1 рік тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Открытие искусственной радиоактивности сразу же бы­ло по достоинству оценено биологами и медиками. В искусственных радиоактивных изотопах они увидели средство для осуществления своей давнишней мечты: как-то метить принимаемые внутрь организма составные части пищи, с тем чтобы проследить за всеми превраще­ниями их в процессах обмена веществ (Под обменом веществ понимают поглощение организмом составных частей пищи, воды, кислорода из воздуха, химические изменения, каким подвергаются в организме поступающие в него пищевые вещества, усвоение этих веществ организмом для построе­ния своих тканей и органов и для производства работы и, наконец, выделение из организма ненужных ему и вредных конечных про­дуктов обмена).

Не зная, как протекают жизненные процессы в здоро­вом организме, нельзя рассчитывать на понимание того, как эти процессы изменяются в больном организме, по­чему возникают эти изменения и, главное, как воздей­ствовать на больной организм для того, чтобы вернуть здоровье.

Ученые метили вещества, вводимые в организм, и раньше, до открытия изотопов, но для этого приходилось перегружать организм чуждыми ему веществами или, при использовании свойственных ему веществ, вводить их в больших количествах.

Чтобы составить представление о том, как идут пре­вращения различных веществ в организме, исследователь зачастую вынужден был ограничиваться изучением этих процессов не на целом организме, а в вытяжках из от­дельных тканей и органов животных, в тонких срезах тка­ней или кашице из них. Понятно, что только с большой осторожностью и очень приближенно можно судить о про­цессах, идущих в целом организме, изучая их на срезах и в вытяжках. Такого рода исследования, не потерявшие, правда, своего значения и теперь, часто проводились из-за отсутствия у исследователя других способов изучения процессов обмена веществ.

Дело коренным образом изменилось, когда в распоря­жение исследователей поступили радиоактивные, а также устойчивые изотопы. Появилась возможность успешно осуществить на практике старую идею о метке веществ, вводимых внутрь организма.

На чем же основывается использование радиоактив­ных изотопов в качестве меченых атомов?

Прежде всего на том, что химические свойства радио­активных изотопов определенного элемента, как уже гово­рилось, не отличаются от химических свойств природных изотопов того же элемента. Радиоактивный натрий, на­пример, ведет себя в химических реакциях так же, как и природный натрий. Введенный в организм в составе, на­пример, хлористого натрия — поваренной соли,— радио­активный натрий так же всасывается, проникает в кровь, разносится по всему телу, так же выделяется из организ­ма, как и обыкновенный натрий.

Лишь одним радиоактивные атомы отличаются от устойчивых атомов того же самого элемента — своим из­лучением. И это излучение выдает их местонахождение. Правда, наш глаз оказывается здесь бессильным, но на помощь приходит чувствительнейший прибор — счетчик радиоактивных излучений. Достаточно в организм чело­века ввести одну стотысячную долю миллиграмма радио­активного натрия, как счетчик уже сможет обнаружить радиоактивные атомы и подсчитать их излучение.

Делают это так: дают человеку выпить воду, в кото­рой растворено несколько кристалликов поваренной соли. Часть атомов натрия в кристалликах соли радиоактивна. Для распада изотопа натрия, как говорилось выше, характерно бета- и гамма-излучение. Последнее не полно­стью поглощается в организме, поэтому его легко обнару­жить счетчиком. Если человек, выпивший раствор радио­активной соли, будет держать в руке счетчик, то появле­ние атомов изотопа натрия в крови, притекающей к руке, сразу уловится счетчиком.

В момент приема внутрь соли можно пустить секундо­мер и засечь время появления радиоактивных атомов нат­рия в руке и таким путем узнать скорость всасывания натрия в кишечнике и поступления его в кровь. Устано­вить это без радиоактивных изотопов никак нельзя.

При использовании устойчивых изотопов в качестве меченых атомов исходят из того, что изотопный состав природных веществ постоянен. И та вода, которую мы пьем, и вода жидкостей организма содержит, как было сказано выше, строго определенное количество легких и тяжелых атомов водорода. Но если вместо обыкновенной воды выпить тяжелую воду, то можно проследить, как быстро она всасывается из пищеварительного тракта, в образовании каких соединений будет участвовать. Это можно сделать, измеряя соотношение легких и тяжелых атомов водорода в исследуемом соединении, например в выделенном из организма жире. Если жир обогащен тяжелым водородом, значит, в его образовании участво­вал тяжелый водород из выпитой тяжелой воды.

Меткой при работе с устойчивыми изотопами является не излучение, а измененное против природного соотноше­ние тяжелых и легких изотопов. Испытуемое вещество, обогащенное тяжелыми изотопами водорода, углерода или азота, становится отличным от природного своим изотоп­ным составом и, следовательно, меченым. Узнать, каково соотношение изотопов упомянутых элементов в том или ином соединении, можно при помощи масс-спектрометра.

Такой прием научного исследования, в котором изотоп используется в качестве меченого атома, получил назва­ние изотопного или индикаторного метода.

Как всякий научный метод, он имеет свои пределы применения. Ограничения в применении радиоактивных изотопов на живых организмах возникают, в частности, потому, что их излучения не безразличны для организма. Излучение само по себе может изменить нормальный ход жизненных процессов в организме. Но это наступает тог­да, когда вводятся сравнительно большие по активности количества радиоактивного изотопа. Поэтому, когда ра­диоактивные изотопы используются только как меченые атомы, стараются вводить их как можно меньше, чтобы излучение не повлияло на ход исследуемого процесса.

Для устойчивых изотопов это ограничение отсутствует, но зато методы обнаружения таких изотопов значительно менее чувствительны, чем радиоактивных.

Изотопный метод оказался, если можно так сказать, скоростным методом в научном исследовании. Многие на­учные вопросы, которые нельзя было решить старыми методами, были решены быстро и точно. Особенно ценен изотопный метод для изучения многообразных химических процессов, протекающих в животном и растительном ор­ганизмах, процессов образования и распада сложных хи­мических соединений, взаимного превращения их друг в друга, определения скорости различных химических про­цессов и т. д.

Благодаря этому биохимия — наука, занимающая­ся изучением химического состава животных и раститель­ных организмов и протекающих в них химических про­цессов,— обогатилась за последние годы новыми фактами и сведениями о сущности процессов обмена веществ. Это привело к важным практическим результатам, к луч­шему пониманию механизма развития некоторых болез­ней человека.

Приведем некоторые примеры использования изотопов как меченых атомов при изучении разных видов обмена веществ.

СУДЬБА САХАРА В ОРГАНИЗМЕ

Как известно, в состав нашей пищи входят углеводы — сахар и крахмал — химические соединения углерода, во­дорода и кислорода. Атомы этих элементов в молекуле простых углеводов содержатся в определенном соотноше­нии: на один атом углерода приходится два атома водо­рода и один атом кислорода.

