Текст книги "Неизвестное наше тело"
Автор книги: Рафаил Нудельман
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 15 страниц)
На кой нам цинк?
Недавняя почта принесла медицинскую новость из Америки. Группа профессора Эмили Хо из Научно-исследовательского института имени Лайнуса Полинга провела изучение роли цинка на различных лабораторных животных в разном возрасте и пришла к важным результатам. Оказалось, что с возрастом в организме, среди прочих неприятностей, нарушается кругооборот цинка. Те белки, которые переносят цинк в нужные места, производятся в недостаточном количестве, и в результате содержание этого химического элемента в организме понижается. А это, как свидетельствуют результаты исследования Эмили Хо, влечет за собой нарушение механизма починки возможных генетических повреждений, а также нездоровое повышение уровня воспалительных реакций. Воспаление, в определенных пределах, необходимо организму, это нормальная реакция на всякого рода инфекции и раны, но, перешагнув эти пределы, оно может способствовать всякого рода заболеваниям, вплоть до раковых. По всем этим причинам профессор Хо считает необходимым повысить рекомендуемые нормы потребления цинка для пожилых людей. Сегодня эти нормы для них такие же, как для молодых взрослых, хотя не только содержание цинка у них снижается, но и усвоение его из пищи.
В свете всего сказанного мы, непросвещенные, какого бы мы ни были возраста, вправе заинтересоваться: в чем дело? Какую такую роль играет этот металл в нашем организме? Ну-ка, доложите немедленно!
Немедленно докладываю. Нашему организму, как давно уже показали исследования, нужны всякие металлы, хотя и в малых количествах. Для каждого металла – цинка, железа, магния и т. п. – есть некая норма, в которой он должен присутствовать в организме. А дефицит цинка ведет, в частности, к замедлению роста, половому недоразвитию у мужчин, изменениям кожи, притуплению умственных реакций, большей податливости инфекциям и плохому заживлению ран. Поэтому считается, что главной группой риска в отношении цинка являются дети, в следом за ними – подростки и молодые люди. Теперь оказывается, что к ним нужно добавить также пожилых. Выходит, мы все нуждаемся в нормальном уровне содержания этого металла.
Что делает внутри нас цинк? Очень многое, хотя и невидимое простому глазу. А вот научному глазу очень даже видимое. Вот уже добрых полвека, если не больше, науке известно, что цинк участвует в реакциях метаболизма, то есть, грубо говоря, превращении съеденной нами пищи, выпитой воды и вдохнутого кислорода в биологические «кирпичики», из которых все клетки организма строят белки, необходимые для этого метаболизма. А поскольку эти белки, поработав немного, умирают, то нам нужны новые белки, а для этого опять нужны пища, воздух и вода, такой вот кругооборот. По крайней мере три сотни разновидностей беловых молекул, участвующих в этом кругообороте (они называются ферментами, то есть ускорителями реакций метаболизма), содержат атомы цинка.
Если глянуть на многие ферменты и другие белковые молекулы, то бросается в глаза их огромность (в молекулярных масштабах, разумеется). Они состоят порой из многих сотен «кирпичиков» – аминокислот. Зачем так много? – спросите вы. А затем, что белки могут успешно выполнять свои функции только в том случае, если свернуты в определенную пространственную структуру (свою для каждого вида белка). При таком свертывании у молекулы на поверхности появляются разного рода впадины, где могут задерживаться разные другие молекулы. А задержавшись, эти другие молекулы скорее встретятся и прореагируют друг с другом, чем просто плавая в огромных просторах клетки. Благодаря этому белки и могут ускорять реакции. Но для этого им нужно эту свою структуру все время сохранять. А для такого сохранения нужно, чтобы эта структура была скреплена многими связями между разными частями молекулы. А чтобы этих связей было побольше (и больше была бы устойчивость структуры), белковой молекуле нужно много разных частей, то есть много аминокислот. И на каком-то этапе эволюции природа стала использовать для скрепления их структуры атомы цинка.
