Текст книги "Вездесущие гормоны"
Автор книги: Игорь Кветной
сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 16 страниц)
В стране тюльпанов
Голландию недаром зовут страной тюльпанов. Разно-цветные ковры этих дивных цветов устилают площади, скверы, парки Амстердама и других городов этой страны. К нашему рассказу они имеют прямое отношение, потому что, как оказалось, бутоны их способны хранить намять о своем развитии.
На особых сортах королевских тюльпанов, цветы которых развиваются из симметричных семяпочек, провели эксперименты, позволившие установить, что в биохимических механизмах памяти растений участвуют вещества, подобные (по своей активности и биологическим эффектам) гормонам животных.
События, о которых сейчас пойдет речь, тоже развивались в Голландии. Ученые из Амстердамского университета М. Апплезвейг и Ф. Баудри, занимаясь изучением физиологических свойств гипофизарного АКТГ (адренокортикотропного гормона), еще в 1955 году обнаружили, что, помимо своего основного действия – усиления синтеза кортикостероидов (гормонов коры надпочечников), он влияет на процессы обучения. Исследователи установили, что удаление гипофиза резко снижало у животных способность к выработке условного рефлекса. Вначале они предположили, что такое явление может быть обусловлено недостатком многих гормонов гипофиза. Однако дополнительные опыты показали, что именно АКТГ повинен в этом. Введение его животным с удаленным гипофизом полностью восстанавливало их способность к обучению. Дополнительным подтверждением послужил и тот факт, что инъекции АКТГ крысам с неповрежденным гипофизом тоже стимулировали выработку условного рефлекса. Описанные работы явились основополагающими для развития целого научного направления по изучению гормонов гипофиза как регуляторов памяти и поведения.
Продолжая успешно начатые исследования, голландские специалисты установили чрезвычайно интересный факт. Оказалось, что молекула АКТГ неравнозначна по характеру биологического действия своих фрагментов. По своей химической структуре АКТГ – пептид, состоящий из 39 аминокислотных остатков. Так вот, основную функцию АКТГ – стимуляцию выработки гормонов корой надпочечников – несет участок, занимающий в молекуле АКТГ место с 4 по 10 аминокислотные остатки (АКТГ 4-10). АКТГ 15-24вообще не обладает гормональным эффектом, но зато он отвечает за связывание гормона с рецепторами тканей, то есть создает условия для реализации биологической активности гормона. А вот влиянием на память и обучение обладает маленький фрагмент АКТГ 4-7. Возник вопрос: может быть, влияиие АКТГ на обучение реализуется не им самим, а через активацию коры надпочечников? Проверили – нет. Надпочечники здесь ни при чем. У животных с удаленными надпочечниками АКТГ стимулировал процессы обучения так же, как и у контрольных крыс. Д. де Вида и В. Гиспена, соотечественников Апплезвейга и Баудри. заинтересовали другие гормоны – вазопрессин и окситоцин. Эти вещества, известные еще в первой половине XX века, являются антагонистами. Вазопрессин в малых дозах задерживает выделение воды из организма, а в больших вызывает сокращение кровеносных сосудов, способствуя движению крови по ним. Окситоцин угнетает эффекты вазопрессина и, кроме того, усиливает выделение молока грудными железами и стимулирует во время родов сокращение мускулатуры матки. Как нередко бывает в науке (и мы об этом уже говорили), факт влияния вазопрессина на память был установлен случайно. Де Вид и Гиспен занимались изучением несахарного диабета – болезни, возникающей при недостаточной выработке вазопрессина. Нехватка вазопрессина ведет к усилению выделения воды, что способствует накоплению сахара в организме и развитию соответствующих патологических явлений. Для изучения несахарного диабета была выведена специальная линия крыс, у которых в результате хромосомных нарушений не синтезировался вазопрессин. Проводя основные исследования, ученые вдруг заметили, что у таких крыс условные реакции вырабатываются гораздо медленнее и угасают значительно быстрее, чем у животных с нормальным уровнем синтеза вазопрессина.