В печени и мышцах углеводы откладываются в виде животного крахмала — гликогена, построенного из моле­кул простого сахара — глюкозы. В крови всегда содер­жится довольно постоян­ное количество глюкозы. Глюкоза образуется в листьях растений на свету из углекислоты, поглощае­мой из воздуха и воды, доставляемой корнями.

Процесс образования углеводов в растениях из углекислоты и воды носит название фотосинте­з а. Это название обозна­чает, что процесс идет с поглощением энергии све­товых лучей и что при этом из более простых хи­мических соединений об­разуются более сложные. Процесс фотосинтеза — источник жизни на земле. Только растения способны использовать солнечную энергию для превращения простых неорганических соединений в богатые энергией органические со­единения. Усилия ученых направлены на изучение всех этапов реакции фото­синтеза. Как и для изуче­ния других химических реакций в живом организме, так и в изучении реакции фотосинтеза значительный успех достигнут в результате применения метода меченых ато­мов — радиоактивного (С14) и устойчивого изотопа (С13) углерода, радиоактивного фосфора и других изотопов.

На этих исследованиях, при всей их важности, мы не будем останавливаться, поскольку они не имеют прямого отношения к биохимии животных и к медицине.

Нам важно заметить, что если выращивать растение — табак или сахарную свеклу — в освещенной стеклянной камере в атмосфере введенной туда радиоактивной угле­кислоты (С14О2), то через некоторое время из листьев этого растения можно будет выделить радиоактивную глюкозу и крахмал. Эти углеводы, образовавшиеся в рас­тении в процессе фотосинтеза, будут радиоактивными по­тому, что на их построение пойдет радиоактивная угле­кислота из окружающего растение воздуха (рис. 4).

Радиоафтограф листьев табака...

Радиоафтограф листьев табака…

Радиоактивные углеводы выделяют из растений и ста­вят с ними разнообразные опыты на животных для изуче­ния превращений углеводов в здоровом и больном орга­низме.

В конечном счете в организме животных и человека углеводы сгорают до углекислоты и воды. Эти же про­дукты образуются, если поджечь кусочек сахара, но раз­ница между механизмом сгорания, или окисления, сахара в организме и вне его громадная. В организме при помо­щи ферментов (Ферментами называются вещества белковой природы, воз­действующие на течение химических процессов, ведущих к образо­ванию или распаду веществ в организме. Под влиянием ферментов химические реакции ускоряются или замедляются и протекают при температуре тела, то есть при 37°. Сами ферменты являются также продуктами жизнедеятельности организма) этот процесс идет при низкой темпе­ратуре, соответствующей температуре тела, и через много промежуточных этапов, причем только часть освобождае­мой энергии превращается в тепло, большая часть — в энергию химических реакций и мышечной работы.

Радиоактивная глюкоза, введенная в организм, будет испытывать в нем такие же превращения, как обычная глюкоза. Метка помогает выяснить, какие именно.

В общей форме эти превращения представлены на схеме:

Если ввести крысе в кровь радиоактивную глюкозу, то примерно через час в крови обнаруживается только половина введенного количества. Уже в первые минуты после введения в выдыхаемом воздухе можно открыть радиоактивную углекислоту. Таким путем из организма крысы выделяется две трети атомов углерода, освобожда­ющихся из глюкозы. Некоторую часть этих атомов нахо­дят в составе образовавшегося в организме жира.

В молекуле глюкозы находится шесть углеродных ато­мов, связанных между собой в цепочку определенного строения. Теперь мы можем пометить углеродный атом, занимающий определенное положение в цепочке, напри­мер третье или четвертое. Таким образом можно судить не просто о превращениях атомов углерода из глюкозы, а даже о судьбе атома, занимающего вполне определенное место в молекуле глюкозы. Пользуясь тем, что у углерода есть радиоактивный и устойчивый изотопы (С14 и С13), молекулу глюкозы можно также пометить одновременно в двух местах.

Не вдаваясь в подробное рассмотрение, как проис­ходит промежуточный обмен углеводов в организме, сле­дует указать еще на следующий весьма интересный факт, выявленный также изотопным методом.

Всегда считалось, что в организме животных углекис­лота является конечным продуктом обмена веществ, что, раз образовавшись, углекислота выделяется из организма главным образом в выдыхаемом воздухе.

Но вот был поставлен такой опыт. Срезы печени голу­бя помещали в среду, содержащую двууглекислый натрий (питьевую соду) (NaHC14O3), в которой атомы углерода были радиоактивны. В эту среду добавляли также немеченую пировиноградную кислоту, в состав которой входят три углеродных атома. После некоторого времени поме­шивания срезов с реактивами обнаружили образование из пировиноградной кислоты более сложной по строению кислоты с включением в ее состав меченого углерода.

Подобные опыты ставили на целом животном. Кроли­ку вводили двууглекислый натрий (NaHC14O3) с радиоак­тивным углеродом. Через некоторое время убивали жи­вотное и из печени выделяли гликоген — животный крах­мал, и оказалось, что гликоген радиоактивен. Это озна­чало, что гликоген образовался в период от момента вве­дения радиоактивного углерода в составе соды до момен­та забоя животного и что в образовании гликогена участвовала углекислота. Можно даже было подсчитать, что 12% атомов углерода гликогена произошли из угле­рода углекислоты. Эти наблюдения послужили толчком для постановки многих исследований, в которых детально изучены те этапы в превращениях углеводов, в которых происходит утилизация углекислоты в процессах обмена веществ, протекающих в печени.

Углекислоту на основании опытов, проведенных изо­топным методом, перестали рассматривать только как ко­нечный продукт обмена. Даже в организме высших жи­вотных углекислота может быть утилизирована при обра­зовании сложных химических соединений.

С расстройством углеводного обмена в организме свя­зано нередко встречающееся заболевание человека — са­харное мочеизнурение, или диабет. При этой болезни резко увеличивается содержание сахара в крови и появ­ляется сахар в моче. Нарушается не только углеводный, но и другие виды обмена веществ. Известно, что диабет возникает при поражении тех клеток поджелудочной же­лезы, которые вырабатывают особое вещество белковой природы — инсулин. Строение этого вещества теперь пол­ностью выяснено. Инсулин принадлежит к числу гормо­нов, то есть веществ, образующихся в организме в желе­зах внутренней секреции и поступающих из них в кровь. Если инсулин не поступает в кровь, то развивается диа­бет. Болезнь лечат введением инсулина, получаемого из поджелудочных желез телят.

В медицине очень часто для изучения болезни, ее про­исхождения и развития стараются вызвать похожее за­болевание у подопытных животных, создать, как говорят ученые, экспериментальную модель болезни. На экспери­ментальной модели легче и доступнее, чем на больном че­ловеке, изучать связанные с данной болезнью изменения в обмене веществ и других процессах.

Диабет можно вызвать у самых различных животных (крыс, кроликов, собак, морских свинок) введением осо­бого вещества — аллоксана. Это вещество разрушает клетки железы, вырабатывающие инсулин, и у животных развивается заболевание, очень схожее с диабетом чело­века.

