорадки при малярии обычно возникают с периодичностью в два или три дня. Однако при летальной форме, вызванной P falciparum, такие эпизоды лихорадки встречаются реже, а по мере прогрессирования заболевания у пациента возникает желтуха, он впадает в летаргическое состояние, сознание путается, наступают кома и смерть.

Возбудитель малярии передается от одного человека к другому через укусы малярийного комара (Anopheles). Чтобы отложить яйца, самке комара нужно питаться кровью. После того как она укусит человека, зараженного малярией, возбудитель малярии продолжает свой жизненный цикл в ее организме и может перейти к другому человеку при следующем укусе. Дальше жизненный цикл паразита продолжается в печени новой жертвы. Примерно через неделю паразит выходит в кровь, поражает эритроциты и ждет укуса нового комара.

Сейчас малярию считают заболеванием тропических или субтропических регионов, однако совсем недавно она была широко распространена и в зоне умеренного климата. Упоминания о лихорадке (скорее всего, малярийной) встречаются в китайских, индийских и египетских текстах тысячелетней давности. Англичане называли эту болезнь болотной лихорадкой, поскольку она была широко распространена в низменных прибрежных районах Англии и Голландии. В этих местах множество водоемов со стоячей водой – идеальные условия для размножения комаров. Болезнь встречалась и севернее: в Скандинавии, на севере США, в Канаде. С малярией были знакомы даже шведы и финны, жившие по берегам Ботнического залива – совсем близко от Северного полярного круга. Для многих народов, населявших побережья Средиземного и Черного морей, малярия была эндемическим заболеванием.

Всюду, где жил малярийный комар, была малярия. В Риме болотная лихорадка была настолько обычным заболеванием, что каждый раз, когда для избрания очередного папы собирался конклав, в ожидании выборов несколько кардиналов умирали от малярии. На Крите, Пелопонесском полуострове и во многих других районах с выраженным чередованием засушливых и влажных периодов в летние месяцы люди перегоняли скот на возвышенности. Это делалось не только для того, чтобы сменить пастбища, но и для того, чтобы уйти подальше от болотистых малярийных районов.

Малярия не щадила ни богатых, ни бедных. Скорее всего, именно от нее умер Александр Македонский, а также знаменитый исследователь Африки Дэвид Ливингстон. Очень большой урон малярия наносила армии. Солдаты спали в палатках, под самодельными укрытиями или под открытым небом, предоставляя комарам прекрасную возможность напиться крови. Половина солдат, участвовавших в Гражданской войне в США, страдала от ежегодных приступов малярийной лихорадки. Были ли больны малярией солдаты наполеоновской армии? Это вероятно, особенно летом и в начале осени 1812 года, когда Наполеон наступал на Москву.

Малярия оставалась серьезной проблемой еще в XX веке. В 1914 году в США было зафиксировано свыше полумиллиона случаев заболевания малярией. В 1945 году около миллиарда людей во всем мире жили в малярийных районах, в некоторых странах было инфицировано до 10 % населения. Там из-за малярии на рабочих местах отсутствовало до 35 % трудящихся, а в школах – до 50 % учеников.