Современное состояние проблемы рака

Предисловие

ТЕОРИЯ И ФАКТЫ

Такие патологические состояния, как рак, проблемы, связанные с ним, вызывают постоянно растущий интерес со стороны многих медицинских дисциплин, а также немедицинских областей науки. Одним из самых насущных направлений сегодняшней синтетической химии является поиск новых соединений, которые могут оказаться эффективными в борьбе против рака. Физическая химия пытается дать новые объяснения разнообразию процессов, происходящих при раке. Даже математики, предложившие недавно интересное применение квантовой теории к канцерогенезу, нашли свое место в исследованиях в этой области.

С быстрым развитием физических наук у ученого-медика появилась надежда на получение существенной помощи в разрешении трудного задания, стоящего перед ним. Он также стремится использовать прогресс в результатах и методологии иных дисциплин еще по одной причине - для преобразования медицины и исследований в области рака, в частности, из эмпирической науки в позитивную. Как можно более широкое применение в медицинских исследованиях других наук привело к появлению новых методов исследования, дающих интересную информацию. Тем не менее, многие из подобных применений были испытаны, главным образом, потому, что просто оказались в распоряжении ученого, а не по причине того, что представляли недостающее звено в цепи его рассуждений.

Итог нельзя назвать продуктивным. Медицинское знание оказалось недостаточно развитым, чтобы успешно применить лавину новой высокоспециализированной информации, предложенной исследовательскими дисциплинами.

Теоретические основы общего медицинского знания и о раке, в частности, до сих пор не достигли уровня, позволяющего устанавливать связь и интегрировать новые данные. В значительной мере основные концепции и патогенетические проблемы до сих пор даже не сформулированы. Например, когда ученый медик пытается трансформировать новые данные в эффективную методику лечения, он терпит фиаско. Подобная неудача делает очевидной необходимость получения нами патофизиологических основ знания, прежде чем сможем извлечь пользу из имеющихся отдельных данных.

Между тем, естественное развитие исследований в области рака стало задерживаться вследствие отклонения от их логического курса. В то время как тысячи ученых, располагающих почти неограниченными фондами, применяют самые современные методы для получения детальной информации, едва ли предпринимаются попытки решения основных проблем, хотя исследователь в области рака обречен постоянно осознавать нехватку фундаментальных знаний.

Если мы захотим проанализировать указанную ненормальную ситуацию глубже, то найдем свидетельства того, что в основе проблемы лежит также нарушение адекватности связи между двумя факторами, отвечающими за прогресс исследований - идеями и экспериментом.

Так экспериментальный подход обеспечивает получение точной информации относительно определенного феномена при заданных условиях. В то же время аналитический метод пытается исследовать реальность путем распознавания правильного местонахождения частей целого, учитывая, что части уже идентифицированы как таковые в результате проведенного эксперимента. С другой стороны, концептуальный метод не только дает намек на то, что из себя в действительности представляет завершенное целое, но также пытается предугадать свойства и взаимосвязь составляющих его компонентов.

Обращение аналитического метода с высокоспецифичным и сложным субъектом нельзя признать адекватным и самодостаточным. Например, в атомной физике результаты экспериментов выражаются в числах, дающих значения в определенном измеренным физическом количестве. Для завершения анализа мы должны одновременно определить числовые значения, давая характеристику материальным единицам, объектам эксперимента. Это настолько же неуместно, как и определение канонических координат, если прибегнуть к принципам неопределенности Гейзенберга. В современных условиях, учитывая определенный недостаток экспериментальных данных, именно теория должна их восполнить, объяснив неясное.

В других областях также эксперимент до сих пор представляет лишь некоторые исчисляемые величины, представляющие ряд физических объектов. Если бы мы смогли измерить все объекты, то смогли бы аналитически реконструировать физическую реальность полностью. Однако, в случаях, когда ряд объектов не могут быть одновременно определены, такая прямая реконструкция невозможна и эксперименты представляют непрямой подход к тому, что мы рассматриваем как "реальность".