Среди ученых долгое время шли споры, откуда берет­ся повышенное количество глюкозы в крови при диабете. Одни считали, что ткани теряют способность расщеплять глюкозу до более простых продуктов, другие полагали, что глюкоза в избыточном количестве образуется в пече­ни и поэтому в повышенном количестве поступает в кровь.

Конец спорам был положен опытами, проведенными с меченой глюкозой. Опыты ставили на срезах тканей нор­мальных и больных диабетом крыс, на животных, а также на здоровых и больных людях.

Вот, например, один из поставленных опытов. У крыс вызывали введением аллоксана диабет. Иссекали у них диафрагму — тонкую мышечную перегородку, разделяю­щую грудную и брюшную полости. Если диафрагму поме­стить в соответствующий раствор, то некоторое время в мышцах диафрагмы будет продолжаться обмен веществ. Этот обмен веществ будет совершаться с потреблением глюкозы из раствора, в который погружена диафрагма. Чтобы решить, нарушается ли этот процесс при диабете, к раствору, в который погружали диафрагму, взятую от больного животного, добавляли радиоактивную глюкозу. То же делали в параллельном опыте с диафрагмой, взя­той от здорового животного. И оказалось, что диафрагма от больного диабетом животного при одинаковых усло­виях опыта потребляет меньше глюкозы, чем диафрагма от здорового. Добавление инсулина к раствору с диаф­рагмой увеличивало потребление глюкозы.

В опытах со срезами печени от больных диабетом и здоровых животных показано, что и в печени снижено по­требление глюкозы при диабете и резко повышено ее об­разование. Из этих и других опытов было установлено, что при диабете снижается способность тканей использо­вать глюкозу и вместе с тем увеличивается образование глюкозы в печени. Кроме того, было выяснено, какие про­межуточные реакции расщепления глюкозы нарушаются при диабете, и до известной степени установлено, разрыв каких звеньев в цепи реакций углеводного обмена устра­няется введением инсулина.

Опыты на животных нашли подтверждение в наблюде­ниях, проведенных на здоровых и больных людях. Так, измеряя радиоактивность углекислоты в выдыхаемом воз­духе, после введения здоровому человеку (весом 70 кило­граммов) меченой глюкозы, можно было рассчитать, что за час в организме этого человека потребляется 3,8 грам­ма глюкозы. У некоторых больных диабетом потребля­лось приблизительно такое же количество глюкозы, но у многих значительно ниже, около 2,2 грамма.

Изотопным методом доказано также, что при диабете нарушается обмен жира в организме, и показано, в чем состоит это нарушение.

Для изучения механизма действия гормона инсулина его в свою очередь метили радиоактивными изотопами йода и серы. Вводили меченый гормон в организм и с по­мощью счетчика прослеживали, как инсулин распреде­ляется в организме и как долго в нем остается. Оказа­лось, что у больных диабетом инсулин медленнее исчезая из крови, чем у здоровых людей.

Изотопный метод успешно применяется для изучения особенностей углеводного обмена в раковой опухоли. Опыты с меченой глюкозой привели, например, к заклю­чению, что ткань злокачественных опухолей использует углеродную цепочку глюкозы для построения своих струк­турных элементов быстрее и полнее, чем нормальная ткань. Выявление таких особенностей может пролить свет на причины роста злокачественной опухоли, а это — пер­вый шаг в изыскании способов затормозить такой губи­тельный для организма рост.

ЧТО ПРОИСХОДИТ В ОРГАНИЗМЕ С ЖИРОМ

В состав пищи входят различные жиры: животные и растительные, жидкие и твердые (сливочное и подсолнеч­ное масло, свиное сало, бараний жир и др.). Из этих жи­ров в организме человека образуется собственный жир с характерными для него физическими и химическими свой­ствами. Любой жир состоит из многоатомного спирта — глицерина и жирных кислот. От того, какие жирные кис­лоты и в каких количествах входят в состав жира, и за­висят его свойства.

В жирных кислотах насчитывается до 16—18 углерод­ных атомов, связанных между собой в длинную цепочку.

Помимо простых жиров, в состав клеток и жидкостей организма входят сложные жиры, отличающиеся от про­стых жиров тем, что в их молекулах есть еще фосфорная кислота и азотсодержащее соединение. Сложные жиры называют фосфолипоидами.

Жиры наряду с углеводами являются в организме источниками энергии для сохранения температуры тела и производства работы.

Изотопный метод привлечен для изучения всасывания и переваривания жира, обмена жира, окисления входя­щих в него жирных кислот до углекислоты и воды, для исследования перехода одной жирной кислоты в другую, для объяснения механизма расстройств жирового об­мена.

Первые опыты по исследованию жирового обмена проводили с тяжелой водой.

Мышам давали в пище меченные тяжелым водоро­дом — дейтерием — жирные кислоты. Через некоторое время мышей убивали, выделяли жир из разных частей тела, в том числе из мест отложения жира «про запас» — из жировых депо. В жирных кислотах из запасного жира обнаружена большая часть введенного дейтерия. Вес животного за время опыта не изменялся. Следовательно, жир в жировом депо не накапливался и не расходовался, однако жирные кислоты в нем менялись, обновлялись, и процесс этот шел непрерывно.

В других опытах мышам давали пить тяжелую воду, а затем через разные сроки убивали их, выделяли из тка­ней жиры и исследовали содержание в жирных кислотах тяжелого водорода. Жирные кислоты обогащались изо­топом водорода — дейтерием — в процессе их образова­ния. Этот процесс шел с определенной скоростью: поло­вина жирных кислот в организме мыши распадалась и вновь образовывалась примерно за семь суток. При неиз­менном количестве жира в организме состав его непре­рывно обновляется. В организме мыши скорость этого об­новления такова, что за семь суток половина «старых» молекул заменяется на «новые».

Этот процесс идет таким образом, что жирные кислоты из жиров пищи, жирные кислоты, освобождающиеся из молекул жира жировых депо и из других источников, сме­шиваются друг с другом. Из этой смеси черпаются жир­ные кислоты для обновления молекул жира, для окисле­ния до конечных продуктов, для перехода в другие соеди­нения.

Все эти реакции замещения, превращения и обмена жирных кислот так уравновешены в организме, что общее количество и строение жира в жировом депо, крови и ор­ганах остается постоянным, но это постоянство сопряжено вместе с тем с непрерывной изменчивостью состава жира.

При расстройствах жирового обмена, например при усиленном потреблении жира — исхудании или усилен­ном отложении жира — ожирении, скорости процессов об­разования и распада жира, его обновления изменяются. Установление этого факта вносит существенно новое в изучение тех болезней обмена веществ, которые связаны с нарушением жирового обмена.

В исследованиях жирового обмена особенно эффектив­но применение жирных кислот, меченных радиоактивным углеродом. С помощью этих кислот убедительно показа­но, что в процессе обмена веществ длинная цепочка угле­родных атомов жирных кислот постепенно рвется на звенья, причем в каждом звене содержится только два углеродных атома. Так, очевидно, идет и обратный про­цесс — синтез жирных кислот.

