Ксеноновый-механизм-наркоза-в-свете-последних

КСЕНОНОВЫЙ МЕХАНИЗМ НАРКОЗА
В СВЕТЕ ПОСЛЕДНИХ ДОСТИЖЕНИЙ НАУКИ
Довгуша В.В., Довгуша Л.В.
В медицине и биологии человек должен использовать как естественную инертность
благородных газов, так и вынужденную их реакционную способность. В первую очередь –
RИзучение
электронной структуры оболочек инертных газов, и в первую очередь, KR и Хе с
позиций квантовой механики подсказывает, что KR и Хе способны вступить в реакции и
даже без участия фтора. А о реакциях при фазовых переходах, тем более биофизических
реакциях, говорится уже давно (тот же наркоз инертными газами и т.д.).
С 1962 года получено более 150 химических соединений Хе, KR, Ra с фтором,
кислородом, водородом, азотом, хлором.
Отличие молекулы воды от всех других соединений в том, что в воде каждый протон
примерно одинаково принадлежит двум атомам кислорода соседних молекул воды.
В воде всегда имеются ионы обоих знаков заряда.
Деформируемость атома ксенона в 20 раз больше, чем у атома гелия.
Молекулы воды обладают большим сродством к электрону. Причина этого та же,
из-за которой образуются водородные связи, а именно, в молекуле H2O ковалентные
электроны, общие для атомов водорода и кислорода, находятся большую часть времени
между этими атомами. В результате ядра атомов водорода в молекуле воды как бы оголены с
одного бока от электронных облаков. К этим положительным зарядам и притягиваются
посторонние электроны извне. Когда молекула H2O находится в плотном окружении других
молекул воды, то это спаренные электроны других молекул воды, образующие водородную
связь.
Известно, что чистая вода, не содержащая микроорганизмов, при облучении её
ультразвуком слегка светится в темноте (сонолюминесценция - звукосвечение). Э. Харви
(1939) высказал предположение (сейчас общепризнанное), что эмиссия света под действием
ультразвука осуществляется внутри газонаполненных кавитаустойчивых пузырьков.
Было
установлено,
что
инертные
газы,
растворенные
в
воде,
усиливают
люминесценцию в ней. При этом степень их влияния зависит от атомной массы газа,
уменьшаясь от: Хе > KR > AR > Ne > Не.
За 5-10 соударений между молекулами инертных газов в газовой фазе происходят
процессы передачи энергии возбуждения от благородных газов к молекулам воды и
дополнительному образованию ионов (Н2О) и др. Обратные процессы передачи возбуждения
от молекул воды к атомам газов не могут идти, т.к. энергия возбуждения молекул Н2О
меньше, чем энергия возбуждения атомов газов.
Радикалы и ионы являются довольно устойчивыми частицами и, при отсутствии
столкновений с другими молекулами и радикалами, способными реагировать с ними, могут
существовать довольно долго. А вот возбужденные молекулы, в первую очередь Н2О*, сами
по себе неустойчивы. Примерно через 10-9 сек они возвращаются в невозбужденное
состояние, либо рассеивая энергию возбуждения при столкновении с другими частицами в
виде колебательной (тепловой) ИК энергии, либо спонтанно излучая энергию возбуждения в
виде
фотонов.
Это
излучение
близкое
к
300
нм
вносит
основной
вклад
в
сонолюминесценцию в воде.
Согласно квантово-химическим расчетам возможность получения гидридов инертных
газов в полостях молекул воды представляется реалистической.
Ксенон слабо растворим в воде (85 см3/л при 37 °С). В 100 мл воды при t 20 °С
растворяется:
гелия - 0,86 мл
неона - 10 мл
аргона - 3,3 мл.
Растворимость в одном литре Н2О при 0 °С мл: Не - 10; AR -60; Хе - 500.
Гидраты тяжелых инертных газов более прочные. Видимо, эффект связан с различием
в поляризуемости атомов инертных газов, а также с их размерами.
Исследователи из Хельсинки Петтерсон М., Лунделл Я., Рассанен М. (1995) получили
(после лазерного фотолиза) соединение инертного газа НХеН (дигидридксенон) – только
ксенон и водород, никаких сильных окислителей. Молекула НХеН возникает в результате
реакций подвижных атомов водорода. Когда два атома водорода сближаются настолько, что
между ними остается лишь один атом ксенона, вместо привычной рекомбинации с
образованием Н2 возникает молекула нового соединения.
Конечно, наличие ковалентной связи Хе-Н делает свойства нового соединения совсем
иными и в гораздо большей мере сближает его с новой семьей гидридов инертных газов.
Однако, для биологических реакций необязательно наличие ковалентной связи.
Достаточно ионной, водородной или ван-дер-ваальсовой.
Атом водорода при колебаниях Хе-Н может смещаться очень далеко, что
свидетельствует о возможности образования ионной связи.
Все молекулы (НХеН, НХеОН и др.) метастабильные, богатые энергией. Разложение
этих молекул ведет к возникновению водорода, ксенона и воды. Согласно расчетам энергия
диссоциации этих молекул находится между 0,4 и 1,5 эВ (от 9 до 35 ккал/моль). Это
означает, что такие временные соединения в принципе вполне могут быть устойчивыми при
комнатной температуре.
2
В течение 5 лет группа М. Рассанена получила целую серию гидридов Хе, в том числе
НХеОН (ОН обладает высоким сродством к электрону). Ещё это соединение интересно тем,
что с формальной точки зрения представляет собой продукт внедрения атома Хе в молекулу
воды.
1,86
Н
Н
Хе
1,86
6
Н
Н
Хе
1,73
Н
Н
2,21
О
Н
0,96
Н
Молекула обладает большим дипольным моментом.
Этими же авторами получена молекула НХеОХеН, которая также содержит молекулу
воды и два атома ксенона. Схематично эту формулу можно представить в виде:
О
Н
Хе
Хе
Н
Н
Н
Молекула также обладает большим дипольным моментом благодаря двойной относительной
атомной массе ксенона (131,1 х 2 = 262,2). Это самый простой кластер инертного газа.
Не в этом ли механизме заключено биологическое действие инертных газов, которые
просто внедряются в водородную сетку жидкой воды, уплотняя (утяжеляя) её структуру.
В составе водородной сетки могут быть гидриды инертных газов, таких как НХеН,
НХеОН, НХеОХеН и другие аналогичные, что предопределяет широкий спектр водных
структур биологических жидкостей с встроенными молекулами.
Какие же физико-химические характеристики могут способствовать растворению
(взаимодействию) инертного газа в водных структурах биологических жидкостей и
возникновению наркоза?:
1. Атомная масса - она у ксенона более чем в 4 раза больше, чем у азота(N2).
2. Радиус атома (радиус взаимодействия) - у ксенона почти в 1,5 раза больше, чем у
азота.
3
3. Потенциал ионизации первых пяти внешних электронов - у ксенона он наименьший.
4. Энергия возбуждения электронов у ксенона в два раза меньше, чем у неона.
5. Сродство к электрону.
6. Средняя и относительная поляризуемость в 2,5 и в 20 раз у ксенона больше, чем у
азота и гелия соответственно.
7. Электроотрицательность абсолютная - у ксенона наименьшая.
8. Степени окисления - имеются только у криптона и ксенона.
9. Атмосферное давление, повышенная концентрация, при которых возникает наркоз:
у ксенона при нормальном давлении (0,1 МПа), у азота в шесть раз больше (0,6 МПа).
10.Содержание инертного газа в теле человека весом 70 кг при наступлении наркоза (л)
- у ксенона наибольшее.
11.Содержание в водосодержащих средах (л) у ксеноа в 2-4 раза больше, чем у азота и
др. газов.
Таким
образом,
впервые
представляются
новые
предпосылки
возникновения
ксенонового наркоза в свете его непосредственного взаимодействия с водными структурами
биологической жидкости.
4