Если для таких высокопозитивных дисциплин, как физические науки, неадекватность аналитического подхода сама по себе очевидна, то еще в большей мере это касается биологии. По признанию Boer и других, условия неопределенности, возможно, в биологии значительно более выражены, чем в физике. Поскольку известно, что эксперименты в биологии приносят лишь фрагментарные и несвязанные результаты, неудивительно, что совершенно очевидна необходимость в этой области синтетического теоретического метода.

В медицине, использующей биологию, нужда в концептуальном подходе еще сильнее. Не подлежит сомнению, что самостоятельное использование указанного подхода в прошлом обнаружило присущую ему слабость. В развитии медицины был период, когда из-за скудости и ненадежности имевшихся данных и большой нужды в выборе хоть какого-то направления разработчик прибегал в значительной мере к силе воображения, заменяя им почти полностью прочие формы исследований.

Большей частью в ответ на значительную долю распространенных ранее "предположений" признание в медицине получил экспериментальный подход. Claude Bernard, почти в одиночку, много сделал, чтобы эксперимент играл заслуженную им роль. Тем не менее, в последующие десятилетия связь теории и эксперимента все более нарушалась. Неуемное возвышение роли эксперимента, ошибочный взгляд, согласно которому голые факты составляют цель исследования, создали совершенно несбалансированный подход. Почти все получаемые данные исследований признавались интересными по существу, а добывание их стало единственной целью многих работ. В сегодняшних научных трудах экспериментальные данные должны сообщаться как таковые, любые намеки на их теоретическое толкование признается нежелательным. Целые поколения ученых воспитывались в вере в сущностную самоценность эксперимента. По мере того, как они применяли эти взгляды в биологических исследованиях, безгранично широко и идеологически неоправданно использовали новые методы, взятые из иных дисциплин, мы получали все больше данных и все меньше идей. Сегодня, к большому своему удивлению, некоторые ученые начинают, наконец, осознавать, что сами по себе данные не продуцируют идей и что прогресс науки без теории невозможен.

Идеи и эксперимент представляют неразрывные части всех научных исследований. Прогресс возможен при достижении равновесия между ними. Необходимо понять, что экспериментальная работа призвана направлять наше мышление, помогать построению новых концепций и доказывать их точность в соответствии с реальностью. Теоретические концепции не должны представлять собой всего лишь "предположения". Они должны приниматься лишь в результате их подтверждения через эксперимент. Эксперимент - это необходимое звено между умственной концепцией и реальностью. Любую нерешенную фундаментальную биологическую проблему следует рассматривать, добиваясь необходимого равновесия между концептуальными взглядами и экспериментом.

Чрезмерное внимание к эксперименту в биологической науке, его применение даже взамен идей, привело с недавних пор к массовым попыткам решать проблему лечения рака путем бездумного скрининга химических агентов. В этом случае эмпиризм достиг своей кульминации. После проведения тестирования десятков тысяч агентов, многие исследователи начинают осознавать никчемность полученных результатов для дела борьбы против рака человека, что, казалось бы, обещавшие эффективность агенты, проявляли таковую лишь в условиях эксперимента на животных. Огромный размах проведенных подобных работ, крах беспорядочного скрининга и возведенного в абсолют принципа эмпиризма привели к осознанию необходимости поиска иных путей решения проблемы лечения рака. Вслед за этим шагом должно последовать непредвзятое осознание того этапа борьбы против рака, на котором мы пребываем. Все больше исследователей, оценивая свои результаты, следуют в сообщениях к коллегам и обществу спокойному тону, к которому всего несколько лет тому назад мало кто прибегал.