Знание механизма расщепления жира помогло найти объяснение тому, почему в случаях тяжелого диабета в моче больных появляются продукты неполного сгорания жиров, например ацетон, а это оказало существенную по­мощь в изыскании средств борьбы с тяжелыми осложне­ниями диабета.

Применение изотопного метода дало возможность изу­чить процессы всасывания пищевых веществ, в том числе жира, из желудочно-кишечного тракта. Доказано, что не обязательно, как считали ранее, жир всасывается толь­ко после расщепления до жирных кислот и глицерина. Может всасываться и нерасщепленный жир.

Посмотрим, как это было показано для сложного жи­ра — фосфолипоида.

Собаке с хронической (постоянной) фистулой желч­ного пузыря, т. е. с металлической трубкой, вшитой в желчный пузырь и выведенной наружу, давали выпить молоко, в которое был добавлен радиоактивный фосфат натрия (Na2HP32O4). Собранная на следующий день желчь содержала радиоактивный фосфор, включенный в состав сложных жиров — фосфолипоидов, образовав­шихся в печени и выделившихся в желчи. Собранную ра­диоактивную желчь или выделенные из нее меченые фосфолипоиды давали выпить другой собаке, а затем иссле­довали пробы крови, взятые у нее через разные сроки после скармливания желчи. В контрольном опыте собаке давали выпить вместо радиоактивной желчи раствор радиоактивного фосфата натрия (Na2HP32O4).

Опыт показал, что при введении цельной радиоактив­ной желчи или выделенных из нее фосфолипоидов радио­активность, в отличие от контроля, обнаруживается в жиросодержащей части крови.

Из этого следует, что в кишечнике не происходит рас­щепления фосфолипоидов желчи на фосфорную кислоту, жирные кислоты, глицерин, азотистое основание — со­ставные части фосфолипоидов, а что они всасываются из кишечника в кровь без расщеплеция. Этот пример хорошо иллюстрирует возможности изотопного метода, так как иным путем факт всасывания цельной молекулы фосфолипоидов обнаружить было бы невозможно.

В 1904 году И. П. Павлов при получении Нобелевской премии говорил: «…Точное знание судьбы- пищи в орга­низме должно составить предмет идеальной физиологии, физиологии будущего».

Изотопный метод позволяет теперь осуществить мечту И. П. Павлова: «физиология будущего» становится фи­зиологией сегодняшнего дня.

МЕЧЕНЫЕ АТОМЫ В ИССЛЕДОВАНИИ ОБМЕНА БЕЛКОВ

Любой живой организм состоит из очень многих раз­нообразных химических соединений, но главной состав­ной частью всех организмов является белок. Именно с белком связаны те особенности, которые свойственны живой природе и отличают ее от мертвой.

«Повсюду, где мы встречаем жизнь,— писал Эн­гельс,— мы находим, что она связана с каким-либо бел­ковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, которое не находится в процессе разложе­ния, мы без исключения встречаем и явления жизни».

Белки — сложные органические соединения. Молекула белка состоит из сотен и тысяч атомов углерода, кисло­рода, водорода, азота, серы и фосфора.

Если белок, например белок куриного яйца, расщепить нагреванием с кислотой, то продуктами расщепления бу­дут различные аминокислоты. Так называют химические соединения, в которых содержится аминогруппа — NH2 — и карбоксильная группа — СООН,— типичная для орга­нических кислот. Простейшей аминокислотой является глицин, или аминоуксусная кислота. Ее химическая фор­мула — CH2NH2COOH.

В белках найдено до 20 различных аминокислот. Ог­ромное разнообразие белков, встречающееся в живой природе, и объясняется тем, что в состав белков могут входить разные аминокислоты в разных количествах и эти аминокислоты могут в различной последовательности соединяться друг с другом.

Белковый обмен — важнейший вид обмена веществ. Любое заболевание всегда в той или иной степени отра­жается на состоянии белкового обмена. Многие заболева­ния являются следствием расстройства белкового обмена.

Работа по исследованию белка и белкового обмена ве­дется в самых различных направлениях. Изучают состав белка и способы связи аминокислот в молекуле белка; исследуют пути и способы образования белка в живой клетке и пытаются воспроизвести этот процесс вне орга­низма; исследуют, как белки пищи расщепляются в же­лудочно-кишечном тракте и всасываются в кишечнике; определяют, какие превращения претерпевают составные части белка в органах и тканях организма, где и как обра­зуются конечные продукты обмена белка.

Важное значение в этих исследованиях имеет теперь изотопный метод. С помощью меченых атомов удалось обнаружить существенные факты, которые заставили пе­ресмотреть некоторые укоренившиеся в науке взгляды, касающиеся белкового обмена в животном организме

Уже первые изотопные опыты оказались в этом отно­шении решающими. Они ставились с устойчивыми изо­топами азота 7N15 и водорода 1H2.

Крысе давали выпить воду с растворенной в ней амми­ачной солью лимонной кислоты. В состав этой соли входит и азот. В той соли, которую давали крысе, содержа­лись атомы устойчивого, тяжелого изотопа азота — N15 (Для азота и по настоящее время не получен радиоактивный изотоп, подходящий для проведения опытов на животных. По­этому все исследования изотопным методом обмена азота прово­дят с его устойчивым изотопом. У водорода есть длительноживущий радиоактивный изотоп тритий (Н3), но в период проведения описываемых опытов этого изотопа еще не было в распоряжении исследователей). Через некоторое время крысу убивали, выделяли из раз­ных ее органов белки; расщепляли их на аминокислоты и определяли в последних содержание тяжелого азота. Оказалось, что почти все аминокислоты содержали избы­точное количество атомов тяжелого изотопа азота. Вес крысы за время опыта оставался постоянным. Количество азота пищи у нее соответствовало количеству выделяю­щегося из организма азота. И все же в этих условиях азот в аминокислотах из белков тканей и органов менял­ся на тот, который был введен в виде аммиачной соли.

Следовательно, этим опытом доказывалось, что в ор­ганизме происходит использование азота из аммиака для замены азота в аминной группе аминокислот белков тка­ней и органов.

В дальнейшем ставились опыты с введением мече­ных аминокислот. Метка этих соединений производилась по-разному. Так, аминокислота глицин метилась тяже­лым азотом CH2N15H2COOH, тяжелым углеродом C13H2NH2COOH или CH2NH2C13OOH, радиоактивным уг­леродом, тяжелым водородом или даже производились опыты с аминокислотой, дважды меченной: тяжелым азо­том и радиоактивным углеродом или радиоактивным и тяжелым углеродом (например, C13H3NH2C14OOH). В по­следнем случае в одном и том же опыте можно было проследить за судьбой каждого углеродного атома из аминокислоты глицина. Разработаны были способы метки и постановки опытов с другими мечеными аминокисло­тами.

Довольно много разнообразных опытов в СССР проведено с аминокислотой метионином, которую метят радиоактивной серой.