Оказывается, цинк успешно заменяет самый важный вид связей внутри белковой молекулы – двойную сульфидную связь, так называемый серный мостик. Цинк даже лучше этого мостика. Серный мостик легко распадается в щелочной среде, что, понятно, грозит нарушением структуры белка, а цинковая связь в этом смысле устойчива. Серная связь, будучи двойной, очень жестка, а цинковая придает белку больше гибкости, и в то же время она прочнее. Жаль, что природа слишком поздно ее изобрела, почему число белков с цинком намного меньше, чем обычных (а у бактерий их вообще нет). Жаль, потому что они оказались весьма эффективным орудием управления некоторыми важнейшими процессами в клетке.
В общем понятно, зачем организму цинк. И потому он старательно поддерживает в себе необходимую концентрацию этого металла. Она невелика: в среднем в организме взрослого человека содержится около двух граммов цинка. Примерно 60 процентов его забирают себе наши мышцы, около 30 процентов – кости, остальное расходится по другим местам. Но беда в том, что цинк в организме не задерживается. Он входит в состав белков и при их распаде выносится из организма вместе с белковыми обломками, через почки и кишечник. Кроме того, атомы цинка улетучиваются еще и через кожу. В целом организм за день теряет от 0,5 до 30 миллиграммов цинка. Что означает такой разброс? Он означает, что организм непрерывно следит за тем, чтобы в нем не было не только недостатка, но и излишка цинка (ибо излишек тоже вреден). Такой процесс поддержания равновесия именуется в биологии гомеостазом. Механизм цинкового гомеостаза – то есть как именно осуществляется слежение за концентрацией цинка, какие сигналы понуждают ускорять или замедлять его выведение из организма – науке пока не известен, но само наличие такого гомеостаза, а следовательно, и важности цинка для жизни человека было осознано впервые в 1963 году (когда появились первые работы, посвященные изучению биологической роли цинка в организме людей). А уже через десять лет американское Управление продовольственных и лекарственных препаратов опубликовало первые нормы рекомендуемого потребления цинка.
Откуда мы получаем цинк? Прежде всего из красного мяса (его там в четыре раза больше, чем в овощах), затем из грубого (цельнозернистого) хлеба и волокон, из бобовых и так далее, подробности можно найти в Гугле. Там же можно найти важную деталь: фитиновая кислота, которая содержится в диетических хлопьях и белом хлебе, препятствует усвоению цинка из пищи; напротив, белковая пища и некоторые витамины помогают ему. Но никакой Гугл, понятно, не может – и не должен – заменить профессиональные рекомендации врачей, поэтому оставим им дальнейшее. Сами же вернемся к данным науки – у нее есть новое сообщение насчет цинка. Исследователи из университета Макерере (главное высшее учебное и научно-исследовательское учреждение Уганды) обнаружили благодетельное влияние цинковых добавок на исход пневмонии у детей, особенно у детей, зараженных СПИДом.
Исследование угандийских врачей охватило 350 детей в возрасте от полугода до пяти лет, которых лечили от пневмонии с помощью антибиотиков. Половине детей давали добавки цинка, другой половине давали плацебо. Распределение детей по группам было проведено случайным образом, а добавки и плацебо давали так, что ни врачи, ни дети не знали, что кому дают. Результаты эксперимента показали, что время выздоровления (возвращение к нормальной температуре, дыханию и т. п.) было одинаковым в обеих группах, но важнейший параметр: число смертельных исходов – оказался различным. В группе, получавшей цинк, умершие от пневмонии дети составили 4 процента, а в группе, получавшей плацебо, – 12 процентов. Что еще интересней: в подгруппах, куда были включены только дети-носители вируса ВИЧ, разница составила 26 процентов! «Цинк подстегивает иммунную систему, – объяснил профессор Джеймс Тумвайн, руководивший этим исследованием, – а в Уганде дефицит цинка в некоторых районах достигает семи процентов».
И знаете, сколько стоили цинковые добавки, спасшие жизнь тринадцати детям из первой подгруппы?
Меньше четырех долларов.
Нужна ли нам боль?
В середине декабря 2006 года газеты мира облетело сообщение о том, что британские ученые обнаружили в Пакистане сразу несколько случаев полной нечувствительности к боли. Все шестеро детей, у которых была обнаружена такая аномалия, оказались носителями испорченной копии одного гена – SCN9A. От него зависит пропуск в нервные клетки ионов натрия.