Современное состояние проблемы рака

Хирургическое лечение может рассматриваться как достигшее к настоящему времени почти максимума своей эффективности. Благодаря прогрессу оперативной техники и совершенствованию дооперационного и послеоперационного ухода, сегодняшняя хирургия представляется ультрарадикальной. Склонность рака распространяться далеко от места его возникновения сделала хирургическое лечение во многих случаях незаменимым, если ставится цель уничтожения всех злокачественных клеток. Тем не менее, ультрарадикальная хирургия не достаточно увеличила процент излеченных, чтобы оправдать ужасные увечья, особенно при вовлечении лица. За немногими исключениями, хирургическая операция не избавляет пациента от смерти из-за рака, рано или поздно. Так называемый показатель пятилетнего излечения представляет, по меньшей мере, нереалистическую оценку. Многие авторы считают, что даже частота пятилетней выживаемости не улучшается хирургической операцией и что судьба, переживших пятилетний срок после операции, за малым исключением, трагична. Большая часть "излечившихся" от рака умирает от него же.        

Другие недавно вскрытые факты увеличили скептицизм относительно ценности хирургии при раке. Полицентрическое возникновение рака, особенно в случаях, когда поражения отдалены друг от друга, например, при злокачественной меланоме, значительно уменьшают ценность хирургии как средства уничтожения всех раковых клеток. Так было выяснено, что оперировать лимфому бессмысленно. Более того, сейчас известно, что раковые клетки присутствуют в циркулирующей крови. Было обнаружено, что хирургические манипуляции вызывают отток этих клеток в кровь даже из относительно малых первичных опухолей.

В виду приведенных фактов, рак нельзя признать состоянием, для которого хирургия представляет главную надежду. Хирургия представляет лишь средство достижения цели, которое применяют из-за отсутствия альтернативы. Возможно, в будущем она будет востребована в лечении рака для коррекции механических осложнений, таких как кишечная или иная обструкция.

К сожалению, облучение не многим более успешно при оценке отдаленных результатов. Чтобы излечить рак, необходимо, чтобы излучение разрушило все раковые клетки, имеющиеся в организме, причинила минимальный ущерб нормальной ткани. Оказалось, что подобная селективность действия недостижима. Причина этого, возможно, кроется в природе радиационных эффектов. Исследование биологических эффектов облучения, которые будут представлены в данной монографии дальше, показало, что важным аспектом действия радиации является индукция изменений в определенных составляющих организма, главным образом в жирных кислотах. Эти изменения в основном ответственны за благотворные эффекты облучения, однако, в такой же мере, и за нежелательные. Ограниченная способность облучения воздействовать на раковый процесс коренится в природе указанных выше изменений и делает сомнительным качественное улучшение эффективности радиационной методики за счет улучшения самого метода. Достигнутые сегодня результаты свидетельствуют в пользу этого пессимистического прогноза. Недавний опыт применения экстремально высоковольтажного излучения с использованием радиоактивного кобальта и других радиоактивных частиц не позволил достичь значительно лучших результатов, по сравнению с теми, что были получены с менее современными формами радиации двадцать лет тому назад, за исключением сокращения некоторых ближайших вредоносных эффектов со стороны кожи, а также системных. Теперь же, как и раньше, за немногими исключениями, выгоды от применения облучения остаются не более чем временными. Долговременные позитивные эффекты до сих пор отмечаются лишь по отношению к немногим радиочувствительным опухолям.

Что касается изотопов, на которые ученые возлагали большие надежды и потратили миллионы долларов, то результаты также оказались неутешительными. Из тысяч случаев рака разного вида, в лечении которых испробованы изотопы, податливыми оказались только очень небольшое число раков щитовидной железы. Облучение, в не меньшей мере, чем хирургия, не представляет достойного решения проблемы рака не только из-за того, что его преследуют практические неудачи, но вследствие внутренне присущей ему качественной неадекватности.

Учитывая неспособность решить проблему посредством использования хирургии и облучения, ученые обратились к другим направлениям исследований. Существование ряда случаев спонтанной ремиссии привело многих исследователей к надежде, что решить проблему рака можно с помощью соответствующих иммунологических методик. К сожалению, уровень знаний в этой области слишком низок, поэтому значительный успех и не был еще достигнут. Плодотворным обещает быть подход, основывающийся на получении достаточных знаний о комплексных иммунологических процессах, предшествующих раку.