Типичный опыт с мечеными аминокислотами состоит в том, что соответствующую аминокислоту вводят живот­ным через рот, подкожно или внутривенно. Через разные сроки после этого убивают животных, выделяют из тканей белки и исследуют их радиоактивность. Такого рода опыты показали, что меченые аминокислоты входят в белки всех органов и тканей, но не в одинаковых количе­ствах и с разной скоростью.

Из этих опытов был сделан следующий важнейший принципиальный вывод: составные части белков в орга­низме непрерывно и постоянно меняются.

Схематически этот процесс можно представить таким образом: связи, удерживающие аминокислоту в молекуле белка, раскрываются, какая-то часть молекул аминокис­лоты освобождается из белка, взамен в белок включаются другие молекулы той же аминокислоты, часть которых имеет своим источником белок пищи. И это происходит до тех пор, пока не прекращается жизнедеятельность орга­низма.

Сейчас еще не выяснено окончательно, как происходит замена «старых» молекул аминокислот в белке на «но­вые»: происходит ли полный распад белковой молекулы с последующим образованием ее заново или же замена аминокислот в белке происходит без того, чтобы вся молекула белка распалась на составляющие ее «кир­пичики».

Однако изотопным методом бесспорно доказано, что в животном организме происходит непрерывное обновле­ние белковой молекулы. Можно даже рассчитать, с какой скоростью обновляются белки различных органов. У че­ловека, например, белки жидкой части крови — плазмы крови — наполовину меняют свой состав за 9—10 дней, что установлено в опытах с меченым тяжелым азотом глицином.

В науке много лет господствовала теория, согласно которой пищу рассматривали только как источник энер­гии, предназначенный для пополнения расхода ее в про­цессе жизнедеятельности. Только небольшая часть пи­щевых веществ, согласно этой теории, могла использо­ваться как строительный материал для замены изнаши­ваемых частей организма. Предполагалось, что во взрос­лом организме при сохранении веса тела неизменным именно молекулы составных частей пищи сгорают до углекислоты и воды, а азот пищи является непосредствен­ным источником азота выделений. За счет составных ча­стей пищи, как предполагали, происходит только возмещение «износа» структурных элементов тела и увеличе­ние их массы во время роста и увеличения веса тела.

Эта теория рухнула под тяжестью новых фактов, добы­тых изотопным методом.

Для процесса непрерывного обновления составных ча­стей организма — белков, жиров, углеводов, минераль­ного вещества костей — несущественно происхождение строительного материала: поступил ли он извне, в со­ставе пищи, и попал в ток крови или этот строительный материал освободился из составных частей организма. Все идет в «общий котел», из которого клетки организма черпают исходные продукты для обновления своих со­ставных частей и для своей деятельности.

Процесс обновления белка в разных тканях протекает с неодинаковой скоростью. Наиболее быстро обновляются белки слизистой облочки кишечника, печени и др. Отно­сительно медленно обновляются белки мозга, причем, как показали работы акад. А. В. Палладина, а также проф. Г. Е. Владимирова и их сотрудников, в разных отделах мозга белки обновляются с различной скоростью. Ско­рость обновления белка в мозгу зависит от функциональ­ного состояния нервной системы и изменяется, например, при возбуждении животного или, наоборот, при сне. Мало того, сравнительное исследование при помощи меченых атомов химических процессов в мозгу у животных раз­ных видов выявило изменения в скоростях этих процес­сов по мере усложнения деятельности мозга.

В Советском Союзе и за рубежом проведено много исследований, в которых определялась скорость обновле­ния белков в различных условиях опыта у животных раз­ного возраста при недостатке витаминов в пище, при экспериментально вызванных заболеваниях (диабете, атеросклерозе и др.). Изучают белковый обмен в опухо­лях, надеясь при этом найти, так же как и при исследо­вании углеводного обмена, объяснение причины усилен­ного роста опухолевой ткани.

Выше уже указывалось, что в состав белков входят неодинаковые по строению аминокислоты. Каждая из аминокислот при отщеплении от белка претерпевает в ор­ганизме свой индивидуальный путь превращений. Иногда превращения одной и той же аминокислоты могут идти различными путями. В результате химических превра­щений отдельных аминокислот в организме образуются важные для его жизнедеятельности продукты. Например, аминокислота тирозин используется для синтеза гормона щитовидной железы — тироксина и гормона надпочеч­ника — адреналина.

Изотопный метод вместе с другими методами позво­ляет выяснить индивидуальную судьбу каждой амино­кислоты в организме и, больше того, проследить за судь­бой каждого атома, занимающего определенное место в молекуле аминокислоты.

Это огромное достоинство изотопного метода. Ряд сложных соединений в организме, имеющих важное значение в его жизнедеятельности, например красящее вещество крови — гемоглобин, образуется из сравни­тельно простых соединений. И это было выявлено изотоп­ным методом. Мало того, исследователь получил воз­можность проследить за промежуточными этапами об­разования сложных соединений из простых. Вводя в организм ту же меченую аминокислоту глицин, о которой уже была речь, ученый может установить судьбу входя­щих в нее меченых атомов, по тому, куда эти атомы пере­ходят, узнать родословную соответствующих соединений.

Конечно, в таких исследованиях дело не ограничи­вается применением только изотопного метода. Наиболь­ший эффект изотопный метод дает тогда, когда он соче­тается с другими методами научного исследования, под­час весьма сложными, но зато обеспечивающими успех работы.

Знание во всех деталях индивидуального обмена каж­дой аминокислоты — важнейшее условие в объяснении расстройств белкового обмена и тесно с ним связанных других видов обмена.

В настоящее время имеются довольно точные сведения о том, как образуются конечные продукты белкового об­мена в организме, выделяющиеся с мочой и калом, какие химические реакции ведут к образованию этих продуктов и из каких исходных материалов.

Эти сведения необходимы для того, чтобы разобраться в нарушениях белкового обмена, особенно характерных для некоторых болезней обмена веществ.

В итоге изотопных исследований белкового обмена по­лучены ценные данные о механизме развития подагры — заболевания, связанного с расстройством обмена состав­ных частей сложных белков.

Для подагры характерно отложение в суставах паль­цев рук и ног, а также в хряще ушной раковины одного из конечных продуктов белкового обмена — мочевой кис­лоты, которая образуется при подагре в увеличенном ко­личестве. Подагрой болеют только люди Источник повы­шенного образования мочевой кислоты при подагре был выяснен путем введения через рот больным и здоровым людям аминокислоты глицина, меченной тяжелым изото­пом азота. У больных подагрой на образование мочевой кислоты использовалось в 3—4 раза больше глицина, чем у здоровых людей. При подагре образование мочевой ки­слоты повышено, причем для этого используются амино­кислоты из пищи. Установление этого факта — пер­вый шаг к поискам правильных способов лечения этой болезни, в частности для обоснования лечебного пи­тания.

Так теоретические работы в исследованиях белкового обмена, накопление сведений о сущности расстройств этого обмена при разных заболеваниях человека приво­дят к результатам, имеющим практическое значение при лечении больных.