Вообще говоря, врачи различают два типа болевой нечувствительности: один, когда болевые сигналы достигают мозга, но почему-либо не вызывают соответствующей реакции (например, мозг не отдает приказ отдернуть руку, если она прикоснулась к горячему), и второй, когда болевые сигналы по какой-то причине вообще не поступают в мозг. Болевая нечувствительность пакистанских детей оказалась нечувствительностью второго рода. Зная, чем она вызвана, врачи могут теперь искать пути искусственного (например, химического) воздействия на «натриевые ворота» нервных клеток, чтобы с помощью таких воздействий спасать людей от боли. Очень важно при этом, что дефект гена в данном случае не сопровождается какими-либо другими последствиями для нервной системы, кроме болевой нечувствительности (хотя известно, что сам ген участвует в ряде других процессов – в частности, в деятельности симпатической нервной системы, которая управляет, скажем, ритмами сердцебиений). Это позволяет надеяться, что препараты, которые будут подавлять боль благодаря воздействию на «натриевые ворота» клетки, тоже не будут иметь никаких вредных последствий. Не случайно сразу после того, как авторы открытия опубликовали сообщение о нем в журнале «Nature», на сайт журнала посыпались письма людей, долгие годы страдающих самыми разными болями, с просьбой записать их добровольцами на испытание будущих таких препаратов.
История борьбы медицины с болью насчитывает немало столетий. Но история самой боли намного длиннее – она длиннее даже истории самих людей. Боль, по всей видимости, была изначально «придумана» природой, чтобы защищать все свои творения. Недаром чувством боли наделены буквально все организмы, кроме одноклеточных (этих природе, видимо, не жалко), и не случайно ученые могут изучать те или иные свойства боли не только на больших животных, но и на самых крохотных мушках-дрозофилах. Даже некоторые растения демонстрируют наличие у них этого свойства, когда, пытаясь избежать неприятных воздействий, сворачивают листья при неосторожном прикосновении человеческой руки. Во всех случаях боли у животных имеет место прохождение по нейронам каких-то особых, «болевых» сигналов, которые сообщают мозгу о некой физиологической угрозе и необходимости ее устранения. Так «работает» всякая боль, но – до определенных пределов. Увы, как это часто бывает, перейдя разумные пределы, защитный сигнал обращается в свою противоположность и становится тем, что мы называем просто болью – режущей, ноющей, тупой, острой, невыносимой и нестерпимой.
Люди так много думают об избавлении от боли, что всякий случай природной болевой нечувствительности немедленно привлекает к себе широчайшее внимание и тотчас порождает очередные надежды на скорое появление чудодейственных антиболевых препаратов. Но и то сказать – таких случаев, как пакистанский, история медицины знает немного. За всю историю медицины совершенно нечувствительных к боли людей известно всего 33, причем не все эти сообщения достоверны. Самым недавним (до пакистанских детей) «счастливчиком» был 17-месячный Бенджамин Уайтеккер из Йоркшира (Великобритания) о котором английские газеты сообщили в ноябре 2005 года. Этот ребенок ступал на переломанную ножку, не подавая никаких признаков боли. По рассказам родителей, он не знал чувства боли с самого рождения.
Показательно, что почти все случаи болевой нечувствительности относятся к детям, – люди с врожденной болевой нечувствительностью обычно живут недолго, поскольку быстро становятся жертвами всевозможных несчастий, вроде сломанных костей, пролежней или хронических инфекций, которых слишком долго не замечают. Многие из них вообще погибают в раннем детстве, именно из-за своей «глухоты к боли». Доктор Вудс, исследователь из Кембриджского медицинского института, который обнаружил группу нечувствительных к боли пакистанских детей, наткнулся на них именно в этой связи – во время одной из его научных поездок в Пакистан ему рассказали о мальчике, который выступает на базарах, поражая зрителей тем, что втыкает себе ножи в любое место тела и ходит босиком по раскаленным углям. Этот мальчик погиб раньше, чем доктор Вудс его нашел, – на свой день рождения он задумал удивить сверстников прыжком с крыши высокого дома, не понимая, чем грозит такой прыжок, – и, разумеется, убился. Идя по следам погибшего, Вудс разыскал в конце концов еще шестерых таких же детей – все они принадлежали к группе трех родственных семей из одного и того же клана. Все дети отличались тем, что в младенчестве не раз, сами того не замечая, глубоко, до крови, надкусывали себе губы и языки; у двух из них языки были вообще съедены на треть! Мальчик из Йоркшира тоже, по рассказам его родителей, часто надкусывал губы и язык. Легко понять, как много возможностей погибнуть еще в детстве поджидает таких «счастливчиков», лишенных чувства боли.
