нейрофизиология. Человеческий мозг От аксона до нейрона_Айзек Азимов_2003. Азимов Айзек А35 Человеческий мозг. От аксона до нейрона Пер с англ. А. Н. Анваера. М. Зао центрполиграф, 2003. 461 с. Isbn 5952404707 Из этой замечательной книги вы узнаете о строении и тайнах центральной нервной системы человека,
 Скачать 1.47 Mb.
|
ЙОДЕсть еще один гормон, представляющий собой модифицированную аминокислоту. Правда, если строение немного сложнее, чем строение эпинефрина или гистамина. Для того чтобы сохранить ясность изложения, я начну с представления нового органа. Хрящ, выступающий на передней поверхности шеи, именуемый в пароде адамовым яблоком, правильнее называть щитовидным хрящом. Щитовидным его называют потому, что своей удлиненной формой и вырезкой в верхней части он напоминает щиты, которыми пользовались в бою греческие воины гомеровских времен (кстати, у этих щитов в верхнем крае были вырезки для подбородка). Вы и сами можете прощупать эту вырезку, если проведете пальцами по своей шее. У нижнего края щитовидного хряща располагается скопление мягкой желтовато-красной железистой ткани высотой в два дюйма, шириной чуть больше двух дюймов и весом в унцию или немного меньше. Это скопление состоит из двух долей, расположенных симметрично с обеих сторон трахеи и соединенных узким перешейком, расположенным впереди трахеи как раз в месте соединения ее со щитовидным хрящом. При взгляде спереди эта железа похожа на букву «Н». Несколько столетий назад железа позаимствовала свое название от хряща, который она обнимает, и стала именоваться щитовидной железой, хотя сама она нисколько не похожа на щит. Функция щитовидной железы оставалась неизвестной вплоть до самого конца XIX века. Было замечено, что у женщин она, как правило, выступает больше, чем у мужчин, па основании чего бытовало мнение, что щитовидная железа - это всего лишь средство придания формы шее, особенно женской, которую небольшой зоб делает изящной и привлекательной. В некоторых областях Европы щитовидная железа у многих людей (опять-таки больше у женщин) отличалась большим размером, и эта припухлость шеи расценивалась как признак утонченной красоты. Увеличенную щитовидную железу называют зобом. Косметические достоинства зоба утратили свою привлекательность к началу XIX века, когда люди поняли, что безобидная с виду припухлость на шее может сочетаться с весьма неприятными симптомами. Обескураживало то обстоятельство, что люди с зобами могли страдать двумя исключающими друг друга типами заболеваний. Некоторые индивиды были вялыми, заторможенными и апатичными, их подкожная клетчатка отличалась мягкостью и отечностью, кожа становилась холодной и сухой, а пульс замедленным и редким. Другие больные, напротив, отличались повышенной возбудимостью, нервностью, неустойчивым поведением, горячей влажной кожей и частым пульсом. И наконец, как вы и сами, должно быть, уже догадались, были люди, у которых зоб не сопровождался никакими симптомами и которые в остальном ничем не отличались от здоровых людей, не предъявляя никаких жалоб. То, что сочетание увеличенной щитовидной железы и по меньшей мере одного из упомянутых выше набора симптомов не является случайным совпадением, было отчетливо продемонстрировано в 1883 году, когда группа швейцарских хирургов удалила зобы сорока шести больным, у которых зоб достиг таких размеров, что начал сдавливать окружающие ткани шеи. (Надо отметить, что Швейцария - одна из стран, где зоб является весьма распространенным заболеванием.) К несчастью, у всех этих больных возникли или усилились симптомы первого рода, то есть заторможенность, вялость и апатия. Оказалось, что полное удаление щитовидной железы представляет опасность для пациента. В 1898 году германский химик Э. Бауман обнаружил в щитовидной железе йод. Его оказалось немного. Даже самый современный анализ содержания этого элемента в щитовидной железе показывает, что этот орган содержит не более 8 мг йода. Но это количество в четыре раза превышает