Пока работа в этом направлении находится еще в са­мом начале, плоды ее — дело будущего, но можно смело утверждать, что практическая медицина в итоге исследо­ваний различных сторон обмена веществ, проводимых изотопным методом, обогатится в будущем новыми сред­ствами предупреждения и лечения болезней.

Мы рассмотрели, как меченые атомы применяются для изучения различных видов обмена веществ: углеводного, жирового, белкового. Но в организме все процессы об­мена веществ связаны друг с другом, протекают как еди­ное целое. Изотопный метод позволил вскрыть эти связи между отдельными видами обмена веществ, обнаружить общие для белков, жиров и углеводов продукты их пре­вращений в процессе обмена веществ.

Эти общие продукты сравнительно просты по своему химическому строению, в их структуре чаще всего только два углеродных атома, но из таких простых соединений в организме при участии ферментов строятся сложные и разнообразные, имеющие большое физиологическое зна­чение соединения. Какими путями, через какие промежу­точные этапы все это происходит, помогают выявить ме­ченые атомы.

ОБНОВЛЯЮТСЯ ЛИ В ОРГАНИЗМЕ КОСТИ

Кости состоят из органического вещества, в состав ко­торого входит углерод, и минерального вещества — фос­форнокислой соли кальция. Эта соль отложена в костях в виде мельчайших кристалликов: у мужчин весом 70 ки­лограммов общая поверхность этих кристалликов равна 32—40 гектарам. В костях взрослого человека содержится около 600 граммов фосфора.

Состав кости меняется с возрастом: в молодости в ко­стях меньше минерального вещества, поэтому они более эластичны, к старости же кости обогащаются минераль­ными веществами и становятся более хрупкими.

При некоторых заболеваниях рост костей и отложение в них соли кальция могут нарушаться. В детском возрасте таким заболеванием является, например, рахит. Это забо­левание появляется у детей при недостатке витамина D в пище. У взрослых также может развиваться заболевание костей, при котором из них извлекается кальций.

При переломах костей процесс срастания их обломков идет особым образом: сначала образуется так называемая костная мозоль, затем она рассасывается.

До появления меченых атомов очень мало было изве­стно о том, как происходит обмен минерального и органи­ческого вещества костей, как идут отложение и перемеще­ние солей в кости при ее росте, почему нарушается отло­жение солей в костях при рахите, как образуется и расса­сывается костная мозоль при переломах. Все эти вопросы интересуют не только медиков, но и зоотехников и ветери­наров, сталкивающихся в своей практике с заболеванием костей у животных.

В первых же опытах с искусственно полученным радио­активным фосфором удалось открыть, что минеральное вещество кости и зубов непрерывно обменивается. Ато­мы фосфора, приносимые кровью к поверхности кри­сталликов минерального вещества, захватываются этой поверхностью; при этом она отдает свои «старые» ато­мы в кровь.

Когда был получен искусственный радиоактивный кальций (Са45), с его помощью было установлено, что кальций костей и зубов также непрерывно обменивается, даже во взрослом организме, когда рост костей прекра­щается.

Изотопы кальция и фосфора помогли разобраться в нормальном процессе обмена минеральной части кости. Этот процесс оказался весьма сложным. Помимо замены атомов кальция и фосфора, расположенных по поверх­ности кристалликов, идет перестройка самих кристалли­ков: в их состав непрерывно внедряются новые атомы кальция и фосфора взамен старых. В растущей кости, в тех участках, где происходит образование новой костной ткани, накапливается особенно много введенных в орга­низм радиоактивных изотопов кальция и фосфора.

Особой диетой, не содержащей витамина D, у молодых животных — чаще всего такие опыты ставят на крысах и цыплятах — вызывали рахит. Вводили им радиоактивные изотопы кальция и фосфора и наблюдали, как эти изотопы всасываются, в каком количестве и с какой скоростью от­кладываются в костях. Полученные результаты сравнива­ли с результатами опытов, проведенных на здоровых жи­вотных. Смотрели, устраняет ли добавление витамина D к пище те изменения в костях, которые отмечались при его недостатке. Такого рода опыты показали, что радиоак­тивность костей у рахитичных животных меньше, чем у здоровых. Это говорит о том, что при рахите в костях уменьшается обмен кальция и фосфора. После того как животным, больным рахитом, давали витамин D, обмен кальция и фосфора у них восстанавливался.

Усиленно изучают при помощи изотопов кальция и фос­фора процессы заживления переломов, образования и рассасывания костной мозоли на месте перелома. Опыты проводились чаще всего на кроликах. Ломали у них кости на одной ноге, затем через разные сроки вводили в орга­низм изотопы кальция и фосфора и исследовали, как эти вещества отлагаются в разных участках кости — на здо­ровой и на сломанной конечности. Методом радиоавтогра­фии можно при этом детально изучать расположение введенного изотопа.

Таким путем удалось обнаружить, что заживление пе­релома сопровождается перестройкой минерального об­мена не только в пострадавшей кости, но и во всем скелете.

Цель этих исследований — найти средства ускорения заживления переломов.

В регуляции роста животных участвует так называе­мый гормон роста, вырабатываемый в гипофизе — железе внутренней секреции, расположенной у основания мозга. При удалении этой железы у животных они перестают расти. У человека известны заболевания гипофиза, веду­щие к карликовому или, наоборот, к гигантскому росту. Поэтому важно знать, как действует гормон роста в орга­низме, как он, в частности, влияет на обмен веществ в ко­стях. И здесь на помощь приходят радиоактивные изото­пы фосфора, кальция, серы.

ЖЕЛЕЗО И МАЛОКРОВИЕ. ВИТАМИН B12

В состав человеческого тела входят многие химические элементы. Одни элементы встречаются в организме в боль­ших количествах, таковы, например, водород, кислород, азот, углерод; другие содержатся только в виде следов. Однако эти, как их называют, микроэлементы также со­вершенно необходимы для нормальной жизнедеятельности организма.

К числу таких элементов принадлежит железо — Fe. Во всем теле вряд ли наберется железа на маленький гвоздь, но без него нет жизни.

Железо служит переносчиком кислорода от легких к тканям. Оно входит в состав ферментов, участвующих в дыхании. Красный цвет крови и мышц объясняется тем, что в них имеется железо. В крови железо связано с бел­ком — гемоглобином. Этот белок содержится в красных кровяных шариках, которые образуются в костном мозгу. Небольшое количество железа находится в жидкой части крови — плазме. Там оно связано с другим белком — бета-глобулином.

При недостатке в пище железа развивается малокро­вие: в крови находится меньше красных кровяных шари­ков, и они содержат пониженное количество гемоглобина; доставка кислорода от легких к тканям затрудняется. Так бывает при простейшей форме малокровия пищевого происхождения.

Но иногда малокровие возникает и тогда, когда железа в пище достаточно. Почему? Может быть, железо плохо всасывается в кишечнике? Или красные кровяные шарики быстро разрушаются после образования? Или костный мозг теряет способность их производить? Как все это узнать?