Я ловлю себя на такой мысли: сегодня на Западе вошли в моду научно-популярные книги, посвященные влиянию тех или иных отдельных факторов на историю общечеловеческой культуры, – например, «Соль» или «Кофе». Я знаю даже одну такую книгу, посвященную культурной истории… мусора! Кто-нибудь должен был бы написать «Краткую историю боли» – она была бы, во всяком случае, не менее интересна, чем знаменитая «Краткая история времени» Стивена Хокинга. Ведь подобно сексу и голоду на чувстве боли основаны все социальные отношения, и они же лежат в конечном счете в основе всякого подчинения, власти и государств-левиафанов. Но, в отличие от голода, боль имеет еще какой-то загадочный метафизический смысл: недаром итальянское pena, немецкое Pein, английское pain и французское peine – все они, восходя к латинскому poena, означают и боль, и наказание, и пытку; за какую же провинность наслано на людей это бедствие? Зачем оно? Над этими вопросами на протяжении веков размышляли глубочайшие религиозные и светские умы, начиная от Будды до Фридриха Ницше, не говоря уже о сотнях менее известных. Об этом можно написать целую книгу, и если кто-нибудь решится на это, то большую главу в такой книге, а то и большую часть займет, конечно, история научного познания истоков боли и поиск путей борьбы с нею.
Что же знает наука о боли? Болью мы называем психологическое переживание, которое рождается в мозгу в ответ на приходящие туда сигналы определенного типа. Сигналы эти рождаются в кончиках нейронов, если место, где они находятся, будь то ткани или органы, почему-либо раздражено – механически, термически или химически (например, ушибом, прикосновением к горячему, каким-нибудь хроническим воспалением или повреждением). То, что мы называем «острой болью» (колющей, режущей и т. п.), врачи называют «хорошей болью», ибо она играет упомянутую выше защитную роль – порождающие ее сигналы сообщают мозгу о необходимости принять срочные меры для устранения причин этой боли, и мозг реагирует на них немедленным приказом, посылаемым по моторным нейронам, – отдернуть руку от горячего, перестать напрягать мышцу, которой грозит вот-вот порваться, и т. д. Понятно, что сигналы, порождающие «хорошую боль», должны приходить в мозг быстро, и действительно – они бегут туда по специальным «быстрым» нейронам; эти нейроны окутаны изолирующей миелиновой оболочкой и потому проводят электрохимический сигнал за тысячные доли секунды. Сигналы о последействии (от ушиба, ожога, повреждения какого-либо органа или его воспаления или заболевания) идут в мозг по «медленным» нейронам, не имеющим такой оболочки и потому проводящим сигнал в течение целых секунд. Такие сигналы порождают ощущение «плохой боли» – тупой, тянущей, вяжущей, ноющей и т. д., короче говоря – боли хронической, свидетельствующей о каком-то продолжающемся процессе в организме.
Все «болевые» сигналы приходят сначала в основное тело проводящего их нейрона, то есть в спинной мозг, где они вызывают выделение особых химических веществ – глютамата (в случае «хорошей» боли) или так называемого вещества Р (в случае боли «плохой»). Оба эти вещества представляют собой нейротрансмиттеры, с их помощью «болевой» сигнал достигает головного мозга и поступает там в гипоталамус. И только оттуда он, наконец, посылается в специальный «центр боли», который и порождает боль, как психологическое ощущение. Одновременно гипоталамус посылает сигнал в гипофиз, и гипофиз, отвечая на этот сигнал, начинает спешно производить молекулы особых «антиболевых» гормонов. Химически эти молекулы представляют собой простейшие белки пептиды, состоящие из небольшого (5–30) числа звеньев, так что выработать их – дело несложное и быстрое, но роль этих небольших молекул в борьбе с болью огромна. Выйдя из гипофиза, они мгновенно находят соответствующие им места на нейронах, так называемые «опиоидные рецепторы» (чувствуете знакомое слово «опиум»?!), и, усаживаясь на них, глушат «болевые» сигналы, идущие в мозг по этим нейронам. В результате уровень боли существенно уменьшается.