Заинтересовавшись этим, решили посмотреть, что произойдет при введении таким крысам экзогенного вазопрессина. Результат оказался впечатляющим – животные обучались так же хорошо, как нормальные крысы. Сделали эксперимент "от противного" – нормальным крысам ввели в мозг сыворотку, содержащую антитела к вазопрессину. Связанный и, следовательно, инактивированный в результате такой процедуры гормон снижал способность крыс к обучению.
Итак, было установлено, что АКТГ и вазопрессин стимулируют память и обучение. Факт требовал объяснения: каков механизм действия фрагментов АКТГ и вазопрессина на эти процессы? Мнения, высказываемые учеными, можно свести к двум точкам зрения. Первая – фрагменты АКТГ и вазопрессин обостряют внимание, улучшают восприятие окружающей обстановки, усиливают влечение к обучению. Сторонники другой гипотезы считают, что гипоталамо-гипофизарные гормоны действуют после восприятия, влияют на переход запечатленного в состояние долговременной памяти.
Окситоцин – антагонист вазопрессина и АКТГ
Сотрудники МГУ имени М. В. Ломоносова А. Каменский и С. Титов установили, что между предложенными гипотезами нет явных противоречий. Их исследования показали, что фрагменты АКТГ и вазопрессин взаимодействуют с клетками многих структур мозга, изменяют обмен нейромедиаторов, увеличивают интенсивность синтеза белков, улучшают нервно-мышечную передачу, замедляют наступление утомления. Кроме того, в мозге существуют особые группы клеток, чувствительные к фрагментам АКТГ. В опытах с мечеными фрагментами АКТГ было обнаружено, что в структурах промежуточного мозга таламусе и гнппокампе, происходит избирательное накопление введенного извне пептида, имеющего радиоактивную метку. И это не случайно. Именно с таламусом нейрофизиологи связывают обработку информации, поступающей от органов чувств в центральную нервную систему, а в гиппокампе осуществляются сложные биохимические процессы, лежащие в основе обучения.
Окситоцин – антагонист вазопрессина и АКТГ. Он угнетает процессы запоминания, что подтверждается экспериментально и клинически. При сотрясении и других травмах головного мозга у больных наступает амнезия (потеря памяти). Они не могут вспомнить события, предшествующие травме. При этом в спинномозговой жидкости находят понижение концентрации вазопрессина и увеличение содержания окситоцина.
Установленные эффекты гипоталамических и гипофи-зарных гормонов уже находят свое применение в медицинской практике. Еще в 1970 году венгерский психоневролог Е. Эндреци описал уменьшение выраженности депрессии у больных при введении им АКТГ 1-10. Позднее в его и других клиниках было установлено, что применение малых доз АКТГ 4-10 усиливает внимание, улучшает использование информации, ускоряет адаптационные реакции у психиатрических больных.
В зарубежных и отечественных клиниках испытывалось действие небольших доз вазопрессина у различных категорий больных. В ряде случаев отмечалось определенное восстановление памяти у пациентов после черепно-мозговых травм, улучшалось состояние больных шизофренией, страдавших нарушением реакции на внешние раздражители, безразличием и неконтактностью.
Ленинградские врачи В. Медведев, Г. Акимов и В. Бахарев в 1980-1981 годах провели на себе любопытные эксперименты. Они закапывали в нос 0,5 миллиграмма АКТГ 4-7и через 45 минут проводили психофизиологическое обследование с применением специальных тестов на запоминание, усвоение, анализ поступившей информации. Разумеется, будучи честными исследователями, они вели и контрольные опыты с введением в нос физиологического раствора. При этом испытуемый не знал, что ему вводили. Оказалось, что исследуемый гормон улучшал кратковременную и ассоциативную память, пространственное восприятие, повышал устойчивость внимания к внешним «шумам», увеличивая объем оперативной памяти. Крайне интересно то, что максимальный эффект наблюдался у лиц с исходно плохой памятью.
Есть все основания надеяться, что дальнейшие углубленные исследования в этом направлении окажутся полезными и в теоретическом и в практическом плане – помогут глубже понять тонкие механизмы деятельности головного мозга и внесут свой вклад в разработку новых эффективных психо– и нейротропных лекарственных препаратов.