Огромный объем исследований в области рака проведен в последние годы в направлении химиотерапии. Получены данные о том, что многие агенты и группы агентов обнаружили способность влиять на эволюцию рака. Тем не менее, каждый из них имеет ограниченное использование. Результаты лечения отличаются противоречивостью. Даже в случаях, казалось бы, податливых лечению опухолей результаты у разных индивидуумов получены и плохие и хорошие, варьируя даже у одного пациента в разное время. Невозможность объяснить и поправить эти вариации обескуражили многих ученых. Хотя становится очевидным, что источник указанных вариаций кроется в самих пациентах, исследователи стремятся решить эту проблему, проводя поиск агентов, способных действовать независимо от каких-либо межиндивидуальных различий.

Принимая во внимание безнадежность этого подхода, многие исследователи сегодня используют методику скрининга, уже упоминавшуюся и служившую последним средством. Следуя указанному подходу, они отказались от научной концепции, согласно которой основой испытания действенности агента в процессе лечения должна служить фармако-динамическая активность. А это уже исключительно эмпирический подход. В настоящее время все соответствующие химические вещества, а также многие другие, которые будут с этой целью специально синтезированы, должны подвергнуться невыборочному скринингу относительно их действенности на опухоли животных. Единственным основанием проведения подобного тестирования должна служить доступность этих веществ. Мы не будем здесь останавливаться на предположении о том, что в решении проблемы рака более привлекательна традиционная методика, чем сила воображения мозга. К настоящему времени, как и ожидалось большинством критически настроенных исследователей, результаты этого скрининга оказались бесполезными. Проведя тестирование десятков тысяч веществ, исследователи вынуждены признать, что самому подходу свойственен фундаментальный порок. Опыт показал, что агент может быть чудесным образом эффективен по отношению одной опухоли и в то же время совершенно неактивен по отношению к другим. Из десятков тысяч протестированных агентов, менее сотни оказывают действие на опухоли животных. Ни один из них, как оказалось, не имеет значительной ценности при использовании у людей.

Указанные выше результаты еще раз подчеркнули важность факторов, не относящихся к самому агенту. В основе различий, существующих между разными опухолями, лежит один фактор. Другие факторы представлены межвидовыми различиями, внутривидовыми межиндивидуальными различиями, между источниками опухолей, между спонтанными и пересаженными опухолями и, даже, внутрииндивидуальными вариациями в разное время.

Сталкиваясь с указанной ситуацией, некоторые авторы приходили к выводу, что для того, чтобы справиться с большим разнообразием болезней, должно быть разработано не одно, а, по меньшей мере, сотни разных методов лечения.

Осознавая эти обстоятельства, нам казалось, что более реалистичным и логичным подходом была бы попытка понять природу существующих различий и на этой основе предпринять шаги к повышению адекватности лечения. Именно этому подходу мы и следовали в нашей работе.

Мы изучали проблему рака последние тридцать лет с совершенно других позиций, чем это делали другие исследователи. Акцент был сделан на патофизиологическом аспекте рака, на основных изменениях, происходящих у разных пациентов. Главной целью было уяснение роли указанных изменений в податливости рака лечению. Подобный подход, основанный на патофизиологическом аспекте рака, стал возможным благодаря применению более широкого взгляда на природу болезни.

Указанный подход основан на ряде новых концепций. Они касаются,

1) Роли организации в патогенезе этих состояний.

2) Дуалистической систематизации проявлений, связанных с нарушенной и нормальной физиологией.

3) Преобладающим влиянием таких составляющих, как липоиды и химические элементы, в индукции противоположных проявлений.

4) Возможности интегрировать происходящие процессы в систему механизма защиты против вредного влияния, причиняемого окружающей средой.

       Mногие общие и частные патофизиологические проблемы, некоторые из которых касаются рака и иных болезней, анализируются в этих аспектах.

