Биохимия человека

Человек — не химический робот

Дмитрий Жуков,
доктор биологических наук
«Химия и жизнь» №1, 2019

Листая новости в Интернете, я наткнулся на статью, начинавшуюся следующим абзацем: «Граф Калиостро так и не сумел разгадать формулу любви. Хотя, по мнению ученых современности, весь ее секрет кроется в простом арифметическом действии и представляет собой не что иное, как сложение воедино гормонов фенилэтиламина, окситоцина и эндорфина».

Подобные утверждения уже давно не вызывают у меня ни смеха, ни возмущения, потому что журналисты — они такие. Это их работа — обрамлять рекламные площади занятными текстами. Если заметка «из мира науки», то она должна содержать простое утверждение вроде «открыт ген агрессии», или «у человека только три потребности», или, как в данном случае, что любовь — простое сложение трех гормонов. Несложную схему легко усвоить, и заметку читатель пробежит глазами до конца, заодно впитывая сопутствующие рекламные объявления.

Но недавно я встретил аналогичную картинку в социальной группе «Я — учитель биологии!». Как показывает поиск, она широко разошлась по соцсетям. А учитель биологии все-таки должен ставить перед собой другую цель — не развлекать учеников, а формировать у них такое представление об окружающем мире, которое соответствует мнению ученых специалистов. Мнение же это таково, что человек (и прочие животные) — не химический робот, что регуляция функций, особенно эмоций, процесс очень сложный, который зависит не только от концентрации определенных химических веществ, но и от того, в каких местах организма эти вещества находятся.

А данная схема напрочь игнорирует принцип компартментальности живых систем. Наш организм — не мешок, в котором бултыхаются разные химикалии. У нас есть различные органы, каждый из них отделен от прочих. В каждом органе множество клеток разных типов, и каждая клетка имеет свою стенку. А внутри клетки имеется множество компонентов — органелл. И каждая из органелл опять-таки отделена от прочих и от заполняющей клетку жидкости специальной мембраной, которая пропускает только те вещества, которые надо пропустить. Да еще для входа и выхода веществ из органеллы имеются раздельные калитки. Страшно представить, что будет, если разрушатся мембраны лизосом. Впрочем, ничего страшного, клетка просто умрет, произойдет ее лизис, растворение.

Даже кровь, ток которой объединяет все органы и ткани организма, различна по химическому составу в каждом органе. Точнее, клетки каждого органа, окружающие кровеносные капилляры, представляют собой барьер, который пропускает строго определенные вещества. Многие слышали о гематоэнцефалическом барьере (учителя биологии наверняка знают о нем), который не пропускает в мозг определенные вещества. Аналогичными барьерами отгорожены от тока крови и ткани других органов: сердца, легких, семенников и прочих. Поэтому говорят о гистогематических барьерах, одним из которых является барьер гематоэнцефалический.

Вот поэтому перечень веществ на приведенной схеме не просто ошибочен, а биологически ложен. Ведь там в один ряд поставлены и гормоны, и нейромедиаторы. А эти группы веществ принципиально различны по своему участию в регуляции функций организма.

Гормоны секретируются в кровоток и, разносятся кровью по всему организму и могут влиять на работу всех органов и тканей. Есть и локальные гормоны, они секретируются в межтканевую жидкость и воздействуют на относительно небольшие группы соседних клеток. В отличие от гормонов, нейромедиаторы выделяются в синаптическую щель — место контакта двух нейронов. Некоторые нейромедиаторы, например фенилэтиламин, выводясь из синапса, могут изменять свойства мембран соседних нейронов, но не более отдаленных органов и тканей. Таким образом, ставить в один ряд нейромедиатор ацетилхолин и гормон тироксин безграмотно и антинаучно.

Еще один порок разбираемого нами перечисления в том, что норадреналин, дофамин, серотонин обозначены просто как компоненты «гормонального фона». А ведь эти веществамогут быть и нейромедиаторами, и гормонами, и функции их зависят от того, выделяются ли они в конкретной синаптической щели или же поступают в кровь как гормоны. Норадреналин, к примеру, выделяется как из мозгового слоя надпочечников, так и из окончаний нейронов симпатической нервной системы на капиллярах. В обоих случаях он попадает в циркулирующий кровоток и действует как гормон, его концентрация отражает активность симпатической нервной системы. Но в мозге норадреналин работает нейромедиатором. Поэтому мозг и отделен гематоэнцефалическим барьером, чтобы периферический норадреналин не дезорганизовал работу норадреналиновых синапсов. Соответственно, содержание норадреналина в крови никак не связано с активностью норадренергических нейронов в мозге.