Эндокринный мозг
Эндокринный мозг
Лет 20 назад, прочитав название этой главы, биологи в лучшем случае просто недоуменно пожали бы плечами, в худшем – публично обвинили бы автора в ереси и абсурдности суждений.
Сейчас это не только не вызывает удивления, но даже наборот – термин "эндокринный мозг", предложенный Дж. Хыоджесом в 1978 году, достаточно точно отражает существо дела. Открытие в мозге гормонально активных веществ действительно привело, по выражению известного американского нейробиолога Д. Хьюбела, к "подлинному взрыву открытий и прозрений" – выяснению тонких, ранее совершенно неизвестных механизмов деятельности мозга, хранения и переработки информации, памяти, возникновения и развития некоторых заболеваний, к разработке перспективных методов их лечения.
Именно в последние годы благодаря применению новых очень чувствительных и объективных методов исследования, основанных на новейших достижениях физики, химии, математики, все менее бесспорным кажется бытующее в кругах физиологов утверждение того, что "мозг не может быть понят мозгом". Темп развития современной нейробиологии очень высок, просто стремителен. Каждый год приносит новые и новые сведения, свидетельствующие об успехах ученых в изучении мозга. Эндокринологические аспекты его структурно-функциональной организации – яркая, увлекательная страница в нашей истории о вездесущих гормонах.
Ярмарка имен
Специалисты (а что говорить о несведущем читателе) и те могут запутаться в многообразии терминов, которыми различные авторы пользуются для обозначения биологически активных веществ, обладающих свойствами гормонов, синтезирующихся в головном мозге: медиаторы, модуляторы, мессенджеры, трансмиттеры. Не будем разбираться, в чем причина такой ярмарки имен – в традициях ли или еще в чем-либо, дело не в этом. Суть процесса и явления не меняется от использования того или иного названия. Поскольку в центральной нервной системе данные вещества в основном участвуют в химическом обеспечении проведения нервного импульса, мы, как и большинство ученых, будем называть их медиаторами передатчиками, однако не забывая о том, что они прежде всего гормоны, которые, помимо мозга, обнаружены и в других органах, где они выполняют специфические, присущие только гормонам, функции.
Об этом ярко и убедительно говорил в 1980 году на совещании по актуальным проблемам нейроэндокринологии в Пущино – Центре биологических исследований Академии наук СССР – профессор Д. Сахаров. Любителям поэзии и самодеятельной песни хорошо известно имя Дмитрия Сухарева. Но у него – автора многих прекрасных стихов, исполнителя песен, написанных им для кинофильмов, спектаклей и просто для людей, – есть и вторая не менее сильная любовь. Профессор Д. Сахаров (Сухарев – его псевдоним), видный советский нейробиолог, лауреат премии имени Л. А. Орбели АН СССР, давно и серьезно занимается медиаторами. Лаборатория профессора Сахарова в Институте биологии развития имени Н. К. Кольцова АН СССР, как и многие другие коллективы в различных странах мира, целеустремленно работает, изучая химию мозга. На многие вопросы уже получены ответы. Но пока еще далеко не все ясно, и это неудивительно. Уже упоминавшийся нами Д. Хьюбел справедливо писал во вступлении к специальному выпуску американского журнала "Scientific American", посвященному нейробиологии: "Мозг – сложнее всего, что нам известно во Вселенной".
Хаос? Нет – гармония!
Несколько цифр. Они впечатляют. Число нервных клеток в человеческом мозге равно 100 миллиардам. Взаимодействуя между собой, они образуют специальные контакты – синапсы, количество которых составляет 100 триллионов. Некоторые ученые считают эти цифры заниженными.
На сегодняшний день в мозге идентифицировано 30 медиаторов. Предполагается, что в последующие годы цифра будет прогрессивно увеличиваться. Распределение медиаторов в мозге носит неслучайный характер: каждый тип гормона локализован в нейронах определенной группы.