Использование указанного подхода к лечению проистекает из логики его развития. Необходимость разработки индивидуализированного лечения была обусловлена осознанием влияния разнообразных патогенетических факторов, изменяющихся не только от субъекта к субъекту, но даже у одного и того же субъекта в связи с развитием болезни. В противоположность тенденции, используемой для преодоления межиндивидуальных различий при проведении стандартного лечения, "управляемое лечение" использует знание о происходящих разных патогенетических процессах для их коррекции. Возникла необходимость в высокой степени пластичности применяемого лечения.

Как часть этого подхода к лечению выступает необходимость получения более полных сведений о существующих различиях и их интерпретации касательно патогенеза болезни. Поэтому первую задачу составил поиск адекватных аналитических тестов. Задаче проведения анализа состояния "день за днем" отвечает выбор относительно простых и надежных методик. Предложенная ими информация была использована для определения природы агентов, способных с определенной специфичностью, корригировать встречающиеся патологические состояния. Эти две части, распознавание имеющегося состояния и адекватные агенты, конкретизируют указанный подход.

Эти соображения также объясняют, почему недавно разработанное "управляемое лечение" не может быть осмыслено и верно применено без достаточных знаний основ его патофизиологии и фармакологии. Идентичные соображения вынудили нас представить исследование указанного подхода в одном разделе, а не фрагментарно. Лучше всего для достижения этой цели подходит формат монографии. Чтобы еще более улучшить связность представления материала мы изъяли из основного текста большую часть экспериментальных и технических данных, перенеся их в конец текста в виде заметок.

ACKNOWLEDGEMENT

Progress in our research has been made possible only through the day by day cooperation of different groups of co-workers who have contributed years of assiduous work. Many of them are mentioned in the following pages where the research in which they took part is presented. I am deeply indebted to them.

I wish to thank all those friends whose personal efforts or, who through their organizations, have given their material and moral support to the continuation of our research. Special thanks go to Mrs. Sherman Pratt for her tireless efforts on our behalf.

My sincere appreciation to those who have helped me in the preparation of this book, Mr. L. Galton, Mrs. E. F. Taskier and Mrs. H. Kennedy for the editorial work; Mrs. E. F. Taskier for the figures; and Mrs. P. Berger, Mrs. B. Doctors and Mrs. M. Prikasky for the secretarial work.

I wish to gratefully acknowledge Miss Fanny Holtzmann's devoted friendship and help.

 

ГЛАВА 1

Основные концепции организации

Интеллектуальный механизм, используемый человеком для добычи знания, привел его к осознанию существования связей между различными проявлениями, имеющимися в природе. Для построения концептуальных индивидуальностей, которые он идентифицировал в виде отдельных объектов природы, им применялись абстракция и интеграция. Наиболее уместными критериями определения этих сущностей оказались структурные характеристики и динамические свойства. Однако любопытство принуждало человека попытаться распространить это знание для объяснения и увязывания этих объектов; важным средством служил также анализ, разбивавший их на составные части.

В результате подобной аналитической работы пришло осознание фундаментального значения о р г а н и з а ц и и. Таким образом, по мере проведения анализа объекта за объектом, стало очевидным, что их кажущееся невероятное разнообразие, воспринимаемое нашими органами чувств, в реальности, представляют собой результат упорядочения относительно небольшого числа основных элементов - молекул. Более того, анализ показал, что лишь очень малое число химических элементов составляют даже наиболее сложные молекулы; что комбинации менее чем одной сотни элементов, в разных пропорциях и по разному связанных, ответственны за десятки тысяч соединений и многие миллионы объектов. А дальнейший анализ выявил, что сами по себе элементы представляют разные динамические образования, состоящие из всего лишь нескольких, по некоторым гипотезам, только из двух, фундаментальных частиц.

Пристальный анализ природы выявил, что ее богатое разнообразие, в действительности основано лишь на малом числе фундаментальных составляющих, а указанная вариативность обусловлена способом соединения этих компонентов между собой, их организацией в мириады комбинаций.