Существование собственных «антиболевых» веществ в мозгу было обнаружено сравнительно недавно, в 1975 году. Первый по времени открытия тип таких веществ – эндорфины – получил свое название из слияния двух слов: «эндо-генный», то есть производимый самим организмом, и «мо-рфины», то есть подобные морфию; позднее были найдены еще два класса аналогичных веществ – энкефалины и динорфины. Все они действуют как естественный морфий (который, кстати, по сей день остается самым сильным из всех известных болеутоляющих). Они, кстати, подобны морфию или опиуму и в том, что способны вызывать чувство удовольствия, порой доходящее до эйфории. А поскольку производство эндорфинов в мозгу резко усиливается не только при боли, но и при физической нагрузке, то они появляются и во время сексуального акта, способствуя оргазму. Некоторые эксперименты указывают на роль эндорфинов и в «эффекте плацебо».
Молекулы морфия или опиума, попав в организм, тоже садятся на опиодные рецепторы и имитируют действие антиболевых гормонов. При этом морфий настолько сильный анальгетик, что подавляет не только «болевые» сигналы как таковые, но заодно и близкие по характеру сигналы, приходящие от раздраженного воспалением простуженного горла и вызывающие позывы к кашлю. Но конечно, пользоваться морфием как средством от простуды – все равно что стрелять из пушек по воробьям: и дорого, и опасно, потому что морфий, как известно, вызывает привыкание. Поэтому против простуды пользуются куда более слабым кодеином. И раз уж мы заговорили о воспалении, то скажем еще, что его «болевые» сигналы специфичны – они порождаются особыми веществами, образующимися в воспаленной ткани, – простогландинами. Эти вещества делают доброе дело, сигналя мозгу о воспалении, но сигналят они порой так сильно, что их хочется унять, и тогда мозг использует для этого нейротрансмиттер глицин, работающий примерно так же, как эндорфины. Ну, а там, где глицина не хватает, наука придумала аспирин и ему подобные препараты – они подавляют действие ферментов, без которых простагландины просто не образуются.
Как мы уже сказали, у мозга есть два главных пути для защиты организма от боли – во-первых, срочно отдать приказ убрать руку от горячего или прекратить упражнять готовую порваться мышцу, и, во-вторых, послать на опиоидные рецепторы много эндорфинов, чтобы «запереть» нейроны и тем самым прекратить доступ болевых сигналов. Существует, впрочем, и третий путь, всем нам хорошо известный: боль утихает, если больное место поглаживать, греть и т. п. Это странное влияние неболевых сигналов на степень боли объяснила так называемая «теория болевых ворот», предложенная в 1965 году Патриком Уоллом и Роном Мельзаком. Согласно этой теории нейроны, приводящие такие неболевые сигналы в головной мозг, порой кончаются в том же месте, что и нейроны, приносящие сигналы от болевых окончаний: например, сигнал от ушиба приходит туда же, куда приходит сигнал от поглаживания ушибленного места. Сходясь в одном месте, эти два вида нейронов взаимодействуют таким образом, что сигналы неболевых нейронов как бы «закрывают ворота» для прохождения болевых сигналов: поглаживание уменьшает боль.
Главный же путь борьбы с болью – это, конечно, посылка эндорфинов на опиоидные рецепторы. Любой нейрон усеян по всей своей длине тысячами самых разных рецепторов, на которые могут усаживаться молекулы самых разных веществ – гормонов и нейротрансмиттеров. Каждое из этих веществ оказывает на нейрон либо возбуждающее, либо тормозящее воздействие, в зависимости от своей химической природы; все эти усиливающие и подавляющие «микроприказы» суммируются, и результат определяет, будет ли проходить нервный сигнал по данному нейрону и насколько сильным он будет. Многие из этих «микроприказов», как, например, уже знакомые нам эндорфины, посылаются на рецепторы самим мозгом. Но есть и такие «приказы», которые доставляются к нейронам молекулами, производимыми в других участках организма, по инструкции тех или иных генов. Поэтому можно думать, что в механизме боли важную роль играют не только гены эндорфинов, но и некоторые другие гены. И действительно, недавно эта гипотеза получила блестящее подтверждение. Исследования ученых Мичиганского университета под руководством Иона-Кара Зубьеты («Science», февраль 2003), показали, что небольшое изменение («полиморфизм») в одном из генов влечет за собой совершенно разные степени чувствительности к боли.