Плохо уже само название схемы: «Зависимость состояния от...». Зависимость бывает различной. На какие-то состояния организма гормоны могут влиять, как, например, все стероидные гормоны (эстрадиол, прогестерон, тестостерон). Стероиды свободно проходят через гематоэнцефалический барьер. Чем выше их концентрация в крови, тем больше этих гормонов оказывается в нервной ткани и тем сильнее их потенциальный эффект. Например, колебания уровня прогестерона в крови на протяжении менструального цикла влияют на настроение женщины: чем больше прогестерона, тем меньше беспокойство, тревога и психологический дискомфорт. А когда во время беременности концентрация прогестерона возрастает в десятки, сотни, тысячи раз — женщина становится не только совершенно невозмутимой, но и болевая чувствительность у нее резко снижается. В супрафизиологических дозах прогестерон оказывается и нейропротектором — самым эффективным препаратом из назначаемых при черепно-мозговой травме (Деревщиков С. А., Пособие дежуранта. Горно-Алтайск, 2014).

А в другом случае концентрация вещества в крови лишь отражает процессы, происходящие в мозге. Хорошо известно, что концентрация тестостерона в крови — и у мужчин, и у женщин — растет после победы в соревновании или после полового акта; тогда как введение тестостерона до соревнования, до любовного свидания нисколько не увеличивает вероятность успеха. Еще один яркий пример — концентрация серотонина. О том, почему ложно представление о серотонине как «гормоне счастья», мы уже писали (см. «Химию и жизнь» № 5, 2017). В двух словах: серотонин, который является нейромедиатором в мозговой ткани, участвует в регуляции эмоций, но тот, который мы определяем в крови, — главным образом продукт обмена веществ, выведенный из мозга; и обратно в мозг он никоим образом не попадет. Можно повысить концентрацию серотонина в своей крови, скажем, поедая богатые серотонином бананы. Но пытаться влиять на настроение таким способом — все равно что стряхивать градусник, надеясь этим унять лихорадку. Тем не менее автор схемы недрогнувшей рукой рисует серотонин в составе «гормонального фона» счастья и интереса.

Нужно сказать, что поиск веществ, концентрация которых отражает то или иное психическое состояние или процесс, — актуальная проблема биологической психиатрии. Биологические маркеры психических расстройств, в частности результаты анализа крови, помогают ставить диагноз, что, естественно, крайне важно для успешного лечения. Но эти биологические маркеры, как правило, значительно сложнее простого определения концентрации вещества в крови или в другой жидкости организма. Часто они представляют собой нагрузочные тесты — сопоставление биохимических показателей до и после некоего воздействия на организм. Например, «дексаметазоновый тест», при котором вводят синтетический глюкокортикоид дексаметазон. В норме это приводит к торможению секреции эндогенного глюкокортикоида кортизола по механизму отрицательной обратной связи. Но обратная связь ослаблена при ряде расстройств и заболеваний, в частности при депрессии. Таким образом, дексаметазоновый тест помогает дифференцировать первичную депрессию от вторичной, которая возникает при болезни — настроение портится и при банальном гриппе.

Далее, когда мы обсуждаем нейрохимические закономерности, важны не только сами вещества и реакции, в которые они вступают, но и место в мозге, где это происходит. Как известно, разные мозговые структуры имеют различные функции. При этом в разных структурах находятся нейроны с одним и тем же основным нейромедиатором. Перегородка (септум), гипоталамус, ретикулярная формация ствола мозга — эти структуры различаются своими функциями, хотя все они богаты скоплениями холинергических, то есть продуцирующих ацетилхолин, нейронов. Аксоны этих нейронов направлены в разные мозговые структуры, в которых ацетилхолин выделяется в синаптических окончаниях, выступая как нейромедиатор. Заметим, что гормоном ацетилхолин назвать никак нельзя. Выделившись в нервно-мышечном синапсе и вызвав сокращение мышечных волокон, он моментально разрушается ацетилхолинэстеразой, так что в кровь попадает ничтожное количество ацетилхолина.