общее количество йода во всех остальных тканях и органах. Однако вес остальной части тела во много раз превышает вес щитовидной железы, поэтому резонно было предположить, что такое распределение не случайно. Действительно, было показано, что концентрация йода в щитовидной железе в 60 000 раз превышает его концентрацию в других частях тела. Определенно, что сейчас это звучит очень внушительно, но в 1896 году никто так не думал. Никому не приходило в голову искать йод в тканях организма, и находку сочли случайной. То, что йод в щитовидной железе находился в ничтожных количествах, казалось, лишь подтверждало эту мысль, тем более что в 1896 году никто еще не знал, что существуют «жизненно важные следовые элементы», входящие в состав гормонов и ферментов следовательно, необходимые для нормальной жизнедеятельности и поддержания жизни, несмотря на то что в организме они содержатся в едва определимых концентрациях. Прошло еще десять лет, и в 1905 году Дэви; Марин, американский врач, только что закончивший к тому времени медицинский факультет, всерьез воспринял открытие Баумана. Марин начал практиковать на Среднем Западе, куда приехал; Востока, и заинтересовался вопросом, не связали повышенная заболеваемость зобом на Среднем Западе с пониженным содержанием йода в местных почвах1. Может быть, думал Марин, йод все не случайная примесь, а необходимая составная часть щитовидной железы, без которой от не может нормально функционировать и реагирует на недостаток йода образованием зоба. 1 Йод - довольно редкий элемент, в морской воде его содержание выше, чем в почве. Главным источником йода являются водоросли, так как эти растения активно захватывают йод из воды. На сушу йод попадает во время штормов, когда ветер приносит на побережье брызги воды, которая, испаряясь оставляет на земле мельчайшие крупинки йодистых солей. Эти соли ветры потом уносят во внутренние участки суши. Морская соль содержит йод, и при прочих равных условиях его содержание в прибрежных почвах будет выше, чем в почвах областей, удаленных от моря. Марин провел опыты на животных, скармливая им рацион, не содержавший йода, и показал; что у животных увеличивалась щитовидная железа, они становились вялыми и апатичными. После добавления к корму небольших количеств йода ступало выздоровление. В 1916 году, будучи уверенным в своей правоте, Марин провел пробное лечение девочек, страдавших зобом. Врачу удалось показать, что добавление к пище следовых количеств йода уменьшает заболеваемость людей зобом. Еще десять лет прошло в спорах с людьми. Марин пытался убедить их в необходимости добавлять небольшие количества йодистых соединений в воду городского водопровода и в поваренную соль. Возражения были столь же яростными, как и возражения против фторирования воды в наши дни. Тем не менее, Марин победил, воду и соль стали йодировать, и в настоящее время - по крайней мере, в Соединенных Штатах - зоб стал редким заболеванием. Симптомы, сочетающиеся с зобом, зависят от того, развился он вследствие недостатка йода или нет. Щитовидная железа состоит из миллионов мельчайших пузырьков - фолликулов, наполненных коллоидным (желеобразным) веществом, которое для простоты называют просто коллоидом. Коллоид, как и гормон, который в нем образуется, содержит йод. Если поступление йода в организм находится на нормальном уровне и если по каким-то причинам щитовидная железа увеличивается в размере, то число активных фолликулов может возрасти в десять, а то и в двадцать раз, и железа начинает продуцировать ненормально высокие количества гормона. Человек становится нервным, легковозбудимым и напряженным. Такое состояние называется гипертиреозом. Если, напротив, в организм поступает мало йода, то возникает его дефицит, то есть недостаток, и, чтобы компенсировать его, щитовидная железа увеличивается в размерах. Но напрасны усилия, это увеличение не приводит к излечению. Не важно, сколько новых фолликулов возникнет в железе и сколько коллоида в них накопится - тиреоидный гормон не может синтезироваться без йода. В таких случаях, несмотря на формирование зоба, выработка гормона остается на низком уровне и больной становится вялым, апатичным и малоподвижным. Такое состояние называется гипотиреозом1. 