Поиски ответов на эти вопросы сразу облегчились, как только были получены радиоактивные изотопы железа — Fe59 и Fe55. Открылись новые возможности для изучения места, скорости, количества всосавшегося железа, распре­деления его в организме, использования при образовании гемоглобина, судьбы железа после разрушения красных кровяных шариков, выделения железа из организма. Од­ним словом, все, что интересовало ученых и врачей отно­сительно обмена железа в организме животных и чело­века, сделалось доступным изучению с помощью нового «скоростного» изотопного метода.

Вскрылись такие особенности обмена этого элемента, которые без изотопного метода наверняка остались бы тайной. Вот удивительный факт, касающийся всасывания железа. Собаке несколько раз подряд делают кровопускание. Это приводит к малокровию. Организм животного стремится возместить потерю крови. Если в этот период ввести железо с пищей, оно будет усиленно проникать че­рез стенку кишечника в кровь, о чем узнают, сравнивая всасывание железа у здоровой собаки. Выходит, что в ор­ганизме животных действует как бы механизм автомати­ческого регулирования всасывания железа в зависимости от потребности в нем.

Когда железо попадает из кишечника в кровь, а от­туда в ткани и главным образом в костный мозг, то орга­низм бережно сохраняет его. Оно лишь медленно выде­ляется из организма. Поступив в состав красных кровя­ных шариков, атомы железа остаются в них до разруше­ния этих шариков. Освободившиеся из гемоглобина атомы железа также не выкидываются из организма, а исполь­зуются для образования новых молекул гемоглобина.

Эти факты подтвердились при соответствующих наблю­дениях на людях. Оказалось, что у человека при истоще­нии запасов железа в организме, например после кровопотерь, всасывание его из кишечника может увеличиться в 10—30 раз по сравнению с нормой. Повышается всасыва­ние железа и у беременных.

Один американский исследователь измерил у группы студентов-добровольцев скорость исчезновения из плазмы крови введенного радиоактивного железа. Это измерение производилось, когда студенты находились на уровне моря и затем когда они взобрались на одну из горных вершин, на высоту 5000 метров. Высоко в горах скорость исчезнове­ния меченого железа из плазмы крови была втрое выше, чем у моря. И объяснить это нетрудно. Недостаток кислорода приводит к усиленному образованию сложного бел­ка — гемоглобина, который, как уже говорилось, служит в организме переносчиком кислорода от легких к тканям. На образование гемоглобина затрачивается повышенное количество железа, оно быстрее извлекается из плазмы крови и включается в состав гемоглобина красных кровя­ных шариков, усиленно образующихся на высоте в кост­ном мозге.

Полученные сведения об обмене железа в здоровом ор­ганизме способствовали пониманию того, как этот обмен нарушается в больном организме.

Вводя радиоактивное железо больным с различными заболеваниями крови и кроветворных органов, ученые смогли выяснить, в какой стадии нарушается процесс обмена железа при том или ином заболевании: нарушается ли всасывание или использование железа, замедляется ли образование гемоглобина или уменьшается жизнеспособ­ность красных кровяных шариков и ускоряется их разру­шение.

Еще не так давно одним из страшных заболеваний крови считалось злокачественное малокровие. Оно и на­звано было злокачественным потому, что, неизвестно от чего возникая, приводило к смерти. Но это было в прош­лом. В настоящее время злокачественное малокровие — в значительной мере разгаданная и побежденная болезнь. И в победе над этой болезнью существенную роль сыграли меченые радиоактивные атомы.

При злокачественном малокровии, если его не лечить, резко уменьшается число красных кровяных шариков в крови и содержание в них гемоглобина. В желудке, пере­стает выделяться необходимая для пищеварения соляная кислота. Пропадает аппетит, появляется ряд других гроз­ных признаков болезни.

Уже довольно давно врачи убедились в том, что эту болезнь можно лечить, давая больным есть сырую печень. Ясно, что в печени содержится какое-то вещество, которое необходимо для образования красных кровяных шариков. В 1948 году такое вещество было выделено из печени жи­вотных в виде кристаллов. Семь лет потребовалось для того, чтобы выяснить строение вещества. Окончательно это удалось сделать в конце 1955 года. Вещество получило название витамина B12.

В состав витамина B12 входит металл кобальт (Со), придающий красный цвет кристаллам витамина. Для ко­бальта несложно получить его радиоактивные изотопы и пометить ими витамин B12. Подходящими являются изо­топы со сравнительно небольшой продолжительностью жизни — Со56, Со57, Со58; период полураспада этих изо­топов равен соответственно 80, 270 и 72 дням. Соли радио­активного кобальта добавляли к питательной среде, на которой выращивали микробы. При своем размножении микробы захватывали кобальт и включали его в состав образуемого ими витамина B12. Микробы в этом случае были вроде химической фабрички, производящей радио­активный витамин B12. Такой меченый витамин давали в ничтожных количествах (миллионные доли грамма) здо­ровым людям и людям, больным злокачественным мало­кровием или другими заболеваниями, а затем исследо­вали, как витамин всасывается, как он выделяется из ор­ганизма, как поступает в кровь. Было установлено, что всасывание витамина B12, принимаемого через рот, проис­ходит только в том случае, если витамин дается вместе с желудочным соком. В последнем содержится вещество белкового характера, с которым витамин связывается, что является непременным условием для нормального всасы­вания витамина.

При злокачественном малокровии всасывание вита­мина B12 резко нарушается.

Детальные исследования с меченым витамином B12, проведенные в самое последнее время многими учеными, помогли разобраться в происхождении злокачественного и некоторых других видов малокровия, возникающих из-за недостаточного поступления в организм витамина B12. Практическим следствием этого было открытие новых спо­собов лечения заболеваний крови.

В тканях и органах животных содержатся многие эле­менты в ничтожных количествах. Ученые часто задумыва­лись над вопросами: какова их физиологическая роль? Не является ли присутствие в тканях таких микроэлемен­тов случайным? Например, нужно ли, чтобы в зубах и ко­стях были следы фтора? Отчего животные, в пище кото­рых нет солей цинка, перестают расти? Почему много бро­ма в гипофизе?

Все эти, как и многие другие вопросы, относящиеся к значению микроэлементов в организме, уже давно интересовали биохимиков и физиологов, прежде всего, потому, что с недостатком или избытком микроэлементов в орга­низме связано возникновение ряда болезней человека и животных.

Почти у всех микроэлементов нашлись подходящие для работы радиоактивные изотопы, и теперь учение о ро­ли микроэлементов в живой природе значительно продви­нулось вперед: облегчилось открытие микроэлементов в тканях и органах, более точными стали знания об их рас­пределении в организме и путях выделения из него, во многом прояснилась роль отдельных микроэлементов в процессах жизнедеятельности организмов. Так, в частно­сти, радиоактивный изотоп фтора помог уточнить значе­ние этого элемента в процессе развития кариеса (образо­вания дупла) зубов; радиоактивные изотопы меди пока­зали, что этот элемент необходим для нормального крове­творения и что с расстройством обмена меди связано одно тяжелое нервное заболевание; радиоактивные изотопы цинка и марганца обнаружили, что эти элементы причаст­ны к нормальной деятельности желез внутренней секре­ции, в частности половых желез, и т. д.