 

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ

Очевидно, что изучение организации может дать наиболее ценную информацию о природе. И здесь не следует ожидать слишком многого, поскольку кажущееся бесконечное природное разнообразие происходит от организации всего лишь малого числа составляющих, а организация сама по себе может достигаться через небольшое число относительно простых основополагающих моделей. Если это так, то поиск подобных моделей, систематический анализ организации, сравним по усилиям с систематизацией составляющих частей и может представлять первостепенную важность для обеспечения лучшего понимания множества проблем.

Гомотропия и гетеротропия в природе

Пытаясь распознать порядок, существующий в постоянно меняющейся природе, человек стал отмечать в ней некоторые модели, отражающие определенные «законы природы». Как оказалось, часть этих законов действуют при столь широком разнообразии условий, что они должны приниматься в качестве «фундаментальных законов».

В 1824 году Sadi Carnot сформулировал один из них, известный как Второй Закон Термодинамики. Carnot сделал наблюдение, свидетельствовавшее, что в данной системе работа по трансформации термической энергии в механическую совершается лишь в том случае, если тепло уменьшается от высокой температуры к низкой. Используя более общую терминологию, это означает, что завершенная в изолированной системе работа приводит к постепенному исчезновению температурных различий. Clausius считал это фундаментальным принципом и постулировал, что количество энергии, требуемое для совершения работы, всегда имеет тенденцию к максимуму. Это состояние, называемое «максимум энтропии» соответствует усреднению температуры, а также гомогенной дезорганизации. Сначала казалось, что указанный принцип вступает в противоречие с Первым Законом Термодинамики, выражающим правило сохранения энергии. Однако Нelmholtz вскоре удалось продемонстрировать его ценность благодаря наблюдению, что только второй закон способен согласовываться с первым, в связи с невозможностью вечного движения.

В более философском смысле в нашем исследовании мы исходили из того, что, в самом широком толковании Второй Закон Термодинамики может определить фундаментальное направление в сторону аннигиляции любых, существующих в природе, различий через триумф полной однородности. Поскольку Clausius использовал термин «энтропия» для применения оригинального наблюдения Carnot, относящегося к закрытым механическим системам, вероятно, следует избегать неоднозначности, употребляя иной термин для указанной общей тенденции, стремясь к униформизму в его самом широком толковании. Поэтому мы выбрали термин «гомотропия».

Несмотря на имеющуюся теоретически быструю тенденцию в направлении к абсолютному униформизму, или гомотропии, ни одно из подобных финальных состояний до сих пор не было достигнуто. Поэтому следует сделать вывод, что существует некий иной фактор, противодействующий этой тенденции.

Для этого иного фактора мы выбрали термин «гетеротропия». Ему свойственна тенденция поддержания или продуцирования неравенства и, таким образом, сохранения порядка, существующего в природе.

Для логичного и максимально упрощенного уяснения ролей этих двух противоположных фундаментальных тенденций организации природы кажется целесообразным вначале изучить их действие на одной из самых простых и наилучших естественных моделей организации – атоме, с переходом в дальнейшем к более высокому или низкому уровню организации.

Атом

Роль двух противоположных тенденций в организации атома становится ясной при изучении связи между силами, формирующими этот объект. Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного соответствующим числом отрицательно заряженных электронов для уравновешивания заряда ядра.

Существование атома зависит от сил, действующих между ядром и электронами. Одна группа - кулоновского происхождения. Это электростатические силы, отвечающие за притяжение между противоположно заряженными электронами и ядром, а также за отталкивание между электронами, несущими одинаковый заряд. Если бы подобные силы не существовали, электроны двигались хаотично и не удерживались вокруг ядра.

Таким образом, если бы электростатические силы не имели противодействия, электроны все больше сближались бы с ядром и, в конце концов, упали на него с последующей полной аннигиляцией всех зарядов. Тот факт, что электроны не поглощаются ядром, указывает на существование другой, противодействующей силы.