1 Префикс «гипер» происходит от греческого слова, означающего «сверх», а «гипо» - от греческого слова, означающего «ниже». Первый префикс указывает на повышенную активность какого-либо органа или на повышенную продукцию какого-либо биологически активного соединения. Второй префикс указывает на противоположное состояние, то есть состояние какой-либо недостаточности. Очень жаль, что слова, обозначающие противоположные состояния, звучат так похоже, Это иногда приводит к путанице, но уже поздно менять правила древнегреческого языка. Эти две формы зоба различаются и названиями Форма, связанная с гипотиреозом, называется эндемическим зобом. Форма, связанная с гипертиреозом, называется экзофтальмическим зобом (экзофтальм в переводе с греческого означает «пучеглазие»), потому что самым заметным симптомом такого зоба является выпячивание глазных яблок. Это заболевание называют также болезнью Грейвса в честь описавшего ее в 1835 году ирландского врача Роберта Джеймса Грейвса. При гипотиреозе дряблый отек тканей создает впечатление, что они пропитываются слизью, поэтому эту болезнь называют микседемой, что в переводе с греческого означает «слизистый отек». Симптомы как гипо-, так и гипертиреоза могут иметь различную степень выраженности. Рациональный способ определения выраженности симитоматики того или иного заболевания щитовидной железы предложил в 1895 году германский врач Адольф Магнус-Леви. Его открытие произошло от части благодаря случаю. В то время физиологи разработали метод измерения потребления кислорода организмом человека. Представлялось, что на основании этого критерия можно судить об интенсивности обменных процессов. Естественно, потребление кислорода увеличивалось при физической нагрузке и уменьшалось в покое. Минимальную потребность в кислороде определяли у бодрствующих людей, находившихся в лежачем положении в теплой комнате в состоянии максимально возможного расслабления натощак. Уровень обмена веществ в таком состоянии назвали основным обменом, сокращенно ОО. Основной обмен - это тот уровень метаболизма, при котором человеческий организм работает, так сказать, на «холостых оборотах». Магиус-Леви принялся измерять ОО у всех больных в госпитале, где он работал, чтобы посмотреть, как различные заболевания влияют на этот показатель. Очевидно, что если бы такое влияние действительно имело место, то определение ОО могло бы стать ценным диагностическим инструментом в наблюдении за течением болезней. К несчастью, большинство болезней никак не влияло на ОО, за одним важным исключением. Больные гипертиреозом отличались значительно повышенным ОО, а больные гипотиреозом - наоборот, сниженным. Чем тяжелее протекало соответствующее заболевание, тем выше (или, напротив, ниже) был ОО. Таким образом, было выявлено общее воздействие тиреоидного гормона на организм. Этот гормон управляет уровнем основного обмена, то есть регулирует скорость «холостых оборотов». При гипертиреозе, употребляя автомобильную метафору, двигатель организма работает на повышенных оборотах, а при гипотиреозе - на пониженных. Такой подход позволял объяснить два диаметрально противоположных ряда симптомов. Если в организме ускорены все биохимические реакции, то человек, скорее всего, будет нервным, напряженным, излишне подвижным и легковозбудимым. Если же реакции замедленны, то человек будет вялым, заторможенным и апатичным. ТИРОКСИН Поиск настоящего гормона щитовидной железы начался сразу после того, как ученые осознали важность йода для нормальной деятельности щитовидной железы. В 1899 году из железы был выделен белок, содержащий йод. Этот белок имел свойства, присущие семейству белков, называемых глобулинами, и был поэтому назван тиреоглобулином. Этот белок мог уменьшать