ПО СЛЕДАМ МЕЧЕНЫХ ЛЕКАРСТВ И ЯДОВ

Ежегодно в практику медицины входят все новые и но­вые лекарственные вещества. Применению новых ле­карств на людях предшествует большая предварительная работа на животных. Проверяют, как действует вещество на различные органы, в каких количествах оно безопасно и в каких становится ядовитым, как быстро выделяется из организма и т. д.

Теперь эти исследования значительно облегчились. В лекарственное вещество можно ввести радиоактивный изотоп, чаще всего радиоактивные углерод или серу, и сделать его меченым. К разнообразным методам испыта­ний лекарственных веществ добавился метод меченых атомов.

Список меченых лекарственных веществ уже сейчас насчитывает много десятков названий, и число их мно­жится с каждым днем. В этом списке мы находим как хо­рошо известные медицине лекарства, так и те, которые только входят в лечебную практику. Ограничимся одним примером исследований подобного рода.

Недавно лечение некоторых психических болезней ста­ли с успехом проводить новым лекарственным препара­том — аминазином. Но у врачей возникало много вопро­сов: как лучше вводить этот препарат, сколько его всасы­вается при введении через рот, где накапливается препа­рат в организме, как долго он в нем остается, в какой форме выделяется.

Научный работник Н. А. Федоров получил аминазин, в состав которого входили атомы радиоактивной серы. Ме­ченое лекарство он вводил (через рот, подкожно или внут­ривенно) крысам, собакам, кроликам и затем через раз­ные сроки проверял при помощи счетчика наличие в тка­нях и органах радиоактивного аминазина. Как оказалось, аминазин потому обладает слабым действием при введе­нии через рот, что в этом случае его мало поступает в тка­ни, в том числе и в мозг. Печень не пропускает лекарство в общий ток крови и возвращает его с желчью обратно в кишечник, откуда оно выбрасывается из организма. Толь­ко при помощи меченых атомов было найдено, что ткань легких обладает особым сродством к этому лекарству, а в мозгу оно распределяется неравномерно и быстрее всего захватывается корой головного мозга.

Способы введения метки в лекарственные препараты весьма разнообразны и подчас очень сложны. Например, для того чтобы пометить пенициллин, грибок, который об­разует этот антибиотик, выращивают на питательной сре­де, содержащей радиоактивную серу. Чтобы пометить не­которые лекарства, употребляемые для лечения болезней сердца, растения, из которых добываются эти лекарства, выращивают в атмосфере, содержащей радиоактивную углекислоту.

Изотопный метод оказался полезным и для токсиколо­гии — науки, занимающейся изучением действия ядови­тых веществ на организм. Значительно проще стало те­перь получать ответы на вопросы, проникает ли тот или иной яд через поврежденную и неповрежденную кожу, как быстро ядовитые газы поступают из легких в кровь, обез­вреживается ли яд в организме. Подобные исследования раскрывают механизм отравлений и тем самым облегчают поиски противоядий.

МЕЧЕНЫЕ МИКРОБЫ, КОМАРЫ И МУХИ

Насколько разнообразны способы использования ра­диоактивных изотопов в медицине, можно видеть также из того, что изотопами метятся микробы и насекомые. Как это делается?

Многие виды микробов, вызывающие такие тяжелые заболевания человека, как туберкулез, дизентерия, бру­целлез и другие, разводят на питательной среде, к которой добавляют радиоактивные изотопы, входящие в состав солей или более сложных соединений, например амино­кислот. Размножаясь, микробы захватывают радиоактив­ные атомы, идущие на построение их тела, и сами стано­вятся радиоактивными. Такие микробы вводят подопыт­ным животным и исследуют, в каких органах и как быстро накапливаются радиоактивные микробы, как они переме­щаются в организме.

Чтобы быть уверенным, что радиоактивная метка ос­тается в организме связанной с микробами, а не отдели­лась от них, поступают так: выращивают микробы на сре­де, содержащей радиоактивные изотопы, различающиеся между собой по характеру излучения или по периоду по­лураспада. Например, выращивают микробы на питатель­ной среде, к которой добавляют радиоактивный фосфор и радиоактивную серу. Тогда микробы становятся дважды меченными. Если метка прочная, то соотношение между излучением изотопов фосфора и серы остается в организ­ме таким же, как и в микробах до их введения в организм.

Такого рода исследования весьма ценны для выясне­ния путей возникновения заразных болезней. Этой же цели служат исследования, где изотопный метод приме­няют для изучения, при каких условиях возникает невос­приимчивость к заразным болезням.

Как известно, человек, переболевший корью, скарла­тиной, тифом и другими заразными болезнями, как пра­вило, невосприимчив к повторному заражению. В крови его образуются особые вещества белковой природы, кото­рые предупреждают развитие болезни. Медицина разра­ботала уже много способов искусственного создания не­восприимчивости — иммунитета — к заразным болезням. Так, каждому человеку в первые же месяцы его жизни делают прививки против оспы; в дальнейшем производят прививки и против других заразных болезней.

Меченые атомы теперь помогают установить, как раз­вивается невосприимчивость к заразным болезням, с ка­кой скоростью и из каких составных частей образуются в организме вещества белковой природы, которые препят­ствуют развитию заразной болезни.

Цель таких исследований — найти наиболее действен­ные средства борьбы с заразными болезнями, способы их предупреждения.

Меченые атомы используются также для изучения об­мена веществ в микробной клетке. Значение таких иссле­дований станет ясным, если вспомнить, что с жизне­деятельностью микробов связаны целые отрасли про­мышленности, например пивоваренная, спиртовая и ряд Других.

Метить радиоактивными атомами можно не только микробы, но и переносчиков этих микробов: мух, комаров и других насекомых. С помощью счетчика можно следить за всеми передвижениями таких насекомых и узнать, как далеко, в каких направлениях они могут разлетаться с мест размножения. Можно решать и многие другие во­просы, например, касающиеся роли насекомых в переносе заразных болезней, поисков простых и дешевых средств уничтожения вредных насекомых и т. д.

Такого рода исследования ведутся и у нас, и за ру­бежом.

***

В нашем кратком изложении по необходимости не ос­вещены все области применения радиоактивных изотопов в теоретической медицине, задачей которой является подведение научного фундамента под все здание меди­цины. Но и из того, о чем рассказывалось на предыдущих страницах, можно заключить, что изотопный метод — это не просто новый технический прием постановки научного эксперимента.

Изотопный метод позволил значительно расширить наши знания об общих закономерностях течения жизнен­ных процессов.

И самое главное и ценное, чем ознаменовалось приме­нение изотопного метода в биологии и экспериментальной медицине,— это накопление неопровержимых доказа­тельств правильности понимания значения и сущности процессов обмена веществ в животном и растительном организме с позиций диалектического материализма.

Так атомная энергия в ее приложении к биологии и ме­дицине служит торжеству идей, которые вдохновляют пе­редовых ученых.