Использование моноклональных антител к различным веществам позволило установить клеточные источники синтеза медиаторов в мозге и составить соответствующие карты местонахождения их в различных отделах центральной нервной системы. Так, например, было обнаружено, что нейроны, содержащие норадреналин, сосредоточены в основном в стволе мозга, образуя там крупное скопление клеток. Отростки (аксоны) этих нейронов очень сильно ветвятся и достигают различных отделов мозга – гипоталамуса, мозжечка, переднего мозга. Оказалось, что функцией норадренергических нейронов является поддержание бодрствования, формирование чувства удовольствия. Ритм их деятельности определяет и регулирует настроение.
Нервные клетки, содержащие еще один биогенный амин – дофамин, – располагаются в среднем мозге, где также формируют своеобразную клеточную колонию, так называемую "черную субстанцию" (Substancra nigra). Ее так назвали из-за того, что на свежем разрезе мозговой ткани она выглядит в виде черной полоски. Это связано с особенностями химизма клеток – быстрым окислением продуктов цитоплазмы в присутствии кислорода. Аксоны дофаминовых нейронов проникают в передний мозг. Ученые предполагают, что там они принимают участие в регуляции эмоций и движений. Дальше мы расскажем о том, как дегенерация нервных клеток, содержащих дофамин, приводит к дефициту этого вещества и возникновению болезни Паркинсона.
Клетки, вырабатывающие один из самых активных биогенных аминов – серотонин, находятся в стволе мозга. Отростки от них идут в гипоталамус, таламус и многие другие области мозга.
Функции серотонина в мозге разнообразны, они связаны с терморегуляцией, ритмами сна и бодрствования, психоэмоциональным статусом, настроением, умственной деятельностью.
Не менее многочисленны, чем серотониновые нейроны, нервные клетки и аксоны, содержащие ацетилхолин – медиатор, участвующий в процессах формирования позы, активности движений и ориентировки, равновесия и других явлений.
Биогенные амины составляют одну группу медиаторов, ко второй относятся нейропептиды – гормоны, которые, так же, как биогенные амины, вырабатываются, помимо мозга, и в других органах и тканях. Это – вещество Р, эндорфины и энкефалины, соматостатин, холецистокинин, гастрин и другие вещества. Об удивительных свойствах вещества Р и эндогенных оппиатов мы рассказали. Роль же других пептидов не совсем ясна; по-видимому, как считают многие специалисты, они выполняют в отличие от медиаторов не конкретные функции, связанные с регуляцией определенных процессов, а глобальные, связанные с координированием тех форм активности мозга, которые направлены на общее поддержание гомеостаза: процессы ассимиляции и диссимиляции питательных веществ, поддержание водно-солевого баланса, половое поведение, размножение и многие другие проявления жизни.
На гистологических препаратах, специально окрашенных или обработанных специфическими антисыворотками, ткань мозга подобна рисунку яркого персидского ковра, различные цвета узоров которого свидетельствуют о разнообразии гормонов, синтезируемых мозгом. Как же разобраться нейробиологу в этом хитросплетении анатомических и функциональных связей? Какой из миллиардов аксонов – отростков нервных клеток – является той путеводной нитью, которая приведет к разгадке тайн мозга – познанию тех физиологических и психологических процессов, которые ежечасно, ежеминутно, ежесекундно протекают в нем, гармонично сочетаясь друг с другом?
Поиски трудны. В них участвуют и врачи, и биологи, физиологи, морфологи, биохимики, эндокринологи, представители практически всех отраслей медицины и биологии и даже… техники. Не говоря уже о математиках и физиках. Познано немало, и чем дальше ученые углубляют свои исследования, тем все более зримо вырисовываются роль и значение межгормональных взаимодействий мозговых нейронов в обеспечении нервной регуляции функций организма.
Исследования последних лет убедительно показали, что действие многих лекарственных веществ и нейротропных ядов реализуется именно на медиаторном уровне. Воздействуя на процессы синтеза и высвобождения медиатора, химические вещества нарушают передачу нервного импульса, что в итоге находит свое отражение в возникновении нервно-психических расстройств. Известный американский нейрохимик Л. Иверсен, анализируя результаты многочисленных конкретных исследований, не без оснований считает, что причины психических заболеваний в основном связаны с нарушениями функций специфических медиаторных систем мозга.