выраженность симптомов гипотиреоза в меньших дозах, чем высушенная измельченная ткань целой щитовидной железы, поэтому разумно было предположить, что этот белок и является гормоном. Однако тиреоглобулин - это крупный белок, и, как мы сейчас знаем, его молекулярный вес равен почти 700 000. Он слишком велик, чтобы в исходном виде проникнуть сквозь мембрану клетки, где он образовался, и выйти в кровеносное русло. По этой причине вскоре стало ясно, что тиреоглобулин - это хранилище гормона, а то соединение, которое выходит в кровоток, представляет собой лишь мелкий фрагмент молекулы тиреоглобулина. Йод привлекал все большее внимание биохимиков по мере того, как они углублялись в проблему. Хотя щитовидная железа, по сравнению с остальными частями тела, содержит много йода, его содержание в ней равно приблизительно 0,03%. Изолированный тиреоглобулин содержит в 30 раз больше йода, содержание которого в нем доходит до 1%. Более того, после расщепления тиреоглобулина на более мелкие фрагменты выяснилось, что те осколки молекул, в которых остается йод, содержат его в концентрации 14%. Ясно, что ключом к разгадке был йод. Оказалось, что можно добавить йод к обычному белку, например к казеину (основному белку молока), приготовив, таким образом, йодированный белок, который также в какой-то степени проявлял свойства тиреоидного гормона. Наконец, в 1915 году американский химик Эдвард Кальвин Кендалл выделил мелкую молекулу, обладавшую всеми свойствами тиреоидного гормона, и получил его в концентрированной форме. Оказалось, что молекула гормона представляет собой единственную аминокислоту. Поскольку это соединение было найдено в щитовидной железе и поскольку оно контролировало потребление кислорода организмом, это соединение было названо тироксином. Еще десять лет ушло на выяснение точной химической формулы этой аминокислоты. Оказалось, что она похожа на тирозин, отличаясь от него двумя боковыми цепями, что ясно видно на приведенных ниже формулах. Самым необычным в структуре молекулы тироксина является тот факт, что она содержит четыре атжа йода, обозначенного в формулах символом I. (Если из молекулы тироксина удалить йод, то останется соединение, называемое тиронином.) Атомы йода чрезвычайно тяжелы, они намного тяжелее, чем весь углерод, водород, азот и кислород, входящие в состав молекулы. (Из всех атомов, необходимых для поддержания жизни, самыми тяжелыми являются атомы йода. Четыре самых распространенных в организме элемента отличаются весьма малым атомным весом. Так, если вес атома водорода принять за единицу, то веса атомов углерода, азота и кислорода будут равны 12, № и 16 соответственно. Для сравнения укажем, что атомный вес йода равен 127 Дa). По этой причине йод составляет 83% веса молекулы тироксина. Очевидно, щитовидная железа захватывает те следовые количества йода, которые содержатся в пище, присоединяет его атомы к молекуле тирозина, удваивает ядро молекулы и после добавления еще двух атомов йода превращает ее в тироксин, (То же самое можно сделать искусственно, добавив йод к казеину, о чем я уже упоминал выше.) Тироксин, присоединяясь к другим, обычным аминокислотам, включается в крупную молекулу тиреоглобулина. При необходимости молекула тироксина отщепляется от тиреоглобулина и поступает в кровеносное русло. В течение тридцати пяти лет после этого открытия именно тироксин считался тиреоидиым гормоном. Только в 1951 году британскому биохимику Розалинд Питт-Риверс и ее коллегам удалось выделить в чистом виде похожее на тироксин соединение, в котором вместо четырех атомов йода присутствуют только три. Это соединение, названное трийодтиронином, оказалось намного более активным, чем тироксин. По этой причине впредь я буду употреблять термин «тиреоидный гормон», не конкретизируя его точное химическое название. При тяжелом дефиците тиреоидного гормона основной обмен может снизиться до половины своего нормального уровня, а при избытке повыситься в два и даже в два с половиной раза. Таким