Зубьета изучал зависимость «болевого порога» от гена под названием СОМТ, по инструкциям которого производится одноименный фермент. Этот фермент существует в двух разных вариантах, в зависимости от типа полиморфизма в гене. Эти варианты отличаются одним-единственным химическим звеном в белковой цепи фермента: звено «валин» (сокращенно «вал») заменено на «метионин» (сокращенно «мет»). Поскольку к человеку гены приходят от обоих родителей, то у него могут оказаться три разных комбинации этих двух вариантов: «вал» – «вал», «вал» – «мет» и «мет» – «мет». Так вот, исследования Зубьеты однозначно показали, что люди с комбинацией «вал» – «вал» меньше всего чувствительны к боли (то есть у них самый высокий болевой порог), люди типа «вал» – «мет» занимают промежуточное положение, а люди типа «мет» – «мет» к боли чувствительнее всего, они ощущают даже самую слабую боль. Причина этого проста. Фермент СОМТ занимается тем, что разлагает такие нейротрансмиттеры, как допамин, норадреналин и др. Благодаря такому разложению освобождаются занятые опиоидные рецепторы, и на них могут усесться молекулы благодетельных эндорфинов, которые снижают уровень боли. Так вот, оказывается, что фермент типа «вал» – «вал» является самым эффективным в смысле освобождения опиоидных рецепторов, а фермент типа «мет» – «мет» – наоборот. И вот эта мелочь – замена одного-единственного звена в цепи фермента, или иначе – замена одного-единственного звена в структуре гена – определяет, какую боль способен терпеть тот или иной человек.
Понятно, что как только стало известно, что степень врожденной чувствительности к боли зависит от небольших изменений в определенном гене (а может, и не в нем одном), неизбежно возник вопрос – а не связана ли врожденная нечувствительность к боли тоже с каким-либо геном или генами? В этом контексте можно сказать, что открытие британских исследователей, руководимых доктором Джеффри Вудсом, с которого мы начали наш рассказ, столь же блестяще подтвердило и это второе предположение. Разница лишь в том, что если степень чувствительности к боли определялась, как мы видели, полиморфизмом в гене СОМТ, то полная болевая нечувствительность оказалась (как мы тоже видели) следствием полиморфизма в ином гене – SCN9A. Этот ген, как уже было сказано, входит в группу генов, которая управляет производством белков, образующих «натриевые ворота» клетки, закрывающие (или открывающие, в зависимости от приказа) крохотную дырочку в стенке нейрона (и любой другой клетки), через которую внутрь могут входить (или наружу могут выходить) ионы натрия. Вместе с ионами калия, кальция, хлора и некоторых других элементов ионы натрия образуют на стенке нейрона электрохимический потенциал, а изменение этого потенциала, бегущее вдоль по нейрону, как раз и есть то, что мы называем нервным сигналом.
Как показали тончайшие исследования, когда молекулы эндорфинов садятся на опиоидные рецепторы нейронов, они прерывают прохождение по нему нервных сигналов как раз с помощью изменения ионного состава внутри тела нейрона. Открывая одни ионные «ворота» и закрывая другие, они меняют набор и концентрацию ионов внутри и снаружи таким образом, что в конце концов потенциал на стенке нейрона становится слишком высоким и прохождение по нему нервного сигнала оказывается невозможным.
Видимо, тот полиморфизм, который наделил шестерых пакистанских детей полной нечувствительностью к боли, меняет что-то в настройке «натриевых ворот» нейронов и тем самым создает в них такое изменение, что они раз и навсегда лишаются способности проводить «болевые» сигналы. Пока еще непонятно, как это достигается без влияния на способность нейронов проводить другие сигналы. Но если дальнейшие исследования приведут к более глубокому пониманию электрохимического механизма полной болевой нечувствительности, то станет возможным надеяться также и на появление в будущем препаратов, которые будут вызывать этот механизм искусственно, – иными словами, на появление совершенно нового типа анальгетиков.
И тогда в истории боли будет сделан еще один важный шаг к полной победе над ней.