Нейромедиаторы и дисфункции мозга
Каждому из нас обязательно встречались люди пожилого возраста с характерным внешним видом: туловище их находится в полусогнутом состоянии, руки слегка приведены к грудной клетке, кисти все время дрожат, пальцы будто бы что-то перебирают, мышцы лица и туловища ригидны (напряжены). Больные возбуждены, речь их быстрая и зачастую несвязная. Днем им нередко видятся галлюцинации, а ночью снятся кошмары. Эти несчастные люди страдают болезнью Паркинсона (иначе паркинсонизмом). В начале XIX века английский врач Дж. Паркинсон впервые описал подобный симптомокомплекс, и с тех пор это заболевание носит его имя. Оно достаточно широко распространено и ежегодно приводит к инвалидности сотни тысяч людей. Причина болезни установлена. Нарушения двигательной и эмоциональной активности возникают вследствие разрушения (дегенерации) нервных клеток и окончаний черной субстанции мозга, содержащих дофамин. Экспериментальную патологию, свойственную болезни Паркинсона, можно вызвать у крысы или другого животного, если ввести в черную субстанцию мозга вещество, блокирующее синтез дофамина (например, 6-гидроксидофамин), или разрушить скопление дофаминергических нейронов электролитическим путем. При этом у них развивается асимметрия позы и движений, они начинают спонтанно кружиться в направлении пораженной стороны. Если разрушить дофаминергические проводящие пути в обоих полушариях мозга, крысы вообще теряют способность двигаться и при отсутствии специального ухода умирают.
Дж. Маршалл из Калифорнийского университета в Ирвине (США) показал, что при сохранении у животного после повреждения более 5 процентов дофаминсодержащих нейронов и их отростков восстановление нарушенных функций происходит в первые 1-2 недели. Это слишком короткое время для регенерации нервных окончаний или развития дополнительных коллатералей у аксонов сохранившихся дофаминовых нейронов. Маршалл со своими сотрудниками объясняет столь быстрое восстановление двумя химическими механизмами: ускорением синтеза и высвобождения медиатора из уцелевших волокон и возрастанием чувствительности клеток-мишеней в других областях мозга к уменьшенному по сравнению с нормой количеству дофамина. Ученые назвали это явление "денервационнои чувствительностью" и считают, что в основе ее лежит увеличение числа воспринимающих данный медиатор рецепторов на мембране клеток, чувствительных к этому веществу.
Установленная дофаминовая недостаточность, приводящая к болезни Паркинсона, обусловила изучение возможности лечения ее путем введения в организм препарата L-ДОФА, который является предшественником дофамина. Результаты оказались положительными, и сейчас L-ДОФА – общепризнанный, достаточно эффективный препарат, устраняющий на некоторое время многие симптомы этого страдания.
Нарушения процессов выработки и транспорта нейромедиаторов служат причиной и других известных патологических процессов. Э. Берд из отдела фармакологии Медицинской школы в Кембридже (Великобритания) в серии биохимических и клинических исследований доказал, что тяжелое наследственное заболевание – хорея Гентипгтона, возникающее в цветущем возрасте (между 35-50 годами), связано с гибелью нервных клеток головного мозга, продуцирующих ГАМК (гамма-аминомасляную кислоту) – основной-тормозной медиатор центральной нервной системы.
Постепенное падение концентрации ГАМК в ткани мозга сначала проявляется в виде легкого подергивания мышц лица и рук. С течением времени патологические движения нарастают, переходят в конвульсивные судороги, больные теряют способность самостоятельно передвигаться, вынуждены быть прикованными к постели и умирают от застойной пневмонии на фоне развивающегося слабоумия.
Заболевание генетически предопределено. Частота его передачи по наследству очень высока и составляет 50 процентов. Лечение хореи Гентингтона представляет пока неразрешимую проблему, так как эффективные средства, повышающие концентрацию ГАМК, не найдены, так же как безуспешны еще попытки разработки способа предупреждения дегенерации ГАМК-ергических клеток…
В последние годы с помощью тонких нейрохимических методов доказано участие серотонина и дофамина в возникновении эпилептических припадков, серотонина и катехоламинов – в развитии шизофрении. Ацетилхолин – непосредственный виновник болезни Альцгеймера, по это уже тема другой истории…