Эта вторая сила определяется квантовой механикой и квантовой теорией полей. Квантовая механика приписывает электронам ряд дискретных энергетических уровней внутри атома. Излучение испускается или поглощается при переходе электронов с одного стационарного уровня на другой. Энергетические уровни являются относительно устойчивыми, и минимальное энергетическое состояние наблюдается тогда, когда каждый из электронов соответствующего уровня максимально приближен к ядру.  

Энергетические уровни соответствуют орбитам, описанным согласно теории Бора, которая хотя не является полностью правильной, но служит хорошей основой для понимания свойств, присущих атомам. Бор представлял себе, что электроны вращаются вокруг ядра по определенным орбитам, при постоянном положении орбит в этих состояниях, при этом атом не производит излучения. Это расходится со старой теорией, согласно которой электроны могут вращаться вокруг ядра на любой орбите. Такие случайные движения орбит должны вести к потере энергии путем излучения. Электроны будут все сильнее сближаться с ядром и, в конце концов, как уже указывалось, окажутся поглощены им. Квантовая теория полей исходит из отсутствия излучения и постоянного нахождения электронов на своих орбитах. Однако, концепция стационарных состояний не позволяет объяснить все свойства атома особенно его химическое сродство, благодаря которому различные атомы соединяются в молекулы.

В соответствии с другим догматом квантовой теории, Принципом Исключения Паули, орбита не может быть занята неопределенным числом электронов, но не более чем двумя, вращающимися в противоположных направлениях. Орбиты организованы в оболочки, каждая из которых имеет определенный уровень энергии. Оболочка считается заполненной, если содержит максимальное, в соответствии с Принципом Паули, число электронов. Заполненная оболочка состоит из 2, 8, 18, и так далее электронов. Когда внутренняя оболочка имеет свою квоту электронов, дополнительные электроны должны занимать наружную оболочку. И, соответственно, вместо того, чтобы падать на ядро, электроны в своих самых низких энергетических состояниях продолжают вращение на некотором расстоянии от ядра.

  Как уже отмечалось, если бы существовали лишь электростатические силы, электроны, в конце концов, все же упали на свое ядро, что привело бы к нейтрализации всех электрических зарядов. В таком случае вселенная существовала бы в состоянии максимальной гомотропии. Не существовало бы ни мощных атомных сил, ни химических реакций. Вмешательство квантовых сил позволяет избежать этого. Очевидно, что организация атома является следствием действия двух типов сил, электростатических и квантовых, первые сводят и удерживают ядро и электроны вместе, составляя атом, вторые - отвечают за движение электронов, предупреждающее их полную аннигиляцию и нейтрализацию всех электрических зарядов.

Гомотропические и гетеротропические силы в атоме

Теперь можно рассмотреть электростатические и квантовые силы в атоме в русле терминов гомотропии и гетеротропии. Предположим существование такой атомной системы, в которой активны лишь электростатические силы и сравним ее с реальной системой, имеющей также активные квантовые силы. В то время как фиктивная система быстро перейдет к состоянию максимальной гомотропии с аннигиляцией всех зарядов, в реальной системе этого не произойдет. При достижении обеими системами финальных состояний равновесия гомотропия воображаемой системы будет больше таковой у реальной системы. Если бы квантовые силы, удерживающие электроны в стороне от ядра в естественном атоме могли быть удалены, электростатические силы, действуя в одиночку, приведут к состоянию полной аннигиляции, таким образом, мобилизуя определенное количество энергии, сохранявшейся до сих пор квантовыми силами. В этом смысле становится очевидным, что электростатическое притяжение между ядром и электронами имеет гомотропический характер, в то время как квантовые силы - гетеротропический.

Реализация* квантовых и электростатических сил

Последствия действия квантовых и электростатических сил в атоме различны. Частичная реализация электростатических сил удерживает ядро и электроны в атоме вместе, в то время как квантовые силы прекращают существование завершением образования электронных оболочек и, поэтому, называются "силами насыщения".