образом, под действием гормонов щитовидной железы уровень метаболизма может пятикратно изменяться в обоих направлениях. Однако что именно делают тироксин, трийодтиронин и родственные им соединения, чтобы произвести такие поистине драматические изменения? Какую реакцию или какие реакции они стимулируют, чтобы повысить уровень обмена веществ? Какую роль играет в этом процессе йод? Возможно, это самый завораживающий вопрос, поскольку ни одно соединение, не содержащее йод, не обладает активностью тиреоидпого гормона. Более того, ни в одном из соединений, присутствующих в пашем организме, за исключением различных форм тирсоидного гормона, нет атомов йода. Вас уже не должен удивлять тот факт, что ответов на эти вопросы до сих пор нет. Ответ, когда мы его получим, должен будет объяснить не только повышение уровня основного обмена, поскольку это ни в коем случае не является единственным эффектом тиреоидных гормонов. Они играют большую роль в процессах роста, психического развития и полового созревания. Иногда случается так, что дети рождаются с недоразвитой щитовидной железой (или она совершенно отсутствует). Такие дети выживают, по это единственное, что можно о них сказать. Если болезнь не лечить введением тиреоидных гормонов, то больные перестают расти в возрасте семи-восьми лет. Они, кроме того, не достигают половой зрелости и страдают задержкой психического развития. Часто они бывают глухонемыми. (Всю эту симптоматику можно воспроизвести, удалив щитовидную железу у молодых животных. Более того, именно благодаря таким опытам было установлено, что эти симптомы связаны с недостаточностью функции щитовидной железы.) Несчастных, лишенных, по сути дела, щитовидной железы, называют кретинами. Слово происходит из южнофранцузского диалекта и означает «христианин». Здесь нет следов нападок на религию, скорее это выражение жалости. Вместо этого, мы могли бы назвать их беднягами. Возможно, в этом названии отразились пережитки более ранних времен, когда примитивные племена считали, что умственная отсталость говорит о том, что страдальца коснулась рука Божья. (Разве мы сами не называем иногда сумасшедшего «тронутым умом»?) Неспособность детей, страдающих гипотиреозом, развиться до взрослого состояния подтверждается свидетельствами, полученными на низших позвоночных. У амфибий переход от юного состояния к взрослому представляет собой полный метаморфоз, » ходе которого хвост заменяется конечностями, а жабры - легкими. Этот метаморфоз не может остановиться на полпути у живого головастика. Он либо проходит все стадии, либо не начинается вовсе. Если у головастика удалить тиреоидную ткань, то метаморфоз не начинается. Животные растут, но остаются головастиками. Если же в воду, где они обитают, добавить экстракт щитовидной железы, то головастики превращаются в лягушек. Более того, если добавить экстракт в воду, где находятся юные головастики, у которых еще нет собственных тиреоидных гормонов, то процесс метаморфоза происходит. Из таких головастиков получаются маленькие лягушки, намного меньшие, чем особи, претерпевшие метаморфоз в обычных условиях. Есть существа, называемые аксолотлями. Это земноводные, которые, если можно так выразиться, всю жизнь остаются головастиками. Эти животные обитают в воде, дышат жабрами и сохраняют хвост. Единственное, чем они отличаются от обычных головастиков, - это своей способностью к половому созреванию и размножению. Совершенно очевидно, что эти твари исходно гипотиреоидны, но в процессе эволюции они выжили и приспособились к своему жребию. Если же аксолотлю ввести экстракт щитовидной железы, то животное претерпевает не свойственный ему в природе метаморфоз. Вместо хвоста отрастают нижние конечности, жабры замещаются легкими. Аксолотль выползает на сушу, навеки оторвавшись от своего биологического вида. Чувствительность амфибий к тиреоидному гормону так высока и специфична, что их использовали для тестирования активности лекарственных экстрактов щитовидной железы. |