Минералогия в медицине

Минералогия и используемые ею методы исследования вещества получают все боль­шее развитие при изучении анатомии и физиологии человека и в медицине. Это одно­временно и прикладная минералогия, и часть теоретических и практических изыска­ний биологов, медиков и фармацевтов. Бытуют термины "биологическая минерало­гия" , " медицинская минералогия", они образно показывают развивающиеся связи ме­жду профессиональными интересами биологов, медиков и минералогов. Сознательно остерегаясь дать в этом сайте излишнюю информацию о том, что касается здоровья человека, осторожно наметим только основные направления и дадим лишь некоторые примеры* результатов таких исследований.

Минералоподобные вещества в организме человека. Главными из этих ве­ществ являются фосфаты (табл. 51).

Кости человека среднего возраста состоят приблизительно на 70% из фосфата каль­ция, на 30% — из органического вещества. Фосфат кальция либо аморфен, либо обра­зует мельчайшие призматические кристаллы длиной до 100 нм. Органическое ве­щество костной ткани — это различные коллагены, жиры, мукопротеины и другие соединения. Вместе с органическим веществом такие кристаллы слагают, выстраи­ваясь цепочкой, волокна костной ткани. У новорожденных и детей часть фосфат­ного вещества аморфная, с возрастом оно постепенно все более раскристаллизовы-вается,

размер кристаллов растет, а доля органического вещества в составе воло­кон костной ткани уменьшается, волокна теряют эластичность, кость становится более хрупкой. Состав кристаллического фосфата кальция костной ткани точно не установлен. Он может быть выражен формулой Саю(Р04)4(СОзОН)2(ОН)2 или Са1о-о,5п(Р04)б-п(СОз)п(ОН)2 • пЩО. По составу и свойствам он является как бы биогенным аналогом апатита, но в его кристаллической структуре часть тетраэдров (Р04)3~ замещается группами (СОзОН)3~ или (СОз)2- при росте кристаллов в био­логической среде — организме человека. Главной кристаллической фазой в веществе хрящей опять-таки является биогенный фосфат — аналог апатита, он слагает до 5% объема хрящей.

Эмаль зубов состоит на 96%, а дентин —на 70% из биогенного аналога апатита, остальной объем ткани сложен белковыми веществами — амиогенином и энамелином. Эмаль как бы собрана из призм, скрепленных этими белковыми соединениями. В свою очередь, каждая призма представляет собой субпараллельный агрегат шестова-тых кристалликов биогенного "апатита", погруженных в белковое вещество (рис. 249). Имеются сведения о тонких особенностях химического состава фосфата кальция в зубах. Так, в зубах эмали людей, живущих в районе Неаполя, содержится примесь фтора (видимо, происходит изоморфизм по схеме ОН <— Р). У пациентов же из районов к северу от Неаполя фтора в зубах не обнаружено. Их зубы были более подвержены кариесу.

Отолиты-" песчинки" (ушные камни) в вестибулярном аппарате человека являются мельчайшими кристалликами биогенного карбоната кальция. Есть указания на то, что в шишковидной железе имеется " мозговой песок" — это мельчайшие включения биогенного аналога апатита.

Таблица 51. Кристаллические фосфаты в тканях человека (по Le Geros, 1984)

Вещество	Химическая формула	Местонахождение
Аналог	(Са^а, 8г,РЬ,К)10	Эмаль, дентин,
апатита	(Р04,С03ОНС03)6(ОН2) пН20	кости, слюнные
		камни, зубной
		камень, мочевые
		камни, обизвествление
		мягких тканей
		(в опухолях,
		суставах)
Аналог	Са3(Р04)2	Слюнные камни,
витлокита		зубной камень,
		обизвествление
		легких и других
		тканей при
		туберкулезе,
		хрящей в межпозвон-
		ковых дисках
		и трахее
Октафосфат	Са8Н2(Р04)6 -5Н20	Зубной камень,
кальция		мочевые камни
Аналог	СаНР04 -2Н20	Зубной камень,
брушита		затвердения
		в старых костях,
		окостенелых хрящах
Пирофосфат	Са2Р207 • 2Н20	Больные суставы
кальция —		при подагре
дигидрат
(монокл.,
трикл.)
Аналог	м§(га4)(Ро4) -6Н2о	Мочевые камни
струвита
Аналог	МвНР04 • зн2о	Мочевые камни
ньюберита
Аморфный	Переменный состав	Невнутренние
фосфат		обизвесткования,
кальция		клапаны в аорте

Рис. 249. Схематическое строение эмалевой призмы (Тгетз, 1970).

1 — неминерализованное меж-призменное пространство; 2— кристаллики гидроксилапатита.

Кристаллические фазы в патологически измененных органах. При иссле­довании костей больных, страдавших уровской болезнью (большая голова и короткие конечности у части жителей некоторых районов с особым микроэлементным соста­вом почв и воды), в них обнаружено относительно повышенное (до 0,1% вместо обыч­

ных 0,02%) содержание стронция. При Б-авитаминозе оно увеличивается в 40 раз. В костях детей, больных рахитом, отлагаются в качестве микроэлементов бериллий, магний, марганец. И эти металлы и стронций входят как изоморфные компоненты в состав биогенного фосфата костей, возможно, тем самым вызывая отклонения в росте кристаллитов этого вещества в волокнах костной ткани.