В атомах благородных газов квантовые и электростатические силы реализуются одновременно. В результате эти атомы инертны. Они физически и химически неактивны, а их включение в процесс формирования молекул объясняется влиянием сил сцепления ван дер Вааля. Во всех других атомах электростатические силы реализуются тогда, когда число электронов на орбитах соответствует заряду ядра. Однако, если это происходит, электронные оболочки являются неполными и, соответственно, присутствующие квантовые силы не реализуются. В случаях, когда квантовые силы реализованы, появляются другие, электростатические, силы.

При этих обстоятельствах, в стремлении заполнить наружную электронную оболочку, то есть реализовать квантовые силы, атом может занять, или утратить, один или несколько электронов. Это достигается с помощью второго атома, который путем обмена сокращает или увеличивает число электронов на орбитах для реализации своих квантовых сил и остается с числом электронов, соответствующим заполненной наружной оболочке. Реализация квантовых сил требует изменений, включающих смещение электронов за пределы самого атома. Подобный обмен электронов, правильно называемый "электронный перенос", реализует квантовые силы атома. Однако в результате переноса связь между каждым ядром и его электронами на орбитах меняется, приводя к образованию ковалентных ионов. Эти атомы, приобретшие в результате переноса и имеющие избыток электронов, имеют отрицательный заряд. Атомы, утратившие электроны, имеют положительный заряд. В результате появляются новые электростатические силы, заключенные внутри атомов, оказывающие влияние на свое окружение, что доказывается взаимодействием между атомами.

Антагонистическая связь между электростатическими и квантовыми силами может быть уяснена в том смысле, что реализация одних обычно ведет к появлению других.

Перенос электронов представляет собой единственный механизм реализации квантовых сил атома. Два атома, не имеющих достаточного числа электронов на своих наружных оболочках для их обоюдного заполнения могут реализовать собственные квантовые силы, совместно владея несколькими своими электронами. Достижение заполнения своих наружных оболочек в результате процесса совместного владения электронами удовлетворяет квантовые силы обоих атомов. Этот метод квантовой реализации через совместное владение электронами также может привести к появлению электростатических сил. При идентичности двух атомов, совместно используемые электроны занимают промежуточную позицию и, поэтому, не влияют на них. В результате квантовые силы атомов реализуются без индуцирования новых электростатических сил. Это так называемая "гомополярная связь". Если же два атома энергетически неодинаковы, их совместные электроны будут располагаться ближе к одному из атомов, а дистанция будет определяться соревновательным влиянием, оказываемым атомами на совместные электроны. В то же время другие электроны будут находиться под влиянием связи, в результате чего их орбиты в какой-то мере будут затронуты. В результате образуются более слабые электростатические силы, и связь будет промежуточной - между ионной и гомополярной. Оба вида реализации квантовых сил - один, достигнутый в результате переноса, другой - путем совладения, таким образом, приводят к возникновению новых электростатических сил в ионах или ионоидах.

Таким образом, реализация квантовых сил может происходить несколькими путями, благодаря потере или приобретению электронов, их совместному владению - от ионного до гомополярного. Множественность возможностей реализации квантовых сил очень важна, поскольку делает необходимым расчет результатов подобной реализации на статистической основе.

Электростатические силы действуют между заряженными ионами противоположных знаков или между атомами, связанными совместными электронами. Через равновесие этих электростатических сил, появляются связанные атомы в виде нейтральных образований с реализованными электростатическими силами. Однако, связанные атомы могут сформировать новый объект, молекулу, лишь при участии достаточных квантовых сил.

Квантовые и электростатические силы в молекулах

Альтернативное действие квантовых и электростатических сил приводит к организации атомов в молекулы. Квантовые силы в молекулах способствуют организации этих объектов таким образом, что составляющие их части удерживаются на определенных расстояниях и позициях. Результатом является электростатическая нейтральность. Появление новых квантовых сил, поддерживающих составляющие части благодаря их организованному движению на определенных расстояниях и позициях, обеспечив

Предыдущая12345678910111213141516Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: