Титан достаточно инертен, чтобы не взаимодействовать с живыми тканями и не окисляться в организме, но иногда ему не хватает прочности. В среднем титановые протезы нужно заменять каждые 10 лет из-за износа. Поэтому перед учеными стояла задача найти другой, более прочный и в то же время биосовместимый материал.

Эксперименты со сплавами титана с серебром и медью, которые проводились раньше 2016 года, показывали неплохие результаты, однако исследователи предположили, что если использовать в сплаве металл, по свойствам сходное с медью или серебром, но при этом с большей атомной массой, сплав окажется прочнее. Выбор остановили на золоте: оно давно применяется в протезировании.

Руководитель исследования, профессор Эмилия Моросан (Emilia Morosan) из университета Райса в Хьюстоне, Техас сообщила, что открытие было сделано в ходе изучения магнитов из титана и золота. Чтобы проверить вещества на примеси, сотрудникам лаборатории нужно было получить из образцов металлическую пудру. В случае с Ti3Au это не удалось: алмазная терка не справилась со сплавом. После ряда экспериментов удалось выявить идеальное соотношение металлов в сплаве. В результате получился металл вчетверо более прочный, чем те, что сейчас используются в производстве протезов.

История цианидов уверенно прослеживается практически от первых дошедших до нас письменных источников. Древние египтяне, например, использовали косточки персика для получения смертельно опасной эссенции, которая в экспонирующихся в Лувре папирусах называется просто «персиком».

Персик, как и еще две с половиной сотни растений, среди которых миндаль, вишня, черешня, слива, относится к роду сливы. В косточках плодов этих растений содержится вещество амигдалин — гликозид, прекрасно иллюстрирующий понятие «летальный синтез». Этот термин не совсем корректен, более правильно было бы назвать явление «летальным метаболизмом»: в его ходе безобидное (а иногда даже полезное) соединение под действием ферментов и других веществ расщепляется до сильнодействующего яда. В желудке амигдалин подвергается гидролизу, и от его молекулы отщепляется одна молекула глюкозы — образуется пруназин (некоторое его количество содержится в косточках ягод и фруктов изначально). Далее в работу включаются ферментные системы (пруназин-β-глюкозидаза), которые «откусывают» последнюю оставшуюся глюкозу, после чего от исходной молекулы остается соединение манделонитрил.

По сути, это метасоединение, которое то склеивается в единую молекулу, то снова распадается на составляющие — бензальдегид (слабый яд с полулетальной дозой, то есть дозой, вызывающей гибель половины членов испытуемой группы, DL50 — 1,3 г/кг массы крысиного тела) и синильную кислоту (DL50 — 3,7 мг/кг массы крысиного тела). Именно эти два вещества в паре обеспечивают характерный запах горького миндаля.

В медицинской литературе нет ни одного подтвержденного случая смерти после поедания персиковых или абрикосовых косточек, хотя и описаны случаи отравления, требовавшие госпитализации. И этому есть достаточно простое объяснение: для образования яда нужны только сырые косточки, а их много не съешь. Почему сырые? Чтобы амигдалин превратился в синильную кислоту, необходимы ферменты, а под действием высокой температуры (солнечные лучи, кипячение, жарка) они денатурируются. Так что компоты, варенье и «каленые» косточки совершенно безопасны. Чисто теоретически возможно отравление настойкой на свежей вишне или абрикосах, поскольку денатурирующих факторов в этом случае нет. Но там в действие вступает другой механизм обезвреживания образующейся синильной кислоты, описанный в конце статьи. 

Цвет небесный, синий цвет

Почему кислота называется синильной? Цианогруппа в сочетании с железом дает насыщенный ярко-синий цвет. Самое известное соединение — берлинская лазурь, смесь гексацианоферратов с идеализированной формулой Fe7 (CN)18. Именно из этого красителя в 1704 году был выделен циановодород. Из него же получил чистую синильную кислоту и определил ее структуру в 1782 году выдающийся шведский химик Карл Вильгельм Шееле. Как гласит легенда, четыре года спустя, в день своей свадьбы, Шееле скончался за рабочим столом. Среди окружавших его реактивов была и HCN.

Эффективность цианидов для точечного устранения противника во все времена манила военных. Но масштабные эксперименты стали возможными только в начале XX века, когда были разработаны методы производства цианидов в промышленных количествах.

1 июля 1916 года французы в боях у реки Соммы впервые применили цианистый водород против немецких войск. Однако атака провалилась: пары HCN легче воздуха и быстро улетучивались при высокой температуре, так что «хлорный» фокус со стелющимся по земле зловещим облаком повторить не удалось. Попытки утяжелить циановодород треххлористым мышьяком, хлорным оловом и хлороформом не увенчались успехом, так что о применении цианидов пришлось забыть. Точнее, отложить — до Второй мировой.

Немецкая химическая школа и химическая промышленность в начале XX века не знали себе равных. На благо страны работали выдающиеся ученые, в том числе нобелевский лауреат 1918 года Фриц Габер. Под его руководством группа исследователей свежесозданного «Немецкого общества борьбы с вредителями» (Degesch) модифицировала синильную кислоту, которая с конца XIX века использовалась в качестве фумиганта. Чтобы снизить летучесть соединения, немецкие химики использовали адсорбент. Перед применением гранулы следовало погрузить в воду, чтобы высвободить накопленный в них инсектицид. Продукт получил название «Циклон». В 1922 году Degesch перешла в единоличное владение компании Degussa. В 1926 году на группу разработчиков был зарегистрирован патент на вторую, весьма успешную версию инсектицида — «Циклон Б», отличавшийся более мощным сорбентом, наличием стабилизатора, а также ирританта, вызывавшего раздражение глаз — чтобы избежать случайного отравления.

Между тем Габер активно продвигал идею химического оружия еще со времен Первой мировой, и многие его разработки имели чисто военное значение. «Если солдаты на войне умирают, то какая разница — от чего именно», — говорил он. Научная и деловая карьера Габера уверенно шла в гору, и он наивно полагал, что заслуги перед Германией давно сделали его полноправным немцем. Однако для набиравших силу нацистов он был прежде всего евреем. Габер стал искать работу в других странах, но, несмотря на все его научные заслуги, многие ученые не простили ему разработку химического оружия. Тем не менее в 1933 году Габер с семьей уехал во Францию, потом в Испанию, потом в Швейцарию, где и умер в январе 1934 года, к счастью для себя не успев увидеть, для каких целей нацисты использовали «Циклон Б».

Фриц Габер (в центре)

Пары синильной кислоты не слишком эффективны как яд при вдыхании, зато при употреблении внутрь ее солей DL50 — всего 2,5 мг/кг массы тела (для цианида калия). Цианиды блокируют последний этап передачи протонов и электронов цепью дыхательных ферментов от окисляемых субстратов на кислород, то есть останавливают клеточное дыхание. Процесс этот небыстрый — минуты даже при сверхвысоких дозах. Но кинематограф, показывающий быстрое действие цианидов, не врет: первая фаза отравления — потеря сознания — действительно наступает через несколько секунд. Еще несколько минут длится агония — судороги, подъем и падение артериального давления, и лишь потом наступает остановка дыхания и сердечной деятельности.

При меньших дозах можно даже отследить несколько периодов отравления. Сначала горький привкус и жжение во рту, слюнотечение, тошнота, головная боль, учащение дыхания, нарушение координации движений, нарастающая слабость. Позже присоединяется мучительная одышка, кислорода тканям не хватает, так что мозг дает команду на учащение и углубление дыхания (это очень характерный симптом). Постепенно дыхание угнетается, появляется еще один характерный симптом — короткий вдох и очень длинный выдох. Пульс становится более редким, давление падает, зрачки расширяются, кожа и слизистые розовеют, а не синеют или бледнеют, как в других случаях гипоксии. Если доза несмертельная, этим все и ограничивается, через несколько часов симптомы исчезают. В противном случае наступает черед потери сознания и судорог, а затем возникает аритмия, возможна остановка сердца. Иногда развивается паралич и длительная (до нескольких суток) кома. 

Не лечит, а калечит!

Амигдалин пользуется популярностью у околомедицинских шарлатанов, называющих себя представителями альтернативной медицины. С 1961 года под маркой «Лаэтрил» или под названием «Витамин В17» полусинтетический аналог амигдалина активно продвигается как «средство для лечения рака». Никакой научной основы под этим нет. В 2005 году в журнале Annals of Pharmacotherapy был описан случай тяжелого отравления цианидами: 68-летний пациент принимал «Лаэтрил», а также гипердозы витамина С, рассчитывая на усиление профилактического эффекта. Как оказалось, подобное сочетание ведет ровно в противоположную от здоровья сторону.

Цианиды имеют очень высокое сродство к трехвалентному железу, именно поэтому они устремляются в клетки к дыхательным ферментам. Так что идея «подсадной утки» для яда витала в воздухе. Первыми ее реализовали в 1929 году румынские исследователи Младовеану и Георгиу, которые сначала отравили собаку смертельной дозой цианида, а затем спасли ее внутривенным введением нитрита натрия. Это сейчас пищевую добавку Е250 шельмуют все, кому не лень, а животное, между прочим, выжило: нитрит натрия в связке с гемоглобином образует метгемоглобин, на который цианиды в крови «клюют» лучше, чем на дыхательные ферменты, за которыми еще нужно пробраться внутрь клетки.

Нитриты окисляют гемоглобин очень быстро, так что один из самых эффективных антидотов (противоядий) — амилнитрит, изоамиловый эфир азотистой кислоты — достаточно просто вдохнуть с ватки, как нашатырный спирт. Позже выяснилось, что метгемоглобин не только связывает циркулирующие в крови цианид-ионы, но и разблокирует «закрытые» ими дыхательные ферменты. В группу метгемоглобинообразователей, правда, уже более медленных, входит и краситель метиленовый синий (известный как «синька»).

Есть и обратная сторона медали: при внутривенном введении нитриты и сами становятся ядами. Так что насыщать кровь метгемоглобином можно лишь при строгом контроле его содержания, не более 25−30% от общей массы гемоглобина. Есть и еще один нюанс: реакция связывания обратима, то есть через некоторое время образовавшийся комплекс распадется и цианид-ионы устремятся внутрь клеток к своим традиционным мишеням. Так что нужна еще одна линия обороны, в качестве которой применяют, например, соединения кобальта (кобальтовая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, гидроксикобаламин — один из витаминов В12), а также антикоагулянт гепарин, бета-оксиэтилметиленамин, гидрохинон, тиосульфат натрия. 

Миндаль и другие

Амигдалин содержится в растениях семейства розоцветных (род слива — вишня, алыча, сакура, черешня, персик, абрикос, миндаль, черемуха, слива), а также в представителях семейств злаки, бобовые, адоксовые (род бузина), льновые (род лен), молочайные (род маниок). Содержание амигдалина в ягодах и фруктах зависит от множества различных факторов. Так, в семечках яблок его может быть от 1 до 4 мг/кг. В свежевыжатом яблочном соке — 0,01−0,04 мг/мл, а в пакетированном соке — 0,001−0,007 мл/мл. Для сравнения: абрикосовые косточки содержат 89−2170 мг/кг.

Но самый интересный антидот намного проще и доступнее. Химики еще в конце XIX века заметили, что цианиды превращаются в нетоксичные соединения при взаимодействии с сахаром (особенно эффективно это происходит в растворе). Механизм этого явления в 1915 году объяснили немецкие ученые Рупп и Гольце: цианиды, реагируя с веществами, содержащими альдегидную группу, образуют циангидрины. Такие группы есть в глюкозе, и амигдалин, упомянутый в начале статьи, по сути представляет собой нейтрализованный глюкозой цианид.

Если бы об этом было известно князю Юсупову или кому-то из примкнувших к нему заговорщиков — Пуришкевичу или великому князю Дмитрию Павловичу, они не стали бы начинять пирожные (где сахароза уже гидролизовалась до глюкозы) и вино (где глюкоза тоже имеется), предназначенные для угощения Григория Распутина, цианистым калием. Впрочем, есть мнение, что его и не травили вовсе, а рассказ о яде появился для запутывания следствия. Яда в желудке «царского друга» не обнаружили, но это ровным счетом ничего не значит — циангидрины там никто не искал.

У глюкозы есть свои плюсы: например, она способна восстанавливать гемоглобин. Это оказывается очень кстати для «подхвата» отсоединяющихся цианид-ионов при использовании нитритов и прочих «ядовитых антидотов». Есть даже готовый препарат, «хромосмон» — 1%-ный раствор метиленового синего в 25%-ном растворе глюкозы. Но есть и досадные минусы. Во-первых, циангидрины образуются медленно, гораздо медленнее, чем метгемоглобин. Во-вторых, они образуются только в крови и только до того, как яд проникнет в клетки к дыхательным ферментам. Кроме того, закусить цианистый калий куском сахара не получится: сахароза не реагирует с цианидами непосредственно, нужно, чтобы сначала она распалась на глюкозу с фруктозой. Так что если вы опасаетесь отравления цианидами, лучше носить с собой ампулу амилнитрита — раздавить в платке и подышать 10−15 с. А потом можно вызвать «скорую» и пожаловаться, что вас отравили цианидами. То-то врачи удивятся!