В некоторых злокачественных опухолях паци­ентов обнаружены агрегаты кристаллитов био­генного "апатита" размером до 2 см. В

обизвест-кованных легких больных туберкулезом главны­ми кристаллическими фазами являются биоген­ные аналоги апатита и витлокита /?-Саз(Р04)2-Известен случай крустификации (обрастания) тканей сердца апатитоподобным фосфатом каль­ция (рис. 250).

Мочевые камни, камни в почках, печени, желч­ном пузыре, трахее, наросты в аортах образова­ны различными аморфными и кристаллическими фазами, в разных органах это фосфаты, карбо­наты, оксалаты либо ураты. Их много. Среди них есть прямые аналоги минералов, тождественные с ними по химическому составу, структуре, мор­фологии кристаллов. При росте камней устана­вливаются те же признаки образования конкре­ций, ритмично-зональных агрегатов, геометриче­ского отбора, расщепления кристаллов, друзо-вого роста, которые обычны для минералов в при­роде.

Минералы внешнего происхождения (экзогенные) в организме человека. Эти минералы попадают в дыхательные органы человека из воздуха. Среди них наибо­лее опасны тальк, каолинит, кварц, волокнистые (асбестовидные) амфиболы и серпен­тин, поскольку они вызывают силикоз и другие болезненные явления в дыхательных путях и легких. Тончайшая пыль кварца забивает альвеолы, а волоконца асбестов рвут и протыкают их, как иголки. Особо опасен амфиболовый асбест, так как его волокна очень остры и упруги.

Использование минералов в пище, в гигиенических и лечебных целях. Безусловно, первым, но не единственным примером минералов, используемых в пище, является галит ЫаС1

Другой пример — это барит Ва804. А. Е.Ферсман назвал барит "самым съедобным минералом" —он входит как инертный наполнитель в рецептуру шоколадных масс для изготовления конфет и кондитерских изделий.

Общеизвестно применение тонкоперетертого талька в качестве детских присыпок. Он входит также в рецептуру разных косметических средств и парфюмерных изделий. Чистая монтмориллонитовая глина является хорошим природным моющим средством, а ее сухой порошок очищает желудок от бактерий. При лечении артрозов и других болезней суставов используется бишофит.

Есть достаточно много лекарств от внутренних и наружных болезней, в рецептуру которых входят минералы. Особо большой опыт использования минералов в лечебных целях накопила традиционная медицина в Тибете и Внутренней Монголии. В древ­них китайских источниках 100-180 гг. указано около 365 лекарств, из них 46 (т.е. 12%) названы минералами. Из 424 лекарств, рецептура которых приведена в сайте "Традиционная китайская фармакология", 23 лекарства (т.е. 5,4%) готовятся

Рис. 250. Рентгеновский сни­мок сердца человека, ткани ко­торого покрыты апатитоподоб­ным веществом (Le Geros, 1984).

на основе минералов. Важно, однако, понимать, что врачи нередко пользуются воль­ным толкованием понятия "минерал", часто далеким от его современного значения в минералогии. Подчас любая природная соль или твердое вещество неорганического происхождения называется минералом в соответствии с традициями далекой старины, когда в 1820-х годах Й.Берцелиус разделил всю химию на органическую и минераль­ную. Непрофессионально с точки зрения минералога используется и пришедшая из древних книг диагностика целебных минералов. Например, как одно из наиболее упо­требимых лекарств традиционной медицины Внутренней Монголии современная ки­тайская публикация на эту тему называет каламин. Как известно, каламин — это старое название гидросиликата цинка (гемиморфита) Zn4(Si207)(OH)2 • Н2О. Но в описании лекарства сказано, что "каламин — это вид смитсонита из семейства при­родных карбонатов группы кальцита", т. е. имеется в виду 2п(СОз). Очень трудно, но важно выявлять такие двойственные трактовки наименований целебных минералов, не совпадающие с толкованием этих же терминов в современной минералогии.

Традиционная медицина Тибета и Внутренней Монголии использует и сейчас много лекарств и целебных средств из минералов. Лекарства из одних и тех же минералов готовятся в разных местностях по-разному и индивидуально для каждого больного.

Методы исследования. Изучение минералоподобных веществ, извлеченных из организма человека, ведется разными методами. Диагностика выполняется по опти­ческим свойствам (исследования ведутся в шлифах и иммерсионных препаратах с по­мощью петрографического микроскопа), методом рентгенофазового анализа и по хи­мическому составу (выполняются разные виды химических и спектральных анализов). Делаются термовесовые анализы, изучаются люминесцентные свойства, инфракрас­ные спектры, определяются плотность и другие физические свойства.

Для студента, заинтересовавшегося рассмотренными здесь проблемами, будет по­лезен краткий обзор Д. Мак-Конелла "Биогенные минералы (минералы в организме человека и животных)" в "Минералогической энциклопедии" (Л., 1985). Очень инфор­мативна монография А. А. Кораго "Введение в биоминералогию" (СПб., 1992), просты по содержанию, но интересны книги Б. И. Сребродольского "Биологическая минерало­гия" (Киев, 1983) и В.И.Катковой "Мочевые камни: минералогия и генезис" (Сык­тывкар, 1997).