Или рассмотрим популярный в соцсетях дофамин. Тела дофаминергических нейронов лежат в двух сравнительно небольших ядрах среднего мозга: в черном веществе и вентральной области покрышки. Аксоны этих нейронов образуют пути к самым разным вышележащим отделам мозга, каждый из которых связан с различными функциями. К примеру, нигростриарный путь ведет к базальным ганглиям, которые связаны с моторными функциями. При паркинсонизме активность нигростриарной системы ослаблена. Известно и то, какая из структур ответственна за то или иное проявление болезни. Так, в тех случаях, когда хвостатое ядро и скорлупа лишены дофаминергической иннервации, возникает обездвиженность, а падение уровня дофамина в бледном шаре вызывает повышенный тонус мышц.

То, что в разных структурах мозга, имеющих разные функции, нейроны используют одинаковые вещества в качестве нейромедиаторов, и составляет основную трудность практической фармакологии. Можно увеличить концентрацию дофамина в мозге, вводя в организм его предшественника ДОФА. Но тогда концентрация дофамина возрастет сразу во всех структурах мозга, а это не только облегчит состояние больного паркинсонизмом, но может вызвать как другие двигательные нарушения, так и шизофренические симптомы. При лечении шизофрении в мезолимбическом методе нужно снижать уровень дофамина, тогда как в мезокортикальном — повышать (Stahl S. M. Essential psychopharmacology: neuroscientific basis and practical application. Cambridge University Press, New York, 2013).

Эффект каждого нейромедиатора и каждого гормона зависит не только от концентрации данного вещества, но и от активности его рецепторов — сложных белковых комплексов, связывающих нейромедиатор или гормон и трансформирующих этот сигнал в функцию данной клетки. Для каждого биологически активного вещества обнаружено несколько типов рецепторов. Например, для прогестерона установлено четыре типа рецепторов. В разных тканях и в разных мозговых структурах преобладают определенные типы рецепторов для одного и того же вещества. Поэтому, воздействуя на конкретный тип рецептора, можно получить эффект определенной избирательности.

В эффективности каждого биологически активного вещества огромную роль, кроме рецепторов, играют и ферменты синтеза этого вещества из предшественников. Фенилэтиламин, который стимулирует активность дофамин- и серотонинергических систем, синтезируется в мозговой ткани из аминокислоты фенилаланина. Но избыток фенилаланина в организме не обязательно приведет к росту концентрации фенилэтиламина. Другая аминокислота триптофан — предшественник и серотонина, и его функционального антагониста мелатонина. Соотношение серотонина и мелатонина зависит от активности соответствующих ферментов.

Завершая критику злосчастной учебной схемы, укажем на совершенно нелогичный список «состояний и настроений человека». Во-первых, здесь перемешаны бытовые слова для обозначения эмоций (азарт, грусть, раздражение, счастье) с научными терминами (стресс, тревога, депрессия). Во-вторых, научные термины тоже даны вперемешку. Апатия (вероятно, имеется в виду аффективный дефицит при депрессии) — это один из симптомов депрессии. Нельзя ставить в один ряд компонент и целое. Стресс — комплексная реакция организма на новый для него раздражитель, а тревога — один из компонентов стресса. Кстати, то, что в списке веществ отсутствует кортизол, основной стрессорный гормон человека, — еще одно свидетельство дилетантизма авторов схемы. Тревога — это нормальное состояние, а мания (вероятно, имеется в виду маниакальная стадия биполярного депрессивного психоза) — это тяжелая психопатология, как и аутизм — тяжелое и относительно редкое заболевание. В-третьих, неприятно поражает редукционизм авторов.

Например, свести весь аутизм к одному лишь дефициту окситоцина или однозначно связать низкий окситоцин с аутизмом! Что же получается: все, кто в данный момент заняты делом и не умиляются на младенцев и котиков, — аутисты? А женщины с аутизмом, наверное, не могут самостоятельно рожать? Плохо это все, плохо. Напомним еще раз читателю, что регуляция функций, особенно функций психических, — это очень сложный процесс, в котором участвует множество химических веществ, причем каждое из них работает в строго определенных участках нашего организма — в конкретных органах, тканях, клетках, органеллах. Схемы регуляции человеческой психики вроде той, о которой мы говорили, привлекательны для обывателя своей простотой. Но это та простота, которая полностью искажает реальность своим примитивным детерминизмом.